План лекції

11.1. Загальні положення.

11.2. Енергозбереження у парогенераторах. Методологія реалізації.

11.3. Енергозбереження у випарних установках. Методологія реалізації.

11.4. Енергозбереження у теплових насосах. Методологія реалізації

11.1. Загальні положення.

До енерготехнологічних агрегатів та установок промислової теплоенер­гети­ки відносяться відмі вам з навчальних дисциплін, а саме: підігрівники «рідина - рідина», «пара - рідина», конденсатори, градирні, насосні установки, вогне­тех­нічні установки, тягодутьові установки, випарні апаратати та випарні уста­нов­ки, турбустановки типу «П - …», «К-…», «Р-…», двигуни внутрішнього зго­ран­ня, компресори порршневі, водкільцеві, парострумінні, котлагрегати парові та водогрійні, котельні установки, вакуум-конденсаторні установки, конденса­то­ри змішувального та поверхневого типу, холодильні установк, теплові насоси (трансформатори теплоти), установки кондиціювання повітря та інш.

Всі вищевказане обладнання є спживачами ПЕР і тому є об’єктами енерго­збе­реження.

Задача цієї лекції сформувати систему знань та вмінь, які дозволять спеціа­ліс­там та магістрам з теплоенергетики виконувати у своїй діяльності, принаймні, три види кваліфікаційних робіт:

• виявляти сутність робіт з енергозбереження в агрегатах та установках, які є споживачами ПЕР;

• формувати відповідні технічні рішення з енергозбереження в агрегатах та установках;

• визначати показники енергетичної та економічної ефективності робіт з ене­р­гозбереження в агрегатах та установках промислової теплоенергетики.

Розглядаємо роботи з енергозбереження в агрегатах та установках поетапно, у відповід­ності до сформованої в лекціях 7 та 8 методології.

11.2. Енергозбереження в парогенераторі. Методологія реалізації.

Проблемою для Замовника є невідповідність фактичних експлуатаційних по­казників парогенератора сучасним вимогам щодо енергоємності виробленої теп­лової енергії у вигляді гострої па­ри. Тобто існуючий парогенератор має завище­ні на 5 % питомі витрат палива на вироблену в пароге­не­ра­торі одиницю тепло­вої енергію та тонну гострої пари, що збільшує собівартість відпущених ПЕР і зменшує фінансовий прибуток Замовника.

Слід пам’ятати, що парогенераторами оснащені: КЕС енергетичних систем держави, ТЕЦ промислових підприємств, ТЕЦ теплофікаційних систем міст, па­рові ко­тель­ні промислових підприємств, парові котельні теплофікаційних си­стем міст, що обумовлює надзвичайну актуальність вирішення цієї проблеми.

Етап 1. Парогенератор є спо­жи­ва­чем палива. Стратегія енерго­збе­ре­ження поля­гатиме у зм­ен­­шенні як абсо­лютних, так і питомих витрат палива, що в пот­ріб­ному напряму вплине на зменшення питомих витрат палива на вирбленння однієї тонни пари та однієї Гкал теплоти.

В нашому конкретному випадку розрахункова формула для визначення годин­ної вит­ра­ти палива для парогенератора – B_пг , т/год або тис.м³/год, у розмірному вигляді має наступний вигляд:

B_пг = (Q_пг / 4,19) (η_пг^брут · Q_н^р) (11.1)

де:

Q_пг – теплове навантаження парогенератора, Гкал/год. Визначається техноло­гіч­ною потребою споживача пари і розраховується за відомою з нав­чаль­ної дисципліни “Парогенератори” формулою:

Q_пг = [D_пг · (i_о – i_ж.в ) + α_прод · (i _к.в – i_ж.в)] · 10^–3 / 4,2 (11.2)

де:

D_пг – фактична витрата гострої пари з парогенератора, т/год;

α_прод – фактичний коефіцієнт безперевного продування парогенератора, од;

i_о, i_ж.в, i _к.в – ентальпії, відповідно, гострої пари, живильної води, котлової води;

η_пг^брут – ККД “брутто” парогенератора. Визначається за формулою:

η_пг^брут = 1.0 – q₁ – q₂ – q₃ – q₄ – q₅– q_6(шл) (11.3)

де:

q₁, q₂, q₃, q₄, q₅, q_6(шл) – “локальні” долі втрат теплоти парогенератора в навко­лиш­нє середовище.

Q_н^р– нижча теплота згорання палива , кДж/кг (м³).

Як відомо:

Q_Н^Р– є теплотою, що виділяється при згоранні палива в парогенераторах, за винятком тепло­ти конденсації во­дя­ної пари, що утворилася в результаті згорання палива. Викорис­тову­ється в роз­ра­хунках витрати палива для парогенераторів, що не мають при­ст­роїв для кон­ден­сації цієї пари і використання теплоти конденсації.

Q_В^Р– є теплотою, що виділяється при згоранні палива в парогенераторах, але із врахуванням теплоти конденсації водяної при, що утворилася в результаті згорання палива. Вико­ри­с­товується в розра­хунках витрати палива для парогенераторів, що мають пристрої для конденсації цієї пари і використання її в якості теплової енергії, що відпускається від котельного агре­га­ту. Завжди Q_В^Р > Q_Н^Р на 5 % -12 %. Чим більше атомів водню (Н₂) в хімічній формулі палива тим значніша різниця між Q_Н^Р та Q_В^Р.

Реальними експлуатаційними параметрами, що впливають на зменшення ви­т­ра­ти палива на парогенератор є:

• Q_ПГ, потрібно його зменшення;

• D_пг , потрібно його зменшення;

• i_о , потрібно його зменшення;

• i_ж.в, потрібно його зменшення;

• α_прод , потрібно його зменшення;

• i _к.в, потрібно його зменшення;

• Q_н^р , потрібно його збільшення;

• η_пг^брут, потрібно його збільшення.

Етап 2. Макропоказником споживання ПЕР для парогенератора є годинна витрата палива – B_пг, т/год або м³/год, що визначається формулою (1.11).

Показників енергетичної ефективності парогенератора є чотири, а саме:

• питома витрата реального палива на одну тонну виробленої пари – b ^пари, т палива/т гострої пари. Визначається за формулою:

b ^пари = B_пг / D_пг (11.4)

• питома витрата реального палива на одну Гкал виробленої теплоти – b_т^р.пал тонн палива/тонну пари. Визначається за формулою:

b _т^р.пал = B_пг / Q_ПГ (11.5)

• питома витрата умовного палива на одну Гкал виробленої теплоти – b_т , кг у. п/Гкал. Визначається за формулою:

b _т = 143 / η_пг^брут (11.6)

• питома паропродуктивність парогенератора – d^O_пг, т гострої пари/т палива. Визначається за формулою:

d^O_пг, = η_пг^брутто · К_у.п. · 29300 / ( i_о – i_ж.в) (11.7)

де:

К_у.п – коефіцієнт відповідності теплоти згорання реального палива до теплоти згорання умовного палива, од. Для природного газу дорівнює 1,13 – 1,15;

29300 – нижча теплота згорання умовного палива, кДж/кг.

Етап 3. За базу порівняння визначаємо парогенератор європейського вироб­ницва такої ж потужності, у якого витрата палива і питома витрата палива на відпущену теплоту, відповідно, (В_пг) ^Lim і (b_т)^Lim на 5 % менші.

Етап 4. Формування методики розрахунків не становить труднощів. Мето­ди­ка розрахунку обсягів споживання палива та питомих витрат палива зво­ди­ть­ся до використання формул (1.11) – (7.11).

Етап 5. Енергетичні недосконалості парогенератора виявляються шля­хом порівняння фактичних параметрів та параметрів парогенератора – базі по­рів­няння.

Енергетичними недосконалостями існуючого парогенератора є:

• висока паропродуктивність, обумовлена технологічними потребами підпри­ємства – споживача пари;

• відсутність використання теплоти конденсації водяної пари, що міститься в продуктах згорання.

• завищена температура продуктів згорання на виході з котла;

• завищений вміст кисню в продуктах згорання;

• завищений вміст СО в продуктах згорання;

• неприйнятна динаміка приросту кисню по газовому тракту парогенератора.

Таким чином, у парогенераторі виявлено шість вузлів енергетичної недоско­на­­лості (ВЕН), що обумовлюють його енергозатратність.

Етап 6. Формуємо повний перелік задач та відповідних технічних рішень, що ліквідують всі шість вияв­лених ВЕН, а саме:

• потрібно зменшити вироблення гострої пари парогенератором;

• потрібно використати теплоту конденсації водяної пари, що міститься в продуктах згорання.

• потрібно зменшити температуру продуктів згорання на виході з котла;

• потрібно зменшити вміст кисню в продуктах згорання;

• потрібно зменшити вміст СО в продуктах згорання;

• потрібно зменшити надходження повітря в газовий тракт парогенератора через нещільності в обмурівці.

Етап 7. Формуємо перелік пропозицій на перший (він же завершальний) етап робіт з енергозбереження, вклю­чивши в нього ліквідацію всіх шести вияв­лених ВЕН.

Перелік пропозицій з енергозбереження включає в себе:

• провести роботу зі зменшення паропродуктивності парогенератора за ра­ху­нок зменшення технологічного споживання пари підприємством;

• впровадити систему використання теплоти конденсації водяної пари, що міс­титься в продуктах згорання.

• провести роботу зі зменшення температури продуктів згорання на виході з ко­т­ла, шляхом очищення поверхні економайзера та підігрівника повітря;

• провести роботу зі зменшення вмісту кисню в продуктах згорання шляхом заміни пальників та налагодження системи автоматичного управління тяго-дутьовою установкою;

• провести роботу зі зменшення вмісту СО в продуктах згорання шляхом за­мі­ни пальників;

• провести роботу зі зменшення надходження повітря в газовий тракт пароге­нератора через нещільності в їого обмуровці за рахунок її ущільнення.

Етап 8. Експлуатаційними ефектами та параметрами удосконаленого паро­ге­нератора будуть:

• зменшена температура відхідних газів парогенератора;

• зменшений вміст кисню в продуктах згорання палива;

• зменшена витрата газу, що споживає парогенератор;

• зменшені питомі витрати палива на одну тонну пари та одну Гкал вироб­ле­ної теплової енергії.

Очікуваним результатом робіт з енергозбереження є зменшена витрати па­ли­ва, що визначено ф-лою (1.11) шляхом підстановки в неї змінених проектно-очі­куваних (енергоощадних) параметрів, визначених на 6-му етапі.

Етап 9. Оскільки всі виявлені ВЕН були ліквідовані за один етап (тобто на 1-му етапі) то проектно-очікувані показники всії роботи будуть аналогічними, визначеним на 8-му етапі.

Етап 10. Економічним показником реалізованих робіт з енергозбереження бу­де зменшення витрат коштів на закупівлю палива – ΔS, грн/міс (одиницю ви­міру часу потрібно узгодити із Замовником робіт). Відповідне визначення ΔS буде здійснено за формулами:

ΔS = S₂ – S₁, (11.8)

S₁ = (B_пг )^до · C_пал (11.9)

S₂ = (B_пг)^після · C_пал (11.10)

де:

S₁– витрата коштів на закупівлю палива до проведення робіт з енерго­збере­жен­ня, грн/міс;

S₂– витрата коштів коштів на закупівлю палива після проведення робіт з енер­го­збереження, грн/міс;

C_пал– закупівельна вартість палива, грн/тис. м³;

(B_пг )^до – місячний обсяг закупівлі палива до проведення робіт з енерго­збере­жен­ня, т/міс (тис м³/міс);

(B_пг)^після – місячний обсяг закупівлю палива після проведення робіт з енерго­збере­жен­ня, т/міс (тис м³/міс);

Етапи 11 – 15 виконуються у разі наявності вимог Замовника щодо їх вико­на­н­­ня і методологія їх виконання в наданому лекційному матеріалі не наводить­ся.