Энергосбережение(зад. метод.)-1. Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине Энергосбережение для студентов специальности 140211 Электроснабжение
 Скачать 43.58 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра энергетики и технологии металлов ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Энергосбережение» для студентов специальности 140211 «Электроснабжение» Курган 2007 Кафедра: «Энергетика и технология металлов» Дисциплина: «Энергосбережение» (для студентов специальности 140211 «Электроснабжение») Составили: доцент, канд. техн. наук Дураченко Л.И., доцент, канд. техн. наук Родионов С.С., доцент, канд. техн. наук Титов С.В. Утверждены на заседании кафедры 2007г. Рекомендованы методическим советом университета «____» _________2007г. ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ВВЕДЕНИЕ Энергосбережение - комплекс мер, направленных на эффективное (рациональное) использование топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. Энергосбережение есть глобальная проблема современной энергетики и, прежде всего, отечественной. Проблема эта обусловлена огромными и все возрастающими масштабами потребления и ограниченностью запасов энергоресурсов. Обобщенным показателем рационального использования энергии в производстве является энергоемкость внутреннего валового продукта. Сегодня в ряде отраслей Российской Федерации энергоемкость продукции в 3-5 раз выше, чем в экономически развитых странах. Создание новых технологий, оборудования – это генеральный путь энергосбережения, но он же, как правило, и самый дорогой, требующий значительных инвестиций. Задача энергосбережения может решаться и менее затратными методами, такими, как: - вовлечение в энергетический баланс предприятия вторичных энергоресурсов (ВЭР); - сокращение потерь на стадиях генерации, транспортирования и использования энергии. 1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ В объем контрольной работы входит расчет потребности в тепловой и электрической энергии предприятия (цеха) на технологический процесс, определение расходов пара, условного и натурального топлива. Выявляется также возможная экономия энергетических затрат при использовании вторичных тепловых энергоресурсов. При выполнении задания следует иметь в виду, что исходные данные для расчетов необходимо выбирать в соответствии с индивидуальным шифром студента: двумя последними цифрами зачетной книжки. Данные для расчета представлены в таблице 1. В Международной системе единиц для измерения всех видов энергии (тепла, работы, электроэнергии и др.) введена одна единица: джоуль (Дж) и кратные ей килоджоуль, мегаджоуль, гигаджоуль. 1Дж = 10-3 кДж = 10-6 МДж = 10-9 ГДж. Системной единицей мощности служит ватт: 1Вт = 1 Дж/с, а также производные единицы - киловатт (кВт), мегаватт (МВт). Широко используется в электротехнике и электроснабжении внесистемная единица энергии: киловатт-час (кВт∙ч). 1 кВт∙ч = (103Дж/с)·3600с = 3600 кДж. Кроме того, для измерения теплоты в промышленности используются такие единицы, как калория (кал), килокалория (ккал), мегакалория (Мкал), гигакалория (Гкал). Основное соотношение единиц энергии: 1 кал = 4,19 Дж. Для промышленных масштабов использования тепла 1 Гкал = 4,19 ГДж. Таблица 1 Исходные данные
Продолжение табл .1
Таблица 2 Характеристики различных видов натурального топлива [1]
Таблица 3 Термодинамические характеристики сухого насыщенного пара [2]
Условное топливо – расчетно-балансовая величина с принятой удельной низшей теплотой сгорания qнут = 7000 ккал/кг = 7 Мкал/кг = 29,3 МДж/кг. Таблица 4 - Нормативные потери тепла на среднюю длину теплотрассы в % от суммарной тепловой мощности теплоносителя [3]
2 ПАРОСНАБЖЕНИЕ 2.1 Общие замечания В системе теплоснабжения современных промышленных предприятий используются два теплоносителя: пар – для технологических нужд и горячая вода с температурой 180-150 °C. В ряде случаев пар может быть использован и для покрытия нагрузок отопления, вентиляции, горячего водоснабжения. Потребители тепла подразделяются на две группы: 1) сезонные и 2) круглогодовые. Сезонные потребители используют тепло в течение не всего года, а только сезона (-ов), при этом потребность в тепле зависит от климатических условий местности. Расход тепла в течение суток у сезонных потребителей сравнительно постоянный, в течение года – резко переменный. Круглогодовые потребители тепла, к которым относят горячее водоснабжение жилищно-коммунального сектора и технологические процессы производства, отличаются переменным суточным графиком потребления и относительно постоянным годовым. Тепловая энергия, поступающая от источника к потребителю, используется в процессах нагрева, пропарки, сушки, выпаривания растворов, в паровых при-водах машин и т.п. Расход тепловой энергии пропорционален удельным технологическим нормам тепла на единицу продукции q техн и объему выпуска продукции Псут. 2.2 Определение потребления тепла пара технологическим потребителем Потребность в тепле для нужд технологического процесса рассчитывается по удельным нормам расхода тепла на единицу выпускаемой продукции q техн (табл. 1) пропорционально объему выпуска Псут (см. табл. исходных данных). Суточный расход тепла на технологический процесс рассчитывается по формуле Q суттехн = q техн∙ П сут . Годовой расход тепла на технологию Qгодтехн= Q суттехн∙ lд , где lд - число рабочих дней в году. При подсчетах необходимо учитывать единицы измерения величин, входящих в формулы. Полученные значения необходимо перевести в гигаджоули (ГДж). Расчетная тепловая мощность технологического теплопотребления является секундным расходом тепла: Nтехн= Q суттехн / t , где t – время работы технологического оборудования за сутки, с. Расчетный секундный расход пара, поданного технологическому потребителю, определяют по формуле Dтехн = Nтехн / (( h″ - h′ ) ∙ η УТ ) где h", h' – удельная энтальпия насыщенного пара и конденсата при извест- ном давлении пара, поступающего на производство, кДж/кг ( табл. 3); η УТ – коэффициент, учитывающий утечки пара при транспортировке по паропроводам; обычно принимают η УТ = 0,8…0,95. 2.3 Пример расчета потребности пара на производство древесно-стружечных плит Для расчета используем следующие исходные данные. Суточный выпуск продукции Псут= 50 м3. Удельная норма расхода тепла на единицу продукции q техн = 4600 МДж/м3 (табл. 1). Топливо - природный газ. Месторождение - Игримское Тюменской области. Количество рабочих дней за год lд = 195. Число рабочих смен в сутки с = 2. При давлении пара p = 1 МПа энтальпия насыщенного пара h″ = 2778 кДж/кг; и энтальпия конденсата h' = 762 кДж/кг (табл. 3). Суточный расход тепла на выпуск продукции рассчитываем по формуле Q суттехн = q техн∙Псут = = 4600 (МДж/м3)∙ 50 (м3) =230∙103 (МДж) =230 ГДж. Время работы технологического оборудования за сутки при двухсменной работе по 8 часов за смену tc = c ∙ a ∙ 3600 (с/час) =2 ∙ 8 (час) ∙3600 (с/час) = 57,6∙103 с. Расчетная тепловая мощность технологического теплопотребления Nтехн= Qсуттехн / tc= = 230∙109 (Дж) / 57,6∙103 (с) = 3,99 МДж/с = 3,99 МВт. Секундный расход пара Dтехн = Nтехн /(( h″ - h' ) ∙ η УТ ) = = 3,99 (МДж/с) / ((2,778 - 0,762)(МДж/кг)∙0,9) = 2,2 кг/с. За час расход пара составит Dт.ч.= 2,2 кг/с∙3600 (с/час) = 7,92 т/час. Эквивалентный расход условного топлива равен Вут= Nтехн / qнут = 3,99(МДж/с) /29,3 (МДж/кг) = 0,136 кг/с. Годовой расход условного топлива на выпуск продукции В годут = Вут∙ lд ∙ tc= 0,136 (кг/с) ∙195 (сут/год) ∙ 57,6∙103 (с /сут) = = 1,53∙106 кг/год = 1530 т/год. Удельная теплота сгорания газа Игримского месторождения, т.е. подсчитанная для 1 кг топлива, qрн = qрс / ρ = (35,36 МДж/м3) / (0,763 кг/м3) = 46,3 МДж/кг. Переводной коэффициент от условного топлива к природному газу Игримского месторождения k = qрн /qнут = 46,3 (МДж/кг)/29,3 (МДж/кг) =1,58 Годовой расход натурального топлива определим с использованием полученного коэффициента k В годнат = В годут / k = (1530 т/год) / 1,58 = 968 т/год. 3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНДЕНСАТА 3.1 Общие замечания Применение водяного пара сопровождается образованием потоков конденсата при температурах близких к температуре насыщения соответствующего давления. Такие потоки конденсата могут быть использованы как источники вторичных тепловых ресурсов (ВЭР) для отопления помещений, для подогрева воздуха в системах вентиляции, для горячего водоснабжения и пр. Образовавшийся у потребителя конденсат возвращается к источнику теплоснабжения не полностью, доля возвращаемого конденсата характеризуется коэффициентом возврата ηвозв = 0,7…0,9. Причиной потерь вещества являются: 1) утечки пара и конденсата через неплотности в арматуре и фланцевых соединениях; 2) загрязнение конденсата продуктами коррозии трубопроводов, маслами, фенолами, бензолами и пр. в теплоиспользующих установках; 3) использование смесительных теплообменников в технологических схемах предприятий. Сокращение потерь конденсата существенно снижается при установке конденсатоотводчиков – специальной арматуры, запирающей проскоки пара в конденсатопровод. 3.2 Схема использования тепла конденсата На рис.1 представлена примерная схема возврата конденсата от технологичес- кого агрегата с использованием его тепла для подогрева воды в системе горячего водоснабжения. Здесь централизованным источником теплоснабжения яв-ляется паровая турбина с двумя отборами пара: промышленным (П) и отопительным с давлением р ≤ 0,3 МПа (около 3 атм.). В соответствии с условиями задания (табл.1) пар промышленных параметров поступает к технологическому агрегату (поз.2, рис.1), участвует в технологическом процессе, например, в пропарке изделий, сушке и т.п., отдает тепло и превращается в конденсат с температурой близкой к температуре насыщения. Поток конденсата через конденсатоотводчик и обратный клапан (поз. 6,7) поступает в водоподогреватель (поз.3). Расход конденсата регулируется (поз.8) по температуре нагреваемой воды после водоподогревателя 1-ой ступени. Охлажденный конденсат отводится в бак сбора конденсата (поз.5). Холодная вода из водопровода с температурой Тхв предварительно подогревается в 1-ой ступени (поз.3) до температуры Тгв1 , далее доводится до нормируемой температуры горячей воды Т гв2 в подогревателе 2-ой ступени (поз. 4). Горячим теплоносителем здесь служит пар из отопительного отбора, расход которого регулируется (поз.8) по величине Т гв2. Образовавшийся конденсат также поступает в бак сбора конденсата (поз.5). Значения параметров теплоносителей приведены в табл. 5. Таблица 5 - Параметры теплоносителей
 3.3 Пример расчета экономии топлива за счет использования тепла конденсата На данном производстве наиболее существенным потенциалом вторичных тепловых ресурсов обладает поток конденсата, образовавшегося из пара технологического потребителя и собранного в бак сбора конденсата (БСК) (рис.1, поз.5). Принимаем в качестве исходных данных (табл.1) пар с давлением насыщения p = pнас = 500 кПа и температурой насыщения Т = Т нас = 152º С (табл3.). Вначале определимся с температурой нагрева воды в 1-ой и 2-ой ступенях нагрева воды. Нормируемыми являются температура воды из холодного водопровода Тхв= +5 ºС и температура горячей воды у потребителя Т гв= +65 ºС. Общий подогрев воды на 60 ºС распределим между 1-ой и 2-ой ступенью в соответствии с рекомендациями табл.5. Нагрев в 1-ой ступени примем на ∆Тгв1 = 25 ºС; нагрев во 2-ой ступени - на ∆Тгв2 = 35 ºС. Таким образом Тгв1 = 30 ºС, Тгв2 = 65 ºС. Количество конденсата, поступающего в 1-ую ступень нагрева, определяется количеством пара на технологический процесс, уменьшенного с учетом невозврата Gк = ηвозв ∙ Dтехн = 0,9∙ 2,2(кг/с) = 1,98 кг/с. Считаем, что охлаждение конденсата (см. табл.5) ∆Ткон= 4∙∆Тгв1. Тогда количество теплоты, переданной конденсатом холодной воде в 1-ой ступени теплообменника горячего водоснабжения за секунду, т.е. тепловая мощность Nгв1мах = Gк ∙ ср∙ ∆Ткон = Gк ∙ ср∙ 4∙∆Тгв1 = = 1,98(кг/с) ∙ 4,19 (кДж/(кг∙К)) ∙ 4∙ 25(К) = 830 кВт , где ср –удельная теплоемкость конденсата (воды), ср = 4,19 кДж/(кг∙К). Расход воды, поступающей из водопровода в 1-ую ступень подогрева Gв = η∙Nгв1мах / (ср ∙∆Тгв1 ) = = 0,85∙830 (кВт)/4,19 (кДж/(кг∙К))∙25(К) = 6,74 кг/с где η - коэффициент, учитывающий тепловые потери теплообменного аппарата, η = 0,85. Необходимая тепловая мощность водоподогревателя 2-ой ступени Nгв2мах = Gв ∙ ср∙ ∆Тгв2= = 6,74 (кг/с) ∙ 4,19 (кДж/(кг∙К)) ∙ 35 (К) = 988 кВт. Такая мощность может быть обеспечена расходом пара, поступающего из ото пительного отбора в водоподогреватель 2-ой ступени, в количестве Dот = Nгв2мах /(h" - h' )∙ η1 = = 988 (кВт)/ (2719 - 541) (кДж/кг) ∙0,9 = 0,504 кг/с = 1,81 т/ч, где h" –удельная энтальпия насыщенного пара отопительного отбора при давлении ро = 260 кПа, h' -удельная энтальпия конденсата пара при давлении ро = 260 кПа [2] , η1- коэффициент, учитывающий тепловые потери водоподогревателя 2-ой ступени, принимаем η1 = 0,9. Часовой расход условного топлива, сэкономленного за счет использования тепла конденсата в 1-ой ступени подогрева, пропорционален его тепловой мощности Вчас= Nгв1мах / (qнут ∙ ηка ) = = 830 (кВт) / (29300 кДж/кг ∙0,8) = 0,035 кг/с, где qнут - низшая теплота сгорания условного топлива, qнут = 29,3 МДж/кг, ηка - коэффициент полезного действия замещаемого котельного агрегата, принято ηка = 0,8. Годовая экономия условного топлива за счет утилизации тепла конденсата пропорциональна продолжительности работы подогревателя горячей воды 1-ой ступени в течение года τгод Вгод= Вчас∙ τгод / К = 0,035 (кг/с) ∙3600 ∙ 195 ∙ 16 / 2,6=151∙103 кг/год, где К - коэффициент часовой неравномерности горячего водоснабжения нор- мируется для жилых зданий [4], К = 2,6. Таким образом, за счет утилизации тепла конденсата удалось сэкономить 151 т/год условного топлива, что составляет 9,9 % от затрат топлива на выпуск основной продукции. 4 СОКРАЩЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ПО ТРАССЕ ТРУБОПРОВОДА 4.1Общие замечания Для снижения потерь тепла при транспортировке теплоносителей трубопровод покрыт теплоизоляцией из материалов, имеющих повышенное термическое со- противление слоя (асбоцементные изделия, минеральная вата, пенобетон и др.) Величина тепловых потерь нормируется согласно СНиП 2.04.07.86 «Тепловые сети» [3]. В зависимости от диаметра трубопровода нормируется величина тепловых потерь в процентах от тепловой мощности, передаваемой по трубопроводу. Пример таких норм приведен в табл. 4. Можно снизить потери тепла на теплотрассе путем замены традиционных теплоизоляционных материалов на современные пенополиуретановые, отличающиеся от традиционных в 1,5 раза большим термическим сопротивлением. 4.2 Пример расчета тепловых потерь. Определение диаметра d (м) трубопровода при скорости пара w = 20…40 м/с d = ( 4∙D ∙ v / ( w ∙3,14))0,5 , где D – расход теплоносителя (пара), кг/с; v – удельный объем пара, м3/кг (табл.3); w – скорость пара, м/с. Принимаем w = 30 м/с. Для рассмотренного ранее расхода пара для технологических целей D = Dтехн = 2,2 кг/с определим диаметр трубопровода d = ( 4∙ Dтехн ∙ v / w ∙3,14)0,5 = (4∙2,2∙0,19 / 30∙3,14)0,5 = 0,133 м Из табл. 4 для условного диаметра 150 мм норма тепловых потерь для традиционных материалов составляет 1,53% от передаваемой тепловой мощности. При использовании пенополиуретановой теплоизоляции тепловые потери могут быть снижены в 1,5 раза, т.е. до 1,02%. Уменьшение потерь составит 0,51%. С учетом того, что годовой расход условного топлива составил В годут = 1530 т, экономия составит В = 0,51∙ В годут / 100 =0,51(%)∙1530 (т) / 100 (%)= 7,8 т. 5 РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС С учетом удельной нормы расхода электроэнергии на единицу продукции эуд (см. табл.1) определим суточный расход электроэнергии Эсут = эуд ∙ Псут = 3∙50 = 150 кВт∙ч. Годовой расход электроэнергии составит Эгод = Эсут ∙ lд =150∙195=29,3∙103 кВт∙ч. ЛИТЕРАТУРА 1. Хрестоматия по энергосбережению: Справочник в 2-х кн./Под ред. Лисиенко В.Г..М.: Теплоэнергетика. Кн.1-2002.-688с, кн.2. 2002 –768с. 2. Справочная книжка эгнергетика/ Сост. А.Д. Смирнов.-М.: Энергия, 1992. –336 с. 3. СНиП 2.04.07.86. Тепловые сети. - М.: ЦИТП,1988. 4. СНиП 2.04.01.85. Внутренний водопровод и канализация зданий - М.: ЦИТП,1986 5. . Арсеньев Г.В. и др. Тепловое оборудование и тепловые сети.- М.: Энергоатомиздат,1988.-400с. Дураченко Людмила Ивановна Родионов Сергей Сергеевич Титов Сергей Владимирович ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ Методические указания к выполнению контрольной работы по курсу «Энергосбережение» для студентов специальности 140211 «Электроснабжение»
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||