Утилизация тепловых вторичных энергоресурсов

Введение

Энергосбережение - комплекс мер, направленных на эффективное (рациональное) использование топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

Энергосбережение есть глобальная проблема современной энергетики и прежде всего отечественной. Проблема эта обусловлена масштабами потребления, ограниченностью запасов, реальными сроками их истощения. Обобщенным показателем рационального использования энергии в производстве является энергоемкость внутреннего валового продукта. Сегодня в ряде отраслей Российской Федерации энергоемкость продукции в 3-5 раз выше, чем в экономически развитых странах.

Создание новых технологий, оборудования - это генеральный путь энергосбережения, но он же, как правило, и самый дорогой, требующий больших инвестиций.

Зада ресурсосбережения должна решаться и менее затратными методами, такими как:

· Вовлечение в энергетический баланс предприятия вторичных энергоресурсов (ВЭР);

· Сокращение потерь на стадиях генерации, транспорте и использовании энергии.

В объем контрольной работы входит расчет потребности в тепловой и электрической энергии предприятия (цеха) на технологический процесс, определение расходов пара, условного и натурального топлива. Выявляется так же экономия энергетических затрат при использовании вторичных тепловых энергоресурсов, сокращение потерь, регулирование режимов работы оборудования.

Исходные данные для 3 варианта

Таблица 1

Вид выпускаемой продукции:	Древесностружечные плиты
Объем выпуска в сутки (П ) м3/сут:	25
Удельная норма расхода тепловой энергии на ед. продукции по [1]:(qтех.) МДж/м3	4600
Удельная норма расхода электроэнергии на ед. продукции: (Эуд) кВт.ч/м3	2,04
Давление пара, поступающего на технологический процесс: (Р) кПа	500
Вид натурального топлива:	Мазут М100 (Омский)
Коэф. возврата конденсата	0,85
Кол. рабочих дней за год:	246
Число часов в смену:	8
Число смен в сутки:	3

 

Характеристика натурального топлива

 

Таблица 2

Мазут, марка	Содержание серы,%	Теплота сгорания (Qрн) МДж/кг
Омский, М100	2,67	39,74

Условное топливо - расчетно балансовая величина с принятой теплотой сгорания (Qрн) =29,3 МДж/кг

 

Термодинамические характеристики сухого насыщенного пара

Таблица 3

Давление пара (Р)кПа	Температура (Т)С°	Уд. энтальпия насыщенной жидкости (h) кДж/кг.	Уд. Объем (V)м3/кг	Уд. энтальпия сухого насыщенного пара (h) кДж/кг.
500	152	640	0,37	2748

Нормативные потери тепла на среднюю длину теплотрассы в % от суммарной тепловой мощности теплоносителя

 

Таблица 4

Усл. диаметр трубопровода мм	40	50	70	80	100	125	150	200	250
Тепловые потери (q),%	31	14	6	2,66	1,96	2,64	1,53	1,08	0,752

 

Расчет потребности пара на производство древесно-стружечных плит

Суточный расход тепла на выпуск продукции:

 

Q _сут^техн = q _техн*П _сут =4600 *25=115 ГДж/м³

 

Расчетная тепловая мощность технологического потребления:

 

Q_техн= Q ^сут_техн *10³ /1сут*3600 =17,25 МВт.

 

Расчетный расход пара, поданного технологическому потребителю пропорционален тепловой мощности , отнесенной к разности энтальпий пара и конденсата:

 

D_техн = Q_техн*3600/( h^″ - h´) * η _УТ = 17,25 *3600 /( 2748 - 640) =26,513т/час

 

или D_техн= 7,4 кг/с

Эквивалентный расход условного топлива равен:

 

В_ут= Q_техн / (Q_р^н ) _ут=17,25 /29,3 = 0,5887кг/с

 

Годовой расход условного топлива на выпуск продукции при 3-х сменной работе в течении lсут=246 составит:

 

(В_год ) _ус = В_ут* l_сут*24*3600 = 0,5887*246 *24 *3600 =12513 т/год

Расход натурального топлива пропорционален коэффициенту перевода теплоты сгорания, т.е отношению низшей теплоты сгорания топлива к теплоте сгорания условного топлива для Мазут М100 (Омский) переводной коэффициент теплоты составляет:

 

К=( Q_р^н )_ут / (Q_р^н) _нат = 29,3 / 39,74 = 0,74

 

Годовой расход натурального топлива:

 

(В_год)_нат=( В_год)_ус/ К = 12513 / 0,74 = 16971,9 т/год

 

Рис.1- Схема использования тепла конденсата в подогревателе горячего водоснабжения 1-ой ступени

 

1-паровая турбина с промышленным и отопительным отборами пара; 1а- электрогенератор; 1б- конденсатор пара; 2-технологический агрегат 3- подогреватель горячего водоснабжения I-ая ступень; 4- подогреватель горячего водоснабжения II-ая ступень; 5- бак сбора конденсата; 6- конденсатоотводчик; 7- обратный клапан; 8- регулятор расхода греющего теплоносителя; 9- потребитель горячего водоснабжения; 10- конденсатный насос.

Утилизация тепловых вторичных энергоресурсов

 

На данном производстве наиболее существенным потенциалом тепловых ВЭР располагает поток конденсата, образовавшегося из пара технологического потребителя (Q_тех.) и собранным в БСК

По варианту задания пар имеет давление насыщения Рнас=500 кПа, и температуру насыщения Т_нас. = 152С

Оценка параметров теплоносителей в схеме использования тепла конденсата, образовавшегося в технологическом агрегате. Нормируемыми являются температуры воды из холодного водопровода Т_хв=+5°С и температура горячей воды у потребителя Т_гв=+65°С. Общий подогрев воды в 60°С распределим между 1-й и 2-й ступенью . Нагрев в 1-й ступени примем до Т_гв1=30-35°С; нагрев во 2-й ступени на ∆Т_гв2=30-35°С

Количество конденсата, поступающего от технологического агрегата:

 

G _к = k_воз*D_п = 6,63кг/с.

 

Здесь коэффициент возврата конденсата kвоз принят равным 0,9.

Наибольшее количества тепла, переданного конденсатом холодной воде в 1-й ступени теплообменника горячего водоснабжения:

 

 

Q_гв1 ^мах = G_к * С_р* ∆Т_к=4,19 *6,63* (152 -20)= 3666,0 кВт.

 

здесь Ср -уд. теплоемкость конденсата, равная 4,19 кДж/(кг* К)

∆Т_к - охлаждение конденсата от температуры насыщения до температуры воды на выходе из первой ступени подогревателя горячего водоснабжения.

Расход воды, поступающей из водопровода в 1-ую ступень подогрева:

 

G _в = η*Q_гв1 ^мах / (С_р *∆Т_гв) =0,85 *3666,0/ (4,19 *20) =37,18кг/с

 

где η -коэф., учитывающий тепловые потери водоподогревателя, равный 0,85

Тепловая мощность водоподогревателя 2-ой ступени:

 

Q_гв2 ^мах = G_в * С_р* ∆Т_гв2 =37,18* 4,19 *20 =3116,09 кВт.

 

Расход пара, поступающего из отопительного отбора в водоподогреватель 2-ой ступени:

 

D_от = Q_гв2 /(h" - h' )* η =3116,09/ (2748- 640) *0,9 =1,33кг/с. или 4,79 т/ч.

 

где h" –уд. энутальпия насыщенного пара отбора при давлении : 500 кПа

h' -уд. энтальпия конденсата пара при этом же давлении .

η- коэф., учитывающий тепловые потери водоподогревателя, равный 0,9.

Часовой расход условного топлива, сэкономленный за счет использования тепла конденсата в 1-ой ступени подогрева пропорционален его тепловой мощности:

 

В_час=Q_гв1 ^мах /(Q^р_н* η_ка)= 3666,0/ (29330*0,85) =0,147 кг/с или 0,529374452 т/ч.

 

где Q^р_н -низшая теплота сгорания условного топлива, равная 29330 кДж/кг, ηка- коэф. полезного действия замещаемого котельного агрегата, принят 0,85

Годовая экономия условного топлива за счет утилизации тепла конденсата пропорциональна продолжительности работы подогревателя горячего водоснабжения 1-ой ступени в течение года:

 

В_год= В_час τ_год/К=0,529374452* 8760 / 2,6 =1783,584692 т/год

 

Таким образом, за счет утилизации тепла конденсата (ВЭР) удалось сэкономить: 1784 т/год условного топлива, что составляет 14,37 % от затрат топлива на выпуск основной продукции. где К- коэффициент часовой неравномерности горячего водо -снабжения нормируется для жилых зданий по [4]; и принят К = 2,6 ;

 

Рис.2- Схема распределения подогрева по ступеням ГВС