Внутрішні енергоресурси промислових підприємств (3.8-3.15)

Визначення поняття “внутрішні енергоресурси”

Паливно-енергетичний баланс підприємства складається із двох груп енергоресурсів:

1) ЕР зі сторони – “привізне” паливо, електроенергія, теплота від зовнішніх джерел (районної ТЕЦ) тощо;

2) ЕР, які утворюються на самих підприємствах в результаті технологічних і виробничих процесів. ЕР, які виробляються заводськими енергоустановками (ТЕЦ, котельними тощо), на привізному паливі відносяться до першої групи.

ЕР другої групи розділяють на три види: горючі, теплові (у вигляді фізичної теплоти) і надлишкового тиску.

Частину енергоресурсів, які утворюються в технологічних агрегатах, назвемо не вторинними енергоресурсами, а внутрішніми енергоресурсами (ВЕР).

Можливості ефективного використання ВЕР залежать від їх енергетичного потенціалу

Е_ВЕР = е_х + е_т + е_тск + е_к, ( )

де е_х – хімічно зв’язана енергія горючих компонентів ВЕР, яка дорівнює теплоті спалювання цих компонентів;

е_т – фізична енергія, яка визначається перевищенням температури компонентів ВЕР над температурою навколишнього середовища

е_т = t_ВЕР – t_н.с, ( )

де – дійсна питома ізобарна теплоємність;

е_тск – фізична енергія, яка визначається перевищенням тиску компонентів ВЕР над тиском навколишнього середовища;

е_к – кінетична енергія, яка визначається швидкістю руху компонентів ВЕР.

Формули () і () визначають максимальний енергетичний потенціал того чи іншого ЕР при охолодженні його до t_н.с чи Р_н.с аналогічно тому, як по циклу Карно визначають максимально можливу роботу.

Енергетична ефективність використання вер Горючі вер

При розрахунках економії палива треба враховувати зміну ККД паливоспоживаючих агрегатів при спалюванні в них ВЕР. Наприклад, ККД звичайних парових котлів на доменному газі нижче, ніж при роботі їх на якісному привізному паливі.

Зниження ККД враховується

а = 1 – _к ()

де _к – зниження ККД котла.

Робота котла на доменному газі (_к = 8%), фактична економія теплоти палива складе

()

де – масова витрата доменного газу;

– теплота згорання газу.

Разом спалювати доменний газ+вугольнгий пил – _к складно. Спеціально запроектувати котел на доменному газу – ККД = 90%. _к може . Перехід може до ККД.

Теплові ВЕР

Більш складне визначення народногосподарської енергетичної ефективності використання теплових ВЕР. В цьому випадку треба встановити:

– за якими значеннями температур слід визначати наявну кількість ВЕР – за різницею температур газу на виході із технологічного агрегату і на виході із утилізаційного установки АБО за різницею і температурою навколишнього середовища;

– в яких випадках і як треба враховувати вплив використання ВЕР на економію палива, яку дає комбінована виробка теплоти і електроенергії на ТЕЦ.

З загальної точки зору уявляється найбільш правильним визначення розмірів ВЕР за економічно обґрунтованою оптимальною температурою газів після утилізаційної установки . Однак практично це важко здійснити, так як на впливає багато різнорідних факторів, які дуже залежать від місцевих і кон’юктурних умов, чому може змінюватись в широких межах.

Якщо за будь-якими причинами розрахунок економічно оптимальної температури відхідних газів провести не вдається, можна визначати розміри ВЕР по технічно здійснюваному охолодженню газу в УУ при наявних умовах, встановлюючи за КУ підігрівник сітьової води для травильних Ван, теплові насоси для сантехнічних цілей тощо.

Економія палива (теплової енергії), яку дає використання ВЕР, у вигляді пари і гарячої води

()

де – кількість використаної теплоти ВЕР;

– ККД заміщаємої котельні.

В холодний період року, коли відбори турбін завантажені повністю і в роботу починають включатись пікові котли, використання ВЕР витісняє пікові котли на паливі, а не відбори турбін.

В цей період року економія палива по заводу

()

де – теплота ВЕР, яка замістила теплоту пікових котлів;

– ККД пікових котлів.

В теплий період року, коли пікові котли не працюють, може спостерігатись реальне витіснення відборів турбін і відповідне зменшення комбінованої виробки електроенергії на ТЕЦ.

Відповідно економія палива на ТЕЦ

()

де – коефіцієнт цінності теплоти пари у відборі турбіни;

Q _відб – зменшення кількості теплоти, яка відпускається із відборів турбін;

, _т.п – ККД котельні ТЕЦ і теплового потоку на ній.

Коли будується новий завод або розширюється (реконструюється) діючий, з’являються або збільшуються як теплові навантаження, так і розміри виходів ВЕР. Оскільки  завжди більше нуля, то використання ВЕР навіть низького потенціалу, дає завжди більшу економію палива по заводу, ніж заходи по підвищенню ефективності комбінованої виробки теплоти і електроенергії на ТЕЦ (підвищення початкових тисків пари на ТЕЦ).

Крім того, використання ВЕР має екологічні переваги: зменшується кількість палива, яке потрібно спалювати на заводі.

При проектуванні нового заводу, при розширенні (реконструкції) діючого належить в, в першу чергу, передбачати можливо більш повне використання ВЕР. І тільки, коли їх недостатньо для покриття з’явившихся або збільшившихся теплових навантажень, передбачати будівництво або розширення ТЕЦ.

У випадку, коли встановлені турбіни вибрані по частці теплових навантажень, які перевищують наявні ВЕР, використання ВЕР ніякого впливу на відбори пари не оказує і економія палива, яку дає ТЕЦ, підраховується за методикою Міненерго.

Для одержання теплоти за рахунок вер спалювати додаткове паливо на заводі не треба. При спорудженні ТЕЦ треба спалювати на заводі або поблизу його значну кількість палива – забруднення навколишнього середовища.

При опалювальних навантаженнях на ТЕЦ приходиться спалювати на протязі року в 2-2,5 рази більше палива, ніж у випадку покриття опалювальних навантажень котельними із-за значної річної виробки електроенергії на ТЕЦ кондесаційним способом.

Розглянемо методику визначення економії палива, яка досягається використанням ВЕР. У випадку, коли використання ВЕР на роботу ТЕЦ враховувати не треба, економію теплоти палива визначається за формулою

= Q_ВЕР/_кот ()

де Q_ВЕР – використана теплота ВЕР;

_кот – ККД котельні в альтернативному варіанті.

У випадку, коли реально витісняються відбори вже встановлений турбін (що вимушено збільшує їх річну виробку електроенергії на конденсаційному режимі), розрахунок слід вести таким чином.

Визначають зміну витрати теплоти на турбіну Q_тур виходячи зі зміни витрати теплоти із відбору турбіни Q_відб

Q_тур = Q_відб. ()

Коефіцієнт цінності теплоти  для даного відбору з достатньою точністю може бути визначений за формулою

 = [1 + К(1 – у)],

де К – коефіцієнт, який залежить від початкових параметрів пари, складу і особливостей теплової схеми турбіни

Ро пари перед турбіною, МПа	1,5...3,5	9,0	13,0	13,0	24,0
tо пари перед турбіною, oC	350...435	535	55	55	540
Tп.н проміжного перегріву, оС				565	565
К	0,2...0,25	0,3	0,35	0,4...0,42	0,43...0,45

у – коефіцієнт недовироби потужності відбірного парою

()

тут h_відб, h_о і h_к – відповідно ентальпії пари у відборі, на вході у турбіну, пари, що надходить в конденсатор.

Таблиця – Значення  в відборах турбіни ПТ-60-130 (Р_о = 13,0 МПа і t_о = 565^оС – проектний режим)

Показник	Тиск пари у відборах турбіни, МПа
	3,12	1,96	1,27	0,46	0,30	0,14	0,04
Коефіцієнт цінності теплоти  у відборі	0,795	0,725	0,655	0,525	0,462	0,398	0,274

Економія теплоти палива

Приклад: Нехай Q_ВЕР = 1000 ГДж/год; _кот = 0,88; _т.п = 0,98;  = 0,655 (відбір 1,27 МПа, табл. ). Визначити

Згідно ()

= 760 ГДж/год = 760/29,3 = 26 т/год (умовного палива).

Економія теплоти палива від теплоти використаних ВЕР

= (760/1000)Q_ВЕР = 0,76Q_ВЕР.

Якщо ВЕР, які використовуємо, мають низький тиск і витісняють, наприклад, відбір з тиском 0,14 МПа, для якого  = 0,4, то економія палива по заводу буде менша і складе = 26(0,4/0,655) = 15,7 т/год у.п.

Таким чином, чим нижче тиск пари на утилізаційних установках, тим менша економія палива. Це коли враховувати вплив використання ВЕР на роботу ТЕЦ.

При розрахунках економії палива треба виходити із реальних розмірів ВЕР, турбіни ТЕЦ вибирають так, що їх відбірною парою максимальне навантаження покриваються лише частково.

Звичайно опалювальні відбори турбін завантажені до межі на протязі 1500...2000 годин на рік, а виробничі відбори – 3000...3500. в цей час недостаюча теплота покривається іншими джерелами (піковими котлами). Отже в ці періоди використання ВЕР не знижує розмірів відборів турбін і економія палива за формулою.

Розрахунок економії палива із-за ВЕР:

1. відбори турбін повністю завантажені;

2. завантажені частково.

Література

1. Сазонов Б.В. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий/Б.В.Сазонов, В.И.Ситас: Уч. Пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 304 с.

2. Чепурний М.М. Про доцільність впровадження газопарових ТЕЦ на базі ГТУ/М.М.Чепурний, В.В.Бужинський, С.Й. Ткаченко//Енергозбереження Поділля. – Хмельницьк: ЦНТІ, 2004. – С.33-36.

3. Дикий Н.А. Комбинированное производство энергии для преодоления кризиса в энергетики/Н.А.Дикий//Экотехнология и ресурсосбережение, 2000. – № 1. – С.13-17.

4. Чепурний М.М. Розрахунки теплових схем когенераційних установок/М.М.Чепурний, С.Й.Ткаченко, В.В.Бужинський: Навч. посібник. – Вінниця: ВНТУ, 2003. – 104 с.

5. Маликов В.С. Энергосбережение в системах теплоснабжения зданий/В.С.ФМаликов – М.: ГУП”ВИМИ”, 2001. – 164 с.