Особенности применения теплоутилизационного оборудования на канализационных насосных станциях
Аннотация
Рассмотрены особенности работы тепловых насосов на сооружениях системы водоотведения города. Приведены конкретные примеры установки тепловых насосов на различных объектах системы канализации в Российской Федерации. Исследованы альтернативные источники получения тепловой и электрической энергии для очистных сооружений. Изучены возможности использования теплоты от сточных вод для различных теплопотребляющих инженерных систем обеспечения микроклимата зданий или сооружений системы водоотведения. Проанализированы иные возможности использования теплоты от сточных вод для других инженерных систем жилищно-коммунального хозяйства. Проведена углубленная проработка возможностей монтажа тепловых насосов на канализационной насосной станции. Даны положительные и отрицательные особенности эксплуатации теплового насоса, зависящие от потенциального расположения оборудования конденсаторно-испарительных блоков теплового насоса на канализационной насосной станции. Освещены особенности устройства тепловых насосов на низковольтных и высоковольтных канализационных насосных станциях в различных населенных пунктах и городах. Представлены результаты изучения основных технологических проблем на реальных объектах системы городского хозяйства и описаны основные осложнения, возникающие в процессе монтажа и эксплуатации тепловых насосов на канализационных насосных станциях. Данное обследование проходило с 2019 по 2021 гг. на канализационных насосных станциях АО «Мосводоканал», где используются тепловые насосы. Выполнен анализ возможности снижения стоимости производства теплонасосного оборудования на базе существующих отраслей энергетики (например, геотермальной энергетики) и промышленного сектора экономики Российской Федерации. Работа может быть интересна для проектировщиков и инженеров, работающих в сфере энергетики, жилищно-коммунального хозяйства города, в частности, в системе городского водоотведения.
Литература
1. Bakman I. High-efficiency Predictive Control of Centrifugal Multi-pump Stations with Variable-speed Drives. Tallinn: TUT Press, 2016.
2. Venkatesh G. Systems Performance Analysis of Oslo's Water and Wastewater System. Trondheim: NTNU, 2011.
3. Николаев В.Г., Махров С.В. Потенциал энергосбережения и его практическая реализация для насосов и воздуходувных машин систем водоотведения // Водоснабжение и канализация. 2013. № 1—2. С. 100—115.
4. Пат. № 2094397 РФ. Устройство для сушки осадка сточных вод на иловых площадках / В.И. Прохоров, И.И. Горбатов // Бюл. изобрет. 1997. № 10.
5. Makisha N., Shevchenko-Enns E. Review of Energy Saving and Energy Efficiency Approaches Applied in Water Sector in Russia // Proc. XXII Intern. Sci. Conf. Construction the Formation of Living Environment. 2019. P. 01040.
6. Бабаев В.Н., Горох Н.П., Коринько И.В. Энергетический потенциал метанообразования при мезофильном анаэробном разложении органической составляющей отходов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2011. № 4(6). С. 59—65.
7. Chernova R. e. a. Analysis of Landfill Gas Thermo-physical Properties for Communal Services // Proc. Advanced Technologies in Material Science, Mechanical and Automation Engineering Conf. Krasnoyarsk, 2019. P. 62044.
8. Shcherbakov V.I., Pomogaeva V.V., Chizhik K., Koroleva E. Biomass Resource of Domestic Sewage Sludge // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2019. V. 983. Pp. 361—372.
9. Rudenko R.R., Vasilevich E.E., Stom D.I., Zhdanova G.O., Topchiy I.A., Chizhick K.I. The Use of Urban Sewage Sludge as a Substrate in a Microbial Fuel Cell // Intern. J Eng. and Technol. 2018. V. 7. No. 2. Pp. 277—280.
10. Bakman I., Gevorkov L., Vodovozov V. Optimization of Method of Adjustment of Productivity of Multi-Pump System Containing Directly Connected Motors // Proc IX Intern. Electric Power Quality and Supply Reliability Conf., 2014. Pp. 209—214.
11. Khohlov V. e. a. Energy Saving in Municipal Sewage Pumping Station // Proc. III Conf. Problems of Thermal Physics and Power Engineering — Energy Saving — Theory and Practice. 2020. P. 052003.
12. Баженов В.И., Устюжанин А.В., Королева Е.А. Установки когенерации для компенсации потребности станций аэрации в энергетических ресурсах // Водоснабжение и санитарная техника. 2021. № 4. С. 40—49.
13. Битиев А.В. и др. Прогнозирование энергосберегающего эффекта управляемой подачи воздуха для Ново-Люберецких очистных сооружений // Водоснабжение и санитарная техника. 2018. № 9. С. 47—56.
14. Усачев А.П. Методика оценки эффективности частотного регулирования производительности насосных агрегатов КНС // Водоснабжение и санитарная техника. 2020. № 1. С. 42—51.
15. Темеров А. и др. Обзор реальных проектов ВИЭ в регионах. М.: Изд-во Российской инженерной академии, 2019.
16. Шилкин Н.В. Утилизация тепла канализационных стоков // Сантехника. 2003. № 1. С. 12—14.
17. Кокорин О.Я., Волков В. Применение теплового насоса с целью энергосбережения и повышения экологичности работы систем вентиляции помещений для ванн очистки сточных вод // Холодильная техника. 2012. № 6. С. 29—31.
18. Волков В.В. Повышение энергетической и экологической эффективности систем вентиляции в помещениях с емкостями для очистки сточных вод: автореф. …. канд. тех. наук. М.: НИИСФ РААСН, 2020.
19. Khavanov P., Volkov V. Ensuring Energy Efficiency and Environmental Friendliness of the Ventilation Systems with Baths Wastewater Treatment // Proc. Intern. Multi-conference Industrial Eng. and Modern Technol. 2019. P. 8934406.
20. Кокорин О.Я., Волков В.В. Повышение эффективности станций очистки сточных вод // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2012. № 7(127). С. 22—25.
21. Fu H.D., Pei G., Ji J. e. a. Experimental Study of a Photovoltaic Solar-Assisted Heat-pump/Heat-pipe System // Appl. Thermal Eng. 2012. V. 40. Pp. 343—350.
22. Похил Ю.Н. и др. Использование теплоты неочищенных сточных вод в качестве теплоносителя // Водоснабжение и санитарная техника. 2004. № 3. С. 25—27.
23. Rymarov A. e. a. Specialized Method of Calculating Heat Input from Wastewater in the Premises of the Sewage Pumping Stations // IOP Conference Series: Materials Sci. and Eng. 2018. V. 463. P. 032073.
24. Дубровский С.В. Отопление удалённой канализационной насосной станции тепловым насосом // Энергосовет. 2013. № 1(26). С. 30—31.
25. Прохоров В.И., Белоглазов А.Р., Разаков М.А. Качественная и количественная оценка теплопоступлений от сточных вод в помещение канализационной насосной станции // Естественные и технические науки. 2017. № 7(109). С. 143—146.
26. Разаков М.А. Особенности расхода сточных вод в канализационных насосных станциях // Сб. докл. XVI Междунар. науч.-техн. конф., посвященной памяти академика РАН С.В. Яковлева. М.: Мир науки, 2020. C. 189—192.
27. Яковлев И.В., Попов А.И. Использование тепловых сбросов на энергетические потребности города // Перспективные энергетические технологии. Экология, экономика, безопасность и подготовка кадров: Материалы науч.-практ. конф. Екатеринбург: Изд-во Уральского федерального ун-та им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2016. С. 102—104.
28. Шелгинский А.Я., Яковлев И.В. Анализ применения теплонасосных установок в системах теплоснабжения // Вестник МЭИ. 2018. № 2. С. 42—52.
29. Васильев Г.П., Абуев И.М., Горнов В.Ф. Автоматизированная теплонасосная установка, утилизирующая тепло сточных вод г. Зеленограда // АВОК: вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2004. № 5. С. 50—52.
30. Васильев Г.П. и др. 12-летний опыт эксплуатации теплонасосной установки на районной тепловой станции // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2016. № 4. С. 30—32.
31. Слесаренко В.В., Князев В.В., Вагнер В.В., Слесаренко И.В. Перспективы применения тепловых насосов РПИ утилизации теплоты городских стоков // Энергосбережение и водоподготовка. 2012. № 3(77). С. 28—31.
32. Бутузов В.А., Амерханов Р.А., Григораш О.В. Геотермальное теплоснабжение в России // Теплоэнергетика. 2020. № 3. С. 3—14.
---
Для цитирования: Прохоров В.И., Разаков М.А. Особенности применения теплоутилизационного оборудования на канализационных насосных станциях // Вестник МЭИ. 2022. № 2. С. 45—55. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-2-45-55.
#
1. Bakman I. High-efficiency Predictive Control of Centrifugal Multi-pump Stations with Variable-speed Drives. Tallinn: TUT Press, 2016.
2. Venkatesh G. Systems Performance Analysis of Oslo's Water and Wastewater System. Trondheim: NTNU, 2011.
3. Nikolaev V.G., Makhrov S.V. Potentsial Energosberezheniya i Ego Prakticheskaya Realizatsiya dlya Nasosov i Vozdukhoduvnykh Mashin Sistem Vodootvedeniya. Vodosnabzhenie i Kanalizatsiya. 2013;1—2:100—115. (in Russian).
4. Pat № 2094397 RF. Ustroystvo dlya Sushki Osadka Stochnykh Vod na Ilovykh Ploshchadkakh. V.I. Prokhorov, I.I. Gorbatov. Byul. izobret. 1997;10. (in Russian).
5. Makisha N., Shevchenko-Enns E. Review of Energy Saving and Energy Efficiency Approaches Applied in Water Sector in Russia. Proc. XXII Intern. Sci. Conf. Construction the Formation of Living Environment. 2019:01040.
6. Babaev V.N., Gorokh N.P., Korin'ko I.V. Energeticheskiy Potentsial Metanoobrazovaniya pri Mezofil'nom Anaerobnom Razlozhenii Organicheskoy Sostavlyayushchey Otkhodov. Vostochno-Evropeyskiy Zhurnal Peredovykh Tekhnologiy. 2011;4(6):59—65. (in Russian).
7. Chernova R. e. a. Analysis of Landfill Gas Thermo-physical Properties for Communal Services. Proc. Advanced Technologies in Material Science, Mechanical and Automation Engineering Conf. Krasnoyarsk, 2019:62044.
8. Shcherbakov V.I., Pomogaeva V.V., Chizhik K., Koroleva E. Biomass Resource of Domestic Sewage Sludge. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2019;983:361—372.
9. Rudenko R.R., Vasilevich E.E., Stom D.I., Zhdanova G.O., Topchiy I.A., Chizhick K.I. The Use of Urban Sewage Sludge as a Substrate in a Microbial Fuel Cell. Intern. J Eng. and Technol. 2018;7;2:277—280.
10. Bakman I., Gevorkov L., Vodovozov V. Optimization of Method of Adjustment of Productivity of Multi-Pump System Containing Directly Connected Motors. Proc IX Intern. Electric Power Quality and Supply Reliability Conf., 2014:209—214.
11. Khohlov V. e. a. Energy Saving in Municipal Sewage Pumping Station. Proc. III Conf. Problems of Thermal Physics and Power Engineering — Energy Saving — Theory and Practice. 2020:052003.
12. Bazhenov V.I., Ustyuzhanin A.V., Koroleva E.A. Ustanovki Kogeneratsii dlya Kompensatsii Potrebnosti Stantsiy Aeratsii v Energeticheskikh Resursakh. Vodosnabzhenie i Sanitarnaya Tekhnika. 2021;4:40—49. (in Russian).
13. Bitiev A.V. i dr. Prognozirovanie Energosberegayushchego Effekta Upravlyaemoy Podachi Vozdukha dlya Novo-Lyuberetskikh Ochistnykh Sooruzheniy. Vodosnabzhenie i Sanitarnaya Tekhnika. 2018;9:47—56. (in Russian).
14. Usachev A.P. Metodika Otsenki Effektivnosti Chastotnogo Regulirovaniya Proizvoditel'nosti Nasosnykh Agregatov KNS. Vodosnabzhenie i Sanitarnaya Tekhnika. 2020;1:42—51. (in Russian).
15. Temerov A. i dr. Obzor Real'nykh Proektov VIE v Regionakh. M.: Izd-vo Rossiyskoy Inzhenernoy Akademii, 2019. (in Russian).
16. Shilkin N.V. Utilizatsiya Tepla Kanalizatsionnykh Stokov. Santekhnika. 2003;1:12—14. (in Russian).
17. Kokorin O.Ya., Volkov V. Primenenie Teplovogo Nasosa s Tsel'yu Energosberezheniya i Povysheniya Ekologichnosti Raboty Sistem Ventilyatsii Pomeshcheniy dlya Vann Ochistki Stochnykh Vod. Kholodil'naya Tekhnika. 2012;6:29—31. (in Russian).
18. Volkov V.V. Povyshenie Energeticheskoy i Ekologicheskoy Effektivnosti Sistem Ventilyatsii v Pomeshcheniyakh s Emkostyami dlya Ochistki Stochnykh Vod: Avtoref. …. Kand. Tekh. Nauk. M.: NIISF RAASN, 2020. (in Russian).
19. Khavanov P., Volkov V. Ensuring Energy Efficiency and Environmental Friendliness of the Ventilation Systems with Baths Wastewater Treatment. Proc. Intern. Multi-conference Industrial Eng. and Modern Technol. 2019:8934406.
20. Kokorin O.Ya., Volkov V.V. Povyshenie Effektivnosti Stantsiy Ochistki Stochnykh Vod. Santekhnika, Otoplenie, Konditsionirovanie. 2012;7(127):22—25. (in Russian).
21. Fu H.D., Pei G., Ji J. e. a. Experimental Study of a Photovoltaic Solar-Assisted Heat-pump/Heat-pipe System. Appl. Thermal Eng. 2012;40:343—350.
22. Pokhil Yu.N. i dr. Ispol'zovanie Teploty Neochishchennykh Stochnykh Vod v Kachestve Teplonositelya. Vodosnabzhenie i Sanitarnaya Tekhnika. 2004;3:25—27. (in Russian).
23. Rymarov A. e. a. Specialized Method of Calculating Heat Input from Wastewater in the Premises of the Sewage Pumping Stations. IOP Conference Series: Materials Sci. and Eng. 2018;463:032073.
24. Dubrovskiy S.V. Otoplenie Udalennoy Kanalizatsionnoy Nasosnoy Stantsii Teplovym Nasosom. Energosovet. 2013;1(26):30—31. (in Russian).
25. Prokhorov V.I., Beloglazov A.R., Razakov M.A. Kachestvennaya I Kolichestvennaya Otsenka Teplopostupleniy ot Stochnykh Vod v Pomeshchenie Kanalizatsionnoy Nasosnoy Stantsii. Estestvennye i Tekhnicheskie Nauki. 2017;7(109):143—146. (in Russian).
26. Razakov M.A. Osobennosti Raskhoda Stochnykh Vod v Kanalizatsionnykh Nasosnykh Stantsiyakh. Sb. Dokl. XVI Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf., Posvyashchennoy Pamyati Akademika RAN S.V. Yakovleva. M.: Mir Nauki, 2020:189—192. (in Russian).
27. Yakovlev I.V., Popov A.I. Ispol'zovanie Teplovykh Sbrosov na Energeticheskie Potrebnosti Goroda. Perspektivnye Energeticheskie Tekhnologii. Ekologiya, Ekonomika, Bezopasnost' i Podgotovka Kadrov: Materialy Nauch.-prakt. Konf. Ekaterinburg: Izd-vo Ural'skogo Federal'nogo Un-ta Im. Pervogo Prezidenta Rossii B.N. El'tsina, 2016:102—104. (in Russian).
28. Shelginskiy A.Ya., Yakovlev I.V. Analiz Primeneniya Teplonasosnykh Ustanovok v Sistemakh Teplosnabzheniya. Vestnik MEI. 2018;2:42—52. (in Russian).
29. Vasil'ev G.P., Abuev I.M., Gornov V.F. Avtomatizirovannaya Teplonasosnaya Ustanovka, Utiliziruyushchaya Teplo Stochnykh Vod g. Zelenograda. AVOK: Ventilyatsiya, Otoplenie, Konditsionirovanie Vozdukha, Teplosnabzhenie i Stroitel'naya Teplofizika. 2004;5:50—52. (in Russian).
30. Vasil'ev G.P. i dr. 12-letniy Opyt Ekspluatatsii Teplonasosnoy Ustanovki na Rayonnoy Teplovoy Stantsii. Santekhnika, Otoplenie, Konditsionirovanie. 2016;4:30—32. (in Russian).
31. Slesarenko V.V., Knyazev V.V., Vagner V.V., Slesarenko I.V. Perspektivy Primeneniya Teplovykh Nasosov RPI Utilizatsii Teploty Gorodskikh Stokov. Energosberezhenie i Vodopodgotovka. 2012;3(77):28—31. (in Russian).
32. Butuzov V.A., Amerkhanov R.A., Grigorash O.V. Geotermal'noe Teplosnabzhenie v Rossii. Teploenergetika. 2020;3:3—14. (in Russian).
---
For citation: Prokhorov V.I., Razakov M.A. Specific Features of Applying Heat Recovery Equipment at Sewage Pumping Stations. Bulletin of MPEI. 2022;2:45—55. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-2-45-55.
