Комплексные решения по модернизации существующих пневмосистем предприятий, направленные на энергосбережение и энергоэффективность

На рудных и угольных шахтах воздушные компрессорные станции являются одними из наиболее крупных потребителей электроэнергии, поэтому энергетическая эффективность этих предприятий во многом зависит от эффективности производства и расходования сжатого воздуха.

Существенным резервом в повышении эффективности выработки сжатого воздуха является утилизация тепла, отводимого при его сжатии. Известны технические решения по использованию этого тепла для нужд предприятий, в частности:
• для систем отопления и горячего водоснабжения (ГВС);
• для нагрева в зимнее время воздуха, поступающего в шахту;
• для генерации пара хладагента в абсорбционных холодильных машинах.

Одним из путей повышения эффективности работы компрессорной установки является схема утилизации тепла турбокомпрессора с ТСУ, работающей на низкокипящем рабочем теле. Схема представлена на рис. 1.

Особенностью схемы является возможность круглогодичного преобразование тепла в механическую мощность турбины, работающей на низкокипящем рабочем теле (HPT), и установленной в кинематической цепи турбокомпрессора.

Чтобы иметь возможность более полно и гибко использовать теплоту, воспринятую НРТ в теплоутилизационных секциях воздухоохладителей, и обеспечить потребность в горячей воде, возможно применение схемы когенерационной утилизации тепла. При этом, наряду с механической мощностью также производится выработка тепловой энергии. В этом случае часть пара отбирается из промежуточного отбора турбины и направляется в теплообменник, где происходит передача тепла от пара НРТ в систему горячего водоснабжения (ГВС) предприятия.

Еще одним из наиболее эффективных способов утилизации тепла компрессоров является схема теплосиловой установки с использованием в качестве рабочего тела бинарной смеси. Такие установки получают в настоящее время все более широкое распространение при использовании низкопотенциального бросового тепла и тепла геотермальных источников.

Один из вариантов схемы теплосиловой установки, работающей на бинарной смеси, представлен на рис. 2.

В рассматриваемой схеме, благодаря использованию смешанного рабочего тела с переменной температурой кипения, потери эксергии от необратимости значительно уменьшаются и, как следствие, увеличиваются эксергетический КПД и КПД утилизации тепла сжатого воздуха в воздухоохладителях. Предварительные расчеты показывают, что за счет уменьшения электроэнергии, потребляемой из сети, эффективность работы компрессорной установки может быть увеличена более чем на 10 %.

Таким образом, использование тепла сжатого воздуха шахтных компрессорных станций в схемах теплосиловых установок, работающих на низкокипящих и смешанных рабочих телах, позволяет повысить эффективность компрессорных установок на 10% и сэкономить десятки МВт-ч электроэнергии в год.