3904

Анализируются теплотехнические и эксплуатационные характеристики различных видов теплоутилизаторов (рекуператоры, конденсационные аппараты и др.).

Наибольшее внимание уделяется использованию конденсационных аппаратов, позволяющих использовать не только физическую теплоту продуктов сгорания, но и теплоту конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания органического топлива.

Приводятся основы методик расчета теплоутилизаторов (рекуператоров, конденсационных аппаратов).

Расчет теплоутилизационного оборудования проводят в 2 этапа - тепловой расчет и конструктивный расчет.

Ниже, в качестве примера, приведена последовательность расчета конденсационного утилизатора калориферного типа.

Тепловой расчет производится в следующей последовательности:

- по парциальному давлению водяных паров на входе в энергосберегающее обо-

где Q1 – количество утилизируемой теплоты при охлаждении дымовых газов от температуры на входе в утилизатор до точки росы, кДж/ч;

Q2 - количество утилизируемой теплоты при охлаждении дымовых газов от точки росы до температуры на выходе из утилизатора, кДж/ч;

Q3 - количество теплоты, выделенное со сконденсировавшимся паром, кДж/ч.

Конструктивный расчет производится в следующей последовательности:

-определяется массовый расход дымовых газов, кг/ч;

-вычисляется расход воды через теплообменник; для этого предварительно анализируется тепловая схема котельной и выбирается вид нагреваемого теплоносителя ( например вода перед водоподготовкой, вода для технологических нужд и др.), а также выбирается диапазон температур нагреваемой воды;

-определяется суммарная площадь живого сечения теплоутилизатора по дымовым газам;

-по суммарной площади живого сечения теплообменника предварительно подбирается типоразмер калорифера типа КСк [приложение 2]. Калорифер КСк используемого традиционно для нагревания воздуха в системах воздушного отопления и вентиляции (отличие использования в конденсационном аппарате заключается в том, что через воздушную часть калорифера будет проходить греющая среда - продукты сгорания, а вода окажется нагреваемой средой); калориферы этой марки выполнены биметаллическими, что сократит коррозию и увеличит срок службы теплообменника;

-проверяется массовая скорость движения продуктов сгорания во фронтальном сечении предварительно выбранного калорифера и скорость воды в трубках (если они входят в нормативные пределы, то типоразмер калорифера выбран правильно).

11

-определяются коэффициент теплопередачи в теплообменнике, требуемая поверхность нагрева и количество секций;

-при несовпадении предполагаемого типоразмера уточняется тип калорифера и количество секций (приложение 2).

Тема: Направления совершенствования топочных камер котлов и газогенераторов для утилизации отходов

Существенного потенциала энерго - и ресурсосбережения сбережения можно достигнуть за счет вовлечения в топливный баланс горючих отходов различных технологических процессов.

Системы генерации теплоты путём эффективного использования сырья органического происхождения, особенно необходимы в современных экономических условиях изза резкого повышения цен на высококалорийное топливо (природный газ и продукты нефтепереработки).

Приводится характеристика следующих горючих отходов: древесных отходов предприятий лесозаготовки и деревообрабатывающих производств; сбросных газов технологических процессов нефтеперерабатывающего предприятия; отходов битумного производства; вентиляционных выбросов, содержащих горючие компоненты.

Рассматриваются негативные стороны сжигания отходов, существенно отличающихся по своим характеристикам от традиционных видов топлива. Приводятся способы совершенствования топочного процесса (стабилизация факела, дожигательные устройства, изменение аэродинамики топливного потока и др.), обеспечивающие полноту сжигания отходов [12 , 20-21 и др.]. Эффективным является использование энергетического потенциала отбросных газов и отходов в качестве топлива для когенерационных установках на базе промыщленных котельных.

Приводятся основы расчетов топливосжигающего оборудования с учетом сжигания отходов или совместного использования горючей части отходов совместно с традиционными видами топлива [18,21].

Анализируются варианты проектирования или реконструкции топочных камер котлов и газогенераторов с целью утилизации энергетического потенциала горючих отходов. Исследуются возможности использования топочных камер котлов и печей в качестве инсенераторов [12].

Приводятся методики технико-экономического и экологического обоснования технологий газификации и сжигания отходов [14,12].

Тема: Особенности технологии использования котла в качестве инсенератора для утилизации отходов

Наименее затратным является метод использования энергетического потенциала промышленных выбросов, содержащих токсичные горючие компоненты, в существующих топках котлов и печей [12] .

В качестве примера в [12] приведена схема дожигания вредных выбросов от пропиточных агрегатов картоннорубероидного цеха в существующих топочных камерах котельной установки с целью извлечения потенциальной (физической и химической) теплоты

12

Вентиляционные выбросы от пропиточных камер подаются в существующие топочные камеры в качестве нагретого дутьевого воздуха. Более того, горючие вещества вносят при сгорании некоторую долю теплоты (в зависимости от теплоты сгорания примесей), следовательно, снижается расход основного топлива.

Однако перед использованием данного способа энергосбережения следует убедиться в возможности его применения, а для этого:

-сопоставить режимы работы технологического оборудования, выделяющего токсичные вещества с режимами работы существующих котлов или печей, в которые подаются выбросы с целью дожигания;

-сопоставить расход выбросов (Vвыбр.) с потребностью в дутьевом воздухе (Vдут.) в тех случаях;

-убедиться, что подача выбросов не внесет негативных изменений в процесс горения основного топлива и работу поверхностей нагрева.

Для обоснования эффективности предложенного способа выполняют анализ ве-

личин (Vвыбр) и (Vдут).

Если расход выбросов не превышает потребности в дутьевом воздухе

(Vвыбр≤Vдут) даже при минимальной нагрузке котельной (или печного отделения), то это количество выбросов может быть подано на обезвреживание.

Примечание: При этом нужно ещё убедиться, что сами примеси не окажут негативного воздействия на оборудование или аппаратуру котла (или печи). Например, если в обезвреживаемых газах содержатся смолистые вещества или твердые частицы, то необходима предочистка.

В тех случаях, когда расход выбросов превышает потребность в дутьевом воздухе (Vвыбр > Vдут), возможны следующие варианты:

– герметизация технологического оборудования, выделяющего вредные вещества, с целью снижения расхода выбросов;

– подача одной части выбросов в дутьевой тракт, а другой непосредственно в топочную камеру во избежание отрыва факела; при этом коэффициент избытка воздуха не должен превышать α=1,8. Дальнейшее разбавление газов вызовет резкое снижение температуры в топке и нарушит работу котла. Меньшее разбавление продуктов сгорания в топке (α=1,3-1,4) не приведет к погасанию факела, но увеличит потери с уходящими газами и аэродинамическое сопротивление котла.

Во всех этих случаях необходимо выполнять поверочный тепловой расчет работы котла в новых условиях и только на основании результатов расчета делать вывод о подаче определенного расхода выбросов на дожигание.

Особое внимание при подаче выбросов в существующие топливосжигающие устройства необходимо уделить их безопасной транспортировке. С позиции техники безопасности трасса воздуховодов должна быть оснащена:

–огнепреградителями;

–взрывными клапанами для предотвращения разрушения воздухопроводов;

–заземлением во избежание накопления статического заряда;

–конденсатосборниками в местах возможного скопления конденсирующихся

примесей.

13

Тема: Когенерационные установки – как способ энергосбережения и повышения надежности энергоснабжения

Впоследнее время в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве все более осознается целесообразность комбинированного производства электрической и тепловой энергии на паровых мини-теплоэлектроцентралях (мини-ТЭЦ), располагаемых в непосредственной близости от потребителя [1, 28-29, 32, 39].

Это связано с постоянным удорожанием электроэнергии, учащением случаев возникновения аномальных шквальных ветров и заморозков, приводящих к снижению надежности линий электропередачи (обрыву проводов) централизованного электроснабжения. При использовании когенерационных систем исключаются потери энергии (величины потерь нынешних электросетей лежат в пределах от 5 до 20% суммарной мощности).

Вданном курсе рассматриваются теоретические основы процессов когенерации, осуществляемой с целью выработки автономной электрической энергии на базе проектируемых или реконструируемых котельных методом их реконструкции в мини-ТЭЦ.

Изучаются три вида электрогенераторов - паровые и газовые турбины, поршневые генераторы. Анализируются преимущества и недостатки каждого из видов электрогенерирующих установок и их конструкции [28-29, 32, 34-39.].

Рассматриваются термодинамические процессы в когенерационных установках, даются теоретические основы определения теплового и эксергетического балансов, выявления энергетического и эксергетического КПД [31-39].

Приводятся технические решения по реконструкции действующих и проектируемых котельных в мини-ТЭЦ с использованием приведенных выше генераторов электроэнергии [39]. Анализируются изменения в тепловой схеме котельной после ее реконструкции в мини-ТЭЦ. Доказывается преимущество когенерации с позиции ресурсосбережения и повышения надежности работы котельных.

Вприложении 3 приведены характеристики паровых турбогенераторов, производимых на калужском турбинном заводе, а в приложении Д приведен пример расчета окупаемости реконструкции котельной в миниТЭЦ.

Впроцессе лекции проводится экспресс-опрос по следующим вопросам:

1.Что такое когенерация? В чем заключается сущность процесса когенерации?

2.Какие виды когенерационных установок наиболее распространены?

3.В чем принципиальное различие мини-ТЭЦ в зависимости от типа котельной?

4.В чем заключается реконструкция паровой котельной в мини-ТЭЦ?

5.Каково преимущество перегретого пара как энергоносителя в паровых турбинах?

6.Назовите преимущества и недостатки паротурбинных мини-ТЭЦ.

7.Каковы различия в тепловых процессах, проходящих в конденсационной и противодавленческой турбинах?

8.В чем заключается корректировка тепловой схемы паровой котельной?

9. Назовите принцип работы поршневых двигателей, используемых для автономной выработки электроэнергии в стационарных котельных установках.

10.Какой из видов топлива наиболее рационально использовать в поршневых двигателях?

11.Назовите способы утилизации теплоты уходящих газов газо-поршневого агрегата.

12.Каков принцип работы газовой турбины?

14

13. Назовите способы утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины.

Тема: Основы технико-экономического обоснования повышения энергоэффективности и экологической безопасности теплоэнергетических установок за счет использования энергосберегающих технологий

Технико-экономическое обоснование проводится с целью оценки технического уровня и экономической эффективности предложенных технических решений по энергоресурсосбережению и выбора оптимального варианта проектного решения [14, приложение Д и др.].

Выбор оптимального варианта проводят на основе определения показателей сравнительной эффективности капиталовложений и новой техники.

При этом используют метод окупаемости, позволяющий соизмерить по сравниваемым вариантам капиталовложения и эксплуатационные затраты и на этой основе выбрать наилучший.

Срок окупаемости энергосберегающего проекта – время, в течение которого сумма затрат на разработку и реализацию проекта окупится за счет полученного экономического эффекта от внедрения энергосберегающего мероприятия;

Расчет сроков окупаемости состоит из 2х этапов: определение состава затрат и экономической эффективности предложенной технологии.

Состав затрат (укрупненные капиталовложения) – включает затраты на выполнение предпроектных работ (ТЭО, обоснование инвестиций, бизнес-план) проектных работ, приобретение оборудования, производство строительно-монтажных и пуско-наладочных работ.

Экономическая эффективность подсчитывается из условий экономии органического топлива, снижения себестоимости тепловой энергии, снижения удельного расхода топлива на единицу выработанной энергии, снижения платы за загрязнение окружающей среды и т.п.

Расчет предотвращенного экологического ущерба от использования предложенных технических решений рассчитывается в соответствии с [15].

15

3. Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям

3.1.Общие рекомендации по проведению практических занятий

В соответствии с рабочей программой курса предусмотрено 18 часов практических занятий. Практические занятия в аудитории состоят из семинаров-дискуссий, на которых рассматриваются научные основы разработки энерго – ресурсосберегающих технологий, и учебных занятий по разработке схем, расчету и обоснованию ресурсосберегающих технологий и энергосберегающего оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

Практические занятия направлены на закрепление теоретических знаний и выработку умений и навыков самостоятельного решения технических задач по предлагаемым темам. Выдаваемый студентам «Перечень практических занятий» позволяет сориентировать студентов в направлении поиска информации по конкретной теме семинарадискуссии, поиску технических решений по индивидуальным заданиям.

Предлагается широкий спектр литературных источников, позволяющий расширить возможности студентов при самостоятельной подготовке к семинару-дискуссии, выполнению индивидуальных заданий, курсовой работы и экзамену. Кроме того, студентам необходимо знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях. При этом необходимо учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Желательно готовить конспекты по изучаемым темам. Это особенно относится к тематике семинарских занятий, на которых производится дискуссия по предложенной тематике. При этом студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при выполнении курсовой работы.

Впроцессе проведения практических занятий используются различные методики

иформы работы: экспресс-опрос, семинар-дискуссия, демонстрация разработанных схем

итехнических решений на доске, обучающие игры. Обязательно используются наглядные пособия.

На практических занятиях осуществляется текущий контроль работы обучающихся, включая контроль выполнения индивидуальных заданий.

3.2. Вопросы по тематике семинаров-дискуссий

Подготовка к семинарским занятиям призвана сформировать у студентов навыки самостоятельного анализа информации по теме, умение дать по тому или иному техническому решению или проблеме аргументированный ответ, умение ориентироваться в литературных источниках, формулировать собственные оценки, выводы, мнения по предложенной тематике.

Важной функцией семинарских занятий является углубление знаний, полученных в процессе подготовки к семинарудискуссии, их закрепление и применение при подготовке к выполнению индивидуальных заданий.

Семинарские занятия включают в себя такие формы учебной деятельности как устные выступления с докладами и их обсуждения, экспресс-опрос по теме и анализ особенностей решения обсуждаемой технической проблемы.

Особенно высоко оценивается выполнение презентаций по предложенной тематике.

16

Таким образом, семинарские занятия как активная форма изучения темы, являются оптимальным средством контроля учебной деятельности студентов, а итоговые оценки, полученные на семинарских занятиях, влияют на результаты промежуточной аттестации.

3.3. Содержание практических и семинарских занятий

В таблице приведены темы практических и семинарских занятий с указанием вида занятий: (семинар-дискуссия или расчет) и количества затраченного времени. По окончании практического занятия расчет продолжается в часы, отведенные для самостоятельной работы (см. рабочую программу).

Ниже приведены темы семинаров-дискуссий и обсуждаемые вопросы

Занятие 1. Семинар-дискуссия

Тема: Классификация ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий

В начале дискуссии проводится экспресс-опрос по современному состоянию промышленной теплоэнергетики и направлениям развития энерго-ресурсосберегающих технологий на основе знаний, полученных в рамках учебного плана бакалавриата.

Происходит обсуждение данной тематики, в процессе которого анализируются ответы на вопросы:

1. Какова структура мировых ресурсов органического топлива по результатам современных исследований в мире?

17

2.Приведите классификацию источников энергии и оцените их ресурсы по степени освоенности и их значению для энергоснабжения промышленных предприятий и жилых массивов.

3.Что такое энергетический потенциал вещества и как оценить потенциальную возможность и целесообразность использования данного вещества в качестве источника энергии?

4.Назовите известные Вам методики оценки эффективности использования энергоресурсов;

5.Является ли достаточной эффективность использования энергоресурсов в настоящее время?

6.Охарактеризуйте потери теплоты при использовании энергетического потенциала органического топлива;

7.Как определить энергетический потенциал продуктов сгорания топлива на выходе из топливосжигающей установки?

8.Приведите классификацию энерго- и ресурсосберегающих технологий. Какие из направлений развития энерго-ресурсосберегающих технологий Вам известны и какие из них признаны наиболее перспективными?

9.Какова доля использования вторичных энергоресурсов в мире и России?

10.Какова доля использования возобновляемых источников энергии в мире и России?

11.Каковы проблемы использования возобновляемых источников энергии в России?

Примечание: Занятия проводятся в компьютерном классе с целью поиска информации, дополнительной к знаниям, полученным в рамках учебного плана бакалавриата; полученная информация анализируется и добавляется к классификационным характеристикам источников энергии и направлениям развития энерго-ресурсосберегающих технологий [1, 5, 9-11, 13, 16, 18-24, 39]. С учетом дополнительной информации разрабатывается классификация энерго-ресурсосберегающих технологий с целью последующего более глубокого изучения с целью выполнения технологических расчетов энергосберегающего оборудования и технологий.

Занятие 2. Семинар-дискуссия

Тема: Энергосберегающее оборудование. Классификация. Схемы. Конструкции.

Впроцессе дискуссии обсуждаются способы энерготехнологического комбинирования технологических процессов, приводятся на классной доске схемы использования энергетического потенциала высокотемпературных и среднетемпературных источников теплоты [11,13, 18-19], а также современное теплоутилизационное оборудование [13,19, Приложение Б и др.]; анализируются теплотехнические и эксплуатационные характеристики теплоутилизаторов, их экологическая эффективность [12, 15, 17, 22, 23].

Входе семинара студенты дискутируют по следующим вопросам:

1. Какие наиболее эффективные способы использования высокотемпературного потенциала промышленных печей Вы знаете?

18

2.Какое оборудование используется в качестве теплоутилизационного за промышленными печами и котлами?

3.Как выбрать набор теплоутилизационного оборудования (рекуператор, сушильная установка, поверхностные и конденсационные теплообменники и др.)?

4.Проанализируйте теплотехнические и эксплуатационные характеристики различного типа теплоутилизаторов.

5.Назовите последовательность теплового и конструктивного расчета энергосберегающего оборудования и технологий.

7.Как выполнить экологическую оценку предложенного энергосберегающего оборудования?

8.Назовите проблемы и трудности, сопровождающие принятие технологических решений и внедрение энерго-ресурсосберегающих технологий.

19

4. Методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы

4.1. Общие рекомендации для проведения самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов является основным способом овладения учебным материалом в свободное от обязательных учебных занятий время.

Целями самостоятельной работы студентов являются: систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений студентов; углубление и расширение теоретических знаний; формирование умений использовать нормативную, справочную документацию и специальную литературу; развитие познавательных способностей и активности студентов; формирование самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации.

В соответствии рабочей программой, самостоятельная работа по данной дисциплине составляет 36 часов и проводится в следующих направлениях:

-изучение лекционного материала;

-подготовка к семинарским занятиям по предложенным темам;

-подготовка к практическим занятиям;

-выполнение индивидуальных заданий по практическим занятиям;

-выполнение расчетно-графической работы;

-подготовка к промежуточной аттестации

Для успешного решения поставленных задач студентам предлагается список литературных источников, приведенный на стр. 26-27 данного пособия. Кроме того, студент может использовать собственный поиск через систематический каталог в библиотеке, просмотр специальных периодических изданий по рассматриваемым темам и анализировать материалы, размещенные в сети Интернет. При этом следует учитывать, что учебники и учебные пособия предназначены студентов и магистрантов, а монографии и статьи ориентированы на исследователя.

4.2 Темы для на самостоятельного изучения

Студенты изучают лекционный материал, готовятся практическим и семинарским занятиям в соответствии с рассмотренными ранее темами лекций (см. раздел 2) и темами семинаров-дискуссий (см раздел 3).

4.3.Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

1.Климов Г.М., Климов М.Г. Использование солнечной энергии для теплоснабжения зданий: метод. разраб. по дисциплине "Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии" .- Н.Новгород, ННГАСУ, 2006г.

2.Климов Г.М., Климов А.М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения : отходы производства и потребления: учеб.-метод. пособие для студентов очной и заоч. форм обучения направлений подгот. бакалавриата 08.03.01 "Стр-во" и 13.03.01 "Теплоэнергетика и теплотехника

3.Лебедева, Е.А.. Охрана воздушного бассейна от вредных технологических и вентиляционных выбросов: учебное пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ, 2010 -196с.

4.Лебедева Е.А. Когенерационные установки [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. /Е.А.Лебедева; Нижегор. гос. архитектур. - ст роит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 33 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW).

4.4.Перечень ресурсов информационно - телекоммуниционной сети «Интернет»: http://www.rosteplo.ru/katalog/5/77

20