В настоящее время фактическая утилизация вторичных энергоресурсов ни КС обычно не превышает 10 %. Утилизированная теплота применяется в основном для собственных нужд станций. Имеется определенный опыт использования физической теплоты отходящих газов газотурбинных установок.
7.2. Культивационные сооружения для круглогодичного выращивания овощей
К культивационным сооружениям, эксплуатирующимся в течении всего года относятся теплицы. Это сооружения, имеющие боковое ограждение и светопрозрачную кровлю; обслуживается людьми, находящимися внутри помещения.
Создание оптимальных климатических условий в сооружении позволяет получить в 10-20 раз урожай больше, чем в поле. Микроклимат теплицы – это совокупность физических параметров воздушной и корнеобитаемой среды теплицы. Тепловой режим – важнейший фактор микроклимата.
Для обеспечения оптимальной интенсивности фотосинтеза требуется суточная и сезонная динамика температуры воздуха. Днем температура должна быть выше, чем ночью, в солнечную погоду – выше, чем в пасмурную, в период плодоношения – выше, чем до плодоношения. Температуры почвы на глубине 0.3-0.4 м должна быть равномерна и соответствовать заданной. Требуемая температура воздуха теплицы должна быть обеспечена по всему рабочему объема сооружения. Высота рабочего объема по мере роста растений изменяется от 0.3 м от поверхности грунта до 2.5 м.
Температура воздуха для различных овощей в период их культивации различна и приведена в [15].
Теплицы имеют легкие наружные ограждения, выполненные из стекла толщиной 4-5 мм или пленки толщиной 0.1-0.2 мм.
Температурный режим теплицы определяется соотношением теплопотерь и теплопоступлений сооружений и зависит от принятого культоборота и наружных климатических условий.
К системам отопления теплиц предъявляются следующие требования:
1. Технологические – обеспечение требуемых температур воздуха в рабочем объеме, листьев растений, корнеобитаемого слоя почвы, обеспечение снеготаяния на кровле и стока талой воды;
2. Вспомогательные – предотвращение перегрева в весенне-летний период, сохранение требуемого светового режима и фотосинтеза растений;
3. Требования к управляемости системой – подача в сооружение необходимого количества теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации;
4. Конструктивные – не мешать технологическому процессу, не занимать полезную площадь;
5. Эксплутационно - экономические – надежность в эксплуатации, экономичность по расходу металла.
При устройстве систем водяного обогрева для экономичного обеспечения заданных температурных условий при любом режиме работы теплицы ее следует оборудовать независимыми системами:
1. Шатрового – для обеспечения и поддержания температурного режима в верхней зоне;
2. Цокольного – для локализации холодных потоков в пристенной зоне;
3. Контурного – почвенного обогрева – для предотвращения промерзания почвы в при стенной зоне;
4. Основного – почвенного обогрева – для создания требуемого температурного режима в корнеобитаемомо слое;
5. Надпочвенного обогрева – для обеспечения равномерности температур в надпочвенной зоне.
В системах отопления шатрового, цокольного и надпочвенного обогрева температура теплоносителя 95 – 70 °С; основного подпочвенного 45-30 °С; контурного подпочвенного обогрева 130-70 °С.
Нагревательные приборы всех систем – стальные гладкие трубы. Для основной подпочвенной системы – полиэтиленовые трубы
7.3.Принцип действия и особенности процессов контактного водонагревателя
Принцип действия контактного водонагревателя заключается в следующем. Продукты сгорания газа под давлением выбрасываются из отверстий в горизонтальной трубе, погруженной примерно на 100 мм под уровень воды. После частичного охлаждения в барботажной зоне поступают в верхнюю зону, где завершается их охлаждение при контакте со струями воды. Нагретая вода из сборника насосом подается в вынесенный водо-водяной теплообменник, в котором она нагревает воду системы отопления, и после охлаждения в нем возвращается в водонагреватель через ороситель. Максимальная температура воды в сборнике составляет 85 °С, а после водо-водяного теплообменника температура воды обычно составляет 35-40 °С.
Вода в контактной камере может нагреваться до определенного предела ( температуры мокрого термометра ), после которого прекращается повышение ее температуры и происходит только испарение влаги.
Предельная температура нагрева воды в контактной камере зависит :
- От начальной температуры продуктов сгорания;
- Разности между влагосодержанием насыщенного водяного пара под пленкой воды и влагосодеожанием продуктов сгорания, входящих в контактную камеру;
Жидкости, нагреваемые контактным способом должны быть: негорючими; химически инертными; нетоксичными; не оказывать вредного воздействия на конструкционный материал теплообменника; недефицитными; недорогими.
Одним из способов является применение вращающегося потока воды в трубах. В них за счет интенсификации процесса теплообмена мощность котла увеличивается в 3 раза. Конструкция котла значительно упрощается, так как он не имеет коллекторов, требующих сверления большого количества отверстий.
Исследования качества воды производились Санкт-Петербургским институтом гигиены труда и профзаболеваний и было установлено, что, физико-химический состав нагретой воды практически не меняется. Вода удовлетворяет санитарно-гигиеническим нуждам и может применяться для хозяйственно-бытовых нужд.
Контактные водонагреватели просты в обслуживании, обеспечивают полное сжигание газа при коэффициентах избытка воздуха, приближающихся к единице. Через 10 – 15 мин после включения горелок вода в них нагревается до 100 °С и может быть использована для горячего водоснабжения и, отопления зданий и технологических целей.
Недостатком контактного нагрева является соприкосновение воды с продуктами сгорания природного газа. Но проведенные исследования показали, что вода удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям и может быть использована для хозяйственно бытовых нужд.
7.4. Отличительные особенности контактных водонагревателей
Контактные водонагреватели по сравнению с существующими водогрейными котлами имеют ряд отличительных особенностей:
1.Используется скрытая теплота конденсации водяных паров, содержащаяся в продуктах сгорания. При работе контактных водонагревателей отходящие газы охлаждаются ниже точки росы. Такое глубокое охлаждение дает возможность использовать почти всю скрытую теплоту конденсации водяных паров, которая раньше считалась неизбежной потерей. В результате этого эксплутационный КПД контактных водонагревателей, установленных в системах горячего водоснабжения, достигает 95 – 96 %, считая по высшей теплоте сгорания топлива.
2. Контактные водонагреватели не подлежат регистрации в местных органах Гостехнадзора. Это объясняется тем, что внутри существующих контактов и контактно-поверхностных водонагревателей не создается избыточное давление, превышающее атмосферное, в силу чего вода в них не может нагреваться выше 100 °С.
3. В контактных водогрейных аппаратах возможен нагрев жестких и даже артезианских вод без предварительного смягчения. В контактных и контактно-поверхностных водонагревателях наблюдается испарение воды в топках. Количество испарившейся воды по отношению ко всей ее массе составляет мене 0.5 %. Практика эксплуатации показывает, что безнакипной режим работы контактно-поверхностных аппаратов может осуществляться при температуре нагреваемой воды 97-99 °С и карбонатной жесткости 2 – 2.5 мг-экв/л.
4. Контактно-поверхностные водонагреватели могут самоочищаться от накипи. Этот процесс имеет место, если радиационная поверхность топки, покрытая солями временной жидкости, будет непрерывно омываться водой, содержащей большое количество агрессивной углекислоты. При этом накипь, отложившаяся на поверхности топки, будет постепенно растворяться в воде. Способ самоочистки проверен на практике, прост и не требует никаких первоначальных затрат.
5. Газовые контактные аппараты взрывобезопасны в эксплуатации. При взрыве внутри топки и газоходов возникает давление 0.54 – 0.85 МПа. Сжигание газа в контактных водонагревателях происходит при высоком тепловом напряжении топочного объема, равном 4 – 10 ГДж/ (м 3 ч). Топка контактного водонагревателя является небольшой по объему и снабжена достаточным по площади взрывопредохранительным клапаном. Контактные камеры насадочного типа имеют минимальный объем и в них не может накапливаться взрывоопасная смесь. В верхней зоне контактной камеры установлен второй взрывопредохранительный клапан. Взрывная волна возникает в топке и распространяется мгновенно. Для устранения вредных последствий взрывной волны стенки топки контактного аппаратавыполняют с наибольшим запасом прочности.
7.5. Использование теплоты уходящих газов газотурбинных установок
Использование теплоты продуктов сгорания природного газа на КС для отопления тепличных хозяйств – одно из перспективных направлений. КС магистральных газопроводов является крупным источником вторичных тепловых энергоресурсов. В настоящее время фактическая утилизация вторичных энергоресурсов на КС обычно не превышает 10 % и применяется в основном для собственных нужд станций. Имеется определенный опыт использования физической теплоты отходящих газов газотурбинных установок для теплоснабжения теплиц на базе КС. В этих установках в основном применены блочные теплицы, выполненные по разработкам ГипроНИИсельпрома.