Як використовувати рекуперацію тепла в промисловій холодильній системі

Багато підприємств шукають ефективні способи знизити витрати на електроенергію і впровадити більш прогресивні методи в свою діяльність. Включення рекуперації тепла в системи об’єкту може допомогти зберегти такі ресурси, як вода та електроенергія. І місце, де можна використовувати рекуперацію тепла – це промислова холодильна установка.

Як правило, холодильна система підприємства виступає автономною системою, сепарованою від водопостачання. Кожна з них має свою власну екосистему. Але за допомогою додаткових впроваджень в проект, ці системи можна інтегрувати таким чином, щоб знизити витрати на електроенергію.

Використання систем охолодження і комунальних послуг для рекуперації тепла можуть знизити споживання енергії та пов’язані з нею витрати. Наприклад, будь-який тепло, згенероване з систем, можна використовувати для нагріву води або опалення. Незважаючи на те, що кожна система має різні установки, це не тільки допомагає зменшити енергію, яка зазвичай використовується для нагріву води, але й знизити споживання води, коли система не працює.

Перш ніж складати план по рекуперації тепла з промислової холодильної системи, важливо спочатку в цілому зрозуміти які компоненти застосовуються: компресор, конденсатор і випарник.

Компресор забирає холодоагент від більш низького тиску і стискає його до більш високого. Цей процес вимагає енергії. Стиснення холодоагенту також значно підвищує його температуру.

Звідти пар перетворюється з перегрітого газу в рідину. Для цього необхідно видалити тепло, яке було додано в процесі стиснення. Відведення тепла від стиснення здійснюється через конденсатор.

Потім рідину конденсатора надходить у випарникі перетворюється з насиченої рідини назад в насичений пар. Пара повертається в компресор, де повторюється весь цикл.

(Малюнок 1).

На ринку представлено безліч типів компресорів, включаючи спіральні, дискові, поршневі і гвинтові. В рамках цієї статті ми обговоримо гвинтові компресори. Є два типи гвинтових компресорів: двогвинтові та одногвинтові.

Більшість гвинтових компресорів вимагають вприскування масла. У них використовується велика система охолодження масла. Це означає, що масло, яке використовується потім відновлюється в масловідновлювачі. Воно проходить через маслоохолоджувач, щоб знову охолодити його до більш низької температури, а потім впорскується назад в компресор. Використовуючи одногвинтовий компресор, можна отримати додаткове тепло для використання в іншому місці.

(На малюнку 2 показаний приклад одногвинтового компресора з маслоохолоджувачем з водяним охолодженням.)

Системи охолодження виробляють тепло конденсатора, тепло перегрітої пари і тепло масла. Всі ці типи тепла необхідно видалити з системи. У найбільш поширених типах, перегрів і зміна стану в конденсаторі зазвичай охолоджуються декількома способами:

1. Випарний конденсатор обдуває повітронасичений змійовик. Холодоагент проходить через змійовик, повітря і вода відводять тепло від холодагента, і стан змінюється з пари на рідину. Частина води випаровується, повітря накопичує тепло і виходить.
2. Водяне охолодження – вода подається з градирні або іншого джерела і використовується для охолодження газу і його конденсації. Вода повертається в градирню або повітроохолоджувач, щоб охолодити її (використовуючи більше енергії для охолодження), а потім повертається в конденсатор і продовжує цей цикл.
3. Системи з холодоагентом використовують деяку кількість холодоагенту і фізично вприскують його (впорскування рідини) в компресор для охолодження масла і нагнітання, але при цьому як і раніше потрібен конденсатор. Рідина охолоджує масло, але нічого не робить для конденсатора.

При розгляді того, як компресор працює в процесі охолодження, багато тепла в базовій холодильній системі з гвинтовим компресором можна використовувати в іншому місці. Спосіб використання залежить від галузі. По суті, найпростіший – це повернути тепло для нагріву води, оскільки більшості підприємств потрібна гаряча вода. Наприклад, потреба для промивання й очищення.

Деяким переробним підприємствам і холодильним камерам потрібний теплий гліколь / вода для нагріву змійовика під підлогою морозильної камери. Зазвичай це робиться для запобігання промерзання ґрунту земляного полотна, а також для запобігання пошкоджень бетону (вздимання та розтріскування) і утворення крижаних плям. Таким чином підтримується температура ґрунту земляного полотна і площі підлоги трохи вище нуля.

Для підприємств, які хочуть використовувати тепло від базової холодильної системи з гвинтовим компресором, для вищезгаданих застосувань, існує кілька способів проектування промислової холодильної системи з використанням рекуперації тепла, що може потребувати додаткове обладнання.

Для нових систем необхідно визначити потребу в гарячій воді і подивитися, чи можна використовувати відпрацьоване тепло охолодження в системі гарячого водопостачання. Як в нових, так і в існуючих системах повинен бути розрахунок на такі розширення.

Наприклад, знадобляться водна система, резервуар для зберігання і насос для подачі води. Потім воду потрібно буде відкачати до джерела тепла і повернути в резервуар для зберігання гарячої води.

Для рекуперації тепла може знадобитися модернізація існуючої системи. Для цього потрібен ремонт, нове обладнання і або зміна типу конденсатора і теплообмінників.

Є додаткові чинники, які слід оцінити, щоб відновити тепло: тип і параметри холодоагенту, чистий результат рекуперації тепла в залежності від того, скільки тепла утворюється. Цей аналіз повинен проводитися кваліфікованим фахівцем, щоб оцінити існуючу систему охолодження і водопостачання та визначити життєздатність проекту.

Наприклад, спочатку консультант оцінює тип холодоагенту. Якщо в системі використовується аміак, можна припустити, що необхідна проміжна система, і слід вжити заходів обережності для підготовки до потенційного витоку. Аміак не повинен потрапляти у воду, тому бажано встановити водяний теплообмінник. Це може знизити ефективність, але, тим не менш, є хорошим запобіжним засобом.

Якщо є побоювання, що аміак може потрапити в систему гарячого водопостачання, слід встановити додатковий теплообмінник.

Використання аміачної системи може призвести до великих капітальних витрат, але важливо вжити превентивних заходів, щоб аміак і вода не змішувалися.

По-друге, можна отримати більше тепла, попередньо підвищивши параметри холодильної системи. При аналізі цього варіанту консультант може порадити вам подумати про те, наскільки важлива рекуперація енергії. При підвищенні температури конденсації досягаються більш високі температури нагнітання води. Але для цього в компресор буде надходити більше енергії, тому важливо переконатися, що рекупірована енергія того варта.

Якщо витрати на електроенергію відносно низькі і використання пропану або природного газу коштує стільки ж або вище, є сенс генерувати більше тепла за допомогою компресора, ніж зазвичай.

Залежно від типу конденсатора – наприклад, в випарній системі – вода вже витрачається даремно. Для охолодження використовується більше води, ніж в системі гарячого водопостачання. Таким чином, використовуючи рекуперацію тепла в цій ситуації, можна значно знизити споживання води установкою за рахунок рекуперації тепла.

Крім того, всі ці елементи, включаючи конденсатор і маслоохолоджувачі на компресорах, використовують певний тип енергії і більше води, яку необхідно прокачувати. Насосні і електричні вентилятори також є частиною випарних систем.

У системах з повітряним охолодженням встановлені вентилятори з електроприводом. Таким чином, використовуючи воду із системи для рекуперації тепла, можна знизити витрати на енергію, оскільки для нагріву води потрібно менше енергії. Зменшується не тільки енергія холодильної системи, а й енергія, необхідна для нагрівання води.

При оцінці використання енергії та можливих витрат на обладнання для перенаправлення води на рекуперацію тепла від промислового охолодження може виявитися ефективним способом зниження витрат на енергію для підприємства.