Автоматизированная теплонасосная установка, утилизирующая низкопотенциальное тепло сточных вод города Зеленограда Московской области

Рис. 1. Общий вид теплонасосного теплового узла.

Установка создана на территории Восточной коммунальной зоны г. Зеленограда. В качестве низкопотенциального источника теплоты используются неочищенные бытовые сточные воды, аккумулируемые в приёмном резервуаре главной канализационно-насосной станции производственного управления «Зленоградводоканал», 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.

загрузить рисунок в формате pdf

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 из приёмного резервуара, расположенного под грабельным отделением ГКНС, имеющие температуру +20ОС, по трём ветвям подаются фекальными насосами 5а, 5б и 5в фирмы «Flygt» (Рис.3.) через трубопроводы Т5 напорной канализации в теплообменник-утилизатор (Рис.4), где отдают теплоту промежуточному теплоносителю (воде), охлаждаясь до температуры +15,4ОС, а затем по трубопроводу Т6 возвращаются в резервуар. Суммарный расход сточных вод 400 м3 в час. Контур циркуляции неочищенных сточных вод спроектирован с учётом практики эксплуатации напорных трубопроводов систем канализации, скорость потока в каналах теплообменника-утилизатора обеспечивает отсутствие образования отложений на теплообменных поверхностях.

Рис. 3. Группа подающих фекальных насосов.

Рис. 4. Теплообменник-утилизатор.

Промежуточный теплоноситель с температурой +8ОС подаётся в теплообменник-утилизатор циркуляционными насосами 3а и 3б (насос 3в – резервный) фирмы «Grundfos», расположенными в здании ТТУ, и возвращается в ТТУ с температурой +13ОС. Промежуточный теплоноситель циркулирует между ТТУ и теплообменником-утилизатором по теплоизолированным трубопроводам ССНТ Т1 и Т2, длина трассы 657 м. Нагретый промежуточный теплоноситель подаётся в тепловые насосы 1, где охлаждается до температуры +8ОС, 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 счёт испарения хладона, трёх компрессоров, где происходит сжатие испарённого хладона, трёх теплообменников-конденсаторов, где происходит нагрев подпиточной воды котлов РТС-3 за счёт конденсации хладона, и терморегулирующих вентилей, обеспечивающих заданный режим работы ТН.

Из цеха водоподготовки РТС-3, из водовода В1 подачи водопроводной воды, в ТТУ подаётся подпиточная вода. Температура воды в течение года колеблется от 5 до 20 ОС. Для поддержания постоянного режима работы ТН вода подаётся к трёхходовому регулирующему клапану 2 прямого действия, соединяющему подающий трубопровод Т3 с байпасом Т5 подачи нагретой воды после ТН. Трёхходовой клапан 2 за счёт подмеса нагретой воды автоматически поддерживает постоянную температуру на входе в конденсаторы ТН на уровне 23 ОС. Далее, циркуляционным насосом 4а или 4б фирмы «Grundfos» вода подаётся в конденсаторы тепловых насосов, где нагревается хладоном до температуры 30 ОС и 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. Расчётная тепловая мощность, передаваемая в цех водоподготовки, составляет 2000 кВт. Расход подаваемой нагретой воды колеблется в пределах от 177,9 до 70 м3 в час. Изменение расхода осуществляется автоматически в зависимости от температуры воды в водопроводе за счёт работы трёхходового клапана 2 байпасной линии Т5.

В ТТУ установлен счётчик 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 ОС 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 ОС, ТН вновь автоматически включаются.

Годовой ресурс работы установки в течение 8256 часов 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 таблице 1.

Таблица 1

Параметры	Размерность	Величина
Тепловая мощность	кВт	2000 ± 15%
Тепловая мощность утилизации	кВт	1716,7
Температура нагрева воды	град.С	30
Электрическая мощность ТТУ	кВт	479,2
Полная электрическая мощность	кВт	506,2
Температура сточных вод	град.С	20
Расход сточных вод	куб.м/час	400
Экономия энергии	%	75,0

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

В процессе первого цикла испытаний достигнуто проектное значение тепловой мощности.

Значения параметров, полученных при испытаниях, приведены в таблице 2.

Таблица 2

Параметр	Размерность	Величина
		Режим 1	Режим 2
Тепловая мощность нагрева воды	кВт	1980	1623
Тепловая мощность утилизации	кВт	1395	1120
Температура нагрева воды	град.С	29,8	26,8
Электрическая мощность ТТУ	кВт	655,3	522,8
Полная электрическая мощность	кВт	678,0	547,4
Температура сточных вод	град.С	20	22
Расход сточных вод	куб.м/час	398	406
Экономия энергии	%	65,0	66,6

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

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