Технический институт (филиал)
Федерального государственного автономногообразовательного
учреждения высшего профессиональногообразования
«Северо-Восточный федеральныйуниверситет имени М.К. Аммосова»
в г. Нерюнгри
Контрольная работа№1
Дисциплина: Энергосбережение и аудит
Выполнил: Кирсаненко Д.Ю.
группа ЭО-06(6)
Проверила: Старостина Л.В.
Нерюнгри 2011
Введение
Энергосбережение — комплекс мер, направленных на эффективное(рациональное) использование топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение вхозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.
Энергосбережение есть глобальная проблема современнойэнергетики и прежде всего отечественной. Проблема эта обусловлена масштабамипотребления, ограниченностью запасов, реальными сроками их истощения.Обобщенным показателем рационального использования энергии в производствеявляется энергоемкость внутреннего валового продукта. Сегодня в ряде отраслейРоссийской Федерации энергоемкость продукции в 3-5 раз выше, чем в экономическиразвитых странах.
Создание новых технологий, оборудования — это генеральныйпуть энергосбережения, но он же, как правило, и самый дорогой, требующийбольших инвестиций.
Зада ресурсосбережения должна решаться и менее затратнымиметодами, такими как:
· Вовлечение вэнергетический баланс предприятия вторичных энергоресурсов (ВЭР);
· Сокращение потерьна стадиях генерации, транспорте и использовании энергии.
В объем контрольной работы входит расчет потребности втепловой и электрической энергии предприятия (цеха) на технологический процесс,определение расходов пара, условного и натурального топлива. Выявляется так жеэкономия энергетических затрат при использовании вторичных тепловыхэнергоресурсов, сокращение потерь, регулирование режимов работы оборудования.
Исходные данные для 3 варианта
Таблица 1Вид 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 2Мазут, марка Содержание серы,%
Теплота сгорания (Qрн) МДж/кг Омский, М100 2,67 39,74
Условное топливо — расчетно балансовая величина с принятойтеплотой сгорания (Qрн) =29,3 МДж/кг
Термодинамические характеристики сухого насыщенного пара
Таблица 3Давление 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 % отсуммарной тепловой мощности теплоносителя
Таблица 4Усл. 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-стружечныхплит
Суточный расход тепла на выпуск продукции:
Q суттехн = q техн*П сут=4600 *25=115 ГДж/м3
Расчетная тепловая мощность технологического потребления:
Qтехн= Q суттехн *103/1сут*3600=17,25 МВт.
Расчетный расход пара, поданного технологическому потребителюпропорционален тепловой мощности, отнесенной к разности энтальпий пара иконденсата:
Dтехн = Qтехн*3600/( h″ — h´) * ηУТ = 17,25 *3600 /( 2748 — 640) =26,513т/час
или Dтехн= 7,4 кг/с
Эквивалентный расход условного топлива равен:
Вут= Qтехн / (Qрн )ут=17,25 /29,3 = 0,5887кг/с
Годовой расход условного топлива на выпуск продукции при 3-х сменной работе в теченииlсут=246 составит:
(Вгод )ус = Вут* lсут*24*3600= 0,5887*246 *24 *3600 =12513 т/год
Расход натурального топлива пропорционален коэффициентуперевода теплоты сгорания, т.е отношению низшей теплоты сгорания топлива ктеплоте сгорания условного топлива для Мазут М100 (Омский) переводнойкоэффициент теплоты составляет:
К=( Qрн )ут / (Qрн)нат = 29,3 / 39,74 = 0,74
Годовой расход натурального топлива:
(Вгод)нат=( Вгод)ус/К = 12513 / 0,74 = 16971,9 т/год
/>
Рис.1- Схема использования тепла конденсата в подогревателе горячеговодоснабжения 1-ой ступени
1-пароваятурбина с промышленным и отопительным отборами пара; 1а-электрогенератор; 1б- конденсатор пара; 2-технологический агрегат3- подогреватель горячего водоснабжения I-ая ступень; 4-подогреватель горячего водоснабжения II-ая ступень; 5- бак сбораконденсата; 6- конденсатоотводчик; 7- обратный клапан; 8-регулятор расхода греющего теплоносителя; 9- потребитель горячеговодоснабжения; 10- конденсатный насос.
Утилизация тепловых вторичных энергоресурсов
На данном производстве наиболее существенным потенциаломтепловых ВЭР располагает поток конденсата, образовавшегося из паратехнологического потребителя (Qтех.) и собранным в БСК
По варианту задания пар имеет давление насыщения Рнас=500 кПа,и температуру насыщения Тнас. = 152С
Оценка параметров теплоносителей в схеме использования теплаконденсата, образовавшегося в технологическом агрегате. Нормируемыми являютсятемпературы воды из холодного водопровода Тхв=+5°С и температурагорячей воды у потребителя Тгв=+65°С. Общий подогрев воды в 60°Сраспределим между 1-й и 2-й ступенью. Нагрев в 1-й ступени примем до Тгв1=30-35°С;нагрев во 2-й ступени на ∆Тгв2=30-35°С
Количество конденсата, поступающего от технологическогоагрегата:
G к = kвоз*Dп = 6,63кг/с.
Здесь коэффициент возврата конденсата kвоз принят равным 0,9.
Наибольшее количества тепла, переданного конденсатом холоднойводе в 1-й ступени теплообменника горячего водоснабжения:
Qгв1мах = Gк * Ср*∆Тк=4,19 *6,63* (152 -20)= 3666,0 кВт.
здесь Ср -уд. теплоемкость конденсата, равная 4,19 кДж/(кг*К)
∆Тк — охлаждение конденсата от температурынасыщения до температуры воды на выходе из первой ступени подогревателя горячеговодоснабжения.
Расход воды, поступающей из водопровода в 1-ую ступеньподогрева:
G в = η*Qгв1мах / (Ср*∆Тгв) =0,85 *3666,0/ (4,19 *20) =37,18кг/с
где η -коэф., учитывающий тепловые потериводоподогревателя, равный 0,85
Тепловая мощность водоподогревателя 2-ой ступени:
Qгв2мах = Gв * Ср*∆Тгв2 =37,18* 4,19 *20 =3116,09 кВт.
Расход пара, поступающего из отопительного отбора вводоподогреватель 2-ой ступени:
Dот = Qгв2 /(h” — h’ )* η=3116,09/ (2748- 640) *0,9 =1,33кг/с. или 4,79 т/ч.
где h” –уд. энутальпия насыщенного пара отбора придавлении: 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 счетиспользования тепла конденсата в 1-ой ступени подогрева пропорционален еготепловой мощности:
Вчас=Qгв1мах /(Qрн*ηка)= 3666,0/ (29330*0,85) =0,147 кг/с или 0,529374452 т/ч.
где Qрн -низшая теплота сгоранияусловного топлива, равная 29330 кДж/кг, ηка- коэф. полезного действиязамещаемого котельного агрегата, принят 0,85
Годовая экономия условного топлива за счет утилизации теплаконденсата пропорциональна продолжительности работы подогревателя горячеговодоснабжения 1-ой ступени в течение года:
Вгод= Вчас τгод/К=0,529374452*8760 / 2,6 =1783,584692 т/год
Таким образом, за счет утилизации тепла конденсата (ВЭР)удалось сэкономить: 1784т/год условного топлива, что составляет 14,37 % от затрат топлива на выпускосновной 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
Сокращение тепловых потерь по трассе конденсат провода
тепловая электрическая энергия топливо
Для снижения потерь при транспорте теплоносителей трубопроводпокрыт теплоизоляцией из материалов, имеющих повышенное термическоесопротивление слоя (асбоцементные изделия, вата, пенобетонные изделия и д.р.).Величина тепловых потерь нормируется согласно СНиП 2.04.07.86. Тепловыесети.[3] В зависимости от диаметра трубопровода нормируется величина тепловыхпотерь величиной % от тепловой мощности передаваемой по трубопроводу. Можноснизить потери тепла на теплотрассе путем замены традиционных теплоизоляционныхматериалов на современные пенополиуретановые, ныне широко рекомендуемые, иотличающиеся в 1,5 раза величиной термического сопротивления.
Расчет потерь
Определение диаметра d трубопровода при скорости конденсатаw= (1-3) м/с.
d =(4* Gв *V/(w*3,14))0,5 =(4*37,18*0,37 / (3*3,14))0,5 =0,125657302 м.
где Gв – расход теплоносителя (кг/с); V –уд. объем конденсата(насыщенной жидкости), равен: 0,37 м3/кг w–скорость конденсата м/с,примем 3 м/с.Из таблицы для условного диаметра 200 мм норма тепловых потерь длятрадиционных материалов составляет 1,08% от передаваемой тепловой мощности, прииспользовании пенополиуретановой теплоизоляции тепловые потери могут бытьснижены в 1,5 раза, т.е. до 0,72% или на 0,36% С пенополиуретановойтеплоизоляцией конденсат провода снижение тепловых потерь составит:
ΔQпот= *Qгв1мах=0,36 *Qгв1мах=0,36*3666=13,2 кВт.
При снижении теплопотерь годовая экономия условного топливаза период подачи пара на технологию244 суток составит:
В= (ΔQпот/29,3)*3,6*24*244= 9,5 т/год
что составляет примерно 0,05640851 % от затрат топлива навыпуск основной продукции.
Расход эл.энергии на технологический процесс: пропорционаленвыпуску продукции П, уд. нормам расхода электроэнергии э, периоду времени:
Эсут = э*Псут2,04*25=51 кВт/ч.
Эгод =Э*lг=51*244=12444 кВт/ч.
Регулирование производительности конденсатного насоса
Подача пара к технологическому агрегату в течении сутокизменяется в соответствии с продолжительности и числом рабочих смен. Награфиках расходы приведены в относительных величинах от максимума (D¯= D/Dmax);
Переменный режим работы конденсатного насоса можнорегулировать двумя методами:
— регулирующей запорной арматурой (вентилем, задвижкой, ит.п.) — изменением числа оборотов привода насоса (частотой вращенияэлектродвигателя).
/>
Рис.3 — графикпри 3-х сменной работе
/>
Рис.4-безразмерная характеристика центробежного насоса
1 — характеристика насоса при номинальном режиме с числом оборотов nном;2- характеристика насоса при числе оборотов nx; 3 — характеристика сети конденсатора; 4- характеристика сети сдополнительным дросселированием: — А– номинальный режим работы насоса всети; -В- режим работы насоса в сети с дросселем; -Х- режимработы насоса при числе оборотов nx
Расчет регулирования производительности конденсатного насосаПроизводительность насоса в номинальном режиме равна расходу конденсата
G к = kвоз*Dп =6,63 кг/с.
Здесь коэффициент возврата конденсата kвоз принятравным 0,9.
Объемная подача
Vном=3600 ( G к /ρ)= 23,86195446 м3/час.
По объемной подаче выбираем из таблицы насос марки 10 КСД-5х3с номинальным числом оборотов 1450 потребляемой мощностью привода N=66 кВт. Всоответствии с суточным графиком 3-х сменной работы диапазон изменения объемнойподачи равен диапазону массовой:
ΔG= ΔV= (1÷0,5) G ном; (Vном)
Сниженная подача Vх=0,5*23,86195446=11,93097723 м3/час=0,00331416м3/с
Число оборотов при сниженной подаче:
nx=nном (Vх /Vном)= 1450*0,5 =725
Мощность привода в режиме сниженной производительности:
Nx =Nном * (nном / n x )3=66* (725/1450)3=8,25кВт.
При регулировании подачи с помощью вентиля (дросселированиепотока) потеря напора на преодоление гидравлического сопротивления составит:
Δ Н= ζ*w 2/2g =8 *(3)2/2*9,8=3,673469388 Н/м2 [Па],
здесь приняты: скорость потока w = 3 м/с. коэффициентместного сопротивления ζ=8.
Дополнительная затрата мощности на преодолениегидросопротивления вентиля:
ΔNдр=Vх*ΔН*g*ρ/ή=0,00331416*3,673469388*9,8*1000*0,8=0,095447818кВт.
здесь ή — коэф. полезного действия насоса, обычно равен0,77-0,88.
Таким образом, применяя частотное регулирование скоростьювращения привода насоса, можно избежать дополнительных затрат мощности.Экономия составит :
ΔNдр/ Nx= 0,095447818/8,25=1,156943247 %
Вывод
На примере производства древесно-стружечной плиты мыубедились, что возможно существенное сокращение потерь: на стадиях генерации,транспорте и использования эл. энергии./>