Лекция 3. Энергетические характеристики объектов теплоэнергетики и промышленных предприятий.
Классификация энергетических характеристик.
Расход топлива
Тип оборудования / предприятия |
Вид характеристики |
Единицы измерения |
Численное значение |
Котлы и котлоагрегаты |
Индивидуальный норматив расхода газа на выработку тепловой энергии |
кг у.т./ Гкал |
152 181 |
Объекты теплоэнергетики |
|
кг/с, т/час, т/год г/кВт ч
г/ккал |
120 140 |
Промышленные предприятия |
Расход условного топлива на выработку единицы продукции |
кг |
|
Расход электроэнергии.
Тип предприятия |
Вид характеристики |
Единицы измерения |
Численное значение |
Объекты теплоэнергетики |
Расход электроэнергии на собственные нужды (СН)
мощностью свыше 200 МВт |
% от выработки |
Для максимальной нагрузки СН
8 14 5 7
6 8 3 5 5 8
93 2 1 0,5 |
Промышленные предприятия |
Расход электроэнергии на выработку единицы продукции, конкретно по отраслям
|
кВтч |
8,4 9,9 685 693 93,8 99,9
385 401 3840 4862 482 502 17400 18400
1,5 5,6
28,8 26,4
625 11800 10500
1918 2268 980
58,2 289,8
1366,2 7657,2 300 640
36,9 58 34,4 65,4 96,6 |
Расход тепла.
Тип объекта |
Порядок расчета |
Плавильные печи в металлургии |
Рассчитывают расход тепла (топлива) на расплавление тонны металла (ГДж/т) и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от номинальной производительности печи (т/ч). |
Печи туннельные для обжига бытовой фарфоровой посуды, керамических плиток и т.п. |
Рассчитывают расход тепла (топлива) на обработку кг изделий (МДж/кг) и сравнивают с нормативными показателями зависимости от удельной производительности печи (кг/м3 ч). |
Печи туннельные для обжига глиняного кирпича. |
Рассчитывают расход тепла (топлива) на обработку кг изделий и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от производительности печи (млн шт./год) и вида топлива (газ, мазут, уголь). |
Камеры периодического или непрерывного действия для тепловой обработки железобетонных изделий. |
Рассчитывают расход тепловой энергии (МДж/м3) на обработку удельной массы металла опалубочных форм (т/м3) и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от коэффициента заполнения полезного объема (Kzk). Коэффициент заполнения полезного объема камеры определяется по формуле Kzk = VБ / VK, где VБ – объем бетона, м3, VK – внутренний объем камеры, м3 |
Термоформы для тепловой обработки железобетонных элементов |
Рассчитывают расход тепловой энергии (МДж/м3) на нагрев единицы объема (м3) изделий и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от значения коэффициента термоформы (Kт, 1/м) и теплоизоляции внешней поверхности термоформы (%). Коэффициент термоформы определяется по формуле Kт = 2Fт / VБ, где Fт – внешняя поверхность формы, определена по ее габаритам, м2, VБ – объем бетона изделий, м3 |
Сушилки для пиломатериалов |
Рассчитывают расход энергии (ГДж) на испарение 1 т м влаги либо на сушку 1 м3 условного пиломатериала и сравнивают с нормативным показателем в зависимости от вида энергии (тепловая, электрическая) и типа сушилки. |
Выпарные установки |
Рассчитывают расход энергии (ГДж) на испарение 1 т влаги и сравнивают с нормативным показателем в зависимости от типа установки. |
Отопление в коммунально-бытовом секторе |
Рассчитывают расход энергии (ГДж или м3 горячей воды) на обогрев 1 м2 общей площади и сравнивают с нормативным показателем в зависимости от климатических условий местности, типа домостроения, удаленности от ТЭЦ и других показателей. |
Расход холода.
Тип объекта |
Порядок расчета |
Холодильные установки в пищевой промышленности |
Рассчитывают расход холода (в тыс. стандартных ккал на 1 кг или 1 штуку готовой продукции) и сравнивают с нормативными показателями. |
Установки кондиционирования воздуха в производственных помещениях |
Рассчитывают расход холода (в тыс. стандартных ккал на 1 м3 объема помещения) и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа установки и характеристик обслуживаемого помещения. |
Расходы воды.
Тип объекта |
Порядок расчета |
Объекты теплоэнергетики |
Рассчитывают расход воды (в м3/сек, кг/сек; м3, кг) на выработку единицы (кДж) тепловой или электрической энергии и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа используемого оборудования. |
Промышленные предприятия |
Рассчитывают расход воды (в м3/сек или кг/сек) на 1 кг или 1 штуку готовой продукции) и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа предприятия. |
Орошение земель |
Рассчитывают расход воды (в м3/сек, кг/сек, т/год) на единицу площади (м2, га) и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа сельскохозяйственных культур и климатических характеристик региона. |
Животноводческий комплекс |
Рассчитывают расход воды (в м3/сек, кг/сек, т/год) на единицу площади (м2, га) или на единицу поголовья и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа предприятия. |
Жилые здания |
Рассчитывают расход воды (в м3/сек или кг/сек) на 1 человека или на 1м2 общей площади и сравнивают с нормативными показателями. |
Расход пара.
Тип объекта |
Цели использования |
Порядок расчета |
Предприятие химической промышленности |
Обогрев выпарной установки |
Рассчитывают расход пара (кг) на единицу упариваемого раствора (кг) или приведенный к параметрам установки (объем м3, время работы сек) и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа и производительности установки. |
Предприятие пищевой промышленности |
На технологические нужды и на вентиляцию |
Рассчитывают расход пара (т/час) на единицу готовой продукции (тонну) и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа продукции |
Расход воздуха.
Тип объекта |
Порядок расчета |
Объекты теплоэнергетики |
Рассчитывают расход воздуха (в м3, кг) на сжигание единицы топлива (кг, тонна) с учетом коэффициента избытка воздуха или на выработку единицы (кДж) тепловой или электрической энергии, а также на вентиляцию производственных помещений (на м3 объема) и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа используемого оборудования. |
Промышленные предприятия |
Рассчитывают расход воздуха (в м3/сек или кг/сек) на вентиляцию помещений (на м3 объема) и на технологические нужды и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа предприятия. |
Животноводческий комплекс |
Рассчитывают расход воздуха (в м3/сек, кг/сек, т/год) на вентиляцию помещений (на м3 объема) и на технологические нужды (на единицу поголовья) и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа предприятия. |
Расход газа.
Тип объекта |
Порядок расчета |
Объекты теплоэнергетики |
Рассчитывают расход газа (в м3/сек, кг/сек; м3, кг) на выработку единицы (кДж) тепловой или электрической энергии и сравнивают с нормативными показателями в зависимости от типа используемого оборудования. |
Промышленные предприятия |
Газ используется в качестве топлива – аналогично объектам теплоэнергетики. Газ используется в качестве сырья – рассчитывают расход газа на выработку единицы продукции (кг, штуку). |
Сельскохозяйственные объекты |
Газ используется как топливо аналогично объектам теплоэнергетики. |
Жилищно-коммунальный сектор |
Газ используется как топливо для обогрева помещений. Газ используется в быту. |
Показатели выхода тепловых ВЭР.
Тип предприятия |
Вид ВЭР (источники низкопотенциального тепла) |
Порядок расчета показателя выхода ВЭР |
Объекты теплоэнергетики |
|
При расчете учитывают источник сброса, количество и температуру воды. При расчете учитывают источник газа, объем, состав и температуру. При расчете учитывают марку топлива, способ шлакоудаления, температуру шлака, тип и производительность печи. При расчете учитывают температуру и количество возвратных вод, удаленность отапливаемых объектов. |
Промышленные предприятия |
|
Аналогично объектам теплоэнергетики При расчете учитывают количество производимого пара, воды или другого продукта, их температуру, особенности установки. |
Сельскохозяйственные предприятия |
|
При расчете учитывают количество теплоносителя, температуру, степень загрязнения.
Учитывают количество топлива, его теплоемкость, возможность утилизации и уровень развития утилизационных технологий. |
Объекты ЖКХ |
|
При расчете учитывают количество теплоносителя, температуру, степень загрязнения.
Учитывают объем необходимых инвестиций и количество сэкономленного тепла. |
Показатели использования тепловых ВЭР.
Рассчитывают в общем случае как отношение К = Qи / Qо, где Qи – количество утилизованного, полезно использованного тепла, Qо – общее количество теплового ресурса ВЭР.
Показатели возможной экономии энергии.
Выражаются в процентах экономии топлива, уменьшения расхода электрической и тепловой энергии, увеличения КПД установок, снижения тепловых потерь в результате внедрения энергосберегающих мероприятий
Наименование мероприятия |
Возможная экономия топлива, энергии |
Замена морально и физически устаревших котлов. Установка турбогенераторов единичной мощностью от 0,5 до 3,5 МВт в промышленно-отопительных котельных с паровыми котлами. Использование дизельных блок-ТЭЦ малой мощности (500 кВт – 4 МВт) на природном газе для энергоснабжения промпредприятий. Применение вакуумных и щелевых деаэраторов (позволяющих снизить температуру питательной воды с 04 до 65-70ОС). Забор теплого воздуха их верхней зоны котельного зала. Автоматизация процессов горения и питания котлоагрегатов. Установка обдувочных агрегатов для очистки наружных поверхностей нагрева котлоагрегатов и котлоутилизаторов. Замена горелок ГМГ на ГМГ-М в котлах ДКВР с уменьшением α до 1,05 Увеличение возврата конденсата в котельную на каждые 10%. Установка воздухоподогревателя или экономайзера поверхностного питательного |
19-20 кг у.т. /Гкал отпущенной тепловой энергии Снижение удельного расхода топлива до 167-174 г у.т. /кВт ч
Повышение КПД энергоустановки с учетом утилизации тепла – 83%.
Повышение КПД на 1,5-2%.
0,013 т у.т. на 10 м3 воздуха.
Топливо – 1,5-2%.
Топливо – 1,5-2% для котлоагрегатов, до 5% для котлов-утилизаторов.
Увеличение КПД на 1-1,5%.
Топливо – 1,0-1,5%.
Топливо 4-7%.
|
Установка экономайзера: Поверхностного теплофикационного. Контактного при наличии за котлом поверхностного экономайзера и потребителей горячей воды. Контактного при отсутствии за котлом поверхностного экономайзера и наличии потребителей всей горячей воды.
Использование эффективных теплоизоляционных материалов для снижения нормативных потерь теплоэнергии в бесканальных теплопроводах: фенольных и фурфурольных паропластов типа ФЛ и ФТ с коэффициентом теплопроводности 0,04-0,05 ккал/м час ОС карбамидных пенопластов с коэффициентом теплопроводности 0,03 ккал/м час О пенополимербетонной теплоизоляции (0,015ккал/м час О) пенополимеруретановой теплоизоляции (0,015ккал/м час О)
Применение автоматического регулирования непрерывной продувки котлов. Использование тепла конденсата для подогрева воды на обратной линии системы отопления. Использование тепла отработавшего пара для подогрева сетевой воды. Использование тепла воды, охлаждающей технологическое оборудование. Использование избыточного тепла верхней зоны горячих цехов для обогрева холодных участков (теплообменники типа ТСН) Применение конденсатоотводчиков. |
Топливо 6-9%. Топливо 8-10%.
Топливо 12-18%.
Снижение тепловых потерь в 2-3 раза.
Снижение тепловых потерь в 2 раза.
Снижение тепловых потерь в 2 раза.
Снижение тепловых потерь в 2-3 раза.
Сокращение продувки на 18-20%.
10-20% от тепла конденсата.
10-30% от тепла отработавшего пара.
10-40% от тепла охлаждающей воды.
Экономия теплоэнергии 13 Гкал/г.м2 площади.
Экономия теплоэнергии 10-40%. |
Показатели эффективности энергосберегающих мероприятий.
Рассчитывают в общем случае как отношение (в рублях) К = Пр / И, где И – объем необходимых для внедрения технологии инвестиций, Пр – прибыль, полученная от внедрения технологии (количество сэкономленных ресурсов).
Нормативные и расчетные характеристики.
Нормативные значения параметров заложены в нормативных документах и определяют максимально допустимые значения параметров (ПДК), предельно допустимые значения суммарных показателей (ПДВ, ПДС), номинальные и предельные значения параметров (паровая нагрузка котла), временные характеристики (наработка на отказ), допустимые погрешности (температура пара 5455ОС) и т.д. Также в нормативах закрепляются правила, определяющие порядок сбора данных, и расчетные формулы.
Расчетные значения характеристик получают на основании формул, как правило, эмпирических, с использованием данных, полученных опытным путем.
Удельные и суммарные показатели.
Энергетические характеристики могут иметь удельное и суммарное выражение. В общем случае энергетические характеристики зависят от целого ряда параметров, в зависимости от типа производства:
F = F(x1, x2, … , xN)
Удельные величины представляют расход энергии в том или ином виде (Дж, кг у.т., м3 пара и т.п.), приходящийся на единицу значений влияющих величин, т.е. производимый в единицу времени (сек., год), или приходящийся на единицу продукции (штуку, кг, м3 и т.п.), или потребляемый единицей оборудования, или расходуемый на единицу площади или объема помещения и т.п.:
Суммарные величины представляют расход энергии, проинтегрированный по одному или нескольким значениям влияющих величин, т.е. расход энергии за определенный промежуток времени или на выпуск партии товара и.т.п.
Критерии энергетической оптимизации
Тепловой и материальный баланс.
Снижение энергоемкости производства в удельном или суммарном выражении.
Снижение энергетических потерь. Абсолютные потери – это разница между всей затраченной энергией и полезно израсходованной энергией. Относительные потери – это отношение абсолютных потерь ко всей затраченной энергии.
Снижение потерь активной энергии (эксергетический метод). Вся энергия может быть поделена на два вида: энергия первого вида может быть преобразована практически без потерь в любой другой вид энергии (пример – электрическая энергия), энергия второго вида преобразуется с неизбежными потерями, величина которых зависит от степени необратимости процесса.
Снижение потерь продукции и прочих материальных расходов и потерь.
Снижение экономических расходов и потерь, экономия финансовых средств.
Период окупаемости инвестиционного проекта – это период времени, по истечении которого доходы от реализации проекта становятся больше изначально вложенных в него средств и проект начинает приносить прибыль.
Материальный баланс. Масса затраченного сырья всех видов должна равняться массе продуктов, основных и побочных (включая загрязнения воздуха, воды).
Тепловой баланс. Количество произведенной и полученной энергии должно равняться количеству потраченной и отпущенной энергии, с учетом потерь.
Виды теплового баланса.
1) Тепловой баланс теплоэнергетического предприятия
QТОП = QПР + QПОТ1 ; QПР = QОТП + QСН + QПОТ2 , QОТП = QПОЛ + QПОТ3 , где
QТОП – теплотворная способность топлива (низшая теплота сгорания);
QПР – количество произведенной тепловой и электрической энергии;
QПОТ1 – потери при производстве тепловой и электрической энергии;
QОТП – количество тепловой и электрической энергии, отпущенной потребителям;
QСН – расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды;
QПОТ2 – потери при распределении тепловой и электрической энергии.
QПОЛ – количество тепловой и электрической энергии, полученное потребителем;
QПОТ3 – потери тепловой и электрической энергии в сетях.
2) Тепловой баланс промышленного предприятия.
QПОЛ + QТОП = QИСП + QПОТ, где
QПОЛ – количество энергии, полученное от внешнего поставщика;
QТОП – теплота сгорания топлива, использованного в технологических процессах предприятия;
QИСП – энергия, потребленная энергоиспользующим оборудованием;
QПОТ – потери энергии при производстве и использовании.
3) Тепловой баланс объектов ЖКХ.
QПОЛ = QИСП + QВОЗВР + QПОТ, где
QПОЛ – тепловая и электрическая энергия, полученная потребителем;
QВОЗВР – тепловая энергия, возвращенная в сеть;
QПОТ – потери энергии при использовании.
Критерии энергетической эффективности технологий.
Важнейшей предпосылкой повышенного внимания к проблеме энергосбережения в промышленных теплотехнологических установках, системах и комплексах является наличие для них объективной системы критериев энергетической эффективности, отражающих энергосберегающий эффект собственно технологии, качество (эффективность) использования топливно-энергетических ресурсов (относительную долю полезного их использования), потенциальный уровень возможной экономии ресурсов, энергосберегающий эффект отдельных мероприятий.
К числу таких критериев можно отнести:
тепловой КПД и коэффициент энергосбережения теплотехнологии;
систему КПД не только для теплотехнологических установок, но и для теплотехнологических систем и комплексов;
коэффициенты полезного использования первичной энергии (первичного топлива) в технологиях переработки исходных сырьевых материалов в расчете на конечный товарный продукт или на конечное использование последнего;
потенциалы резерва интенсивного энергосбережения теплотехнологических установок, систем, комплексов;
относительный коэффициент энергосбережения отдельных мероприятий (коэффициент использования резерва интенсивного энергосбережения).
Интенсивное энергосбережение.
Энергосбережение можно классифицировать на пассивное и интенсивное.
Пассивное энергосбережение – уменьшение расхода энергии путем снижения мощности работающих предприятий, сокращения времени работы оборудования и т.п. при использовании старых типов оборудования и технологий.
Интенсивное энергосбережение – уменьшение расхода энергии при увеличении мощности предприятий, увеличении времени работы оборудования и т.п. за счет внедрения новых типов оборудования и энергосберегающих технологий, изменения структуры производства за счет увеличения доли менее энергоемких отраслей.