Практическая работа. Практич работа 2. Методы анализа эффективности энергопотребления в химикотехнологических системах энергетический метод, энтропийный метод, эксэргетический метод
 Скачать 39.31 Kb.
|
Практическое задание № 2«Методы анализа эффективности энергопотребления в химико-технологических системах: энергетический метод, энтропийный метод, эксэргетический метод»Теоретический материал «В современной практике анализа эффективности энергопотребления применяются следующие три метода анализа: энергетический, энтропийный, эксергетический. Последние два метода близки друг к другу. В обоих случаях изучаются эксергетические потоки и потери эксергии. Следует отметить, что методы термодинамического анализа применимы к любой химико-технологической системе, поскольку в них происходит преобразование вещества, а, следовательно, и преобразование энергии. Энергетический метод. Энергетический метод в основе своей использует первый закон термодинамики – закон сохранения энергии. Метод позволяет оценить затраты энергии на осуществление технологических процессов; определить потери энергии в целом по всей ХТС и отдельным ее элементам; выявить, какие из них протекают с наибольшими потерями энергии. Это единственный метод анализа, позволяющий определить потери тепловой энергии через внешнюю поверхность оборудования в окружающую среду. Недостатком данного метода является то, что он не учитывает ценность различных видов энергии. Анализ эффективности энергопотребления в отдельных видах оборудования и в технологических схемах в целом требует выполнения ряда последовательных действий. В первую очередь определяются величины материальных потоков перерабатываемых веществ, проходящих через оборудование технологической схемы (по каждой позиции). Эта процедура выполнена в разделе «Определение затрат материальных ресурсов». Следующий этап состоит в проведении энергетического анализа. Базой для него служат уравнения теплового (энергетического) баланса по каждому оборудованию и по всей схеме» [2]. После написания уравнения материального баланса определяется необходимое количество энергии для поддержания технологического процесса. На следующем этапе определяются потери взаимодействия системы с окружающей средой и дается оценка рационального использования теплового процесса. Определяется требуемое для проведения процесса количество энергии, потери энергии в окружающее оборудование пространство и оценивается эффективность использования энергии. «В каждой технологической схеме используется оборудование, в котором совершается механическая работа (компрессоры, детандеры, дробилки, измельчители и др.). Оценку эффективности использования энергии в этих машинах удобно проводить с применением энтропийного метода, что позволяет оценить отличие действительного рабочего цикла от идеального и определить причины, вызывающие различия. Определяются технические решения, устраняющие эти причины. В ходе проведения технологических процессов (любых по своей природе) происходит изменение потенциала энергетических потоков (снижение работоспособности потоков). Оценить эти изменения позволяет эксергетический метод анализа. По сравнению с энтропийным этот метод анализа является универсальным. Определяются причины, приводящие к снижению потенциала, и находятся технические решения, позволяющие уменьшить это падение. В ходе анализа эффективности энергопотребления определяется возможность использования альтернативных источников энергии, применения принципа многоступенчатости (чем больше движущая сила – тем больше удален объект от идеального), рекуперации материальных и энергетических ресурсов и применения совмещенных процессов» [2]. Задание «Исходные данные. По трубопроводу (рис. 1) транспортируется насыщенный водяной пар. Исходные данные в соответствии с вариантом задания принимаются из таблицы 1. Определить эффективность использования теплоты в обоих случаях, оценить эффективность работы теплоизоляции и сопоставить величины потерь тепловой энергии. Транспортирование насыщенного пара по трубопроводу сопровождается потерями тепловой энергии через внешнюю поверхность трубопровода. Компенсируются тепловые потери за счет конденсации пара в трубопроводе и образования конденсата. Это приводит к тому, что к потребителю доставляется только часть поступившего в трубопровод пара» [7].  Рис. 1. Схема объекта Отчет по практическому заданию Название практического задания Методы анализа эффективности энергопотребления в химико-технологических системах: энергетический метод, энтропийный метод, эксэргетический метод Цель и задачи Рассчитать потери трубопровода пара Алгоритм работы - определение величины потерь тепловой энергии с поверхности паропровода; - определение скорости образования конденсата пара; - определение суммарных потерь энергии с поверхности всего паропровода; - определение значения коэффициента эффективности. Исходные данные - размеры трубопровода (Dхd) 124х7,4 мм; - длина трубопровода l=450 м; - материал изоляции – шлаковая вата; - коэффициент Кнап=16,3; - давление пара p=1,5 атм; - скорость в трубопроводе p=25 м/с; - температура окружающей среды t0=10 0С; - температура трубопровода tп=55 ºС Расчет «Определение величины потерь тепловой энергии с поверхности паропровода производится по формуле 1.1:
Определим, с какой скоростью образуется конденсат пара. При стандартных условиях скорость образования парового конденсата находится относительно толщины изоляционного слоя, обеспечивающего наименьшие потери системы, по формуле 1.2:
где r – теплота конденсации пара, Дж/кг. Она равна 2300 Дж/кг.  Определяем значение коэффициента эффективности по формуле 1.3:
Суммарные потери энергии с поверхности всего паропровода находят по формулам 1.4 и 1.5:
где qmр – массовый расход пара, транспортируемого по трубопроводу, кг/с. Он рассчитывается по формуле 1.6:
где vp= (10…15) скорость движения пара в трубе, м/с; ρp – плотность пара (по давлению пара), кг/м3» ρp=0,863 кг/м3    Результаты расчета и выводы по работе Расчеты показали, что изоляция из шлаковой ваты защищает трубопровод от потерь тепла. Коэффициент эффективности составляет 99 %. Ответы на контрольные вопросы 1. Какие три метода анализа применяются для повышения эффективности энергопотребления? В современной практике анализа эффективности энергопотребления нашли применение следующие три метода анализа: - энергетический; - энтропийный; - эксергетический. 2. Назовите первый закон термодинамики. Приращение внутренней энергии термодинамической системы при переходе из одного состояния в другое равно алгебраической сумме работы, совершённой внешними силами, и количества теплоты, полученного (или отданного) системой при взаимодействии с внешними телами 3. Какой метод позволяет определить потери тепловой энергии через внешнюю поверхность оборудования в окружающую среду? Энергетический метод в основе своей использует первый закон термодинамики – закон сохранения энергии. Метод позволяет: - оценить затраты энергии на осуществление технологических процессов; - определить потери энергии в целом по всей ХТС и отдельным ее элементам; - выявить, какие из них протекают с наибольшими потерями энергии. Это единственный метод анализа, позволяющий определить потери тепловой энергии через внешнюю поверхность оборудования в окружающую среду. Недостатком данного метода является то, что он не учитывает ценность различных видов энергии 4. Приведите примеры альтернативных источников энергии. Источники альтернативной энергии: - солнечный свет (солнечные батареи); - ветер (установка ветряков); - энергия морских и речных волн; - биогаз; - тепло идущее от грунта; - переработка биомассы растительного и животного происхождения. 5. В чем смысл энтропийного метода? Энтропийный метод представляет собой развитие «метода вычитания» эксергетических потерь из эксергии теплоты, подведенной к ХТС. Данный метод вычисляет эксергию теплоты только на входе в рассматриваемый узел установке или установку в целом. |
Вт/м. 
Вт/м.
,
Вт,