2.3. Енергозбереження у теплотехнологічних процесах

В промисловій теплоенергетиці в агрегатах та різних елементах енерготех­ноло­гічних установок знаходять свою реалізацію наступні процеси:

• Процеси нагрівння рідин, газів, твердих тіл в теплообмінних пристроях (теплообмінниках).

• Процеси охолодження рідин, газів, твердих тіл в теплообмінних пристроях (теплообмінниках).

• Процеси горіння, спалювання палива в пальниках котлоагаргатів.

• Процеси стиснення газів (ізохорне, ізотермічне, ізоентропне, пілітропне, реальне) в компресорах та нагнітачах.

• Процес самовскипання рідин в установках самовскипання.

• Розширення рідини та газів в дросельних пристроях, в парових та газових турбінах.

• Процеси змішування потоків рідини в мішалках.

• Процеси інжекції парів, газів в парострумииних, водоструминних компре­со­рах та ежекторах.

• Процеси концентрування потоків та об’ємів розчинів в випарних та вакуум-аппаратах.

• Процеси кондиціювання повітря в установках кондиціювання.

• Процеси трансфомації теплоти в трансформаторах теплоти.

• Процеси обпалювання в обпалювальних печах.

• Процеси транспортування (рідини, газів) в трубопроводах та каналах.

• Процеси конденсування пари (водяної, аміаку, фреону та інших робочих тіл систем охолодження) в конденсаторах та грійних камерах підігрівників тех­но­логічного призначення.

• Процеси кипіння рідини ((води, аміаку, фреону та інших робочих тіл систем охолодження) в випарних апаратах.

• Процеси дроселювання потоків пари та рідини (води, водяної пари).

• Процеси випромінювання в котлоагрегатах та від неізольованих (ізольованих) поверхонь.,

• Процеси конвекції.

• Тощо.

Реалізація кожного з цих процесів потребує або витрати певного виду ПЕР – палива, теплової енергії, електричної енергії, механічної енергії, наприклад:

• для реалізації процесу кипіння рідини потрібно підведення певного обсягу теплової енергії;

• для реалізації процесу стиснення газового потоку потрібно підведення до електроприводу компресора певного обсягу механічної та електричної енер­гії;

• тощо.

Енергозбереження у процесах повинно гарантувати змен­шення обсягів спо­живання ПЕР для ко­ри­стувачів цих процесів.

А для визначення обсягів зменшення ПЕР потрібно володіти методами ­їх визначення, а для цього потрібно знати, яким чином вони визначаються, тобто вигляд розрахункових формул.

Витратами ПЕР є кількість (обсяг) ПЕР, потрібна для реалізації процесу. Кількість ПЕР для кожного процесу визнача­ється індивідуальною матема­тич­ною формулою, що містить перелік загальноприйнятих параметрів, притаман­них саме цьому процесу та розрахунковий термін часу – τ_розр, за який виз­на­ча­єть­ся ця кількість. Наприклад, кількість електричної енергії спожита за годи­ну має розмірність кВт·год/год, за добу – кВт·год/добу, за місяць – кВт·год/ міс.

Фа­хів­цю з енергозбереження потрібно знати і пам’ятати якомога більше таких фор­мул по кожному виду ПЕР.

Формула для визначення добової кількості теплової енергії для реалізації про­цесу нагрівання потоку рідини – Q_τ^нагр, Гкал/доб, має вигляд:

Q_τ^нагр = G_прод · с_прод (t₂^прод – t₁^прод) · τ_розр (2.1)

де:

G_прод – витрата продукту, що нагрівається, т/год;

с_прод – теплоємність продукту, що нагрівається, кДж/кг·К,

t₂^прод – температура продукту на початку нагрівання, ^оС;

t₁^прод – температура продукту після нагрівання, ^оС;

τ_розр – розрахунковий термін нагрівання, год/доб.

У відповідності до наведеної формули ефект енергозбереження у процесі наг­рі­вання потоку рідини гарантуватимуть наступні технічні рішення:

• технічні рішення по технології виробництва, що зменшать витрату потоку, що підлягає нагріванню, тобто зменшать величину G;

• технічні рішення по технології виробництва, що зменшать кінцеву темпе­ра­туру нагрівання потоку, тобто зменшать величину t₂;

• технічні рішення по технології виробництва, що збільшать початкову темпе­ра­туру потоку, тобто збільшать величину t₁;

Формула для визначення кількості теплоти для реалізації процесу випа­рову­вання рідини – Q_τ^випар, Гкал/год, за певний розрахунковий період τ_розр, має вигляд:

Q_τ^випар = G_рід · (і"– і') · τ_розр (2.2)

де:

G_рід– годинна витрата рідини, що підлягає випаровуванню, т/год;

і" – ентальпія насиченої пари рідини, що підлягає випаровуванню, кДж/кг;

і' – ентальпія рідини, що підлягає випаровуванню, у стані насичення, кДж/кг;

τ_розр – розрахунковий період витрати теплоти, год/год, год/добу.

• Формула для визначення годинної кількості теплоти, що виділяється у разі конде­нсації пари – Q_τ^конд, Гкал/год, має вигляд:

Q_τ^конд = D_конд · (і_пари – і'_конд) · τ _розр (2.3)

де:

D_конд – годинна витрата пари, що конденсується, т/год;

і_пари – ентальпія пари (насиченої або перегрітої), що конденсується, кДж/кг;

і'_конд – ентальпія конденсату пари, що конденсується, у стані насичення, кДж/кг.

τ _розр – розрахунковий термін конденсації, год/год.

• Формула для визначення добової кількості механічної енергії, що потрібна для стиснення газового потоку – L_τ^стисн, кВт·год/доб, має вигляд:

L_τ^cтисн = Q_всм^газ · l _а^газ · ρ_всм^газ· τ _розр (2.4)

де:

Q_всм^газ – годинна витрата газу, що підлягає стисканню за станом перед початком стискання (на вході в компресору), м³/год;

l _а^газ – адіабатична (ізоентропна) робота стикання газу, кДж/кг;

ρ_всм^газ – питома густина газу, що підляє стисканню за станом перед початком стискання (на вході в компресору), кг/м³.

У відповідності до наведеної формули ефект енергозбереження при стис­ненні газового потоку гарантуватимуть наступні технічні рішення:

• технічні рішення по технології виробництва, що зменшать витрату газо­вого потоку, що підлягає стисненню, тобто зменшать величину Q_всм^газ;

• технічні рішення по технології виробництва, що зменшать густину га­зового потоку, що підлягає стисненню, тобто зменшать величину ρ_всм^газ ;

• технічні рішення по організації технологічного процесу, що зменшать питому роботу адіабатичного стиснення, тобто зменшать величину L_а^газ;

Визначення обсягів економії ПЕР – ∆ Е_екон, внаслідок реалізації технічних рішень з енергозбереження, у процесах зводиться до визначення різ­ниці між рівнями енергоспоживання до та після реалізаціїї робіт з енерго­збе­реження за універсальною формулою:

∆ Е_екон = Е_спож ^до – Е_спож ^після (2.5)

де:

Е_спож ^до – рівень споживання енергії в процесі до впровадження енерго­збе­рі­гаючих технічних рішень;

Е_спож ^після – рівень споживання енергії в процесі до впровадження енерго­збе­­рігаючих технічних рішень.