Тема 24. Термодинамические процессы и холодильные циклы
воздухоразделительных установок 132
24.1. Цикл Линде 132
24.2. Цикл Линде с дополнительным охлаждением сжатого
воздуха 136
Тема 25. Цикл Клода (среднего давления, Р=2-4 МПа) 138
Тема 26. Цикл высокого давления с расширением воздуха в
поршневом детандере (цикл Клода-Гейландта) 145
Тема 27. Цикл низкого давления (0,5-0,7 МПа) с расширением
воздуха в турбодетандере (цикл Капицы) 146
Тема 28. Технические процессы разделения воздуха (резерв) 149
Тема 29. Разделение воздуха методом низкотемпературной
ректификации 153
29.1. Однократная ректификация 155
29.2. Двукратная ректификация 157
Тема 30. Схемы и конструкции кислородных установок 161
30.1. Установки высокого давления 161
30.2. Установки среднего давления 162
30.3. Установки низкого давления 167
Тема 31. Производство инертных газов 169
Тема 32. Организация производства кислорода и азота 174
32.1. Трубопроводы 174
32.2. Станции производства продуктов разделения воздуха
металлургического предприятия 175
32.3. Производственные опасности и техника безопасности на
станциях разделения воздуха 177
Раздел 5. Системы топливоснабжения промышленных
предприятий 180
Тема 33. Твердое топливо 182
33.1.Транспортные средства 184
33.2. Топливные склады 185
33.3. Дробление 186
33.4. Пылеприготовление 188
Тема 34. Газообразное топливо 191
34.1. Газоснабжение промышленных предприятий 193
34.1.1. Газопроводы 193
34.1.2. Установки системы распределения газов 196
Тема 35. Жидкое топливо 200
1 Назначение и основное содержание курса
Уровень производительных сил общества в существенной степени зависит от уровня производства и потребления энергии. Это действительно так, и мы часто определяем уровень развития общества такими показателями как энерговооруженность производства – количеством энергии, приходящимся на одного работника, и потреблением энергии на душу населения.
Энергетика – большая и сложная отрасль техники, имеющая своей задачей снабжение энергией промышленности, сельского хозяйства, транспорта и быта.
Пригодные для экономически целесообразного использования виды энергии имеются далеко не везде. Это, прежде всего, органическое топливо, запасы которого сконцентрированы в угольных бассейнах, нефтяных и газовых месторождениях, ядерное топливо. Потребляется же энергия повсюду. Поэтому давно уже возникла одна из сложных задач техники – транспорт энергии.
Существуют формы энергии, которые нецелесообразно транспортировать. Это, например, энергия ветра и воды. Причина затруднений с транспортом этих форм энергии связана с их низкой энергоемкостью, поэтому их энергию удобнее на месте превращать в другой вид энергии, более пригодный для транспорта. Другое дело – топливо. Особенно эффективным видом транспорта энергии в виде ее носителятоплива, является транспорт по трубам – нефтепроводам и газопроводам.
Деятельность энергетиков не исчерпывается производством и передачей энергии. Необходимо еще распределить энергию между потребителями, а распределение энергии часто требует ее преобразования из одной формы в другую.
Эта цепь преобразований может быть весьма сложной. Например, на тепловую электростанцию по мазутопроводу подается мазут (1-е звено). В топках котлов этой станции мазут сгорает, превращая воду в пар (2-е звено). Энергия пара превращается в механическую энергию вращения вала турбины (3-е звено). Энергия вала турбины передается электрогенератору (4-е звено). В электрогенераторе механическая энергия превращается в электрическую (5-е звено). Новый носитель энергии – электрический ток – поступает в повышающий трансформатор (6-е звено). Ток высокого напряжения идет по проводам к потре6ителю (7-е звено), где понижающий трансформатор уменьшает напряжение тока (8-е звено). Ток поступает в электродвигатель, где электрическая энергия преобразуется в механическую (9-е звено), передаваемую компрессору, преобразующему ее в потенциальную энергию сжатого воздуха (10-е звено). Расширяясь, воздух двигает боек пневмомолотка (11-е звено).
Как вы понимаете, при таком обилии преобразований очень большое значение имеет коэффициент полезного действия, по сути дела - показатель успешности и полноты использования законов природы. КПД современных парогенераторов, гидравлических турбин, электрогенераторов, паровых и газовых турбин, трансформаторов, составляет более 90%.
Ч
тобы
закончить с общими вопросами производства
и распределения энергии, рассмотрим
рис.1.1.,
на котором схематично представлен
мировой энергетический баланс.
Рисунок дает представление о том, как хозяйствует человек на Земле - к сожалению, 2/3 энергии, с таким трудом вырванной у природы, не используется.
Как увязать столь большие потери с совершенством энергетических машин, о которых мы только что говорили, отмечая их высокий КПД? Очень просто. Баланс составлен по всему миру, в котором, помимо эффективных агрегатов, существуют миллионы весьма неэффективных отопительных и варочных печей. Современные технологические теплопотребители – доменные и мартеновские печи, конверторы, сушила и т.д. – также выбрасывают на ветер большое количество теплоты. Таким образом, основная часть потерь – тепловые потери.
Из полезно использованных 35% энергии 18% тепловой энергии используется в промышленности, 10% в быту. Преобразованная в работу часть энергии, составляющая 7%, распределяется так:1,5% в сельском хозяйстве, 2,5% - в транспорте, 2% - в промышленности, 1% - в коммунальном хозяйстве.
Энергия солнца, ветра, тепла Земли и т.д. в балансе не показаны из-за малости величины. Био – энергия человека и животных.
Основной перспективой развития энергетического баланса мира является снижение потерь энергии, увеличение доли возобновляемых источников энергии.
Металлургия – одна из наиболее энергоемких отраслей народного хозяйства, потребляющая около 15% топлива и электроэнергии от общего объема потребления Украиной этих энергоносителей.
Кроме топлива и электроэнергии, металлургические предприятия используют еще ряд энергоносителей: сжатый воздух, кислород, техническую воду, теплоту в виде пара и горячей воды.
Топливо – основной первичный источник энергии. Около 35% используемого топлива поступает со стороны (природный газ, мазут, энергетический уголь), 65% производится на заводах отрасли (кокс, коксовый, доменный, конвертерный, ферросплавный газы, промпродукт углеобогащения и т.д.). Так как на металлургическом заводе основное топливо газообразное, то, учитывая его разнообразие, важно распределить топливо по потребителям таким образом, чтобы были обеспечены наилучшие условия работы тепловых агрегатов.
Сжатый воздух необходим в качестве дутья для доменных печей и для различных технологических нужд, кислород широко применяется для интенсификации металлургических процессов, вода необходима для охлаждения металлургических агрегатов, выработки пара, очистки газов и т.д.
Цель настоящего курса состоит в изучении общих принципов, структуры и функционирования систем производства и распределения энергоносителей и отличительных особенностей их основных элементов: станций и установок по производству сжатого воздуха, холода, продуктов разделения воздуха, систем водо- и топливоснабжения. Студенты должны приобрести навыки в выборе рациональных схем производства и потребления энергоносителей, умение рассчитывать потребность в энергоносителях, прогнозировать совершенствование систем и их элементов в связи с необходимостью рационального энергопотребления на промышленном предприятии с учетом максимального использования ВЭР.
Курс состоит из 5 самостоятельных разделов:
Системы производственного водоснабжения.
Системы производства и распределения искусственного холода.
Системы производства и распределения сжатого воздуха.
Системы и установки обеспечения предприятий продуктами
разделения воздуха.
Системы топливоснабжения предприятий.
Изучение этих разделов предполагает использование знаний и умений, полученных студентами при освоении курсов «Техническая термодинамика», «Тепломассообмен», «Газогидродинамика», «Нагнетатели и тепловые двигатели», «Топливо и теория горения».
Знания, полученные в курсе, используются при изучении ряда специальных дисциплин, выполнении курсовых и дипломных проектов.