Энергокомплекс химико-технологических систем
5Структура энергокомплекса хтс
Энергокомплекс является одним из элементов инфраструктуры крупного химического предприятия, т.е. относится к подсистемам, обслуживающим основное производство.
В состав энергокомплекса входят подсистемы энергоснабжения и энергопотребления. Состав подсистем приведен на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Состав подсистем энергокомплекса ХТС
К источникам энергии относятся ТЭЦ, ГЭС, АС, котельные, машинокомпрессорные, холодильные и воздухоразделительные станции, источники во-доснабжения.
Хранилища топлива и преобразователи энергии представлены топливными складами, мазутохранилищами, газгольдерами, бойлерными, газораспределительными станциями, РОУ, компрессорами, электротрансформаторами, установками осушки воздуха, станциями водоподготовки.
К энергокоммуникациям относят электросети, трубопроводы мазута, газа, пара, воды, воздуха, холода.
Энергоносители, подводимые потребителю, включают топливо в котельные или топки аппаратов, тепловую и электрическую энергии, холод, сжатые газы, воду.
Электроприемниками технологических установок являются горелки, форсунки, топки, теплообменники, двигатели. Для передачи энергии из энергоприемников в технологические аппараты используют дымо- и газоходы, воздуховоды, трубопроводы растворов, расплавов, а также валы, муфты, редукторы.
В качестве промежуточных внутреагрегатных энергоносителей применяют дымовые газы, горячий воздух, органические теплоносители, нагретые растворы и расплавы.
6Виды энергии
Известно пятнадцать видов энергии, из которых практическое значение пока имеют десять: ядерная, химическая, механическая, упругостная, гравистатическая, тепловая, электрическая, электромагнитная, электростатическая. Непосредственно используются только 4 вида: тепловая (70÷75 %), механическая (20÷22 %), электрическая (3÷5 %) и электромагнитная (1 %).
К тепловой относят часть энергии движения частиц тел, которая освобождается при наличии разности температур между данным телом и телами окружающей среды.
Механическая энергия представлена кинетической энергией свободно движущихся тел и отдельных частиц.
Электрической называют энергию электрического тока во всех его формах. К электромагнитной (световой, фотонной) относят энергию движения фотонов электромагнитного поля.
Главным источником используемых видов энергии является пока химическая энергия минеральных органических горючих (уголь, нефть, торф, сланцы, природный газ). К химической относят энергию системы из двух или более реагирующих между собой веществ, которая высвобождается в результате перестройки электронных оболочек атомов и молекул при химических реакциях. Этот источник энергии постепенно истощается, и с 1942 г. в качестве альтернативы выступили ядерные и термоядерные топлива. К ядерной относят энергию связи нейтронов и протонов в ядре, освобождающуюся при делении тяжелых и синтезе легких ядер, в последнем случае ее называют термоядерной.
7Энергоресурсы и потребность хтс в энергии
Имеющиеся в руках человечества энергоресурсы делятся на первичные и вторичные. Первичные подразделяются на возобновляемые (солнечная, ветровая энергия, гидроэнергия, энергия морских приливов и отливов) и невозобнов-ляемые (химическая энергия горючих ископаемых, геотермальная, ядерная, термоядерная виды энергии).
Для химических предприятий первичными энергоресурсами являются пар, электроэнергия и топливо. Первые поступают со специализированных предприятий или из своих подсистем энергоснабжения (ТЭЦ, ГЭС, АС), а топливо (уголь, соляр, мазут, котельное топливо, горючие газы) – с углеобогатительных фабрик, нефте- и газоперерабатывающих заводов. Водяной пар используется как теплоноситель и реагент, электроэнергия применяется в процессах электросинтеза или для привода машин, насосов, компрессоров и пр. Топливо сжигают в топках ректоров или в котельных с целью получения тепла для технологических процессов.
ХТС являются крупнейшими потребителями энергии после металлургической промышленности и промышленности стройматериалов.
Полезное потребление энергии в ХТС составляет 38÷40 %. Остальная часть энергии теряется с охлаждающей водой, дымовыми газами, через не плотности арматуры и изоляции, из-за избыточной мощности электродвигателей. Поэтому энергетическая эффективность – один из главных показателей научно-технического и экономического уровня ХТС.
Главной целью в повышении энергетической эффективности ХТС является снижение энергоемкости продукции. Энергоемкость оценивают величиной расхода энергоресурсов i-го вида на получение 1 т продукта или долей затрат в себестоимости продукции. Эта доля может составлять от 10 до 60 %. К энергозатратам относят стоимость пара, электроэнергии, воды, холода, сжатых газов. В табл. 3.1 приведены некоторые расходные коэффициенты. Для сравнения использован расход энергии на производство стали и алюминия. Единицами измерения расходных коэффициентов по энергии являются ТУТ/т для топлива, кВт·ч/т для электроэнергии, ГДж/т для пара и холода, м3/т для воды и газа.
Таблица 3.1.
Расходные коэффициенты по энергии
Наименование продукта |
Единицы измерения |
Расходный коэффициент |
Синтетическое волокно Эпоксидный стеклопластик Синтетический каучук Сталь Алюминий |
кВт·ч/т - “ - - “ - - “ - - “ - |
10000-18000 5000-7000 2000-5000 220000 392000 |
По уровню энергозатрат все предприятия химической промышленности подразделяют на энергоемкие, средне- и малоэнергоемкие. К первым относят производства минеральных кислот, фосфора, удобрений, содопродуктов и химических волокон. Вторые представлены производствами полимерных материалов и синтетических смол. К третьим относят переработку пластмасс, получение кинофотоматериалов, бытовую химию.
Первичные энергоресурсы истощаются, их добыча и транспортировка удорожаются, возрастает тепловое загрязнение окружающей среды. Поэтому осуществление мероприятий по экономному использованию энергорсурсов становится жизненно важной проблемой, а для инженера-технолога – одной из его профессиональных обязанностей.