Автоматизированная теплонасосная установка, утилизирующая низкопотенциальное тепло сточных вод г. Зеленограда

Г. П. Васильев, председатель Совета директоров;

И. М. Абуев, главный инженер;

В. Ф. Горнов, ведущий инженер, ОАО « ИНСОЛАР-ИНВЕСТ»

Рисунок 1. (подробнее) Общий вид теплонасосного теплового узла

Автоматизированная теплонасосная установка создана на территории Восточной коммунальной зоны г. Зеленограда. В качестве низкопотенциального источника теплоты используются неочищенные бытовые сточные воды, аккумулируемые в приемном резервуаре главной канализационно-насосной станции (ГКНС) производственного управления «Зеленоградводоканал», расположенной в полукилометре от территории РТС-3.

АТНУ предназначена для отработки технологии утилизации теплоты неочищенных сточных вод, определения влияния работы установки на режимные параметры тепловой станции, проверки экономической эффективности и разработки рекомендаций по созданию аналогичных установок в городском хозяйстве Москвы.

Принципиальная схема установки приведена на рис. 2.

Рисунок 2. (подробнее) Принципиальная схема автоматизированной теплонасосной установки

АТНУ включает пять основных частей:

- теплонасосный тепловой узел (ТТУ);

- трубопроводы системы сбора низкопотенциального тепла (ССНТ);

- теплообменник утилизатор;

- трубопроводы напорной канализации;

- группу подающих фекальных насосов в ГКНС.

Неочищенные сточные воды, имеющие температуру 20 °С, из приемного резервуара, расположенного под грабельным отделением ГКНС, фекальными насосами 5а, 5б и 5в фирмы «Flygt» (рис. 3.) по трем ветвям, через трубопроводы Т5 напорной канализации, подаются в теплообменник-утилизатор (рис. 4), где отдают теплоту промежуточному теплоносителю (воде), охлаждаясь до температуры 15,4 °С, а затем по трубопроводу Т6 возвращаются в резервуар.

Рисунок 3. (подробнее) Группа подающих фекальных насосов

Суммарный расход сточных вод – 400 м³/ч.

Контур циркуляции неочищенных сточных вод спроектирован с учетом практики эксплуатации напорных трубопроводов систем канализации. Скорость потока в каналах теплообменника-утилизатора обеспечивает отсутствие образования отложений на теплообменных поверхностях.

Промежуточный теплоноситель с температурой 8 °С подается в теплообменник-утилизатор циркуляционными насосами 3а и 3б фирмы «Grundfos» (насос 3в – резервный), расположенными в здании ТТУ, и возвращается в ТТУ с температурой 13 °С. Промежуточный теплоноситель циркулирует между ТТУ и теплообменником-утилизатором по теплоизолированным трубопроводам системы сбора низкопотенциального тепла Т1 и Т2, длина трассы 657 м. Нагретый промежуточный теплоноситель подается в тепловые насосы 1, где охлаждается до температуры 8 °С, отдавая теплоту хладону парокомпрессионного контура, и вновь направляется в теплообменник-утилизатор.

Техническое решение по утилизации теплоты неочищенных сточных вод защищено свидетельством Российской Федерации на полезную модель № 20575.

Тепловые насосы 1 (ТН) марки LCW 803 V фирмы «Lennox» имеют три парокомпрессионных контура каждый. ТН состоят из теплообменника-испарителя, где происходит охлаждение внешнего теплоносителя за счет испарения хладона, трех компрессоров, в которых происходит сжатие испаренного хладона, трех теплообменников-конденсаторов, где происходит нагрев подпиточной воды котлов РТС-3 за счет конденсации хладона, и терморегулирующих вентилей, обеспечивающих заданный режим работы ТН.

Из цеха водоподготовки РТС-3, из водовода В1 подачи водопроводной воды, в ТТУ подается подпиточная вода. Температура воды в течение года колеблется от 5 до 20 °С. Для поддержания постоянного режима работы ТН вода подается к трехходовому регулирующему клапану 2 прямого действия, соединяющему подающий трубопровод Т3 с байпасом Т5 подачи нагретой воды после ТН. Трехходовой клапан 2 за счет подмеса нагретой воды автоматически поддерживает постоянную температуру на входе в конденсаторы ТН на уровне 23 °С. Далее, циркуляционным насосом 4а или 4б фирмы «Grundfos» вода подается в конденсаторы тепловых насосов, где нагревается хладоном до температуры 30 °С. Затем вода возвращается по трубопроводу Т4 в цех водоподготовки в тот же водовод В1 подачи воды из водопровода, что позволяет исключить влияние работы подпиточных насосов цеха водоподготовки на режим работы ТН.

Рисунок 4. (подробнее) Теплообменник-утилизатор

Расчетная тепловая мощность, передаваемая в цех водоподготовки, составляет 2 000 кВт. Расход подаваемой нагретой воды колеблется в пределах от 177,9 до 70 м³/ч. Изменение расхода осуществляется автоматически — в зависимости от температуры воды в водопроводе за счет работы трехходового клапана 2 байпасной линии Т5.

В теплонасосном тепловом узле установлен счетчик тепловой энергии, регистрирующий тепловую мощность и количество теплоты, получаемой из системы сбора низкопотенциальной теплоты, и тепловую мощность и количество теплоты, передаваемой в цех водоподготовки.

Установка работает в постоянном автоматическом режиме.

При кратковременной остановке подпиточных насосов в цехе водоподготовки (временно нет потребности в тепловой энергии АТНУ) ТН автоматически выключаются по достижении температуры на выходе из ТН более 30 °С, и установка переходит в режим холостого хода, при этом циркуляционные насосы и автоматика продолжают работать. После пуска подпиточных насосов и снижения температуры на выходе из ТН ниже 30 °С ТН вновь автоматически включаются.

Годовой ресурс работы установки — 8 256 ч в соответствии с нормативами работы теплофикационных установок.

В период остановки систем РТС-3 на профилактические и ремонтные работы (21 день) АТНУ останавливается, производится профилактический осмотр и при необходимости ремонт оборудования и систем АТНУ.

Проектные параметры установки рассчитывались на основе технического задания и технических параметров оборудования, представленных фирмами-поставщиками.

Основные проектные параметры установки приведены в табл. 1.

За период пусконаладочных и первого этапа экспериментальных работ установка была опробована на различных отладочных режимах. Оборудование работало без отказов и аварийных отключений.

В процессе первого цикла испытаний было достигнуто проектное значение тепловой мощности.

Значения параметров, полученных при испытаниях установки, приведены в табл. 2.

В процессе испытаний была выявлена высокая эффективность работы теплообменника-утилизатора, что позволяет получить на входе в испаритель тепловых насосов температуру на 2—3 °С выше проектной.

До конца текущего года планируется за счет мероприятий, проводимых на тепловых насосах совместно с фирмой «Lennox», достичь 75 % экономии энергии.

Тел. (095) 144-06-67