Низкопотенциальные ВЭР, имеющиеся в котельных промышленного или промышленно-отопительного назначения и их использование. Как рассчитать экономию топлива от использования ВЭР?

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) – это потенциал основного или промежуточного продукта, отходов, образующихся в технологических агрегатах, но не использованного в них. Этот потенциал может частично или полностью использоваться для теплоснабжения и других целей.

Низкопотенциальные ВЭР – это теплота промышленных стоков, конденсата, уходящих газов (t > 300°С), оборотного водоснабжения, вентиляционных выбросов и др.

При утилизации низкотемпературных дымовых газов целесообразно использовать контактный теплообменник с активной оросительной насадкой для повышения интенсивности теплообмена (рис. 4.3, б). С помощью данного устройства можно получать горячую воду 50-70 °С, что позволяет проводить сжигание топлива с учетом высшей теплоты сгорания и тем самым добиваться дополни тельного энергосберегающего эффекта. Достоинством аппарата являются небольшие габариты и масса, достигаемые за счет интенсификации теплообмена при орошении пучка труб промежуточным теплоносителем в жидкой фазе, подогретым непосредственным соприкосновением с дымовыми газами. Это также дает косвенный энергосберегающий эффект за счет экономии металла. Кроме того, в данном аппарате происходит очистка дымовых газов. Энергетический эффект от утилизации теплоты дополняется экологическим эффектом уменьшения отрицательного воздействия на окружающую среду.

При внешнем использовании теплоты отходящих газов промышленных печей применяются паровые или водогрейные котлы-утилизаторы.

Рисунок 4.4. Схема котла утилизатора:

1 –пароперегреватель, 2 –испарительные пакеты, 3 – барабан – сепаратор, 4 – экономайзер.

Циркуляция воды через испаритель осуществляется с помощью насоса или естественной конвекцией (рис. 4.4). Принцип работы котлов-утилизаторов идентичен котлам.

Потери тепла в вытяжной вентиляции можно уменьшить, регенерируя теплоту удаляемого воздуха (рис. 4.7). В данном аппарате используются или подвижная насадка (рис. 4.7, б), или тепловые трубы (рис. 4.7, в). В первом случае теплый удаляемый воздух, омывая вращающуюся насадку, отдает ей теплоту, а холодный отбирает теплоту, нагревается и поступает в помещение, что позволяет снизить потребление энергии калорифером. Во втором случае тепловые трубы также размещаются во входном устройстве воздуховодов. При этом в нижней части располагаются испарительные участки тепловых труб, а в верхней - участки конденсации. Прототипом тепловой трубы является термосифон, представляющий собой вертикальный или наклонный цилиндр с рабочей жидкостью, которая сосредоточена в нижней части (рис. 4.7, г).

Рис. 4.7. Схема утилизатора теплоты вытяжного воздуха (а) с регенеративной вращающей насадкой (б) и тепловыми трубами (в) и схемы термосифона (г) и тепловой трубы (д).

От нагретого вытяжного воздуха теплота подводится к нижней части термосифона, где жидкость в процессе кипения испаряется, а пар, аккумулировав теплоту, поднимается вверх. Верхняя часть термосифона омывается приточным воздухом. Пар конденсируется, выделяя теплоту, которая передается холодному воздуху. Конденсат под действием силы тяжести стекает по стенке цилиндра в виде жидкой пленки. Плотность передаваемых потоков с помощью термосифона в несколько раз выше, чем через обычную стенку рекуперативного теплообменника, из-за роста эффективной теплопроводности. Недостатком термосифона является то, что его ориентация должна быть близкой к вертикали и тепловой поток имеет одно направление - снизу вверх. Этот недостаток отсутствует в тепловых трубах. Тепловые трубы дополнительно содержат смачиваемые капилляры (рис. 4.7, д), в которых жидкость независимо от их ориентации перемещается за счет силы поверхностного натяжения. В остальном принцип работы тепловых труб подобен принципу работы термосифона, с той лишь разницей, что они могут иметь произвольную ориентацию.

экономия топлива от использования ВЭР: При работе контактных теплообменников отходящие газы охлаждаются ниже температуры точки росы. Это позволяет использовать теплоту конденсации водяного пара продуктов сгорания. В результате эксплуатационный КПД доходит до 95...96 %, считая по высшей теплоте сгорания топлива. Величину скрытой теплоты конденсации определяют по формуле ,где r – скрытая теплота конденсации водяных паров в продуктах сгорания 1м3 природного газа; – влагосодержание отходящих газов в расчете на 1 кг сухих продуктов сгорания, кг/кг; – плотность сухих отходящих газов, кг/м3; – объем сухих отходящих газов при полном сгорании 1м3 природного газа, м3/ м3. При =1 =4010 кДж/м3. С увеличением коэффициента избытка воздуха меняется незначительно. Воду в контактном экономайзере можно нагреть до температуры 55…65 0С.

Из условия нормальной работы электрического кабеля температура его не должна превышать определенного значения. Как определить минимально допустимое расстояние между паропроводом, проложенным бесканально и электрическим кабелем? Допустима ли совместная прокладка кабеля и паропровода в одном канале?

При бесканальной прокладке температурное поле в грунте вокруг двухтрубного бесканального теплопровода рассчитывается по формуле , где

–температура некоторой точки грунта, удаленной на от вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы с более высокой температурой теплоносителя (подающий трубопровод) и на от поверхности грунта, –естественная температура грунта на глубине оси трубы , –коэффициент теплопроводности грунта

Теплопотери трубы определяются по формуле:

, где –термическое сопротивление; –температуры теплоносителя и окружающей среды, соответственно

, где d – диаметр паропровода.

Следовательно необходимо методом последовательного приближения выбрать место для прокладки электрического кабеля, где для его нормальной работы температура не будет превышать допустимого значения.

Не допустима, если

При использовании ВЭР для выработки тепловой энергии можно уменьшить отпуск тепла от ТЭЦ или отопительной котельной. Что целесообразнее и почему? Зависит ли эффективность использования ВЭР от технологических характеристик (КПД, параметров пара и т.п.) оборудования, установленного на ТЭЦ или в котельной?

Использование вторичных энергоресурсов непосредственно для теплоснабжения целесообразно при малом их количестве, на предприятиях, не имеющих ТЭЦ. В этом случае вторичные энергоресурсы заменяют тепло, вырабатываемое в котельных, и сокращают расход топлива на предприятии. Абсолютная и удельная экономия тепла топлива от фактически использованных вторичных энергоресурсов составляет:

Qэк = Qи/ηкот; qэк=1/ ηкот

где Qи —использованное тепло вторичных энергоресурсов;

ηкот — к. п. д. котельной.

На предприятиях с большим выходом вторичных энергоресурсов, имеющих ТЭЦ, использование тепла вторичных энергоресурсов непосредственно для теплоснабжения менее эффективно, чем для выработки электрической энергии комбинированным или раздельным методом, вследствие:

1).невозможности использования для теплоснабжения всего тепла вторичных энергоресурсов в летний период. Летом потребление тепла значительно снижается, а выход вторичных энергоресурсов не зависит от времени года и обычно превышает величину потребления тепла в этот период;

2) вытеснения пара из отбора турбин даром, получаемым от парогенераторов-утилизаторов и от технологических агрегатов, вызывающего уменьшение выработки электрической- энергии на тепловом потреблении.

В этом случае экономия тепла топлива на единицу тепла вторичных энергоресурсов, подведенного к потребителям, определится из выражения

qэк=1/η-эТ(qК-qТ)

эТ - удельная выработка электрической энергии на тепловом потреблении на ТЭЦ;

К тепловой сети между станцией и первым потребителем подключен новый абонент. При этом расход воды у наиболее удаленного от станции потребителя снизился на 10%. Как и насколько изменился при этом расход воды и располагаемый напор на абонентском вводе первого потребителя?

Если на каком-либо участке сети изменится сопротивление, то у всех абонентов, расположенных между этим участком и концевой точкой сети, расход воды изменится пропорционально. В этой части сети достаточно определить степень изменения расхода только у одного абонента. При изменении сопротивления любого элемента сети изменится расход как в сети, так и у всех потребителей, что приводит к разрегулировке. Разрегулировки в сети бывают соответственные и пропорциональные. При соответственной разрегулировке совпадает знак изменения расходов. При пропорциональной разрегулировке совпадает степень изменения расходов.

Если от тепловой сети отключится абонент Х, то суммарное сопротивление сети увеличится (параллельное соединение). Расход воды в сети уменьшится, потери напора между станцией и абонентом Х уменьшатся. Поэтому график напора

Рис. 7.8. Изменение напоров сети при отключении одного из потребителей

(пунктир на рис. 7.8) пойдет положе. Располагаемый напор в точке Х увеличится, поэтому расход в сети от абонента Х до концевой точки сети увеличится. У всех абонентов от точки Х до концевой точки степень изменения расхода будет одинакова – пропорциональная разрегулировка. , где – расходы воды до и после отключения абонента Х. У абонентов между станцией и точкой

Х степень изменения расхода будет разной. Минимальная степень изменения расхода будет у первого абонента непосредственно у станции – f =1. По мере удаления от станции f>1 и увеличивается. Если на станции изменится располагаемый

Рис.7.9. Изменение пьезометрического графика двухтрубной тепловой сети при изменении напора на станции

напор, а сопротивление сети остается прежним, то суммарный расход воды в сети, а также расходы воды у всех абонентов изменятся пропорционально корню квадратному из располагаемого напора на станции (пунктирная линия на рис. 7.9).

3-11. При решении задач оптимизации систем теплоснабжения рассматриваемые варианты приводятся к равному энергетическому эффекту. Дать понятие базисной и замещаемой мощности, а также выработки энергии. Что является критерием оптимизации и какие составляющие учитываются в критерии оптимизации?

Нахождение оптимального решения является частью дисциплины под названием «исследование операции». Целью является выявление наилучшего или оптимального способа действия при решении какой-то задачи на условиях, когда имеются ограничения технико-экономического или какого-либо иного характера. При постановке задачи управления необходимо определить цель и установить, какими характеристиками можно управлять. Удовлетворять всем целям одновременно не возможно.

Стандартная форма:

Все ограничения записываются в виде неравенства с неотрицательной правой частью.

Все переменные задачи не отрицательны.

Для целевой функции мы отыскиваем либо минимум, либо максимум

Затем ограничения приводятся из неравенства и равенства m-n=0 – базисное решение

m-число уравнений

n-число переменны

Базисная мощность — это мощность, величина которой принимается за единицу (при выражении расчетных величин в системе относительных единиц). Для наибольшего упрощения вычислительной работы обычно принимается значение базисной мощности 1000, 100 тыс. ква и т. д.

Замещаемая мощность определяется значениями удельных расчетных затрат Зр и числа часов использования

Выработка энергии - преобразование первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию.

Критерий оптимальности (критерий оптимизации) — характерный показатель решения задачи, по значению которого оценивается оптимальность найденного решения, то есть максимальное удовлетворение поставленным требованиям. В одной задаче может быть установлено несколько критериев оптимальности.