использование тепла выхлопных газов для теплоснабжения. Реферат бакалаврская работа, 68 с., 4 рис., 16 табл., 10 источников, 1 прил. Система теплоснабжения, вторичные энергоресурсы пластинчатый теплообменник, утилизационный теплообменник, тепловая изоляция труб
 Скачать 1.21 Mb.
|
РЕФЕРАТБакалаврская работа, 68 с., 4 рис., 16 табл., 10 источников, 1 прил. СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ, ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, УТИЛИЗАЦИОННЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ТРУБ. Объектом исследования является приемо-сдаточный пункт Пякяхинского месторождения. Цель работы – перевести существующую котельную в резерв и осуществлять теплоснабжение за счет вторичных тепловых энергоресурсов. В процессе работы были посчитаны теплопотребления объектами ПСП по месяцам, подобраны пластинчатые и утилизационные теплообменники. В результате исследования было обосновано осуществление теплоснабжения за счет вторичных энергоресурсов. Основные конструктивные и технико-эксплутационные показатели – высокая экономичность, экономия энергоресурсов, небольшой срок окупаемости. Степень внедрения – внедрение отсутствует. Эффективность предложенной системы подогрева позволяет окупить капитальные вложения в течение 2 лет. CОДЕРЖАНИЕ РЕФЕРАТ 2 СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ 3 ВВЕДЕНИЕ 4 1 Описание объекта 12 2 Описание системы теплоснабжения и теплопотребления 15 3 Определение тепловой нагрузки 17 4 Подбор и расчет оборудования на цели теплоснабжения 36 4.1 Расчет процесса горения в ГПУ 37 4.2 Объем продуктов сгорания 38 4.3 Теплоемкость продуктов сгорания 40 4.4 Подбор оборудования 41 4.4.1 Подбор и расчет пластинчатого теплообменника. 41 4.4.2 Подбор и расчет утилизационного теплообменника. 50 5 Подбор диаметра трубопровода и тепловой изоляции 53 5.1 Гидравлический расчет участка 53 5.2 Расчет тепловой изоляции участка 55 6 Расчет технико-экономических показателей 58 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 63 Приложение А 65 Перечень демонстрационных материалов ВКР 65 СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯПСП – приёмо-сдаточный пункт; ППД – система поддержания пластового давления; ЦПС – центральный пункт сбора; ЭЦН – электроприводный центробежный насос; ВМЛУ – Восточно-Мессояховский линейный узел; БПГ – блок подогрева газа; КУ – котёл-утилизатор; ГПУ – газопоршневая установка; ГВС – горячее водоснабжение; ПИР – проектно-изыскательные работы; СМР – строительно-монтажные работы; ПНР – пуско-наладочные работы. ВВЕДЕНИЕНа технологические процессы расходуется определенное количество топлива, тепловой и электрической энергии. К тому же, сами технологические процессы протекают с выделением различных энергоресурсов – теплоносителей, горючих продуктов, газов и жидкостей с избыточным давлением. Однако не вся эта энергия используется в технологическом процессе; такие неиспользуемые энергетические отходы называют вторичными энергоресурсами. Вторичные энергоресурсы – энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, которые образуются в технологических установках. Этот потенциал не используется в самой установке, однако может частично или полностью использоваться для энергоснабжения других потребителей. Так как количество образующихся вторичных энергоресурсов достаточно велико, то полезное их использование является одним из направлений экономии топливно-энергетических ресурсов. Задача максимального использования ВЭР имеет как экономическое, так и экологическое значение, поскольку снижение расходов топлива, которое обеспечивается за счет использования ВЭР, уменьшает вредные выбросы и снижает загрязнение окружающей среды. В большинстве случаев утилизация ВЭР сопровождается определенными затратами, в том числе и капитальными, в результате чего возникает необходимость экономической оценки целесообразности такой утилизации. Вторичные энергоресурсы – низкопотенциальные источники тепловой энергии. К таким источникам относятся различные нагретые технологические газы, такие как отходящие газы котельных агрегатов, сушилок и печей; удаляемый вентиляционный воздух; вода нагретая от систем охлаждения технологического оборудования или продуктов производства, сточных вод. Иными словами, вторичные энергетические ресурсы – это сырьё, материалы и отходы производства, образующиеся при производстве продукции и применяемые в дальнейшем в производственном процессе, при изготовлении новой продукции. Использование ВЭР, как правило, экономически предпочтительнее добычи, обогащения и подготовки первичных ресурсов. Кроме того, ВЭР в качестве основного сырья дают и значительный экологический эффект. Утилизация отходов позволяет более экономно расходовать природные ресурсы. Нужно подчеркнуть, что также выявляются и разумные границы и объемы использования ВЭР, которые не ухудшают качество продукции. С этой целью в первую очередь определяют выход вторичных энергоресурсов – количество ВЭР, образовавшихся в данном оборудовании за определенную единицу времени и пригодны к применению в данный промежуток времени. Суммарный выход вторичных энергоресурсов за рассматриваемый промежуток времени рассчитывается исходя из удельного или часового. Лишь часть энергии из общего выхода ВЭР может использоваться как полезная. В связи с этим для оценки фактического потенциала вторичного энергоресурса, являющегося пригодным к использованию, определяют возможную выработку энергии за счёт ВЭР. Выработка за счёт ВЭР − это количество холода, электроэнергии и тепла, которое можно получить за счёт ВЭР в утилизационном оборудовании. Выделяют выработку возможную, экономически целесообразную, планируемую и фактическую. Возможная выработка – это максимальное количество энергии, которое может быть получено при работе оборудования; экономически целесообразная выработка – это выработка, учитывающая ряд экономических факторов, таких как затраты труда и прочее; планируемая выработка – это количество энергии, предполагающееся получить в определенный промежуток времени при повторном вводе или модернизации имеющегося утилизационного оборудования; фактическая выработка – это энергия, реально полученная за отчетный период. Степень утилизации вторичных энергоресурсов на предприятии определяется на основе результатов расчета экономии топлива за счет использования ВЭР. Так же с этой целью идет внедрение ресурсосберегающих и безотходных процессов, мероприятий для снижения материалоемкости, подбираются варианты взаимозаменяемости отдельных видов ресурсов. Виды вторичных энергоресурсов: горючие; избыточного давления; тепловые. К горючим вторичным энергоресурсам относятся образующиеся при производстве основной продукции газообразные, твердые или жидкие отходы, которые обладают химической энергией и могут быть использованы в качестве топлива. К основным источникам горючих вторичных энергоресурсов относятся лесная и деревообрабатывающая промышленность, а также химическая промышленность и сельское и коммунальное хозяйство. К горючим вторичным энергетическим ресурсам относятся: древесные отходы; отходы гидролизного производства: отходы целлюлозно-бумажной промышленности; сельскохозяйственные отходы (солома и ботва растений); городской мусор. В настоящий момент большое внимание направлено на утилизацию твердых древесных отходов и отходов сельскохозяйственного производства. В деревообрабатывающей и лесной промышленности около половины заготавливаемой древесины идет в отходы. Одной из главных задач является их утилизация путем сжигания для получения тепла. Вторичные энергоресурсы избыточного давления – это потенциальная, а также избыточная кинетическая энергия газов, жидкостей и сыпучих тел, покидающих технологические установки с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью их использования при выбросе в атмосферу, водоемы, емкости и другие приёмники. Вторичные энергоресурсы избыточного давления преобразуются в механическую энергию, которая может использоваться непосредственно для привода машин и механизмов, либо преобразовываться в электрическую энергию. Примером использования таких ресурсов служит применение избыточного давления доменного газа в утилизационных бескомпрессорных турбинах с целью выработки электроэнергии. Схема такой установки приведена на рисунке 1. Тепловыми вторичными энергоресурсами являются физическая теплота уходящих газов котельных агрегатов и промышленных печей, теплота основных или промежуточных продуктов, других отходов основного производства, а также теплота рабочего тела, пара и горячей воды, отработавших в технологическом и энергетическом оборудовании. С целью утилизации тепловых вторичных энергоресурсов используют теплообменники, котлы-утилизаторы, а также тепловые агенты. Рекуперация теплоты отработавших технологических потоков в теплообменниках может осуществляться как через разделяющую их поверхность, так и при непосредственном контакте. Классификация тепловых вторичных энергоресурсов [11]: высокотемпературные (с температурой выше 500℃); среднетемпературные (с температурой от 150℃ до 500℃); низкотемпературные (с температурой ниже 150℃). Основные направления использования ВЭР: топливное (ВЭР применяются непосредственно как топливо); тепловое (ВЭР применяется непосредственно как тепло или для выработки тепла в утилизационном оборудовании); силовое (ВЭР применяется непосредственно в виде электрической или механической энергии, полученной в утилизационном оборудовании); комбинированное (ВЭР применяется непосредственно как электрическая или механическая энергия и тепло, полученные одновременно в утилизационном оборудовании за счет ВЭР). Использование ВЭР в промышленности. Подобные энергоресурсы могут использоваться для удовлетворения потребностей в топливе и энергии как непосредственно, то есть не изменяя вид энергоносителя, так и путем выработки холода, тепла, электрической и механической энергии в утилизационном оборудовании. Большинство горючих ВЭР употребляются непосредственно в виде топлива, однако некоторые из них требуют специального утилизационного оборудования. Непосредственно применяются также некоторые тепловые ВЭР, такие как горячая вода систем охлаждения для отопления и прочее. Использование ВЭР в черной металлургии. Горючие газы являются отходами основного производства. К ним относятся доменный и коксовый газы, которые используются практически полностью. Ферросплавный газ может быть использован как для технологических целей, чтобы подогревать материалы, частично предварительно восстанавливать сырьё, так и на цели теплофикации путем его сжигания в котельной. Конвертерный газ частично используют в охладителях, но полное использование его еще не решено. Использование ВЭР в цветной металлургии. На предприятиях цветной металлургии имеются большие резервы по эффективному использованию ВЭР. Эффективным в цветной металлургии является использование тепла уходящих дымовых газов для подогрева воздуха, который подается в печи для сжигания топлива, что приводит к его экономии, улучшает процесс его горения и к тому же повышает производительность печи. Однако с дымовыми газами уносится еще и большое количество тепловой энергии, которая может использоваться в котлах-утилизаторах для выработки горячей воды или пара. Нужно уделять большое внимание на отрасли, которые имеют наиболее значительные возможности полезного использования вторичных энергоресурсов. Это предприятия, вырабатывающие никель, медь, свинец и цинк, в которых источником вторичных энергоресурсов являются шахтные, обжиговые, отражательные, рафинировочные печи и конверторы. Использование ВЭР в химической промышленности. В последнее время на предприятиях химико-лесного комплекса проводится большая работа по использованию вторичных ресурсов. Благодаря этим установкам возросла доля улавливаемого сероуглерода, используемого для выпуска вискозных текстильных нитей и комковой серы. К сожалению, использование вторичных ресурсов производится пока недостаточно интенсивно. Это в первую очередь связано с тем, что использование богатых природных ресурсов дает более высокую норму накопления по сравнению с использованием вторичных ресурсов, второй причиной является то, что техника и технологии переработки вторичных ресурсов совершенствуются медленно. Любая выработка электроэнергии, использующая технологию сжигания топлива, сопровождается выделением тепла. В газопоршневых агрегатах максимальный КПД по выработке электроэнергии не превышает 40%. Тепловой КПД таких агрегатов составляет 40-45%. То есть лишь половина высвобождаемой энергии используется полезно, другая же половина уходит с теплом в окружающую среду. При использовании технологии когенерации и тригенерации ситуация меняется. Когенерационная установка, совместно с производством электроэнергии полезно утилизирует теплоту двигателя, производя горячую воду или пар. Это резко повышает общий КПД установки. В некоторых случаях этот показатель достигает 90%. Отношение тепловой мощности к электрической составляет 1,2. Технологии тригенерации позволяет сохранить высокий КПД круглый год. Например, летом нет необходимости в отоплении, но требуется кондиционирование жилых помещений, офисов, больниц. В промышленности широко используется холодная вода и холод. Тригенерационная установка совместно с производством электроэнергии и тепла производит еще и холод по абсорбционной технологии. Еще одним положительным моментом для использования газопоршневых установок является возможность устанавливать несколько агрегатов. Благодаря секционированию когенераторных установок из нескольких блоков можно достичь такой же эффективности, как и у большой установки, получая при этом ряд значительных преимуществ, основным из которых является точное управление мощностью, за счет чего происходит увеличение ресурса всей системы в целом. При когенерации совместно с выработкой электроэнергии на станции производится выработка и тепловой энергии в виде пара или горячей воды. Для охлаждения двигателя применяется замкнутый контур с охлаждающей жидкостью, которая отбирает тепло у двигателя и подается в теплообменник, в котором передает свое тепло теплоносителю. Регулирование потока охлаждающей жидкости производит механический термостат и трехходовой клапан, направляющие ее либо в охлаждающую рубашку двигателя, либо в теплообменник, либо в радиатор воздушного охлаждения в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Таким образом, теплообменник является первой ступенью утилизации тепла. Далее вода поступает в котел − утилизатор, где догревается до необходимой температуры за счет тепла дымовых газов. Если температура дымовых газов низкая, они направляются по обводному газоходу в дымовую трубу. При комбинированной выработке электрической и тепловой энергии эффективность использования топлива повышается до 85-90%. В данной работе мы определим эффективность использования тепловых вторичных энергоресурсов в целях теплоснабжения объектов ПСП.  1 – компрессор для подачи воздуха в домну; 2 – доменная печь; 3 – сухая очистка от пыли; 4 – скруббер (мокрая очистка); 5 – распылитель; 6 – масловлагоотделитель; 7 – электрофильтр; 8 – дроссель; 9 − подогреватель; 10 – турбина; 11 – генератор; 12 – линия подачи воздуха на подогрев Рисунок 1 − Схема газовой утилизационной бескомпрессорной турбины (ГУБТ) 1 Описание объекта Объектом для проведения работ по реконструкции системы теплоснабжения выбран приемо-сдаточный пункт (ПСП) на Пякяхинском месторождении. На рисунке 2 представлен спутниковый снимок Пякяхинского месторождения.  Рисунок 2 – Спутниковый снимок Пякяхинского месторождения Месторождение принадлежит АО «Мессояханефтегаз» и расположено на территории Тазовского района Ямало-Ненецкого автономного округа Тюменской области России. Основные климатические показатели площадки ПСП приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1 − Климатические условия эксплуатации систем теплоснабжения и теплопотребления
В соответствии с СП 131.13330.2012 районы расположения объектов относятся к I-ей климатической зоне, I «В» климатическому подрайону и относятся к зоне континентального климата. Климатические параметры в соответствии с данными СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» и ТСН 23-334-2002 «Ямало-Ненецкий АО. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий». Среднемесячные температуры воздуха по площадке за базовый 2017 г. приведены в таблице 1.2. Таблица 1.2 – Среднемесячные температуры атмосферного воздуха по факту в 2017 г. по площадке ПСП
Площадка ПСП проектируется в районе вечномерзлых грунтов, поэтому в проекте предусмотрены меры по обеспечению надежности работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, тепловых сетей в особых климатических условиях. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||