У рамках завдань щодо підвищення енергоефективності технологічного процесу або виробництва певної продукції у цілому, після проведення енергоаудиту і виявлення джерел ВЕР і аналізу їх максимально можливого потенціалу розпочинають реалізацію наступного етапу, що включає вибір і обґрунтування проекту утилізації.
Необхідно відзначити, що питання утилізації паливних ВЕР мають специфічні особливості і в рамках даного посібника не розглядаються. Що стосується теплових і ВЕР надлишкового тиску, то вони у більшості випадків скидаються з теплотехнічних установок у вигляді одного енергетичного потоку, а їх часткове співвідношення легко визначається при оцінці максимально можливого потенціалу. Наведена нижче табл. 1.1. класифікації схем утилізації вказаних ВЕР дозволяє за цільовим призначенням провести вибір тієї чи іншої схеми.
Газороз-ширюваль-ні машини (детандер-ри), паротур-бінні установки
Будь-які типи, вказані
для розділь-
ної рекупера-ції
Теплові насоси пароком-пресійно-го типу Струмин-ні термокомпресори
Парое-жекторні холодиль-ні машини
Будь-які типи, вказані для роздільної термо-транс-формації
Контактні регенерато-ри
Гідро-двигуни
Сорбційні теплові насоси
Сорбційні холодиль-ні машини
Теплові труби
Термо-електричні генератори
Термое-лектричні теплові насоси
Вихрові холодиль-ні машини
Із поданої таблиці випливає, що всі схеми утилізації розглядуваних ВЕР діляться на два типи: рекупераційні і підвищуючи термотрансформаторні. Головною відмінною ознакою подібного поділу є напрям енергообміну: мимовільність у рекупераційній схемі і наявність компенсаційних енерговитрат для перенесення теплоти утилізованого середовища на вищий температурний рівень у підвищуючій термотрансформаторній схемі. Умовна графічна інтерпретація викладеного поділу утилізаційних схем наведена на рис. 1.5.
Рисунок. 1.5. - Характер енергообміну в установках утилізації ВЕР: а - схема рекуперації;
б - термотрансформаторна схема
Як випливає з даного рисунка, у рекупераційних схемах від потоку ВЕР (утилізаційне середовище) середовищу споживача передається тепловий потік або об'єкту споживання роботи - потужність N . Що стосується термотрансформаторних схем, то середовище споживача отримує сумарні потоки енергії або залежно від типу компресії у тепловому насосі. Наведене на схемі позначення представляє тепловий потік (стік), який скидається у навколишнє середовище і практично не використовуваний для утилізації.
Енергетичне джерело компенсації, необхідне для підвищуючої термотрансформації, необов'язково повинно бути елементом зовнішнім і незалежним від потоку утилізаційного середовища, як це показано на рис.1.5. У цілому ряді так званих тепловикористовуючих термотрансформаторів названу компенсацію забезпечує енергетичний потенціал безпосередньо самого утилізаційного потоку з додаванням незначної кількості механічної роботи від зовнішніх джерел для забезпечення насосної циркуляції, рис.1.6.
а - із застосуванням абсорбційного теплового насоса понижуючого типу;
б - із застосуванням холодильних машин абсорбційного або пароежекторного типу
За рекупераційною схемою утилізація теплоти скидного потоку супроводжується зміною температури середовища, що сприймає теплове навантаження, при цьому завжди дотримується умова ТУ>ТС . Для термотрансформаторних схем співвідношення температур утилізаційного середовища і середовища споживача, як показано на рис. 1.5,1.6, залежить від цільового призначення утилізації і використовуваного устаткування і відповідно може бути будь-яким у межах . Наведена на рис.1.6 величина відповідає тепловому потоку, що відводиться від середовища споживача для охолоджування.
Основним критерієм, використовуваним при застосуванні того або іншого схемного рішення для утилізації теплових ВЕР, є рівень температури скидного потоку. Так, наприклад, рекуперація тепла не має практичного сенсу для утилізації низькотемпературних ВЕР або природних джерел, коли Тск@То.с. Поза сумнівом, що для таких джерел кращим варіантом утилізації буде застосування підвищуючої термотрансформації теплоти.
Для середньопотенціальних теплових ВЕР можливе застосування схеми як рекупераційної, так і термотрансформаторної утилізації. Проте реально застосування термотрансформації для даних ВЕР практично обмежене унаслідок відсутності відповідних високотемпературних робочих речовин для парокомпресійних теплових насосів. Деякі перспективи пов'язують з розробленням і застосуванням для підвищуючої термотрансформації нових рішень в галузі абсорбційно-резорбційних і гібридних теплонасосних установок [32, 66] і струменевої термокомпресії [16, 17].
Що стосується використання даних ВЕР у рекупераційних схемах, то подібне утилізаційне рішення найбільше поширене в техніці. Розрахунки за цими схемами давно оптимізовані і викладені у багатьох інформаційних джерелах з теплообмінних апаратів, наприклад, [18, 36, 40, 54].
Значна увага завжди приділялася утилізації високопотенціальних теплових ВЕР. Через великий перепад між температурами скидного потоку і навколишнього середовища утилізація таких ВЕР виконується тільки за рекупераційною схемою. У найбільш ефективних варіантах утилізації потенціал подібних ВЕР дозволяє отримати теплоту на різних рівнях температур, а головне механічну роботу або електроенергію як роздільно, так і в когенераційних установках [21, 35, 40].
Якщо ВЕР надлишкового тиску мають низький температурний рівень, то вони можуть використовуватися як в рекупераційних схемах утилізації, так і в термотрансформаторних. Як приклад можна навести утилізацію надлишкового тиску природного газу на газопереробних станціях (рекупераційна схема) або використання скидних потоків стисненого газу для генерації холоду на основі вихрового ефекту розділення (термотрансформаторна схема) [1, 11].