Тема 15. Энеретический и эксергетический методы оценки несовершенства технологических процессов.
Наглядно показать степень энергетического несовершенства агрегатов, входящих любое производство, можно с помощью энергетической диаграммы, составленной на основе баланса потоков энергии в каждом агрегате. На рисунке 44 приведена энергетическая диаграмма ТЭС. Основное количества энергии (55%) теряется в конденсаторе, эту энергтю полностью или частично можно использовать на теплофикацию.
Рис. 44. Энергетическая (а) и эксергетическая (б) диаграммы тепловой конденсационной электростанции.
Часто избытки тепловой энергии (механическую или электронную). В этом случае целесообразнее построить построить эксергетическую диаграмму (б), в которой учитывается работоспособность потоков тепловой энергии.
Конкретные способы улучшения энергетических и эксергетических показателей для разных производств и процессов различны, но есть и общие приемы снижения энергозатрат.
Наиболее распространенным и эффективным способом является регенерация теплоты, энергии. Сущность регенерации заключается в передаче энергии от выходящих из агрегата потоков к входящим. Например, многие нагревательные и плавильные печи оборудованы теплообменниками, в которых воздушное дутье или газообразное топливо подогревается уходящими газами (рис. 45). Это позволяет не просто утилизировать теплоту отходящих газов, но снижает расход топлива и улучшает работу печи, поскольку температура горения при использовании подогретого воздуха возрастает.
Рис. 45 Схема нагревательный печи с регенераций теплоты уходящих газов: 1 -рабочий объем печи; 2 - нагреваемые детали; 3 - воздухоподогреватель; 4 -горелка.
В ряде случаев регенерацию теплоты целесообразно использовать и на низкотемпературных потоках. Например, теплотой вентиляционных выбросов можно подогреть поток воздуха, подаваемого помещения, уменьшив таким образом расход энергии на отопление.
Весьма эффективно регенирировать и холод. Например, для пневмотранспорта цемента и в ряде других случаев требуется сухой воздух (без водяных паров). Осушку можно осуществить за счет его охлаждения, (рис. 46), при этом влага сконденсируется или вымерзнет, если температура в вымораживателе t < 0°С. Использование при этом теплообменника 1 резко сокращает мощность холодильной машины 3 и расход энергии на ее привод.
Рис. 46 Схема установки для осушки компрессорного воздуха:
1 - теплообменник; 2 - конденсатор или вымораживатель влаги; 3 - холодильная машина
Регенерировать можно не только тепловую энергию избыточного давления. Хорошим примером использования энергии давления является турбина- расширитель, устанавливаемая за доменной печью для срабатывания избыточного давления доменного газа. Причем в этом случае удобнее всю вырабатываемую турбиной энергию превращать в электроэнергию с помощью генератора, а компрессоры, нагнетающие воздух в печь, приводить в движение от электродвигателей, то есть осуществлять энергетическую связь через электрическую сеть.
Регенерация теплоты наиболее эффективно работает совместно с принципом противотока, в соответствии с которым нагреваемые продукты или детали должны двигаться навстречу охлаждаемым, от которых они получают энергию. В целом нужно стремиться, используя принципы регенерации и противотока, приблизить параметры всех выходящих потоков к параметрам входящих, уменьшая, таким образом, внешний подвод энергии.
Создавая энергосберегающие технологии или энерготехнологии, нужно подходить к решению этой задачи комплексно, объединяя промежуточные этапы. Оценка эффективности использования энергии в значительной степени отражает технический уровень сегодняшнего и завтрашнего дня. Например, КПД печи для нагрева металла оценивается как отношение количества теплоты, воспринятой металлом, к теплоте сожженного топлива. В народном хозяйстве нагретый металл не нужен. И если, охладив его, использовать эту теплоту, то КПД печи по современным представлениям может оказаться выше 100%.
Вопросы для самопроверки
1. Почему в качестве маневренных могут быть предложены газотурбинные ТЭС?
2. Определить удельный расход условного топлива на производство 1 ГДж теплоты, если КПД котельного агрегата равен 85%.
3. Чем график потребления электроэнергии отличается от графика нагрузки электростанции?