Энергосбережение в теплоэнергетике
Содержание
Введение……………………………………….……..…… |
3 |
1 Экономия дизельного топлива
при эксплуатации дизель- |
4 |
2 Экономия тепловой энергии за
счет регенерации при работе
котельных установок…………………………… |
8 |
3 Определение экономии |
16 |
4 Снижение расхода |
18 |
5 Снижение расхода энергии на
воздушное отопление и |
21 |
6 Снижение расхода |
24 |
Список использованных источников……………………………………….. |
27 |
Введение.
Россия – одна из самых расточительных стран в мире. Весь объем экспортируемых нефтепродуктов и нефти сравним с потенциалом энергосбережения в России. Перспективы энергосбережения в нашей стране огромны, нужно только рационально использовать энергоресурсы. Так называемые «утечки» и «издержки», происходят и в секторе ЖКХ, и в промышленности (основная причина – износ оборудования), и даже в топливно-энергетическом комплексе (КПД установок – низкий).
Энергосбережение промышленных предприятий – это комплекс мер, направленных на сокращение расхода энергии от внешних источников, который подразумевает, в первую очередь, использование таких энергетических систем, которые заведомо экономичнее других - например: энергосберегающее оборудование. Системы электроснабжения промышленных предприятий, спроектированные на номинальный режим, работают, как правило, с недогрузкой. Это вызывает снижение коэффициента мощности в системе электроснабжения, увеличение доли потерь в трансформаторах, электрических машинах и аппаратах.
В таких условиях возрастает роль энергетических обследований систем электроснабжения с целью определения мест нерационального и расточительного использования электроэнергии и разработке мероприятий по её экономии. Энергосбережение промышленных предприятий одновременно предусматривает вопросы экономии финансовых средств.
1. Экономия дизельного топлива при эксплуатации дизель-генераторов.
Двигатели дизель-генераторов имеют широкий диапазон мощностей (от 50 до 5000 кВт), номинальных частот вращения коленчатого вала (от 300 до 3000 мин-1), степеней сжатия (от 14 до 20), числа цилиндров (от 2 до 12), размеров: (ход поршня S и диаметр поршня Д) и других характеристик.
Экономия
расхода топлива дизель-
- конструктивных факторов (степень сжатия (e), устройства для наддува, регенеративный подогрев воздуха и топлива и др.);
- режимных факторов (номинальная нагрузка, оптимальный тепловой режим);
- эксплуатационных факторов (качественное топливо и смазка, минимальная продолжительность работы на холостом ходу, оптимальные регулировки топливной аппаратуры, состояние основных деталей цилиндро-поршневой группы, идеальное состояние вспомогательных устройств, минимальное сопротивление впускного и выпускного трактов и др.).
В процессе эксплуатации дизель-генераторов все указанные факторы действуют комплексно, поэтому практически определить экономический эффект какого-либо одного из них весьма сложно. Ограничимся изучением влияния каждого фактора на экономические показатели дизель-генератора в чисто теоретическом плане (качественная сторона) и определим расчетом влияние основного конструктивного параметра - степени сжатия (e) на удельный расход топлива, на примере дизелей малой и средней мощности (Д-120, Д-144, Д-240, Д-181, Д-160, 8ДВТ-400, 12ДВТ-600, Д 19/30). Все эти дизели, кроме Д 19/30 широко используются в качестве силовых установок тракторов. Дизели типа Д 19/30 в основном предназначены для дизель-генераторов, но использовались в качестве силовых установок на судах, а также в качестве стационарных силовых установок в лесообрабатывающей промышленности.
№№ варианта |
Марка дизеля |
Номинальная мощность N ,кВт |
Частота вращения (номинальная), мин-1 |
Число цилиндров |
Удельный расход топлива, g, г/кВт.ч |
Степень сжатия |
Рекомендуемая степень сжатия |
Примечание: тип охлаждения; D×S, мм |
6 |
СМД-81 |
183,7 |
2100 |
8 |
235 |
15 |
16,17,18 |
Возд.охл.; 130x115 с наддув. |
Таблица 1 - Исходные данные для расчета экономии дизельного топлива при эксплуатации дизель-генераторов.
Расчет
эффективности повышения
Термический К.П.Д для цикла современного дизеля определяется по формуле:
где - степень сжатия;
- степень повышения давления;
- степень предварительного расширения;
- свойство воздуха.
Повышение эффективного К.П.Д (hе) пропорционально снижает удельный расход топлива. Эффективный К.П.Д (hе) учитывает как тепловые потери в двигателе, так и механические. Последние имеют место в узлах трения двигателя, а также за счет потери мощности, расходуемой на привод вспомогательных механизмов и агрегатов. На основании того, что механические потери индикаторной мощности двигателя составляют 10-30%, механический КПД двигателя находится в пределах hм = 0,7-0,9.
Эффективный КПД двигателя рассчитывается из выражения:
,
где - термический КПД;
- механический КПД двигателя, ;
- относительный индикаторный КПД, .
Удельный расход топлива (g, г/кВт.ч) определяется по формуле:
,
где - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; МДж/кг;
- эффективный КПД двигателя.
г/кВт.ч
Определим экономический эффект от повышения степени сжатия двигателя – ε.
1.При ε=16
г/кВт.ч
2. При ε=17
г/кВт.ч
3. При ε=18
г/кВт.ч
Вывод: КПД и экономия топлива возрастают с увеличением степени сжатия.
2. Экономия тепловой энергии за счет регенерации при работе котельных установок.
Современные котельные установки малой и средней мощности имеют сравнительно невысокие К.П.Д. (от 0,55 до 0,90), особенно при работе без регенерации тепла. При этом основными составляющими тепловых потерь при работе котельных являются
- Потери, получаемые в результате выноса тепла с дымовыми газами.
- Потери теплоты на наружное охлаждение нагретых поверхностей.
Рассматриваемые виды тепловых потерь можно снизить за счет:
- использования лучших материалов обмуровки (с меньшими значениями коэффициентов теплопроводности);
- увеличения толщины обмуровочного слоя;
- частичной регенерации потерянного тепла (воздухозабор из верхних слоев помещения котельной);
- снижения температуры уходящих газов за счет использования экономайзеров, воздухоподогревателей, контактных теплообменников, что дает значительный эффект экономии энергоносителя.
Возможности реального процесса экономии топлива на котельных установках можно исследовать, решая конкретные задачи.
Контрольное задание №1
Определить экономию топлива в расчете на 1 ГДж тепловой энергии в котельной, использующей котлы типа ДКВР. Сравнить три варианта:
- Внешний воздухозабор (среднегодовая температура отопительного периода tо.п. может изменяться от -15°С до - 35 оС);
- Внутренний воздухозабор из нижнего слоя (средняя температура воздуха tв=18°С);
- Внутренний воздухозабор из верхнего слоя на высоте 6 м.
Градиент температуры по вертикали 2 К/м.
Определить относительную экономию топлива при внутреннем воздухозаборе по сравнению с внешним в соотвествии с данными, представленными в таблице 2.
Таблица 2 - Исходные данные для определения экономии тепловой энергии за счет регенерации при работе котельных установок
№ варианта |
Тип и марка котла |
Номинальная тепловая мощность Q, кВт |
К.П.Д. котла, ηк |
Вид сжигаемого топлива |
Среднегодовая темпера-тура отопи-тельного периода tоп, оС |
6 |
ТВГ- 8 |
9650 |
0,92 |
Березовский газ |
-27 |
Таблица 3 - Расчетные характеристики газообразного топлива
Газ природный |
Элементный состав газа, % |
Теплота сгорания на сухую массу, Qсн, кДж/кг | ||||||
CH4 |
C2H4 |
C3H8 |
C4H10 |
C5H12 |
N2 |
CO2 | ||
|
Березовский |
95,1 |
1,1 |
0,3 |
0,1 |
- |
3,0 |
0,4 |
35320 |
Расчет
проводится в следующей
где Q – номинальная мощность котла (таблица 2), кВт;
Qрн (Qсн) - низшая теплота сгорания (теплотворная способность) топлива, кДж/кг или кДж/нм3 (таблица 3);
ηк - К.П.Д. котла (таблица 2)
Для полного сгорания I кг твердого (жидкого) или I нм3 газообразного топлива требуется теоретически необходимый расход воздуха Vов, который в нашем случае может быть рассчитан по формуле:
м3/кг
где Qрн (Qсн) - низшая теплота сгорания (теплотворная способность) топлива, МДж/кг или МДж/нм3.
Поскольку равномерно перемешать воздух с топливом трудно, в топку подают больше воздуха, чем необходимо теоретически.
Действительный расход воздуха на I кг (нм3) топлива в м3/кг (м3/нм3 )
где α - коэффициент избытка воздуха в топке
а) для газов α = 1,05-1,1;
б) для жидких топлив α = 1,1-1,2;
в) для твердых топлив α = 1,3-1,5
м3/кг
Действительный расход воздуха (Vд, м3/с) при сжигании топлива, подаваемый в топку котла,
где, - действительный расход воздуха на 1 кг топлива, м3/кг;
- расход топлива при номинальной нагрузке котла, кг/с.
м3/с
Расход теплоты (Qi, кВт), необходимый для подогрева (или недогрева) воздуха:
,
где - объемная изобарная теплоемкость воздуха; кДж/нм3.К (принимается );
– разность температур, оC, рассчитываемая по формуле:
При внешнем воздухозаборе:
При внутреннем
воздухозаборе:
где ti - температура воздуха при внешнем или внутреннем воздухозаборе (принимается по заданию), оС;
tо – начальная температура воздуха, принимаемая для расчета, оС (составляет tо=0оС)
Расход теплоты (Qi, кВт), необходимый для подогрева (или недогрева) воздуха:
При внешнем воздухозаборе:
кВт
При внутреннем
воздухозаборе:
кВт
Расход топлива (Bi, кг/с (нм3/с)), с учетом подогрева (или недогрева) его при внешнем (или внутреннем) воздухозаборе
,
где - номинальная тепловая мощность, кВт;
- расход теплоты, необходимый для подогрева (или недогрева) воздуха, кВт;
- теплота сгорания на рабочую массу, кДж/кг;
- КПД котла.
При внешнем воздухозаборе:
кг/с
При внутреннем
воздухозаборе:
кг/с
Секундная (часовая, суточная) экономия топлива в котельной - ∆Bi, рассчитывается по формуле:
,
где - расход топлива при номинальной нагрузке котла, кг/с;
- расход топлива, с учетом подогрева (или недогрева) его при внешнем (или внутреннем) воздухозаборе, кг/с.
При внешнем воздухозаборе:
кг/с
При внутреннем воздухозаборе:
кг/с
Экономия топлива (∆bi, кг/ГДж или нм3/ГДж) в расчете на I ГДж отпускаемой теплоты котельной
,
где - секундная (часовая, суточная) экономия топлива в котельной кг/с;
- номинальная тепловая мощность, кВт;
При внешнем воздухозаборе:
При внутреннем воздухозаборе:
Экономия топлива за отопительный период (∆Bоп, кг или нм3):
,
где - секундная (часовая, суточная) экономия топлива в котельной кг/с;
- продолжительность отопительного периода (для Великих Лук ).
При внешнем воздухозаборе:
кг
При внутреннем воздухозаборе:
кг
Вывод: при внутреннем воздухозаборе наблюдается эффект энергосбережения, экономия топлива составляет 220,5кг.
Контрольное задание №2
Определить
экономию топлива котельными установками
за счет предельно возможной
За номинальный режим работы принять tух1=160-190°С. Экономия топлива возможна за счет снижения температуры уходящих газов. Используя низкотемпературные теплообменники можно снизить температуру газов до значений tух2=110-130°С, а в газовых котельных при применении контактных теплообменников до 80°С.
За счет регенерации потери тепла с уходящими газами при сжигании (В кг/с (нм3/с)) топлива уменьшаются на величину - DQух, определяемую по формуле
,
где Vог – объем дымовых газов (таблица 5);
С/г – средняя объемная теплоемкость дымовых газов (кДж/нм3.К), состоящих из СО2, N2, H2O, определяемая из выражения:
,
С учетом состава продуктов сгорания формула запишется в раскрытом виде:
,
где – объемы составляющих продуктов сгорания (м3/кг или м3/н.м3), входящие в состав дымовых газов на 1 кг (н.м3) сгоревшего топлива и зависящие от исходного состава топлива (таблица 4);
- объемные теплоемкости газов, кДж/нм3.К
- теоретический объем воздуха, м3/кг или м3/н.м3;
- теплоемкость воздуха, кДж/нм3.К.
Расход топлива на котел (Bр, кг/с или нм3/с) с применением регенерации уходящих газов вычисляется из выражения
где Q – номинальная тепловая мощность котла, кВт (таблица 2);
- теплота сгорания на рабочую массу, кДж/кг;
- КПД котла.
кг/с
Экономия топлива за счет регенерации (∆B, кг/с или нм3/с) рассчитывается по формуле:
где - расход топлива при номинальной нагрузке котла, кг/с;
- расход топлива на котел, кг/с.
кг/с
Экономия топлива за отопительный период (∆Bоп, кг или нм3):
,
где - экономия топлива за счет регенерации, кг/с; - продолжительность отопительного периода (для Великих Лук ).
Таблица 4 - Объемы воздуха и продуктов сгорания на 1 кг твердого (жидкого) или I нм3 газообразного топлива при a=1
Вид топлива |
Показатели | ||||
|
Природный газ | |||||
Березовский |
9,74 |
1,04 |
7,70 |
2,18 |
10,92 |
Таблица 5 - Средние объемные теплоемкости газов и воздуха, кДж/нм3.К
t, oC |
||||
|
0 |
1,5998 |
1,2946 |
1,4943 |
1,3189 |
100 |
1,7003 |
1,2959 |
1,5052 |
1,3243 |
200 |
1,7874 |
1,2996 |
1,5224 |
1,3319 |
Вывод: При номинальном режиме работы с температурой уходящих газов и экономия топлива составляет .
3. Определение экономии энергоресурсов за счет поддержания теплопроводов в нормативном техническом состоянии.
По техническим
требованиям температура
Для магистрали ТЭЦ г.Новосокольники определить экономию тепла и топлива при нормальном техническом состоянии изоляции по сравнению с реально имеющейся в г.Новосокольники за один час работы. Вид топлива принять из таблицы 2 (в соответствии с вариантом).
Исходные данные для расчета:
- расстояние от ТЭЦ до теплового пункта по теплотрассе: l=3 км;
- диаметр теплопровода: d=420 мм;
- скорость воды: vвод = 1,07м/с;
- температура воды: tв=150°С.
Потери тепла (DQн, кВт) при нормальном состоянии теплоизоляции составят за 1 сек. по всей магистрали в кВт
где Qвод - массовый расход воды, кг/с;
Cв - массовая изобарная теплоемкость воды, Cв=4,19 кДж/кг.К;
l - длина магистрали, м;
Dtн - нормативное снижение температуры теплоносителя, К/м
Площадь поперечного сечения потока:
где - диаметр теплопровода, м
Массовый расход воды:
где - скорость воды, м/с;
- плотность воды при , кг/м3;
- поперечное сечение магистрали, м2;
Действительные потери теплоты (DQд, кВт):
кВт
где Dtд - действительное снижение температуры теплоносителя в теплопроводе на I м его длины, К/м
Перерасход тепла (DQп, кВт) составит:
кВт
Экономия топлива за 1 час работы котельной (∆B, кг/ч или нм3/ч)
кг/ч
Экономия топлива за отопительный период (∆Bоп, кг или нм3):
кг
Вывод:
Для магистрали ТЭЦ г.Новосокольники
экономия тепла и топлива при нормальном
техническом состоянии изоляции по сравнению
с реально имеющейся в г.Новосокольники
за один час работы составит соответственно
765,1 кг/ч.
4. Снижение расхода энергоносителей при работе высокотемпературных сушилок типа АВМ за счет утилизации тепла уходящих газов.
Высокотемпературные сушилки типа АВМ, работающие без регенерации тепла, имеют низкий к.п.д. (до 35 %), температура уходящих газов tух³150°С. Высушенный продукт (витаминная мука, полнорационные брикетированные корма, зерно (фураж) и др. продукты) имеют при выгрузке из сушилки высокую температуру и выносят значительное количество теплоты. Утилизация низкопотенциальной тепловой энергии за счет снижения температуры отработавших газов и охлаждения продукта в теплообменной камере позволяет повысить коэффициент использования тепловой энергии. Снижение показателя tух возможно в рекуперативных теплообменниках до tух³100°С.
Контрольное задание
Определить экономию тепловой энергии и энергоносителя на 1т полученной продукции за счет утилизации тепла уходящих газов. Утилизированная теплота возвращается в топку с подогретым воздухом, за счет чего снижается расход топлива. Температуру воздуха принять 15-25°С. Основные данные по высокотемпературным сушилкам типа АВМ представлены в таблице 6.
Таблица 6 - Варианты индивидуальных заданий по расчету снижения расхода энергоносителей при работе высокотемпературных сушилок типа АВМ за счет утилизации тепла уходящих газов