Практическая работа № 1. Теоритический материал

Практическая работа № 1

Тема:Вторичные энергоресурсы: использование, основные направления энергоресурсосбережения

Цель: Систематизировать теоритические знания через поисковую деятельность студентов при работе с текстом и решении задач.

Умения и навыки, которые должны приобрести обучаемые на занятии:

- производить анализ предложенного текста;

- структурировать теоретический материал в виде блок - схемы;

- производить сравнительный анализ различных видов вторичных ресурсов;

- производить расчет экономического и энергетического эффектов при переработке ресурсов.

Наглядные пособия, оборудование: Компьютер, теоретический материал

Теоритический материал

В энергетических балансах предприятий особенно энергоемких отраслей значительное место занимают вторичные энергетические ресурсы (ВЭР).

Экономия топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) может быть реализована в двух направлениях.

Во-первых, за счет усовершенствования технологических процессов и аппаратов (новых энергосберегающих технологий), благодаря чему достигается повышение КПД и снижается расход топлива и энергии.

Во-вторых, посредством утилизации ВЭР, которые неизбежно возникают в больших объемах особенно в энергоемких производствах, и за счет которых можно получить 30 – 35% сбережения ТЭР.

Под вторичными энергоресурсами понимают энергетический потенциал отходов продукции, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в теплотехнологических агрегатах (установках), который может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов или в самом аппарате.

Энергетические отходы, которые возвращаются обратно на вход в технологический агрегат, называются ВЭР внутреннего использования, а ВЭР, утилизируемые в других установках – внешнего использования. Сам технологический агрегат, который является источником энергетических отходов, называется источником ВЭР.

Все ВЭР подразделяют на три основные группы.

Горючие (топливные) ВЭР – это горючие газы и отходы одного производства, которые могут быть применены непосредственно в виде топлива в других производствах. К ним относятся:

- доменный газ в металлургии;

- щепа, опилки, стружка в деревообрабатывающей промышленности;

- твердые, жидкие промышленные отходы в химической и нефтеперерабатывающей промышленности и т. д.

Тепловые ВЭР – это физическая теплота отходящих газов технологических агрегатов:

- основной, побочной, промежуточной продукции и отходов производства;

- теплота золы и шлаков, горячей воды и пара, отработанных в технологических установках;

- теплота рабочих тел систем охлаждения технологических установок.

Тепловые ВЭР могут использоваться как непосредственно в виде теплоты, так и для раздельной или комбинированной выработки теплоты, холода, электроэнергии в утилизационных установках.

ВЭР избыточного давления – это потенциальная энергия покидающих установку газов, воды, пара с повышенным давлением, которая может быть еще использована перед выбросом в атмосферу. Основное направление таких ВЭР – получение электрической или механической энергии. Избыточная кинетическая энергия также относится к ВЭР избыточного давления.

Применительно к ВЭР используются следующие понятия и термины:

Общие энергетические отходы – это энергетический потенциал всех материальных потоков на выходе из теплотехнологического агрегата (аппарата) и все потери энергии в агрегате.

Общие энергетические отходы подразделяются на три потока:

- неизбежные потери энергии в технологическом аппарате;

- энергетические отходы внутреннего использования, - которые возвращаются обратно в агрегат за счет регенерации или рециркуляции;

- энергетические отходы внешнего использования, - которые используются в других агрегатах.

Полный выход ВЭР – масса вторичных энергоресурсов, которые образуются в данной установке за определенный период времени.

Возможный выход ВЭР – возможное (максимальное) количество энергии, которое экономически целесообразно можно использовать в утилизационных установках.

Коэффициент использования (выработки) энергии за счет ВЭР – отношение фактического использования энергии, полученной за счет ВЭР, к планируемой выработке.

Резерв утилизации ВЭР – количество энергии, которое может быть дополнительно вовлечено в производство.

Возможная экономия топлива за счет ВЭР – количество энергии, которое было бы получено при полном использовании всего выхода ВЭР.

Коэффициент утилизации ВЭР – отношение фактической экономии топлива за счет ВЭР к возможной. Определяется как для одного агрегата-источника ВЭР, так и группы

агрегатов, так и суммарно для всех видов ВЭР.

Для характеристики состояния использования ВЭР, пригодных для непосредственного использования без преобразования энергоносителей, применяют следующие показатели:

- выход ВЭР;

- фактическое использование ВЭР;

- резерв утилизации ВЭР;

- экономия топлива за счет ВЭР;

коэффициент утилизации ВЭР.

Относительное максимально возможное количество тепловой энергии, передаваемое от одного агрегата к другому, определяется уравнением

(1)

где tвx, tвых – температура ВЭР на входе и выходе утилизационной установки, °C, to

– температура окружающей среды.

Коэффициент утилизации тепловых ВЭР представляется выражением

= 1 - (2)

На основании формулы (1) можно записать выражение для определения теплоты,

используемой в утилизационной установке

Q = Qвх [1 - ], (3)

где Qвх – количество теплоты, которым обладают ВЭР на входе в утилизационный

аппарат, (кДж/ч); Q – количество теплоты, которую можно утилизировать.

Возможная выработка тепловых ВЭР в утилизационной установке определяется по формуле (1), а коэффициент, учитывающий несоответствие режима и числа часов работы

утилизационной установки и технологического оборудования можно определить по уравнению:

= tут.уст G^вэр / tтех.уст G, (4)

где tут.уст., tтех.уст. – продолжительность работы утилизационной установки и технологического оборудования, (ч), G^вэр - количество ВЭР, используемых в утилизационной установке (кг/ч).

Экономический эффект от использования ВЭР может определяться разницей в годовых приведенных затратах за счет сэкономленной при утилизации энергии

Эут = DЭ - КЕн , (у.е.), (5)

где ΔЭ – стоимость энергии, сэкономленной в процессе утилизации ВЭР;

Стоимость сэкономленной энергии находится из выражения

DЭ = 3600 DQ_вэр t_д э_уд, (у.е.), (6)

Здесь: DQ_ВЭР– энергия, полученная за счет утилизации ВЭР (кВт); эyд – удельная стоимость энергии, полученной в утилизационном аппарате.

Стоимость единицы энергии за счет утилизации ВЭР определяется по стоимости сэкономленного условного топлива

D В усл = D Q _ВЭР / (Q н. усл+ iвыб) , (кг/с) (7)

где iвыб. – энтальпия выбрасываемого в атмосферу теплоносителя за утилизатором ВЭР, (кДж/кг).

Годовая стоимость сэкономленного условного топлива

Э усл топ = 3600 DВусл tд Ц (у.е.) (8)

где Ц – цена 1 тонны условного топлива.

Удельная стоимость энергии, полученной за счет утилизации ВЭР

э уд = Э усл топ / D Q ^вэр _год, (у.е/кДж) (9)

Здесь: DQ^ВЭР год определяется в (кДж) за расчетный период работы утилизационного оборудования

DQ^ВЭР год = 3600 DQ t д, (кДж/год) (10)

Использование ВЭР является экономически целесообразным при положительном значении разности (Эут.> 0) в формуле (24) и сроке окупаемости капиталовложений Т 3–4 года

Пример расчетаэкономической эффективности от использования ВЭР.

Исходные данные для экономического расчета:

- теплота, полученная в утилизационной установке DQВЭР = 500 кВтч;

- действительный фонд времени работы утилизационного оборудования τд - 6000ч;

- цена 1 тонны условного топлива Ц = 95 у.е.,

- капиталовложения в утилизационное оборудование К = 40000 у.е.;

- эксплуатационные расходы Сэкс= 5000 у.е.

Решение: Экономия условного топлива за счет утилизации ВЭР

= / Q_{Н УСЛ} = 500 / 29300 = 0,017 , (кг/с)

Годовая стоимость сэкономленного топлива

Удельная стоимость энергии, выработанной в утилизационной установке

Стоимость сэкономленной энергии

∆

Экономический эффект от использования

Срок окупаемости капиталовложений в утилизацию

Использование ВЭР является целесообразным так как величина (Эут>0) положительна и капиталовложения окупаются за достаточно короткий период.

Задание 1.Составить блок - схему классификации вторичных энергоресурсов.

Задание 2.Произвести расчет основных показателей энергетических отходов.

Задача 1. Определите показатели выхода ВЭР и резерв утилизации ВЭР, характеризующие состояния использования ВЭР.

Исходные данные:

- температура ВЭР на входе и выходе утилизационной установки соответственно равны 520⁰С и 75⁰С;

- температура окружающей среды 20⁰С.

Задача 2. Определите количество теплоты, используемой в утилизационной установке и коэффициент, учитывающий несоответствие режима и числа часов работы утилизационной установки и технологического оборудования, характеризующие состояния использования ВЭР.

Исходные данные:

- температура ВЭР на входе и выходе утилизационной установки соответственно равны 520⁰С и 75⁰С;

- температура окружающей среды 20⁰С

- количество теплоты, которым обладают ВЭР на входе в утилизационный

аппарат равно 680кДж;

- продолжительность работы утилизационной установки и технологического оборудования соответственно равны 1 сутки и 8 часов;

- количество ВЭР, используемых в утилизационной установке 240 кг/ч.

Задача 3. Определите экономический эффект от использования ВЭР и стоимость сэкономленной энергии

Исходные данные:

- теплота, полученная в утилизационной установке DQ_ВЭР = 800 кВт ч;

- номинальная теплота, полученная в утилизационной установке Q_{Н УСЛ =}29300 кВт ч;

- действительный фонд времени работы утилизационного оборудования τд - 3000ч;

- цена 1 тонны условного топлива Ц = 85 у.е.,

- капиталовложения в утилизационное оборудование К = 37000 у.е.;

o эксплуатационные расходы Сэкс= 4700 у.е.

o коэффициент недоиспользования ВЭР Е_н = 0,15