Opublikowano dnia 20 stycznia 1958 r. tzu % ;i.-vi'l!s&"*lJ POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY "ir Nr 40425 Stefan Slawinski Lódz, Polska KI. 17 e, 7 Urzadzenie do wykorzystywania ciepla wód odpadkowych Patent trwa od dnia 16 sierpnia 1956 r.Wynalazek dotyczy urzadzenia do wykorzy¬ stywania uchodzacego nieprodukcyjnie ciepla zawartego w wodach odpadkowych. Jako wody odpadkowe rozumie sie wszelkie wody z kapie¬ lisk i pralni, wszelkie wody poprodukcyjne o wysokiej temperaturze w zakladach przemy¬ slowych oraz wody pochlodnicze. Urzadzenie polega na zastosowaniu wymienników typu ot¬ wartego w postaci podziemnych budowli, w któ¬ rych woda odpadkowa doprowadzona - jest do systemu kanalów otwartych, wykonanych w be¬ tonie w postaci labiryntu. W kanalach ulozone sa wiazki rur, w których w przeciwpradzie ply¬ nie pod cisnieniem woda zimna z wodociagu.W ten sposób zgodnie z teoria o wymianie cie¬ pla nastepuje stopniowe podgrzewanie wody zimnej, która moze byc odprowadzana do zbior¬ nika wody cieplej lub do ukladu pompy cie¬ plnej gdzie na zasadzie teorii o pompie cie¬ plnej nastepuje dalsze podgrzewanie wody czy¬ stej. W ukladzie pompy cieplnej jaiko parownik moze byc zastosowane urzadzenie wedlug wyna¬ lazku z ta róznica, ze czynnikiem chlodzacym w wiazkach rur jest tu amoniak, a nie woda z wodociagu. Cecha charakterystyczna urzadzenia wymiennika jest. to, ze wiazki rur z woda ogrze¬ wana sa ulozone pod poziomem lustra wody i polaczone za pomoca skrzynek o przekroju prostokatnym, które umocowane sa do blachy czolowej perforowanej na kolnierze i sruby z uszczelnieniem klingierytowym. Zapewnia to latwosc demontazu w przypadku uszkodzenia.Dalsza istotna cecha urzadzenia wedlug wyna¬ lazku jest zastosowanie podwójnego ukladu blizniaczych równolegle pracujacych komór, co zezwala na dowolne wylaczanie z dzialania kaz¬ dej z komór w przypadku oczyszczenia wiazek rur lub ich naprawy.Na rysunku uwidoczniono urzadzenie wedlug wynalazku, przy czym fig. 1 przedstawia widok z góry urzadzenia, fig 2 — przekrój podluzny osadnika, fig. 3, 4 i 5 przedstawiaja szczególy dotyczace wykonywania wiazki rur, a fig. G przedstawia schemat polaczen rur (fig. 1).Dla jasnosci pokazano wiazki rur tylko w jed¬ nej komorze wymiennika. Cecha istotna ukladupolaczenia wymiennika z pompa cieplna jest schemat polaczen (fig. 6) który zezwala na ce¬ lowa i ekonomiczna gospodarke wodami odpad¬ kowymi w duzym zakladzie przemyslowym, zwlaszcza w przypadku wody pochlodniczej (za¬ klady chemiczne) na takie jej ochlodzenie w koncowym etapie, ze moze byc ona bez strat i w calosci ponownie uzyta do produkcji jako czynnik chlodzacy.Fig. 1 przedstawia rzut poziomy wymiennika, skladajacego sie z dwóch równolegle pracuja¬ cych komór wykonanych jako budowle podziem¬ ne. Odpowiedni system zasuw i zaworów ze¬ zwala na dowolne kierowanie wody odpadko¬ wej i wody czystej do jed.iej lub drugiej z czyn¬ nych komor lub tez do obu jednoczesnie. Kie¬ runki ruchu wody ogrzewanej i odpadkowej pokazano strzalkami. Fig. 2 pokazuje przekrój podluzny osadnika z dwoma wlazami nat wlocie i wylocie. Poziom wody w kanalach reguluje z jednej strony trójnik / w otworze wlotowym, a z drugiej strony szczelina g w scianie zaopa¬ trzona w zasuwe. W studzience wylotowej znaj¬ duje sie spust wody odpadkowej p i spust wody czystej r. W najwyzszym punkcie wiazek rur zaklada sie kurek czerpalny, zaopatrzony w na¬ gwintowanie do weza, jako odpowietrzenie i dla celów porzadkowych. Na wlocie stosuje sie rure przelotowa 26. Wysokosc komory wymiennika liczac od górnej krawedzi kanalów do stropu wynosi 2 m, a wysokosc poziomu wody odpad¬ kowej od dna koryta — 0,50 m. W stropie za¬ klada sie wyciag wentylacyjny h zamykany na zasuwe i czynny tylko podczas czyszczenia i na¬ praw.Wlasciwe elementy chlodzace wode odpadko¬ wa posiadaja postac rur, ulozonych w trzech rzedach i przyspawanych koncami do prosto¬ katnych blach perforowanych l. Do blach tych sa przylaczone na kolnierze i sruby ksztaltki rurowe k z uszczelnieniem klingierytowym o,^przekróju prostokatnym w ksztalcie litery U.Ksztaltki sa przymocowane na uchwyty i sruby do scian osadnika. Aby zapobiec zwisaniu rur kazdy rzad rur jest wzmacniany kilkoma wstawkami blaszanymi n, które usztywniaja rury i sprzyjaja burzliwemu ruchowi wody, wywoluja lokalne zwiekszenie szybkosci i tym samym poprawiaja efekt wymiany ciepla. Po¬ laczenia srubowe zezwalaja na latwy demontaz i montaz w przypadku naprawy uszkodzen. Na fig. 6 przedstawiono uklad polaczen wymienni¬ ka otwartego z pompa cieplna. Z schematu wy¬ nika, ze zarówno wymiennik otwarty jak i pom¬ pa cieplna moga pracowac niezaleznie jedno od drugiego lub tez we wspólnym ukladzie, to znaczy, ze woda odpadkowa z wymiennika mo¬ ze byc kierowana do parownika pompy cieplnej dla dalszego pobierania od niej ciepla.Wode odpadkowa odplywajaca z okreslonego obiektu przemyslowego doprowadza sie do wspólnej studzienki zbiorczej 8, skad przewo¬ dem kamionkowym 9, izolowanym zuzlem, oto¬ czonym warstwa gliny plastycznej, kieruje sie do wymiennika ciepla. W studzience wlotowej 6 wode kieruje sie do urzadzenia do wstepnego oczyszczania, skladajacego sie z malego szla- mownika c, kraty i sita d oraz przegrody syfo¬ nowej e, po czym przez trójnik / woda doplywa do kanalów labiryntowych, w których ochladza sie i w koncu odplywa przez szczeline g w mu¬ rze i przewodem 10 do studzienki rozdzielczej 11. Stad woda moze byc odprowadzona wprost do kanalizacji 26 lub tez do parownika 12 pom¬ py cieplnej. Tam oddaje swe cieplo w zamknie¬ tym obiegu amoniakalnym (przewody 16), po czym kieruje sie do kanalizacji 26. W przypadku stosowania wody pochlodniczej ze studzienki rozdzielczej prowadzi sie ja przewodem 13 do zbiornika 14, skad pompa P2 dostarcza ja w kra¬ zeniu do procesu chlodzenia przewodem 15.Wode zimna podlegajaca ogrzaniu gromadzi sie w zbiorniku 1 z doplywem wody z wodocia¬ gu, regulowanym zaworem plywakowym.Przy zbiorniku instaluje sie pompe Pi, która przewodem 2 doprowadza wode przez studzienke rozdzielcza 3 do wymiennika ciepla 4. Po cze¬ sciowym ogrzaniu wody mozna ja kierowac do rozdzielacza 23 przy zbiorniku 24 wody cieplej przewodem 7 przez studzienke rozdzielcza 21, albo doprowadzic ja do skraplacza 18, skad po ostatecznym ogrzaniu kieruje sie ja przewo¬ dem 22 do zbiornika 24. Przewody do dopro¬ wadzania czystej wody ogrzanej zaleca sie ukla¬ dac w istniejacych kanalach centralnego ogrze¬ wania zaizolowane jak przewody centralnego ogrzewania. Budowle wymiennikowe jako pod¬ ziemne winny byc starannie izolowane cieplnie.Sciany, podloga i strop komory poza wyma¬ ganiami konstrukcyjno - budowlanymi (beton, mur ceglany) winny uwzgledniac i takie ocie¬ plenie, aby wspólczynnik K nie byl wTyzszy niz 0,4 kcal/m2 i godz.Zasadniczy uklad warstw izolacyjnych zaleca sie jak nizej.Cegla dziurawka na zaprawie wapienno-ce- mentowej, warstwa powietrza grubosci 5 cm, tektura lub papa bitumiczna, warstwa szkla — 2 —piankowego, zaprawa cementowa o grubosci 2 cm, warstwa gudronu asfaltowego i warstwa gliny plastycznej grubosci 20 cm, jako ochrony przed zawilgoceniem izolacji. Do wykonania kanalów labiryntowych konieczne jest uzycie gwarantowanych srodków wodoszczelnych i trwalycli w temperaturze do 70°C, Glebokosc zalozenia osadnika .zalezy od warunków lokal¬ nych. Przy wysokim stanie wody gruntowej dno osadnika-wymiennika winno znajdowac sie o 0,50 m powyzej zwierciadla wody gruntowej.W tym przypadku osadnik wykonuje sie cze¬ sciowo w nasypie, a dla podniesienia wody od¬ padkowej nalezy uzyc pompy. Studzienki roz¬ dzielcze 6, 3, 11 wody odpadkowej winny po¬ siadac taka sama izolacje scian jak i wymiennik.Jako materialu do zasuw w studzienkach roz¬ dzielczych wskazane jest uzycie drewna. Przy¬ krycie otworów wlazowych do komór i stu¬ dzienek winno byc równiez drewniane. Przy wodzie odpadkowej zanieczyszczonej chemicz¬ nie wszystkie czesci metalowe w wymienniku kraty, sita, rury i armatura winny byc z metali kwaso i lugo odpornych oraz odpornych na kor rozje. • • ...:.::.-..Wymienniki moga miec zastosowanie dla wszystkich rodzajów cieplnych scieków (z wyla¬ czeniem wód zanieczyszczonych fekaliami lub odpadkami kuchennymi), których temperatura nie przekracza 70°C. Stopien zanieczyszczenia wody ma jednak, duzy wplyw na przebieg wy¬ miany ciepla, gdyz na wiazkach rur powstaje ' osad zmniejszajacy elekt wymiany ciepla. Dla¬ tego tez w zaleznosci od rodzaju scieków na¬ lezy w obliczeniach uwzgledniac zmniejszenie wspólczynnika' K w granicach 0,9 — 0,5 zasad¬ niczej jego wartosci, przy czym wartosc zmniej¬ szenia pierwsza (0,9) zaleca sie stosowac dla wód pochlodniczych, a wartosc nizsza (0,5) dla wód kapielowych, pralni, wykonczalni itp. Przy sciekach chemicznych zamiast czesci metalo¬ wych nie wyklucza sie uzycia materialów za¬ stepczych z tworzyw sztucznych spelniajacych warunki odpornosci na czynniki chemiczne i wysoka temperature. Urzadzenie wymienniko¬ we mozna zastosowac i do istniejacych i czyn¬ nych zakladów przemyslowych, kapielisk, pralni i innych po uprzednim przystosowaniu i prze¬ budowie sieci odplywowych w kierunku od¬ dzielenia odplywów fekalijnych i kuchennych od sieci cieplych wód odpadkowych. Tam, gdzie siecie te sa oddzielone — przeszkody dla reali¬ zacji nie zachodza.Jako zalozenia dla opracowania szczególowych obliczen i rysunków techniczno-roboczych, be¬ dacych podstawa realizacji nalezy przyjmowac co nastepuje. Ilosc wody odpadkowej mofea przyjmowac równa itosci wody wodociagowej ze wspólczynnikiem 0,9* Predkosci obliczeniowo wody czystej przyjmuje sie w granicacji 0,5-^0,8 m/sek, a wody odpadkowej 0,1—0,2 ni/sek. Dla orientacyjnych obliczen przyjmuj: sie powierzchnie grzejna 7—8 m?/ma wody prze¬ plywowej na godzine, Sredni spadek tempera¬ tury miedzy woda czysta a woda odpadkowa wynosi 10—15°C. Wspólczynnik konwekcji dla wody odpadkowej wyliczony teoretycznie przyj¬ muje sie aj ¦= 740 kcal/m2 godz., a dla wody czystej a2 = 2400 kcal/m2, godz. Dzialanie pom¬ py cieplnej polega na odjeciu ciepla od wody odpadkowej i przekazaniu go wodzie ogrzewa¬ nej. W parowniku 12 nastepuje kosztem ciepiu wody odpadkowej parowanie amoniaku pod od¬ powiednim cisnieniem. Pary amoniaku zasysana przewodem 16 za pomoca sprezarki 20 ulegaja sprezeniu z podwyzszeniem temperatury i to¬ czone sa do skraplacza 18, gdzie ulegaja skro¬ pleniu i wskutek tego ogrzewaja czysta wode.Cykl amoniaku zamyka sie za pomoca zaworu redukcyjnego 17. Energia stracona na ruch spre¬ zarki bedzie tym mniejsza im niniejszy jest stopien sprezenia, tj. im mniejsza jest róznica koncowych temperatur zródla ciepla (wódy sciekowej) i nagrzewanej wody czystej, Od tej róznicy zalezy wspólczynnik sprawnosci pomp} cieplnej. Jako naped sprezarki zaleca sie silnik spalinowy 19 z dalszym wykorzystaniem ciepla wody sluzacej do chlodzenia silnika spalino¬ wego.Wymiennik ciepla,nalezy zaopatrzyc w apa¬ rature kontrolno-pomiarowa; dwa manometry i dwa termometry na doplywie i odplywie wo¬ dy czystej oraz dwa termometry dla wody Od¬ padkowej. Wymiennik podczas pracy wymaga obslugi. Przed wejsciem do komory nalezy ja starannie zwentylowac przez .otwarcie zasuwy wyciagu h. Wyciag mozna zaopatrzyc w detek¬ tor lub tez wyprowadzic go ponad dach sasitg- niego budynku. Przewód pionowy prowadzic wewnatrz budynku. Doplyw powietrza przez otwór wlazowy. Dla komunikacji wewnetrznej w komorze urzadza sie pomost drewniany ulo¬ zony na przegrodach betonowych, sluzacycl jako sciany kanalów. Komora wymiennika winna byc oswietlona elektrycznie za pomoca lamp prze¬ nosnych i stalych w oprawkach hermetycznych i wodoszczelnych. Przy wodzie zacueczyszczoDej nalezy okresowo (raz w tygodniu) dciKHJijrwac oczyszczenia wiazek rur z osadów wylaczajac dana komore z dzialania. Czyszczenie scianek — 3 -rwi dokonywac nalezy szczotkami drucianymi lub za pomoca odpowiedniego odczynnika che¬ micznego. Plukanie kanalów i rur dokonuje sie za pomoca weza gumowego przylaczonego do kurka a. W okresie czyszczenia przeprowadza sie i kontrole stanu technicznego urzadzenia badajac szczelnosc polaczen przez obserwacje, wskazania manometrów oraz przez dokonanie przegladu stanu zewnetrznego przewodów i po¬ laczen kolnierzowych.' Obsluga dzialania^ pompy cieplnej nie rózni sie, od czynnosci stosowanych przy obsludze urzadzen chlodniczych.Sposób postepowania przy realizacji wyna¬ lazku jest nastepujacy: Ustala sie w ogólnym bilansie ciepla dla obiektu lub zakladu ilosc i temperature koncowa wody odpadkowej. Z ko¬ lei okresla sie dokladne polozenie projektowa^ nySh urzadzen wedlug fig. 6 biorac pod uwage, ze* wymiennik i parownik lokalizuje sie tuz obÓk centralnej kotlowni, a pompe cieplna oraz zbiorniki z woda czysta ogrzewana, w budynku kotlowni. Przeprowadza sie nastepnie szczegó¬ lowe obliczenia hydrauliczno-cieplite dla usta¬ lenia wszystkich wymiarów i wielkosci urza¬ dzenia (projekty techniczno-robocze) oraz w ko¬ lejnosci rysunki robocze konstrukcyjno-budo¬ wlane. Na podstawie tych szczególowych projek¬ tów sporzadza sie kosztorys, po czym mozna przystapic do realizacji' w mysl przepisów obo¬ wiazujacych dkc wykonawstwa zamierzen in¬ westycyjnych. W wyniku realizacji opisanych urzadzen osiaga sie dodatkowe zródlo ciepla niewymagajace zuzycia opalu w postaci zbior- iiik&y umieszczonego w kotlowni. Uzyskana cie¬ pla woda moze byc uzyta: da bezposredniego zasilania kotlów jesli czyni zadosc wymaganiom technologicznym oraz przy zaopatrzeniu zbior¬ nika W dodatkowa nagrzewnice, zasilana od kotlów, zbiornik moze byc uzyty jako samo- cfefelne zródlo ciepla dla instalacji centralnego ogrzewania zakladowego systemu wodno-pom- pówego. Zbiornik otrzymuje wtedy i druga na¬ grzewnice, w której woda ciepla z odzysku od¬ daje swe cieplo wodzie krazacej w systemie centralnego ogrzewania pompowego przy spad¬ ku temperatury 20°C, po czym moze byc skie¬ rowana do zbiornika wody cieplej uzytkowej do bezposredniego uzycia. Ponadto ciepla woda moze byc' uzyta w zakladach przemyslu che¬ micznego, wlókienniczego i innych, przy czym zbiornik moze sluzyc jako centralne zródlo wo¬ dy cieplej produkcyjnej, zbiornik moze sluzyc jako zródlo wody cieplej dla urzadzen kapie¬ lowych oraz pralni. Dla wykonania swego zada¬ nia w przypadku równoczesnego wykorzysty¬ wania wody cieplej dla wyzej podanych celów, zbiornik otrzymuje szereg oddzielnych komór z równolegle wlaczonymi nagrzewnicami od kotlów, które stanowic beda urzadzenia uzupel¬ niajace, rezerwowe lub awaryjne. Na specjalna uwage zasluguje fakt, ze zastosowanie urzadze¬ nia dla odzysku ciepla z wód pochlodniczych znacznie zmniejsza naklady inwestycyjne na budowe kotlowni, daje wysokie oszczednosci na opale i zmniejsza zuzycie Swiezej wody dla pro¬ dukcji. Na przyklad dla sredniego zakladu prze¬ myslu farmaceutycznego bedacego w budowie — odzyski ciepla z wód pochlodniczych wynio¬ sa ok. 3.600.000 kcal/godz, co w stosunku rocz¬ nym daje oszczednosc na opale ok. 4.500 ton. PL