Глава 8 АККУМУЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
В последнее время все больший интерес вызывает возможность аккумулирования энергии. Большинство людей знакомы по крайней мере с одной формой аккумулирования энергии — это применение специальных радиаторов в домах для аккумулирования теплоты в базисе графика нагрузки.
Аккумулированная в радиаторе теплота используется в течение последующих нескольких часов, при этом количество отводимой теплоты может регулироваться с помощью принудительной конвекции или другим способом.В промышленности некоторые аккумуляторы применяются для аккумулирования пара высокого давления с последующим непо'льзова- нием его в технологических целях при низком давлении.
Известно также применение горячей воды в качестве аккумулируемой среды. Основное преимущество аккумулирования горячей воды по сравнению с другими средами состоит в том, что вода может быть использована и для аккумулирования теплоты, и как теплопередающая среда, при этом устраняется необходимость в теплообменнике. В настоящее время аккумуляторы теплоты известны не так широко, как котлы — аккумуляторы теплоты, которые, как видно из названия, могут применяться одновременно для получения теплоты и ее аккумулирования.
Разрабатываются и другие среды (твердые и жидкие) для аккумулирования теплоты, в частности в связи с использованием солнечной энергии, в которых происходят фазовые превращения. Они поглощают теплоту в процессе плавления и отдают теплоту в процессе затвердевания, таким образом, аккумулирующая способность такого материала зависит от скрытой теплоты его плавления. Типичным примером таких материалов является гидроксид натрия (соль).
Наряду с аккумулированием теплоты можно аккумулировать и некоторые другие виды энергии:
потенциальную энергию (энергию, получаемую в результате перекачивания воды на более высокую отметку, энергию сжатого воздуха и энергию гейзеров);
химическую энергию с использованием водорода в жидкой или газообразной форме или аккумуляторных батарей;
кинетическую энергию (с помощью маховых колес); электромагнитную энергию (с помощью конденсаторов или сверхпроводящих магнитов).
Описание систем аккумулирования этих видов энергии проводится в 18.1].
- Котлы-аккумуляторы теплоты
Такие котлы были разработаны для того, чтобы объединить функции котла и аккумулятора в одном агрегате. Типичным примером современного котла-аккумулятора теплоты является котел, производимый фирмой Babcock and Wilcox Ltd.
Принцип работы этого котла-аккумулятора теплоты (pHG. 8.1) состоит в том, что при пиковой потребности в паре автоматически снижается или прекращается подача воды в котел. Уровень воды снижается, н физическая теплота котловой воды используется для получения дополни-' тельного количества пара. Количество сжигаемого топлива остается постоянным, что обеспечивает высокий КПД котла. При снижении потребности в паре автоматически увеличивается количество воды, пода
тне. 8.1. Котел-аккумулятор теплоты фирмы Babcock and Wilcox Ltd:
і — регулягор расхода питательной воды; 2 конденсатосборник; 3 — питательный насос; V — питательный клапан открыт; 2' — питательный клапан закрыт
ваемой в котел, и теплота вновь аккумулируется в котле. Котел может также работать как обычный агрегат, когда изменение потребности в паре не может быть обеспечено о помощью описанных методов регулирования.
Котел может в течение часа покрывать тепловую нагрузку, на 33% превышающую номинальную. Так как количество сжигаемого топлива может поддерживаться постоянным в течение всего процесса, то температура газов в газоходе соответствует заданным значениям, так что не происходит конденсации газа на низкотемпературных поверхностях и последующей коррозии, как это имеет место при переменных режимах работы.
Второй тип котла — аккумулятора теплоты, в котором также устранены проблемы, возникающие при работе ня переменных режимах, связан с применением системы Metro-Flex. Работа этого котла с производительностью 3200 кг/ч основана на усовершенствованных методах организации процесса горения, позволяющих поддерживать температуру газов в котле на сравнительно постоянном и высоком у ров-
Рис.
8.2. Характеристики системы аккумулирования теплоты фирмы Metro-Flex (/) в сравнении с характеристиками двухпозиционной горелки (2) и горелки с регулированием (3)не, что приводит к увеличению срока службы котла. Рисунок 8.2 иллюстрирует эффективность организации процесса горения с помощью этой системы в сравнении с применением обычных горелок с постоянной производительностью н с регулированием количества сжигаемого топлива при потребности в паре 450 кг/ч. Обычная горелка с постоянной производительностью выключается сравнительно часто, в результате
Таблица 8.1. Тепловые потеои с гооячей металлической повеохности*
Тепловые потери (диаметр трубы, мм) | Температура поверхности, °С |
90 | 425 | |
У го. Потери, т/м, при диаметре труб, мм: 25 50 200 Потери с плоской поверхности, т/м2 Жидкое Потери, л/м, при диаметре труб, мм: 25 50 200 Потери с плоской поверхности, л/м2 Га Потерн, МДж/т, прн диаметре труб, мм: 25 50 200 Потерн с плоской поверхности, МДж/м2 * В эквивалентном количестве каждого вид. | гь 0,13 2,07 0,26 3,12 0.75 . 12,00 1,18 19,69 'опливо
3 0,36 5.21 0,59 8,80 1,90 3,04 3,12 5,00 і тоялива в год. |
череэ котел проходит холодный воздух, что соответственно приводит к перерасходу топлива. Горелка с регулируемым количеством сжигаемого топлива может не обеспечить при минимальных нагрузках достаточно высокой подачи теплоты для предотвращения охлаждения котла и топочных газов, что приводит к загрязнению и коррозии. Работа горелки системы Metro-Flex обеспечивает сжигание топлива с высокой эффективностью при номинальной производительности, а когда горелка отключается, система функционирует таким образом, что холодный воздух не может проходить в зону горения. Потери теплоты из котла сводятся до минимума, и он работает как аккумулятор теплоты. Полученная экономия составляет обычно 5—6% стоимости топлива, но на одной установке, работающей на жидком топливе, была достигнута экономия 9,8% благодаря предотвращению потерь при, останове.