Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергосбережение в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях. Учебное пособие.pdf
1. Что такое когенерация? Приведите пример такого производст-
ва тепловой и электрической энергии.
2. Принцип работы ПГУ и ГТУ.
3. Какие преимущества даёт перевод паровых котлов в водо-
грейный режим?
4. Каким образом температура наружного воздуха влияет на
КПД ПТУ?
5. Как количество конденсата влияет на удельный расход топ-
лива?
Контрольные вопросы для самопроверки
6. Основные энергосберегающие мероприятия, рекоме
для снижения по
терь тепловой энергии с уходящими газами в котель-
ндуемые
ных установках.
7. Как влияет коэффициент избытка воздуха на величину КПД
котла?
8. Почему перевод котла на газовое топливо способствует увели-
чению его КПД (брутто) и КПД (нетто)?
9. Способы экономии энергии при эксплуатации паротурбинных
электростанций.
10. В чём заключается экономическая эффективность испо
льзова
ния тепловой энергии парового конденсата?
11. Запишите выражение по определению КПД парового и водо-
грейного котлов.
12. Основные преимущества и недостатки автономных источни-
ков теплоснабжения по сравнению с централизованными источниками.
-
71
5. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
5.1. СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Передача тепловой энергии в большинстве случаев производится
по тепловым сетям, где в качестве теплоносителя, как правило, используются вода или водяной пар. В зависимости от этого различают
водяные тепловые сети и паровые тепловые сети.
Тепловые сети представляют собой систему трубопроводов вместе с запорной арматурой и другими приспособлениями и устройствами центр
зованных источников производства тепловой энергии обычно выступают ТЭЦ, промышленные или местные (районные) котельные. Тепловые сети соединяют источники производства теплоты с потребителями теплоты, представляющими собой специальные конструкции
(устройства), использующие тепловую энергию на отопление, горячее
водоснабжение, вентиляцию и кондиционирование воздуха, на проведение р
фикации, абсорбции и др.
тепловых сетях осуществляется путём изменения гидравлического или
температурного режима. Расход энергоресурсов на перемещение (прокачку) воды в таких тепловых сетях значительно больше, чем в паровых тепловых сетях из-за большей плотности воды. Кроме тог
следует учитывать и утечки теплоносителя в водяных тепловых сетях,
которые имеют место, как правило, значительно чаще, чем в паровых
тепловых сетях.
ратура воды в подающих трубопроводах не более 150 °С, давление –
до 1,6 МПа; температура пара – 150…250 °С, давление – 0,6…1,4 МПа.
подготовку (очистку, деаэрацию, биологическую обработку) в целях
исключения отложений на внутренней поверхности труб.
ных (распределительных) тепловых сетей, в зависимости от тепловой
нагрузки, находятся в пределах 50…300 мм, магистральных трубопроводов – 300…1450 мм.
ализованной сист
азличных те
хнологических процессов, например сушки, ректи-
емы теплоснабжения. В качестве централи-
Регулирование температуры и давления теплоносителя в водяных
Параметры теплоносителей в тепловых сетях следующие: темпе-
Теплоноситель (вода) в те
Трубопроводы изготавливаются из стали. Диаметры труб мест-
пловых сет
о, зд
есь
ях проходит специальную
72
Самая распространённая схема прокладки труб тепловых сетей –
двухтрубная (
от источника производства теплоты к потребителю, и
подающий трубопровод для горячего теплоносителя, т.е.
обратный – от
потребителя к источнику).
По способу прокладки трубопроводов тепловые сети бывают
земные
земные
(в специальных каналах или непосредственно в грунте) и над-
(на эстакадах).
под-
По схеме расположения труб тепловые сети подразделяются на
радиальные и кольцевые.
Присоединение тепловых сетей к потребителю осуществляется
либо непосредственно, либо через
ты (ИТП),
ловые пункты (ЦТП),
обслуживающие отдельные здания, или центральные теп-
обслуживающие несколько зданий (или район).
индивидуальные тепловые пунк-
Задачами типового теплового пункта являются:
– приём теплоносителя от тепловых сетей;
– при необходимости его подготовку к применению (снижение
его параметров);
– передача потребителю;
– возврат теплоносителя в тепловые сети (для паровых тепловых
сетей возврат конденсата).
Различают присоединение потребителей к тепловым сетям по
зависимой
и зависимой схеме.
Независимая схема присоединения предполагает применение
не-
теплообменника, в котором происходит передача тепла от теплоносителя с более высокой температурой к теплоносителю местной линии с
меньшей температурой. В этом случае давление в местной линии поддерживается за счёт насоса, установленного на этой линии.
зависимой схеме теплоноситель напрямую поступает в отопи-
В
тельные устройства потребителя.
По способу присоединения систем горячего водоснабжения (ГВС)
последние подразделяются на
открытые системы и закрытые.
Если вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель и не отбирается из неё, система называется
крытой
.
за-
Если из водяной системы теплоснабжения происходит полный
или частичный отбор, такая система называется
открытой. В этом
случае вода потребителем используется не только в целях отопления,
но и для ГВС. В таких системах возникает необходимость в постоянной подпитке водой, которая поступает из трубопровода подпитки
после соответствующей подготовки.
73
Система ГВС всегда подключается к потребителю только по закрытой схеме.
В водяных системах теплоснабжения отпуск тепловой энергии
потребителю регулируется следующими двумя способами:
1) изменением температуры сетевой воды в подающем трубо-
проводе при неизменном расходе (
качественное регулирование);
2) изменением расхода сетевой воды при неизменной её темпера-
туре подающего трубопровода (
количественное регулирование).
5.2. ПОТЕРИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И РЕСУРСОВ
ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЮ
5.2.1. Виды потерь энергии и ресурсов в тепловых сетях
При транспортировке теплоносителя происходят следующие виды потерь:
– потери тепловой энергии через стенки трубопроводов в окружающую среду;
– потери теплоносителя, связанные с его утечкой (через неплотности, при проведении ремонтных работ или ликвидации аварий);
– потери энергии на подготовку и транспортировку теплоносителя (электроэнергия, затраченная на работу центробежных насосов,
очистка теплоносителя);
тери тепловой энергии и ресурсов, связанные с отклонением
– по
от оптимальных режимов работы тепловых сетей, в том числе гидравлических, вследствие изменения характеристик тепловых сетей в процессе их эксплуатации, либо изменения присоединённой нагрузки
(ввод новых потребителей, технологических установок, перевод части
системы на теплоснабжение от других источников и т.д.);
тер
– по
и материальных ресурсов (замена труб, изоляционных
материалов, запорной и другой арматуры).
5.2.2. Мероприятия по сокращению потерь тепловой энергии и ресурсов в тепловых сетях
Мероприятия по сокращению потерь тепловой энергии с по-
верхности труб.
вень потерь тепловой энергии в тепловых сетях. Поэтому первоочередными мероприятиями по снижению этих потерь являются:
Качество тепловой изоляции труб определяет уро-
74
– покрытие теплоизоляцией из современных материалов наружной поверхности теплопроводов, а также регулярный контроль над её
состоянием в течение всего периода эксплуатации тепловых сетей;
– покрытие теплоизоляцией также всей запорной и регулирующей арматуры и фланцев.
Материал, применяемый в качестве теплоизоляционного, должен
отвечать следующим требованиям:
– иметь низкую теплопроводность;
– иметь малую воздухо- и водо
– иметь
низкую электропроводность.
проницаемость;
Как показала практика, наиболее перспективным является применение предизолированных труб из пенополиуретана в гидрозащитной
оболочке с дистанционным контролем целостности изоляции. Такие
трубопроводы прокладываются под землёй бесканально. При высоком
качестве их монтажа они могут служить без ремонта более 30 лет.
Другими мерами по снижению потерь тепловой энергии яв
ся:
ют
ля-
– установка на тепловых сетях дренажных систем и контроль
над их состоянием;
– достаточная вентиляция проходных и непроходных каналов
для исключения попадания конденсата на поверхность теплоизоляции;
– применение в системах теплоснабжения пониженного температурного графика (вместо 150/70…115/70 или 95/70 °С). Это приво-
дит к снижению разности температур теплоносителя в подающем трубопроводе и окру
ающей среды. Однако следует знать, что при этом
ж
происходит увеличение потребления электроэнергии приводами насосов, работающих при увеличенных расходах теплоносителя для обеспечения требуемого количества тепла потребителям.
Мероприятия по снижению утечек теплоносителя. Основными
мерами, направленными на уменьшение утечек теплоносителя из тепловых сетей при их эксплуатации, являются:
– постоянный контроль над состоянием тепловых сетей с точки
зрения их герметичности (появление неплотностей в трубах, соединениях, арматуре и т.д.);
– постоянный жёсткий контроль за возвратом конденсата (для
паровых тепловых сетей).
Кроме того, большое значение имеют пр
пр
иятия, например нанесение антикоррозионных покрытий и катодная
офилактические меро-
75
защита трубопроводов. Эти меры предотвращают возникновение электрохимической коррозии, а следовательно, увеличивают ресурс трубопроводов.
Другим также важным мероприятием, позволяющим в конечном
счёте снизить утечки теплоносителя, является повышение качества
водоподготовки (деаэрация). Чем меньше остаточного кислорода в
воде, тем ниже вероятность возникновения коррозии внутренней (рабочей) поверхности труб.
Мероприятия по снижению расходов на транспортировку теплоносителя.
Основными мероприятиями, направленными на сниже-
ние затрат на перекачивание теплоносителя, остаются:
– применение насосов с высоким КПД;
– удаление отложений с внутренней поверхности труб за счёт
систематической их промывки и очистки;
– применение шаровой запорной арматуры, имеющей меньшее
гидравлическое сопротивление по сравнению с запорной арматурой
обычной конструкции;
– повышение качества работы блоков химводоочистки (уменьшение содерж
– балансировка тепловых сетей.
солей в теплоносителе);
ания
Мероприятия по оптимизации тепловых и гидравлических
режимов тепловых сетей.
Большое значение в плане минимизации
потерь энергетических затрат в системе теплоснабжения имеет то, насколько отрегулированы все участки тепловой сети (тепловые и гидравлические режимы).
Оптимизация режимов работы тепловой сети включает следую-
щие этапы:
– расчёт оптимальных тепловых и гидравлических режимов сети
с учётом её реального состояния;
– отладка режимов путём установки у потребителей специаль-
ных дроссель
ых устройств (шайб) или при необходимости установки
н
на вводах тепловой сети подкачивающих насосов для снижения необходимого располагаемого напора и требуемой для перекачивания теплоносителя мощности;
– проверка соответствия установившихся значений параметров
сети их расчётным значениям;
– замена имеющихся трубопроводов на трубопроводы другого
диаметра в связи с изменением пр
76
единённой тепловой нагрузки
исо
(только для паровых тепловых сетей). Уменьшение диаметра паропроводов приводит к снижению потерь тепловой энергии с рабочей поверхности труб и улучшению работы теплоиспользующего оборудования [2].
Контрольные вопросы для самопроверки
1. Составные части типовой тепловой сети.
2. ИТП, ЦТП, их назначение и принцип работы.
3. Назовите виды прокладки теплопроводов в системах тепло-
снабжения, их преимущества и недостатки.
4. Какие типовые меры по снижению энергозатрат на перемеще-
ние теплоносителя в тепловых сетях вы знаете?
5. Укажите материалы, применяемые для изоляции трубопрово-
дов в тепловых сетях.
овите потери энергоресурсов при эксплуатации тепловых
Наз
6.
сетей.
7. Нужна ли предварительная подготовка воды в тепловой сети?
8. Насколько увеличивается гидравлическое сопротивление тру-
бы при уменьшении её диаметра на 2%?
9. Назовите составляющие потерь тепловой энергии с поверхно-
сти изолированного трубопровода при его надземной прокладке.
10. Какая скорость движения теплоносителя в тепловых сетях
т
считается оп
имальной?
11. Подземная бесканальная прокладка трубопроводов. Определи-
те потери тепловой энергии с поверхности трубопроводов.
12. Понятие оптимальных гидравлических и тепловых режимов
работы тепловых сетей.
13. Сравнение эффективности теплоизоляционных материалов,
применяемых в тепловых сетях.
14. Способы регулирования расхода насосов, применяемых в сис-
темах теплоснабжения.
77
6. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЯХ
6.1. ВИДЫ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЙ
Во многих технологических процессах используется тепловая
энергия (например, в процессе термовлажностной обработки изделия,
в процессах охлаждения и т.д.).
технология представляет собой совокупность методов из-
Любая
готовления, изменения свойств, обработки сырьевого материала, применяемого в процессе получения конечного изделия (продукта).
Под термином
«теплотехнологический процесс» следует пони-
мать часть теплотехнологии, состоящей из совокупности механических, теплофизических, химических и других технологических процессов, обеспечивающих определённое воздействие на материал, сырьё
путём подвода энергии на отдельных этапах производственного цикла.
Без знания технологий получения конкретных видов продукции
невозможно составить энергетический баланс предприятия и перечень
мероприятий по снижению затрат на энергоресурсы.
Все технолог
гия, по температурному уровню подразделяются на
турные (НТП)
ические процессы, где используется тепловая энер-
низкотемпера-
и высокотемпературные (ВТП).
К низкотемпературным технологическим процессам относятся:
– процессы сушки материалов в сушильных установках;
– процессы выпаривания (концентрирования) растворов солей и
нелетучих жидкостей в выпарных установках;
– процессы разделения жидких смесей в ректификационных ко-
лоннах.
К высокотемпературным технологическим процессам относятся:
– процессы в чёрной и цветной металлургии (горно-обогатительное, агломерационное, коксохимическое, доменное, сталелитейное, прокатное
производства, выплавка меди, никеля и др.);
– процессы в целлюлозно-бумажной отрасли (подготовка древесного сырья, варка, промывка целлюлозы, производство термомеханической массы, производство химико-термомеханической массы,
сушильное производство);
– процессы производства многих строительных материалов (например, варка стекла, обжиг керамических изделий и др.);
– процессы в химической, нефтяной и нефтеперерабатывающей
промышленн
ости (например, крекинг термический и каталитический,
пиролиз нефтепродуктов, газификация твёрдых отходов и др.);
– процессы сжигания твёрдых и жидких отходов.
78
6.2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
6.2.1. Мероприятия по энергосбережению в сушильных установках
Сушка относится к числу наиболее энергоёмких технологических
процессов. Коэффициент полезного использования энергии в сушильных установках, как правило, не превышает 35%, поэтому проблема
энергосбережения в сушильных установках достаточно актуальна.
Так как наибольшее распространение получили сушильные установки,
работа которых основана на конвективной сушке, рассмотрим направления по энергосбережению на примере работы таких сушильных
во
устано
к.
Технологический процесс в сушильных установках условно можно разделить на три стадии:
ного агента, объекта сушки),
тельную
(утилизация ВЭР, улавливание пыли и т.д.). Поэтому на каж-
подготовительную (подготовка сушиль-
основную (собственно сушка), заключи-
дой стадии в зависимости от объекта сушки существуют конкретные
способы повышения экономичности.
На подготовительной стадии для снижения расходов на удаление
влаги из объекта сушки практикуется применение таких мероприятий,
как предварительный нагрев, дробление, виброобработка, снижение
шки, п
энергии связи влаги с основным каркасом объекта су
рименение
более совершенных тепловых генераторов и др.
На заключительной стадии снижение затрат тепловой энергии
достигается в основном за счёт утилизации теплоты уходящих газов и
конечного продукта (например, с использованием рекуперативных,
регенеративных или контактных теплообменников нагрев воздуха,
подаваемого в топочную камеру, предварительный подогрев высушиваемого материала и т.д.).
дия –
Основная ста
стадия сушки включает в себя три составляющие: период подогрева, первый период сушки (внешняя задача), второй период сушки (внутренняя задача), во время которых скорость
удаления влаги из объекта сушки зависит от многих факторов.
По одной из предлагаемых классификаций направлений по энергосбережению в сушильных установках все методы энергосбережения
условно расп
ределены
на три группы: теплотехнологические, кинети-
ческие и методы, связанные с использованием энергосберегающих
технологий
[2] (рис. 6.1).
79
Теплотехнологические методы. Это методы, связанные с совер-
шенствованием собственно самой сушильной установки:
– теплотехнические (выбор оптимальной тепловой схемы, параметров режима сушки, режимов работы сушильной установки и т.д.);
– конструкторско-технологические (выбор оптимального количества зон подогрева сушильного агента, выбор оптимальных направлений движения сушильного агента и объекта сушки, снижение аэро-
и т.д.).
динамических потерь в каме
ре
Направления энергосбережения в сушильных установках
Теплотехнологические Кинетические Применение
методы методы энергосберегающих
технологий
Теплотехнические Интенсификация Использование
внешнего тепло- нетрадиционных
и массообмена
Конструкторско- источников
технологические энергии
и возобновляемых
Интенсификация
внутреннего тепло- Использование
режимов сушки
и массообмена прерывистых
Кинетическая
оптимизация Сушка
перегретым
паром
Сушка
в жидких
Рис. 6.1. Классификация энергосберегающих мероприятий
в сушильных установках
металлах
80