Утилизация тепла компрессоров

Утилизация тепла компрессоров позволяет рассматривать тепло, выделяемое при работе оборудования, как потенциальный энергетический ресурс. Однако возможность его полезного использования зависит не только от количества выделяемого тепла. Необходимо проверить температурный уровень, совпадение периодов его поступления с потребностью в тепле и сезонность работы предполагаемого потребителя.

Главный вопрос — можно ли использовать сбросное тепло компрессорной системы в фактических условиях эксплуатации. Для ответа необходимо сопоставить режимы компрессоров с условиями потребления тепла и проверить, насколько устойчивым остаётся предполагаемый энергетический эффект.

От чего зависит пригодность сбросного тепла

Пригодность тепла для дальнейшего использования определяется совместным выполнением трёх условий: соответствием температурного уровня, одновременностью поступления и потребления тепла, а также согласованностью сезонных режимов.

Температурный уровень определяет возможность использования выделяемого тепла для рассматриваемой потребности. Само наличие тепловыделения ещё не означает, что температурные параметры соответствуют условиям предполагаемого использования.

Одновременность спроса означает необходимость сопоставления времени работы компрессоров с периодами, когда требуется тепловая энергия. Если тепло выделяется в одном режиме, а потребность возникает в другом, потенциальное количество тепла нельзя автоматически считать полезно использованным.

Сезонность потребителя влияет на продолжительность возможного использования тепла. Даже при подходящем температурном уровне и совпадении отдельных периодов работы необходимо проверить, сохраняется ли потребность на протяжении рассматриваемого эксплуатационного периода.

Эти условия образуют единую проверку технической пригодности. Выполнение одного условия не компенсирует отсутствие подтверждения остальных.

Какие исходные данные необходимы

Для анализа компрессорной системы используют четыре группы сведений:

• Профиль электрической или пневматической нагрузки. Позволяет установить изменение нагрузки во времени и выделить периоды работы оборудования, которые необходимо сопоставить с предполагаемым использованием тепла.
• Режимы двигателей и компрессоров. Показывают фактические рабочие состояния оборудования, от которых зависит оценка доступности сбросного тепла.
• Давление, расход и уставки. Необходимы для проверки условий работы компрессорной системы и связи наблюдаемой нагрузки с действующими параметрами эксплуатации.
• Схема управления и последовательность включения. Позволяют установить, каким образом формируются рабочие режимы компрессоров и насколько они согласуются с рассматриваемым профилем нагрузки.

Источниками подтверждения служат эксплуатационные данные, схемы и журналы, относящиеся к компрессорной системе. Дополнительные измерения или данные учёта необходимы, если имеющихся сведений недостаточно для различения возможных причин изменения нагрузки или подтверждения пригодности тепла.

При этом перечисленные показатели характеризуют прежде всего работу компрессоров. Для окончательного количественного заключения о полезном использовании тепла должны быть подтверждены также условия самого теплопотребления. Без согласования источника тепла и предполагаемого потребителя оценка остаётся предварительной.

Как проверяют работу компрессоров при оценке теплового ресурса

Первый метод — сопоставление фактической нагрузки с эффективной областью работы оборудования.

Профиль нагрузки сравнивают с режимами двигателей и компрессоров. Это необходимо, чтобы определить, при каких подтверждённых рабочих состояниях возникает рассматриваемый тепловой ресурс и насколько эти состояния соответствуют действительной потребности в сжатом воздухе.

Второй метод — поиск холостого хода и лишних режимов работы. Он позволяет отделить эксплуатационные состояния, соответствующие полезной нагрузке, от режимов, требующих дополнительной проверки.

Это разграничение существенно для оценки утилизации тепла. Наличие тепловыделения в неэффективном режиме не является достаточным основанием для сохранения такого режима ради получения тепла. Сначала необходимо установить причину работы оборудования и её влияние на энергопотребление.

Если показатели компрессорной системы не дают однозначного объяснения, дальнейшую проверку направляют на сетевые потери и алгоритмы управления. Полученные сведения используют для уточнения фактических режимов, с которыми должна быть согласована оценка теплового ресурса.

Какие альтернативные объяснения необходимо исключить

При анализе рабочих режимов рассматривают три конкурирующие причины изменения энергопотребления.

• Полезный рост нагрузки. Увеличение энергопотребления компрессоров может соответствовать фактическому росту потребности в сжатом воздухе. В таком случае изменение режима необходимо учитывать при оценке доступности тепла.
• Неэффективная частичная загрузка. Наблюдаемое энергопотребление может объясняться работой компрессоров вне эффективной области загрузки. Нельзя считать такой режим подтверждённой основой для утилизации тепла без проверки возможности его изменения.
• Утечки, избыточные уставки или сетевые потери. Эти причины могут влиять на нагрузку компрессорной системы. Их необходимо различать по фактическим показателям давления, расхода и управления, а не объединять в один установленный механизм.

Если наблюдаемый профиль лучше объясняется неэффективной частичной загрузкой, первоначальное предположение о характере доступного теплового ресурса необходимо пересмотреть.

Если невозможно разграничить полезный рост нагрузки и влияние утечек, избыточных уставок или сетевых потерь, определяют недостающий показатель, режим или измерение. Количественный вывод о пригодности тепла до такой проверки остаётся ограниченным.

Как определить достаточность подтверждений

Техническая гипотеза о возможности утилизации тепла получает основание, когда подтверждены рабочие режимы компрессоров, их связь с доступностью теплового ресурса, соответствие температурного уровня потребности, одновременность спроса и сезонные условия.

При изменении режима внутри рассматриваемого периода необходимо разделять соответствующие состояния. Нельзя объединять их в один усреднённый показатель, если это скрывает различия в доступности тепла.

Если одновременно действуют несколько причин изменения нагрузки, их влияние оценивают отдельно, а затем согласовывают общий энергетический баланс. Полученное объяснение проверяют на устойчивость при изменении исходных условий.

Наблюдаемое совпадение периодов работы компрессоров и теплопотребления само по себе не доказывает достаточность теплового ресурса или фактическую экономию. Для такого вывода необходимо подтвердить соответствующие технические и эксплуатационные условия.

Результат оценки утилизации тепла

Результатом является техническая схема проверки пригодности сбросного тепла компрессоров. Она связывает фактические режимы оборудования с температурным уровнем тепла, одновременностью спроса и сезонностью предполагаемого потребителя.

В результате проверки должно быть понятно, какие условия подтверждены, какие альтернативные причины изменения нагрузки сохраняются и какой следующий расчёт, измерение или проверка необходимы для решения о дальнейшем использовании тепла.

Если исходные данные согласуются с предполагаемой возможностью утилизации и независимая проверка не выявляет более убедительного объяснения наблюдаемых режимов, результат можно использовать для дальнейшей технической подготовки решения.

Если отсутствуют сопоставимые границы учёта, подтверждённые режимы или необходимые измерения, заключение остаётся условным. Паспортные характеристики компрессорного оборудования не заменяют эксплуатационных данных.

Сам факт выделения тепла при работе компрессоров не устанавливает величину полезно используемой энергии, наличие энергетических потерь, гарантированную экономию или окупаемость технического изменения для конкретного объекта.

Практический смысл анализа заключается в проверке возможности использовать уже возникающее тепло при подтверждённой потребности, не подменяя оценку энергетического эффекта предположением о постоянной доступности теплового ресурса.

Состав и особенности оборудования рассматриваются на странице «Компрессорное оборудование и системы сжатого воздуха». Вопросы подготовки технических изменений представлены на странице «Подготовка к модернизации инженерных систем и оборудования». Другие материалы по энергопотреблению представлены в разделе «Материалы».