Энергосбережение В энергетике
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
В.А. Мунц
Энергосбережение В энергетике
И теплотехнологиях
Конспект лекций
Научный редактор – заслуженный деятель науки и техники РСФСР,
проф., д-р техн. наук А.П. Баскаков
Екатеринбург
УДК 662.181.27
ББК 31.391 К73
М 90
Рецензенты: проф., канд. техн. наук. В.В. Мамаев, заведующий кафедрой теплотехники Уральской государственной лесной академии;
канд. техн. наук А.А. Ашихмин, руководитель сектора
систем отопления лаборатории нагревательных печей
ОАО «ВНИИМТ»
Мунц В.А.
М90 Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях : конспект лекций / В.А. Мунц. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2009. 136 с. ISBN 5-321-00985-7 978-5-321-00985-7Энергоаудит
Задача энергоаудита: · выявить источники нерациональных затрат энергии и неоправданных потерь… · разработать на основе технико-экономического анализа рекомендации по их ликвидации, предложить программу по экономии…Этап 1
Предварительный контакт с руководителем.
Ознакомление с основными потребителями, производственными процессами и линиями, общим построением системы энергоснабжения. Проводится начальное ознакомление с системой генерирования, распределения и энергопотребления на предприятии, выявляются места нерационального энергопотребления, оценивается потенциал энергосбережения, намечается состав бригады энергоаудита и оценивается объем предполагаемой работы.
По отработанному перечню вопросов собирается информация по энергопотреблению за прошедшие периоды времени. По материалам первичного энергоаудита возможна корректировка планируемых объемов работ и заключаемого договора на проведение работ.
Этап 2 (первичный, экспресс - энергоаудит)
Общее энергопотребление организацией различных энергоносителей (как правило, отражаемое в финансовой отчетности предприятия, в разделе оплаты за энергоносители) разбивается по отдельным зданиям, группам технологических процессов, отдельным основным процессам и установкам, видам продукции (как составляющие в себестоимости). Этот этап работы называется созданием карты энергопотребления. При этом используются стационарные средства учета предприятия, проводятся дополнительные измерения в узловых точках предприятия с помощью переносных приборов, используются расчетные методы.
Опытный энергоаудитор, которым, как правило, является специалист - энергоснабженец, может быстро выявить места возможной экономии энергии:
· по завышенным температурам уходящих газов и разогретых поверхностей, свидетельствующих о наличии плохой теплоизоляции;
· низкому значению cos j асинхронного электропривода, свидетельствующему о его недогрузке и неэкономичном режиме работы системы;
· эффективности работы схемы химводоподготовки питательной воды, ее дегазации;
· невозврату конденсата и отсутствию конденсатоотводчиков;
· нереализованной возможной рекуперации энергии;
· соответствию реальных режимов эксплуатации насосного, компрессорного, вентиляционного оборудования и другого оборудования оптимальным режимам их эксплуатации и т.п.
Все выявленные возможности экономии энергии должны быть внесены в перечень рекомендаций с указанием приоритета на реализацию, определяемый технико-экономическим расчетом.
В объем работ полного энергоаудита входит также оценка удельных энергозатрат на единицу выпускаемой продукции, используемая при сравнении с показателями аналогичных передовых предприятий, и составление топливно-энергетического баланса.
Для организаций с суммарным энергопотреблением более 6 тыс. т у. т. в год составляется энергетический паспорт (согласно Положению Минтопэнерго от 1998 г. о проведении энергетических обследовании организаций ). Отчет по энергоаудиту содержит балансы для потребляемых ТЭР и предложения по энергосбережению.
Составление энергетического паспорта практически не дает новой информации, но на его составление расходуется около 35 % трудозатрат на выполнение энергоаудита. Энергетический паспорт целесообразно оформлять для предприятий, дотируемых из госбюджета.
Результаты энергоаудита согласовываются с органами энергонадзора в тех случаях, когда этого требует законодательство. Введение стимулирующих налоговых и других льгот для предприятий, занимающихся энергосбережением, позволит заинтересовать их в проведении энергоаудитов, при этом вопросы будут решаться в других условиях.
Для государственных и коммунальных организаций, энергоснабжение которых финансируется из госдотаций, задача составления энергетического паспорта связана с выявлением резервов для экономии общественных средств и лимитирования энергопотребления и выделяемых финансовых средств. Для этих случаев составление энергетического паспорта оправдано и целесообразно.
Этап 3 (полный энергоаудит)
Оценка экономии энергии и экономических преимуществ от внедрения различных предлагаемых мероприятий.
Выбор конкретной программы по энергосбережению с выделением первоочередных, наиболее эффективных и быстроокупаемых мероприятий.
Составление энергетического паспорта (обязательно для организаций, финансируемых из госбюджета).
Составление и представление руководству предприятия отчета (и энергетического паспорта) по результатам проведения энергетического аудита. Согласование их с органами Госэнергонадзора, если в этом есть необходимость.
Принятие руководством организации решения о реализации программы энергосбережения, составленной по результатам полного энергоаудита.
Этап 4(Мониторинг)
Организация на предприятии системы энергетического менеджмента, системы постоянно действующего учета и анализа эффективности расхода энергоресурсов.
Продолжение деятельности, дополнительное обследование, дополнение программы реализации мер по энергосбережению, изучение достигнутых результатов.
Энергетический аудитордолжен отвечать следующим требованиям:
· Обязательно иметь лицензию и аккредитацию в органах Госэнергонадзора, что подтвеждает квалификационное соответствие на проведение такого характера работ.
· Иметь хорошую теоретическую подготовку по электро- и теплоснабжению (на уровне инженера), практический опыт работы в области энергоснабжения и энергосбережения.
· Необходимо отметить, что теплотехнические задачи в общем объеме работ составляют 75 %, электротехнические – 25 %. Очень часто возможность экономии электрической энергии выявляется при анализе условий эксплуатации теплотехнического (насосы, компрессоры, вентиляторы и др.) оборудования. Это отражается при комплектации команды энергоаудиторов.
· Энергетический аудитор должен быть специалистом широкого профиля, в том числе иметь навыки финансового аудита в части, касающейся топливно-энергетических ресурсов (или иметь в своей бригаде такого специалиста).
· Энергоаудитор должен обладать способностью работать в качестве руководителя проекта.
Глава 1. Вторичные энергоресурсы
Вторичные энергоресурсы (ВЭР) подразделяются на следующие группы.
1. Горючие ВЭР, получаемые в результате технологических процессов с участием тепловых и сырьевых (горючих) ресурсов:
· коксовый и доменный газы в черной металлургии;
· водород – в производстве каустической соды;
· фракции СО – в производстве Са;
· танковые и продувочные газы – в производствах NH3 и метанола;
· печной газ – в производстве желтого фосфора;
· загрязненное дизельное топливо и др.
2. Тепловые ВЭР.
Тепло отходящих газов технологических агрегатов, тепло основной, побочной и промежуточной продукции, тепло рабочих тел, систем принудительного охлаждения агрегатов, тепло горячей воды и пара, отработанных в технологических и силовых установок.
3. ВЭР избыточного давления.
К ним относятся обладающие потенциальной энергией газы и жидкости, покидающие технологические агрегаты под избыточным давлением, достаточным для их дальнейшего использования.
Соответственно различают следующие основные направления использования ВЭР различных видов: топливное, тепловое, силовое и комбинированное.
ЦСУ при Совмине СССР утвердило в 1974 г. «Отчет об образовании и использовании вторичных горючих и тепловых энергетических ресурсов». Эти отчеты должны были ежегодно составлять и представлять все промышленные предприятия.
При этом подлежат учету тепловые ВЭР следующих параметров: уходящие газы при температуре более 300 °С, при расходе топлива на агрегат более 0,5 т/ч; горячая охлаждающая вода и загрязненный конденсат при температуре более 70 °С и непрерывном расходе более 1 м3/ч; другие тепловые ВЭР следует учитывать при выходе из агрегата более 232 кВт.
Газообразные горючие ВЭР
Сырье – масло специальных сортов подогревается в подогревателе и поступает в реактор с температурой ~300 °С. Подогрев осуществляется за счет теплоты…Огневое обезвреживание шламов металлургических производств
Целью расчета является определение необходимого расхода природного газа для обеспечения требуемой температуры в топке и объема циклонной топки.… . (1.7) Тепловая мощность топки при известном расходе шлама Bш определится какГазотрубные котлы-утилизаторы
Газотрубные КУ широко распространены во многих отраслях промышленности. Продукты сгорания (отходящие технологические газы) в этих КУ проходят внутри… К основным недостаткам КУ подобного типа относятся низкий коэффициент… В зависимости от конструктивного оформления газотрубные котлы делят на горизонтальные и вертикальные. Основные…Водотрубные котлы-утилизаторы
На рис. 2.5 показан продольный разрез котла КУ-80-3. В подъемной шахте по ходу газов расположены первый испарительный пакет, пароперегреватель,… Путем деления испарительной системы котла с многократной принудительной…Котлы-утилизаторы за обжиговыми печами серного колчедана
Схема энерготехнологического агрегата (ЭТА) для низкотемпературного обжига колчедана в кипящем слое [5] показана на рис. 2.7. В кипящем слое… · высокое содержание SO2 в продуктах сгорания приводит к необходимости работы… · по этой же причине данные котлы не комплектуются экономайзерами;Тепловой баланс схемы обжига колчедана
Баланс обжиговой печи (2.9) где - низшая теплота сгорания колчедана, кДж/кг; B – расход колчедана, кг/с; Iг - энтальпия продуктов сгорания на…Установки сухого тушения кокса (УСТК)
получения пара позволяет повысить экономические показатели коксового производства и достичь значительной экономки топлива. Метод сухого тушения кокса известен давно. Первая установка сухого тушения…Установки сухого тушения кокса (УСТК)
Установка (рис. 2.16) состоит [6, 7] из тушильного бункера 1 вместимостью 270 м3, котла многократной принудительной циркуляции 3 КСТ-80… Для первоначального приготовления инертных газов достаточно заполнить… Сухое тушение кокса имеет преимущества перед мокрым тушением, а именно:Тепловой баланс
(2.14) Теплота, отданная охлаждаемым коксом: (2.15)Котлы-утилизаторы в установках сухого тушения кокса
В настоящее время разработана новая конструкция КУ для охлаждения газов, поступающих в него из камеры сухого тушения. Новый КУ КСТК-35/40-100…Котлы-утилизаторы сталеплавильных конвертеров
Исследование процесса сжигания конвертерных газов в полости охладителя позволило установить, что за время продувки конвертера кислородом содержание… Котел ОКГ-100-ЗА — однобарабанный, вертикально-водотрубный, с многократной… Подъемный газоход (камин) состоит (рис. 2.19) из наклонной 1 и вертикальной 2 части. Между конвертером 3 и камином…Энерготехнологическое комбинирование в прокатном производстве
На рис. 3.1 показана схема ЭТА, предназначенного для нагрева металла перед прокаткой [5]. Теплоиспользующая котельная поверхность устанавливается… Дополнительными преимуществами ЭТА являются снижение капитальных затрат при… , (3.1)Энерготехнологическое комбинирование в целлюлозно-бумажной промышленности
Древесная щепа поступает в варочный котел 1, в котором обрабатывается под давлением водяным паром в растворе едкого натрия NaOH и сульфида натрия… В данной установке применен каскадный испаритель, который обогревается горячим…Энерготехнологическое комбинирование в доменном производстве
Из доменной печи газ поступает на сухую газоочистку 2, затем с параметрами t = 200 ºC, Р = 0,35 МПа и Qн = 4,5 МДж/м3 разделяется на два… Рис. 3.4. Схема комбинированной установки сжатия и нагрева доменного дутья, конвертирования природного газа и…Расчет тепловой схемы
На сжигание поступает доменный газ с расходом В. При сжигании образуются продукты сгорания с температурой t1. Температура t1 задается из условия… , (3.8) где - теоретический расход воздуха; - объем продуктов сгорания в каупере; - теплоемкости воздуха и продуктов сгорания;…Энерготехнологическое комбинирование при получении водорода
. (3.18) Исходное сырье (природный газ) под давлением прокачивают вместе с паром через…Тепловой расчет схемы
1. Тепловой баланс топки , (3.19) где - температура воздуха на выходе из воздухоподогревателя; - температура газов на выходе из радиационной печи…Охлаждение конструктивных элементов высокотемпературных установок
Рис. 3.11. Схемы водяного охлаждения конструктивных элементов: 1 – теплообменная поверхность; 2 – насос; 3 - циркуляционный насос;Испарительное охлаждение
Рис. 3.12. Схема испарительного охлаждения: 1 - теплообменная поверхность; 2 - циркуляционный насос;Использование теплоты пароконденсатной смеси
dд=(hпкс-св×100)×100/hпкс, (4.7) где hпкс – энтальпия пароконденсатной смеси, св – удельная теплоемкость… С «пролетным» паром и паром вторичного вскипания теряется также масса конденсата, относительные потери которой…Утилизация теплоты загрязненных стоков
Исходная жидкость в количестве G1 при температуре t1 поступает в испаритель мгновенного вскипания. В аппарате…Утилизация теплоты агрессивных жидкостей
В теплообменниках спирального, оросительного и пластинчатого типа невозможно предотвратить попадание кислоты в охлаждающую среду. Для утилизации… Рис. 5.3. Схема теплообменника с промежуточным теплоносителемУтилизация теплоты вентиляционных выбросов
Пластинчатые теплообменники Наиболее распространенными являются пластинчатые рекуперативные…Влажный воздух, влажные продукты сгорания
Отношение массы водяного пара mп, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха mв называется влагосодержанием и измеряется в килограммах… . (6.1) Максимальное влагосодержание достигается при полном насыщении воздуха водяными парами (φ=1).Утилизация теплоты низкотемпературных дымовых газов
Разработана конструкция КТАНов производительностью 5,8-17,4 МВт для установки их за печами в агрегатах синтеза аммиака мощностью 1360 т/сут, и за… При этом увеличивается теплоотдача от газов к воде за счет теплообмена… Для котлов ДЕ-25-ГМ разработаны контактные экономайзеры (рис. 6.3) с керамической насадкой (агрегат АЭ-0,6). Газы из…Основные типы парогазовых установок
Рис. 7.1 Принципиальная тепловая схема ПГУПГ: 1 – газотурбинный агрегат; 2 – паровой котёл; 3 – газовая горелка для сжигания дополнительного газа; 4 – паровая…Количественные показатели термодинамических циклов ПГУ
Температура воздуха после компрессора: . (7.1) Температура газов на выходе из турбины:Термическая эффективность парогазовых установок
. (7.21) Для конденсационных парогазовых установок коэффициент термической… , (7.22)Соотношения между параметрами газового и парового циклов
Рис. 7.10. Цикл ПГУ полного горенияПарогазовые установки с впрыском пара
В парогазовых установках с впрыском пара (ПГУ ВП) в воздушный или газовый тракт энергетической газотурбинной установки (ГТУ) подаются продукты… Парогазовые установки с впрыском пара открытой схемы обычно являются… Тепловая схема ПГУ ВП с отводом парогазовой смеси в атмосферу (открытая схема) приведена на рис. 7.11. На рис. 7.12…Модернизация котельных в ТЭЦ
Базовым вариантом для реконструкции является пароводогрейная котельная, имеющая суммарную отопительную нагрузку Q=Qп+Qв, которая покрывается за счет… . (7.53) Здесь: iпп, iк – энтальпии перегретого пара и конденсата после бойлера.Газопаровая установка со сжиганием топлива в кислороде
Планируется использовать трехцилиндровую турбину, работающую на продуктах сгорания, содержащих СО2 и Н2О. Чистый синтез-газ сжигается в камере… Рис. 7.18 Схема газопаровой установки с сжиганием в кислородеОпытно-промышленная газотурбинная расширительная станция (ГТРС) на Среднеуральской ГРЭС
Технологической схемой ГТРС на Среднеуральской ГРЭС (рис. 68) предусматривается возможность параллельной работы газовой турбины [15] и традиционного… Рис. 68. Технологическая схема ГТРС: 1 – расширительная турбина; 2 – подогреватели газа; 3 - ГРП; 4 – циркуляционный…Расчет мощности расширительной турбины
. (150) Интегрируя от первого состояния до второго и меняя пределы интегрирования , получим выражение для уравнения адиабатного процесса , или в окончательном видеОптимальное использование теплоты уходящих газов газовых турбин
Термодинамическая оценка
. (154) Из уравнения Клайперона, записанного для состояний 1 и 2, следует, что . После… (155)Теплоснабжение от утилизационных установок компрессорных станций
Рассмотрим два варианта теплоснабжения (рис. 71):
· теплоснабжение жилого массива от индивидуальной котельной, расположенной в самом жилом массиве;
· теплоснабжение жилого массива от утилизаторов газовой турбины со строительством магистрального трубопровода длиной L.
Рис. 71. Схемы теплоснабжения:
ВК – воздушный компрессор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина;
ГК – газовый компрессор; РП – регенеративный подогреватель; МГ – магистральный газопровод; АВО – аппарат воздушного охлаждения; СН – сетевые насосы;
ТП – тепловой потребитель; ВК – водогрейная котельная
Теплоснабжение от котельной
Установленная мощность котельной должна быть выше с учетом резервирования, тогда капитальные затраты на котельную составят , (162) где k3=1,5 - коэффициент, учитывающий резервирование мощности; - удельные капиталовложения на единицу установленной…Утилизационная установка компрессорной станции
1. Затраты на установку теплообменника за турбиной ГТ-10 составляют = 300 тыс. руб. 2. Капиталовложения в тепловую сеть зависят от длины l и диаметра d… Диаметр трубопровода связан с расходом воды и тепловой нагрузкой. Расход воды в теплосети при качественном…Энергосбережение в котельных и тепловых сетях
Снижение потерь теплоты с уходящими газами
1. Установка водяного питательного поверхностного экономайзера (экономайзера и воздухоподогревателя) – экономия газа 4-7 %, теплофикационного – 6-9… (172) и рассчитаем изменение потерь при увеличении (уменьшении) температуры уходящих газов на ∆tухПотери теплоты с химической неполнотой сгорания
3. Потери теплоты в окружающую среду Для снижения расхода газа из-за потерь теплоты в окружающую среду следует… 4. Работа котельной установки в режиме пониженного давленияВозврат конденсата в котельную
, (185) где D – паропроизводительность котельной, т/ч; j - доля возврата конденсата,… , (186)Использование тепловой энергии непрерывной продувки котлов
, (187) что составляет 0,24/70·100 = 0,34 % от расхода топлива на выработку пара. При максимальной допустимой расчетной продувке 10 %, установленной нормами для котлов с давлением до 1,4 МПа, и без…Режимы работы котельного оборудования
С уменьшением нагрузки ниже номинальной (рис. 75) уменьшается температура уходящих газов, а значит, падают потери теплоты с уходящими газами. При… На основании режимных карт для каждого котлоагрегата может быть построена…Перевод паровых котлов на водогрейный режим
Перевод паровых котлов на водогрейный режим имеет как недостатки, так и преимущества.
При переводе всех котлов паровой котельной на водогрейный режим необходима установка вакуумного деаэратора вместо атмосферного, надежность работы которого в условиях разбалансировки тепловой сети крайне низка. При низкой температуре обратной сетевой воды и отсутствующих насосах рециркуляции, как правило, не удается подогреть воду перед вакуумным деаэратором до требуемой температуры.
При переводе котла на водогрейный режим уменьшается температура воды на вводе в котел со 105 до 70 ºС, а также увеличивается температурный напор, поскольку средняя температура теплоносителя снижается от температуры насыщения при давлении в котле (~194 ºС) до средней температуры воды в водогрейном котле (~100 ºС). Обе эти причины приводят к снижению температуры уходящих газов и, как следствие, к некоторому повышению КПД котла.
Оптимизация работы насосного и тягодутьевого оборудования
Наибольшие затраты электроэнергии в котельных приходятся на привод сетевых насосов. При этом следует выделить следующие особенности: должна быть… Мощность электродвигателя для насоса (вентилятора, дымососа) может быть… ,кВт. (1)ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОГО КОЛИЧЕСТВА ТОПЛИВА НА ВЫРАБОТКУ ТЕПЛОТЫ
Bполн = φп·B где: B - потребное количество топлива на выработку теплоты котельной в… Потребность в условном топливе для выработки теплоты котельной, т у.т., определяется умножением общего количества…РАСХОД ТЕПЛА НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ В КОТЕЛЬНЫХ
· потери теплоты на нагрев воды, удаляемой из котла с продувкой; · расход теплоты на растопку котлов · расход теплоты на подогрев мазута в железнодорожных цистернах, мазутохранилищах, расходных емкостях;Потери тепла на технологические нужды химводоочистки
при отсутствии охладителя выпара определяют по формуле:
где: GXB0 — производительность ХВО, кг/с; К – коэффициент, учитывающий потери воды в системе ХВО; св — удельная теплоемкость воды, кДж/(кгК); t",и t'— соответственно температура воды после подогревателя сырой воды и исходной воды, °С ; ZXB0, Zд — продолжительность работы соответственно ХВО и деаэратора, с; Gд — производительность деаэратора, кг/с; h'' и h'— энтальпия соответственно выпара из деаэратора и исходной воды, кДж/кг.