Охр окр среды (учебник)part2. Конспект лекций по курсу "основы энергосбережения" Часть 2 для студентов экономических специальностей
 Скачать 304 Kb.
|
6.3 Вторичные энергетические ресурсы, их классификация и использованиеОдним из важных факторов экономии ТЭР является использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), образующихся в одних технологических установках, процессах и направляемых для энергоснабжения других агрегатов и процессов. ВЭР по видам энергии подразделяются на горючие, тепловые и избыточного давления (таблица 1). Таблица 1 - Классификация ВЭР по видам и направлениям их использования
Горючие (топливные) ВЭР - это горючие газы и отходы одного производства, которые могут быть применены непосредственно в виде топлива в других производствах. Это доменный газ в металлургии; щепа, опилки, стружка в деревообрабатывающей промышленность; твёрдые, жидкие промышленные отходы в химической и нефтеперерабатывающей промышленности и т. д. Тепловые ВЭР - это физическая теплота отходящих газов технологических агрегатов основной, побочной, промежуточной продукции и отходов производства; теплота золы и шлаков, горячей воды и пара, отработанных в технологических установках; теплота рабочих тел систем охлаждения технологических установок. Тепловые ВЭР могут использоваться как непосредственно в виде теплоты, так и для раздельной или комбинированной выработки теплоты, холода, электроэнергии в утилизационных установках. ВЭР избыточного давления - это потенциальная энергия покидающих установку газов, воды, пара с повышенным давлением, которая может быть ещё использована перед выбросом в атмосферу. Основное направление таких ВЭР - получение электрической или механической энергии. Температура отходящих газов различных промышленных печей и нагревательных устройств колеблется от 800 ... 900 °С (в печах с регенераторами) до 900 ... 1200 °С в термических, прокатных и кузнечных (без регенерации), что позволяет в котлах-утилизаторах вырабатывать пар высоких параметров для технологических нужд. Кроме того, поскольку нагревательные печи, как правило, оборудованы системой охлаждения отдельных элементов конструкции, при испарительном охлаждении можно получить пар давлением до 4,5 МПа, который используется и в энергетических целях. Так как температура уходящих газов после котлов-утилизаторов всё ещё достаточно высока (около 200 ... 250 °С), их теплоту целесообразно применять для коммунально-бытовых нужд или отопления (нагрева воды). На предприятиях машиностроения в настоящее время тепловыми отходами являются физическая теплота уходящих газов, теплота охлаждения нагревательных и термических печей, вагранок и др. В промышленности строительных материалов тепловые ВЭР образуются при обжиге цементного клинкера и керамических изделий, производстве стекла, кирпича, извести, огнеупоров, выплавке теплоизоляционных материалов. К ним относятся физическая теплота уходящих газов различных печей (туннельных, шахтных, вращающихся) и т. д. Крупными потребителями пара различных параметров, электроэнергии, горячей и тепловой воды, а также холода являются почти все отрасли пищевой промышленности, поэтому и тепловые ВЭР предприятий пищевой промышленности также весьма разнообразны. Это, прежде всего, теплота отходящих горячих газов и жидкостей; жидких и твёрдых отходов производства; отработанного пара силовых установок и вторичного пара, который получается при выпаривании растворов, ректификации и высушивании; тепловых установок; теплота, содержащаяся в продуктах производства. Вторичные энергоресурсы имеются также на тепло- и гидроэлектростанциях. На гидроэлектростанциях отходы теплоты образуются в результате тепловыделения в электрогенераторах. Для тепловых электростанций наиболее существенный источник ВЭР - низкопотенциальная теплота нагретой охлаждающей воды конденсационных устройств, с которой может теряться до 50 % теплоты топлива, расходуемого на электростанции. Источником ВЭР считаются также дымовые газы котельных установок на паротурбинных станциях или отходящие продукты сгорания на газотурбинных установках. Для использования ВЭР применяются утилизационные установки, представляющие собой устройства для выработки энергоносителей (водяного пара, горячей и охлаждённой воды, электроэнергии) за счёт снижения энергетического потенциала ВЭР. К основным видам оборудования, применяемого для утилизации ВЭР, относятся: - котлы-утилизаторы; - установки испарительного охлаждения; - экономайзеры; - утилизационные абсорбционные холодильные установки; - теплообменники; - водоподогреватели; - тепловые насосы; - утилизационные турбогенераторы и др. 6.4 Трансформаторы теплоты и тепловые трубы, тепловые насосыТрансформаторами теплоты называются устройства, служащие для переноса тепловой энергии от тела с более низкой температурой (теплоотдатчика) к телу с более высокой температурой (теплоприемнику). Они подразделяются на холодильные установки и теплонаносные установки. В холодильных установках температура теплоотдатчика ТН ниже температуры окружающей среды ТО (ТН < ТО), тогда как температура теплоприёмника ТВ равна температуре окружающей среды (ТВ= ТН). В теплонаносных установках температура теплоотдатчика равна или несколько выше температуры окружающей среды, тогда как температура теплоприёмника значительно выше температуры окружающей среды. Трансформатор теплоты может работать как в режиме холодильной установки, так и в режиме теплового насоса, либо одновременно в двух режимах. Такой процесс называется комбинированным. В комбинированной установке происходит одновременно выработка теплоты и холода. Тепловые насосы являются разновидностью трансформаторов теплоты и предназначены для получения теплоносителя среднего и повышенного потенциала, используемого на тепловом потреблении. Тепловой насос представляет устройство для переноса тепловой энергии от теплоотдатчика с низкой температурой к теплоприемнику с высокой температурой. Принцип работы его тот же, что и компрессионного холодильника, с той разницей, что назначение холодильника заключается в производстве холода, а теплового насоса - в производстве теплоты (рисунок 1).  Рисунок 1 - Схема компрессионного теплового насоса В холодильнике компрессор сжимает газ, обладающий определенными свойствами, и нагнетает его в конденсатор, охлаждаемый водой или воздухом. При охлаждении газ конденсируется и просачивается через дросселирующий клапан, поступает в испаритель. Здесь жидкость опять переходит в газообразное состояние и обратно засасывается в компрессор для сжатия. На испарение расходуется тепловая энергия, которая поступает от охлаждаемой среды. Тепловой насос в отличие от холодильника отдает теплоту от конденсатора на нагревание теплотранспортирующей среды, которая переносит тепло к месту его использования в то время как к испарителю подводится теплота от внешнего источника. Когда компрессор приводится в действие электрическим двигателем или другим механическим приводом, то такой тепловой насос называется компрессорным. Когда для привода компрессора используется тепловая энергия и в рабочем цикле участвует пара рабочих сред, состоящая из хладоносителя и абсорбента, то тепловой насос называется абсорбционным. Коэффициент полезного действия теплового насоса равен отношению тепловой энергии, полученной рабочей жидкостью (газом) в испарителе, к электрической энергии или другой, использованной для приведения в действие компрессора. Он больше единицы. Практически тепловые насосы, приводимые в действие при помощи электродвигателя, позволяют увеличить количество получаемой тепловой энергии в 2,5-3,3 раза по сравнению с тепловым эквивалентом электрической энергии, затрачиваемой на приведение в действие теплового насоса. Рабочими агентами тепловых насосов служат фреон-11, фреон-21, фреон-113, фреон-114, фреон-142, газы и газовые смеси (в т. ч. и воздух), имеющие при атмосферном давлении низкую температуру кипения Тепловые насосы можно использовать в качестве индивидуальных систем обогрева жилых домов, отдельно стоящих зданий и сооружений, насосных (канализационных, водоснабжения) и т. п. Так, для теплоснабжения отдельно стоящих различных насосных станций в настоящее время, как правило, используют электроколориферы или различные теплоэлектронагреватели (ТЭНы). Тепловая труба представляет собой герметизированную конструкцию (трубу), частично заполненную жидким теплоносителем (рисунок 2). Она способна передавать большие тепловые мощности при малых градиентах температуры. Высокая теплопередающая способность ее достигается за счет того, что в тепловой трубе осуществляется конвективный перенос теплоты, сопровождаемый фазовыми переходами (испарением и конденсацией) жидкости - теплоносителя. При подводе теплоты к одному концу тепловой трубы жидкость нагревается, закипает и превращается в пар. При этом она поглощает большое количество теплоты, которое переносится паром к другому, более холодному концу трубы, где пар конденсируется и отдает поглощенную теплоту. Далее сконденсированная жидкость опять возвращается в зону испарения. Этот возврат может осуществляться разными способами. Самый простой из них заключается в использовании силы тяжести. При вертикальном расположении тепловой трубы, когда зона конденсации находится выше зоны испарения, жидкость стекает вниз непосредственно под действием силы тяжести. Такой вариант тепловой трубы называется термосифоном.  Рисунок 2 - Принципиальная схема тепловой трубы В наиболее распространенных типах тепловых труб для возврата жидкости в зону испарения используют капиллярные эффекты. Для этого на внутренней поверхности тепловой трубы располагают слой капиллярно-пористой структуры (фитиль), по которому под действием капиллярных сил происходит обратное движение жидкости. Фитиль может быть выполнен из нескольких слоев тонкой сетки. Из трубы откачивается воздух, и она плотно закрывается. В тепловой трубе различают три участка: зону подвода теплоты, или участок испарения; зону переноса теплоты, или адиабатный участок; зону отвода теплоты, или участок конденсации. Теплоносителями в тепловой трубе могут выступать различные вещества: ацетон, аммиак, фреоны, вода, ртуть, индий, цезий, калий, натрий, литий, свинец, серебро и неорганические соли. Основными преимуществами тепловых труб являются: высокая эффективность теплопередачи, автономность работы, малая масса и габариты, высокая надежность, возможность реализации сложных теплопередающих функций, высокая изотермичность поверхности трубы. Для изготовления корпусов и капиллярных структур используются стекло, керамика, различные металлы и сплавы. Наиболее характерными областями применения тепловых труб являются энергетика, машиностроение, электроника, химическая промышленность, сельское хозяйство. В сельском хозяйстве применяются теплообменники на тепловых трубах при утилизации теплоты выбросного воздуха от животноводческих помещений (тип УТ-12 и т. д.). Теплообменник такого типа является разновидностью рекуперативного аппарата с промежуточным теплоносителем. Конструктивно теплообменники выполняются из набора тепловых труб. В зависимости от агрегатного состояния теплоносители, омывающие испарительную и конденсационную зоны, разделяются на три типа: газ - газ (воздух - воздух); газ - жидкость; жидкость - жидкость. Использование тепловых труб при утилизации ВЭР позволяет не только повысить эффективность работы энергетических установок, но и во многих случаях уменьшить загрязнение окружающей среды. ПРИЛОЖЕНИЕТемы рефератов по курсу «Основы энергосбережения» (номер варианта должен соответствовать последнему номеру зачётной книжки студента)
Рекомендуемая литература: 1.Б.И.Врублевский, С.Н.Лебедева, А.Б.Невзорова и др. Основы энергосбережения. Учебное пособие, Гомель, «Развитие», 2002г.-190с. 2.Т.Г.Поспелова. Основы энергосбережения. «Теплопринт»: Минск, 2000г.- 350с. |