1.2. Функции системы прэ и методы их обеспечения

Система производства и распределения энергоносителей осуществляет:

а) обеспечение потребителей энергоносителями с заданными парамет-рами по количественным и качественным показателям (расход, давление, температура, влагосодержание, относительная влажность, концентрация и др.). Достигается выбором соответствующего оборудования;

б) обеспечение заданного режима потребления энергоносителя. Достигается с помощью регулирования параметров у источника (генераторов), а также использования аккумулирующих устройств (емкостей и т.п.);

в) бесперебойность и надежность подачи энергоносителя потребителям. Осуществляется резервированием оборудования и дублированием коммуникаций;

г) минимальные материальные и энергетические потери. Достигается оптимальным соотношением энергетических и капитальных затрат (минимум приведенных затрат);

д) соответствие экологическим требованиям. Необходимо стремиться к безотходности (или малоотходности) путем использования ВЭР;

е) соответствие требованиям техники безопасности, пожарной безопасности, гражданской обороны, технической эстетики и эргономики, а так же санитарно-техническим требованиям.

Рис.1.1. Схема системы производства и распределения энергоносителей на промышленном предприятии:

С – система воздухоснабжения;

С1 и С2 - системы водоснабжения и кислородоснабжения;

С3 – системы энергообеспечения с различными формами энергий Э1, Э2, Э3 (электроэнергия, пар и др.);

С4 – система реализации конечных продуктов (Пр1, Пр2, Пр3);

I– источник энергоносителей с генераторами (Г1, Г2, Г3);

II– потребитель энергоносителя (П1, П2, П3);

III– коммуникации;

В1, В2, В3 – вспомогательные элементы, расположенные в различных местах коммуникаций, предназначенных для дополнительного изменения свойств энергоносителя (редукторы, осушители, нагреватели и т.п.)

1.3. Функции вспомогательных элементов

Целесообразность вспомогательных элементов в схеме СПРЭ определяется следующими требованиями:

а) выполнение вспомогательными элементами функций перемещения от генератора к потребителю. Это насосы, компрессоры, газодувки, внешние транспортные средства (цистерны, сосуды Дьюара, баллоны и т.д.);

б) хранение и резервирование энергоносителя в газгольдерах, реципиентах, хранилищах, жидкостных сосудах и т.д.;

в) дополнительное изменение свойств энергоносителей (по давлению, температуре, очистка, изменение влажности);

г) дополнительное изменение состава или концентрациии. Достигается разделением на составляющие или смешением отдельных энергоносителей (выделение редких газов, обогащение воздуха кислородом, смешение горючих газов, создание защитных сред, например: N₂+H₂);

д) изменение агрегатного состояния энергоносителя по требованию технологии или условиям хранения и транспорта (конденсация, газификация, создание 2-фазных смесей и др.).

1.4. Показатели эффективности системы

Эксергетический КПД системы

В общем случае для схемы на рис.1.1 КПД системы можно представить следующим соотношением:

, (1.1)

где – сумма генерируемых эксергий в «n» генераторах энергоносителей

(параметры и эксергии в них могут отличаться); – сумма эксергий ВЭР системы, которые утилизируются внешними системами (C1,C2,C3 и т.д.);– сумма эксергий, затраченных для работы генераторов;E_C1иE_C2– эксергии потоков, которыми обменивается система С с системами С1 и С2 («плюс» – приход, «минус» – убыль).

Величина _схарактеризует термодинамическую эффективность системы и может служить функцией цели при ее оптимизации (термодинамической).

Анализ может проводиться как для всей системы, так и по отдельным ее участкам. Если известны значения КПД участков, то КПД системы может быть представлен как

, (1.2)

где _г,_к,_п– КПД генератора, коммуникаций и потребителя.

В значение _п(в соответствии со схемой) включаются только потери в распределительных устройствах энергоносителя у потребителя.

Удельный расход энергии

Удельный расход энергии – это ее расход на единицу выработанного энергоносителя. Он определяется отношением:

,, или ,, или , ,

где V_i,м³, илиG_i, кг, – количество произведенного энергоносителя в СПРЭ;

Э_i, кВтч – расход энергии на производство этого количества энергоносителя;

Q_i, МДж (Гкал) – количество произведенного холода (теплоты).

Расход энергоносителя (воздуха, воды, газа) определяется, как правило, на входе в генератор, расходы теплоты и холода – на выходе.

Удельный расход энергоносителя

Удельный расход энергоносителя (или норма расхода) на единицу продукции определяется отношением:

или, (1.3)

где V_i(илиG_i) и Пр – количество энергоносителя и единиц продукции, отнесенные к одинаковому промежутку времени: год, час, минута и т.д.

Величина обычно нормируется технологическим потребителем энергоносителя. Значения этих норм определяются по статистическим данным или результатам испытаний аналогичных производств. Теоретический (минимально-расчетный) удельный расход определяется расчетом по технологическому регламенту.

Распределение затрат на производство энергоносителя

Задача распределения затрат возникает в СПРЭ при производстве энергоносителей одного типа, но различных параметров. Например: воздух – разных давлений, холод – разных температур, азот, кислород – разное количество с одной воздухоразделительной установки.

Существуют разные методы распределения затрат. Наиболее объективным и удобным следует считать метод распределения затрат в соответствии с эксергией потоков энергоносителей. Для этого необходимо определить доли эксергии данного энергоносителя в сумме эксергий энергоносителей всей системы:

, (1.4)

где E_i– эксергияi-го энергоносителя (отдельного потока);n– количество потоков энергоносителей;– сумма эксергий всех потоков энергоносителей системы.

Пропорционально m_iмогут быть распределены:

а) расходы энергии на производство отдельного энергоносителя в кВтч, отнесенные к количеству единиц данного энергоносителя:

, (1.5)

где n– число потоков энергоносителей с различными параметрами;– суммарные затраты первичной энергии на производство всех энергоносителей системы;

б) капитальные затраты, отнесенные к отдельному энергоносителю:

, (1.6)

где – суммарные капитальные затраты на производство всех энергоносителей в системе;

в) себестоимость отдельных потоков энергоносителей в рублях за учетную единицу энергоносителя:

, (1.7)

где З_i– суммарные годовые затраты на станции (источнике) при производстве энергоносителя, руб.;V_i– годовое производство этого энергоносителя, в учетных единицах.

Во всех этих случаях предполагается, что КПД процессов производства разных потоков энергоносителей одинаковы. В большинстве случаев это допущение правомерно, так как процессы производства энергоносителей идут совместно и раздельный анализ этих потоков затруднен.

Но возможны случаи и раздельного анализа. Такие случаи подробно рассмотрены в монографии Бродянского В.М.: «Эксергетический метод термодинамического анализа». М.: Энергия, 1973.

Контрольные вопросы

1. Что называют энергоносителем?

2. Что представляет собой система производства и распределения энергоносителей?

3. Чем достигается обеспечение потребителей энергоносителями с заданными параметрами?

4. Как обеспечивается заданный режим потребления энергоносителя?

5. Чем обеспечивается надежность и бесперебойность подачи энергоносителя потребителям?

6. Что относится к вспомогательным элементам системы технологических энергоносителей?

7. Что характеризует эксергетический КПД системы?

8. Как определяется удельный расход энергии в системе производства технологического энергоносителя?

9. Что такое норма расхода энергоносителя и как она определяется?