«Технологические энергоносители предприятий»
Любая энергия передается с помощью материального потока энергоносителя. Энергоноситель – это материальный поток, обладающий эксергией. Производство, доставка и распределение энергоносителей осуществляется в системах производства и распределения энергоносителей (СПРЭ).
СПРЭ – это комплекс связанных между собой трех элементов: генератор, производящий энергоноситель (источник); потребитель энергоносителя и коммуникация, связывающая первые два элемента.
Эксергетический КПД характеризует термодинамическую эффективность системы. В общем виде его можно представить следующим соотношением:
,
(1.1)
где
–
сумма генерируемых эксергий в «n»
генераторах энергоносителей
(параметры
и эксергии в них могут отличаться);
– сумма эксергий вторичных энергоресурсов
системы, которые утилизируются внешними
системами;
– сумма эксергий, затраченных для работы
генераторов; EC1
и EC2
– эксергии потоков, которыми обменивается
рассматриваемая система со смежными
системами («плюс» – приход, «минус» –
убыль).
Величина с может служить функцией цели при термодинамической оптимизации системы.
Удельный расход энергии – это ее расход на единицу выработанного энергоносителя. Он определяется отношением:
,
,
или
,
,
или
,
,
где Vi, м3, или Gi, кг, – количество произведенного энергоносителя в СПРЭ;
Эi, кВтч – расход энергии на производство этого количества энергоносителя;
Qi, МДж (Гкал) – количество произведенного холода (теплоты).
Расход энергоносителя (воздуха, воды, газа) определяется, как правило, на входе в генератор, расходы теплоты и холода – на выходе.
Удельный расход энергоносителя (или норма расхода) на единицу продукции определяется отношением:
или
,
(1.3)
где Vi (или Gi) и Пр – количество энергоносителя и единиц продукции, отнесенные к одинаковому промежутку времени: год, час, минута и т.д.
Величина обычно нормируется технологическим потребителем энергоносителя. Значения этих норм определяются по статистическим данным или результатам испытаний аналогичных производств. Теоретический (минимально-расчетный) удельный расход определяется расчетом по технологическому регламенту.
Сжатый воздух как энергоноситель. Его достоинства и недостатки. Области применения сжатого воздуха.
Сжатый воздух – это один из самых распространенных (после электричества) энергоносителей на предприятиях, а совокупность устройств, обеспечивающих его производство, обработку и транспортировку, представляет собой довольно сложный и энергоемкий комплекс. Уровень совершенства оборудования системы воздухоснабжения и грамотная его эксплуатация существенно влияют на показатели экономической эффективности технологического производства, где сжатый воздух используется.
Главное достоинство сжатого воздуха как энергоносителя – это возможность использования технологичных, малогабаритных и легких пневмоинструментов и приспособлений с высокой удельной мощностью
По транспортабельности воздух уступает только электричеству и намного превосходит пар, так как имеет малые тепловые потери из-за отсутствия конденсации в трубопроводах.
недостатки:
а) большие потери из-за различных утечек (могут достигать 10-40 %;
б) высокая себестоимость сжатого воздуха из-за большой энергоемкости его производства.
а) для привода различных пневмомеханизмов, инструментов, пневмотранспорта и т.п., т.е. для получения механической энергии;
б) для получения газов, из которых состоит воздух (азот, кислород, аргон, и др. инертные газы);
в) для технологических нужд – при проведении реакций окисления, горении, сушке и т.п.;
г) для пневматических систем измерения, контроля и регулирования на взрывоопасных производствах (химическая промышленность, горнодобывающая и др.).
Область применения:
черная металлургия. В ней сосредоточены наиболее крупные технологические блоки, использующие сжатый воздух: доменные печи, конверторы, мартеновские печи, прокатные станы, вагранки.
цветная металлургия. требуется большое разнообразие нагнетателей с различными давлениями нагнетания. Доля энергопотребления на сжатие воздуха в отрасли колеблется от 8-10 % до 60 % в шахтных выработках и рудниках.
Машиностроение. Большое разнообразие мелких потребителей, индивидуализация режимов их работы определяют сложные графики воздухопотребления со значительной суточной и недельной неравномерностью. На предприятиях этой отрасли расход электроэнергии на привод компрессоров достигает 20-25 % общего энергопотребления.
химической промышленности . Воздухоснабжение в этой отрасли может осуществляться как от центральной станции, так и от отдельных установок, входящих в состав технологического оборудования.
горнодобывающая и угольная промышленность. Доля энергопотребления систем воздухоснабжения в этой отрасли достигает примерно 25 % общего расхода энергии в ней.
2.Структура и состав системы снабжения предприятий сжатым воздухом.
. Структура и схемы систем воздухоснабжения
Система воздухоснабжения строго соответствует общему определению системы. Она включает: компрессорную станцию – генератор; сеть сжатого воздуха – коммуникация; распределительное устройство – потребитель.
Компрессорная станция (КС) включает в свой состав: устройства для забора воздуха и очистки его от пыли и капельной влаги; компрессоры и приводные двигатели; теплообменники для охлаждения воздуха и масла; вспомогательное оборудование, предназначенное для дополнительной обработки воздуха (осушка, очистка, аккумуляция); контрольно-измерительные приборы и автоматику; запорную и предохранительную арматуру.
Компрессор с приводным двигателем и всем снаряжением, необходимым для его работы, называют компрессорной установкой (КУ).
В зависимости от необходимых потребителям значений расхода воздуха и его давления станции оборудуются поршневыми, винтовыми и центробежными компрессорами. На КС могут размещаться компрессоры как с электроприводом (машиностроительные и химические предприятия), так и с паротурбинным приводом (обычно для доменного дутья). Находят применение и комбинированные паровоздуходувные и электрические станции – ТЭЦ-ПВС (на металлургических комплексах). Рассмотрим наиболее характерные схемы воздухоснабжения различных потребителей (см. рис. 2.1)
Кольцевые сети применяют при компактном сосредоточенном расположении потребителей, а также при повышенных требованиях к надежности воздухоснабжения.
При воздухоснабжении от поршневых компрессоров в линии сжатого воздуха устанавливают ресиверы 6. Они выполняют задачу аккумуляторов воздуха при различии расходов подачи и потребления. В системах воздухоснабжения с турбокомпрессорами ресиверов не ставят. Тут роль аккумуляторов играют трубопроводы.
При потребностях в воздухе повышенного давления (потребитель 9) устанавливают дожимающий компрессор.
Воздухозаборные устройства могут быть отдельные на каждый компрессор, но могут быть общие.
При компрессорных станциях с турбокомпрессорными установками (ТКУ) обязательно оборудуется глушитель шума, через который сбрасывается воздух перепуска.
Потребителем сжатого воздуха считается коллектор-распределитель воздуха в цехе. Пневмоприемники (пневмоинструменты и пневмооборудование) в состав системы воздухоснабжения не входят. Они являются элементами технологического оборудования основного производства.
Рис.2.1. Функциональные схемы систем воздухоснабжения:
а) – компрессорная станция (КС) с поршневыми компрессорами и радиальными воздухопроводами (коммуникациями); б) – компрессорная станция (КС) с турбокомпрессорами (ТК) и кольцевыми участками сети:
1 – воздухозаборные устройства; 2, 3 – компрессорные установки; 4 – устройства влаго- маслоотделения; 5 – устройства осушки воздуха; 6 – воздухосборники (ресиверы); 7 – потребители сжатого воздуха от поршневых компрессоров; 8 – потребители сжатого воздуха от турбокомпрессоров); 9 – потребитель воздуха высокого давления; 10 – дожимающий компрессор