3972

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

-проанализируйте теплотехнические и эксплуатационные характеристики различного типа теплоутилизаторов;

-назовите последовательность теплового и конструктивного расчета энергосберегающего оборудования и технологий;

-приведите способы технико-экономической оценки предложенного теплоутилизационного оборудования;

-как выполнить экологическую оценку предложенного энергосберегающего оборудования?

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

ЗАНЯТИЕ №8

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ Тема: Расчет металлического петлевого рекуператора

Исходные данные:

-тип печи – нагревательная;

-расход топлива B = ___ м /ч;

мм с коридорным расположением и шагом = = 1,5);

-принимается средняя длина одного трубного U – образного элемента в зависимости от длины прямых участков труб;

-вычисляется средняя поверхность нагрева U – образного элемента и количество трубных U – образных элементов;

-определяется число труб в ряду, перпендикулярном направлению движения дымовых газов и число труб по ходу дымовых газов;

-рассчитывается действительная установленная поверхность рекуператора.

11

ЗАНЯТИЯ №№9-10

Тема: перспективные установки комплексного использования отходов производства

ЗАНЯТИЕ №9

СЕМИНАР-ДИСКУССИЯ

Рассматриваются перспективые установки комплексного использования отходов производства, современные схемы, компоновка оборудования; анализируются варианты проектирования топочных камер котлов и газогенераторов для утилизации древесных отходов. Исследуются возможности использования топочных камер котлов и печей в качестве инсенераторов [9]. Приводятся основы расчетов топливосжигающего оборудования с учетом сжигания отходов или совместного использования горючей части отходов совместно с традиционными видами топлива[15], способы выполнения техникоэкономической и экологической оценки [9,12].

Наиболее подробно рассматриваются проблемы, возникающие при утилизации отходов различного происхождения [9,15,10].

Входе семинара студенты дискутируют по следующим вопросам:

-что такое отходы производства и как они классифицируются?

-какие отходы можно сжигать самостоятельно?

-какие процессы проходят при утилизации горючих твердых отходов в газогенераторах?

-назовите топочные камеры, более совершенные с позиции эффективного сжигания древесных отходов в промышленных котлах?

-приведите возможности использования энергетического потенциала генераторных газов качестве топлива для когенерационных поршневых агрегатов;

-проанализируйте конструкции автономных топочных камер. Сопоставьте способы ввода обезвреживаемых газообразных отходов в топочную камеру;

-каковы трудности создания автономной топочной камеры для сжигания отходов, содержащих горючие компоненты?

-приведите примеры использования топочных камер котлов и печей в качестве инсенераторов. Оцените изменения в работе топливосжигающего оборудования при подаче выбросов в топочную камеру;

-какие проблемы могут возникнуть при подаче вентиляционных выбросов, содержащих токсичные горючие вещества, в качестве воздуха (или части воздуха) в топочные камеры действующих котлов и печей?

ЗАНЯТИЕ №10

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Тема 1. Расчет возможности использования топочных камер котлов в качестве инсенераторов

12

Вариант задачи №1. Определить возможность использования топочных камер действующих котлов для дожигания вредных компонентов, содержащихся в вентиляционных выбросах [9].

Исходные данные:

- расход обезвреживаемых вентиляционных выбросов, содержащих токсичные веще-

ства Vвыбр=8 300 м3/ч;

-котельная с 3-мя котлами ДЕ-6,5-14 ГМ (летом работает 1 котёл);

-топливо – природный газ с низшей теплотой сгорания Qri=35,0 МДж/м3;

-КПД брутто котельного агрегата ηбрКА= 92%;

Примечания:

-значения Vв0, α"т принять самостоятельно;

-расчет выполнить без учета теплоты сгорания горючих токсичных компонентов;

-вентиляционные выбросы подать в качестве воздуха для горения (части воздуха для горения.

Порядок решения задачи:

-определить расход топлива, потребляемого котлоагрегатом;

-определить расход дутьевого воздуха на один котёл (летний период);

-определить расход дутьевого воздуха на все котлы (зимний период);

-сопоставить потребность в дутьевом воздухе с расходом вентиляционных выбросов;

-сделать вывод о принципиальной возможности подачи выбросов без нарушений режима котла; Примечание: если в какой-либо период (чаще - летний период) расход выбросов существен-

но превысит потребность в дутьевом воздухе, что может привести к потуханию факела (нарушению горения), привести мероприятия по преодолению данного негатива (сокращение выбросов за счет герметизации технологического оборудования, выделяющего выбросы; организации подачи части выбросов мимо воздухозаборных устройств, непосредственно в топ-

ку, не превышая αm величины 1,8)

Тема 2. Использование энергетического потенциала сбросных газов с целью получения тепловой энергии.

Вариант задачи №2. Определить возможность автотермического дожигания сбросных газов реакторов окисления битума в производстве рубероида с целью получения тепловой энергии [9].

Исходные данные:

-расход выбросов реактора окисления битума 2000 м3/ч;

-усреднённый состав выбросов: СО=0,3%; Н2=3,9%; ΣСnН2n+2=2,2% (из них СН4=1%;

С2Н6=0,7%; С3Н8=0,5%); О2=5,8%; СО2=1%; N2=86,8%. - теплоёмкость выбросов -1,46 кДж/м3° С

Порядок решения. Определить [9,14]:

-низшую теплоту сгорания выбросов реактора окисления битума, кДж/м3 ;

-теоретически необходимый объём воздуха на горение сбросных газов с учётом наличия

13

кислорода в газах реакторов окисления, м3 / м3;

-теоретический объём азота в продуктах сгорания сбросных газов, м3 / м3;

-теоретический объем трехатомных газов в продуктах сгорания сбросных газов, м3 / м3 ;

-теоретический объём водяных паров в продуктах сгорания сбросных газов, м3 / м3 ;

м3 ;

-температуру горения в топочной камере, оС;

-сделать вывод о том, возможно ли автотермическое горение данных газов от реакторов окисления битума, то есть достаточна ли полученная температура для воспламенения и устойчивого горения принятой смеси газов.

Тема3. Расчет автономной топочной камеры для сжигания отходов, содержащих горючие компоненты [9].

Вариант задачи №3. Определить расход топлива и размеры автономной топочной камеры для сжигания токсичных веществ, содержащихся в выбросах технологического процесса, с целью получения тепловой энергии для последующей ее утилизации и снижения загрязнения атмосферы вредными технологическими выбросами.

Исходные данные:

-компонентный состав технологических выбросов, %;

-низшая теплота сгорания используемого топлива;

-КПД автономной топочной камеры.

Порядок выполнения расчета – определить:

-физическую теплоту технологических выбросов, кВт;

-химическую теплоту (теплоту сгорания) технологических выбросов, кВт;

-расход традиционного топлива, необходимого дополнительно для доведения температуры горения в топочной камере до необходимой для соблюдения условий устойчивого горения топлива и отходов (если не достигается автотермическое горение выбросов);

-объем топочной камеры, задавшись величиной необходимого теплового напряжения топочного объема;

-эквивалентный диаметр Deq, длину l ,м и высоту h, м топочного устройства по формулам:

Deq = 0,8 3 Vт , l = (2,0...2,3)Deq

h= (1,7...2,0)Deq

-определить время пребывания газов в высокотемпературной части топочной камеры (сопоставить со временем, необходимом для полного выгорания горючих).

Примечание: выбор автономных топочных камер производится исходя из необходимости обеспечения: достаточных температур для дожигания вредных примесей сжигаемой смеси; необходимого времени пребывания смеси в высокотемпературной зоне топочной камеры; достаточного теплового напряжения топочного объема.

14

ЗАНЯТИЯ №№ 11-12

Тема: проблемы использования энергетического потенциала отбросных газов нефтехи-

мического комплекса

ЗАНЯТИЕ №11

СЕМИНАР-ДИСКУССИЯ

В ходе дискуссии рассматриваются проблемы использования энергетического потенциала отходов, в частности сжигания сбросных газов нефтехимического комплекса в действующих топках котлов и печей с целью экономии традиционных источников энергии и защиты воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами нефтепродуктов [15].

Однако вовлечение сбросных газов в топливный баланс сопряжено со значительными трудностями их сжигания, даже совместно с высококалорийным топливом.

Особенно подробно обсуждаются проблемы, связанные со специфическими свойствами отходов нефтехимического производства. Эти газы имеют пониженную теплоту сгорания ввиду наличия балласта, а главное, их компонентный состав чрезвычайно нестабилен, т.к. зависит от фазы основного технологического процесса, в котором отходы выделяются.

Поэтому, приведенные газообразные отходы сжигаются в смеси с традиционными видами газового топлива – природным газом, нефтезаводским газом и др., (так называемое композиционное (композитное) топливо)).

Далее проводится детальный анализ теплотехнических и эксплуатационных характеристик композитного топлива на основе сбросных газов нефтехимического комплекса и анализируются проблемы, связанные с расчетом результатов теплотехнических испытаний по действующей методике М.Б.Равича [16,17].

Особое значение имеет обсуждение вопроса о способах стабилизации процесса горения топливных смесей переменного состава при наличии балласта.

ЗАНЯТИЕ №12

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Тема: Определить теплотехнические характеристики смесей нефтезаводского (топливного) газа и сбросного газа блока КЦА (короткоцикловой адсорбции) установки производства водорода.

Исходные данные:

-компонентный состав нефтезаводского (топливного) газа;

-компонентный состав отдувочного (сбросного) газа блока КЦА (короткоцикловой адсорбции) установки производства водорода.

Задача: составить смеси с разным соотношением нефтезаводского и сбросного газов (в процентном соотношении); сопоставить теплотехнические характеристики полученных смесей.

15

Порядок проведения расчетов:

-выполнить пересчет компонентного состава и теплоты сгорания для смеси топливного и отдувочного газов в различных соотношениях (например, смесь 1 - 80:20; смесь 2 - 50:50;

смесь 3- 30:70);

-привести график зависимости теплоты сгорания топлива от соотношения в его составе топливного и отдувочного газов;

-рассчитать количество продуктов сгорания по известному составу топливных смесей с использованием нормативного метода [14];

-составить график зависимости расхода продуктов сгорания смесей от соотношения в его составе топливного и отдувочного газов;

-рассчитать обобщенные характеристики продуктов сгорания топливных смесей по методике М.Б.Равича [16,17] и проанализировать их изменение в зависимости от соотношения в составе смеси топливного и отдувочного газов [18,19];

-сделать вывод о том, какие из вычисленных характеристик испытывают большие изменения (например, объем продуктов сгорания или отношение сухих и влажных продуктов горения, теплота сгорания или жаропроизводительность и т.п.)

ЗАНЯТИЯ №№ 13-14

Тема: перспективы создания когенерационных установок на базе промышленных котельных

ЗАНЯТИЕ № 13

СЕМИНАР - ДИСКУССИЯ

В ходе дискуссии по предложенной теме необходимо ответить на следующие вопросы [15, интернет-ресурс]:

-что такое когенерация? В чем заключается сущность процесса когенерации?

-какие виды когенерационных установок наиболее распространены?

-в чем принципиальное различие когенерационных установок в зависимости от типа котельной?

-каковы различия в схемах когенерационных установок? Приведите схемы мини-ТЭЦ на основе паровых турбин, газовых турбин, поршневых двигателей; укажите преимущества и недостатки различных видов мини-ТЭЦ на базе котельных установок.

ЗАНЯТИЕ № 14

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Тема: выбор типа когенерационной установки (мини-ТЭЦ) на базе предложенной в задании котельной

Исходные данные:

-тип котельной установки (паровая, водогрейная);

-установленная паропроизводительнсть (теплопроизводительность);

16

-вид топлива;

-потребность в электроэнергии.

Содержание занятия:

- выбрать вид автономной электрогенерирующей установки в котельной с обоснова-

нием;

-выбрать конструкцию электрогенератора и выполнить его эскиз в трех проекциях;

-разработать принципиальную схему мини-ТЭЦ [15, интернет-ресурс].

ЗАНЯТИЕ № 15

Тема: Технико-экономическое обоснование предложенных технических решений по энерго-ресурсосбережению. Основы расчета окупаемости предложенных технических решений

Технико-экономическое обоснование проводится с целью оценки технического уровня и экономической эффективности предложенных технических решений по энергоресурсосбережению и выбора оптимального варианта проектного решения [11 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 энергоэффективного 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 пусконаладочных 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.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УСТАНОВКИ ТУРБОАГРЕГАТА (ТУРБОУСТАНОВКИ) МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Расчет произведен на примере турбогенератора Р-0,3-1,3/0,6, для производственно отопительной котельной с четырмя паровыми котлами ДЕ16-14ГМ.

17

Принимаем число часов использования установленной мощности турбоагрегата при установке на котельной Туст = 8000 час.

Расчет экономии топлива от установки турбоагрегата

1.Определим коэффициент полезного действия котлов брутто и коэффициент полезного действия котельной нетто с учетом потребления теплоты на собственные нужды котельной:

асн - коэффициент расхода теплоты на собственные нужды котельной, %;

!пар 1.11 ∙ 8000 8880т

Расчет срока окупаемости внедрения турбоагрегата малой мощности

1.Определение укрупненных капиталовложений в установку турбоагрегата малой мощности на котельных предприятий с созданием малых ТЭЦ.

2.Стоимость турбоагрегата определяется по результатам тендера.

3.Стоимость электротехнических устройств составляет ориентировочно

10– 15 % от стоимости турбоагрегата.

4.Стоимость тепломеханической части (паропроводы, трубопроводы технической воды и т.д.) – 15 – 20% от стоимости турбоагрегата.

5.Стоимость строительно-монтажных работ: размещение турбоагрегата в котельной – 1520% от стоимости оборудования.

6.Стоимость проектно-изыскательных работ – 5-10% от стоимости строительно-монтажных работ.

7.Стоимость пуско-наладочных работ – 3-5% от стоимости оборудования.

18

8. Стоимость оборудования:

Соб Стг # $0,1 % 0,15' ∙ Стг # $0,15 % 0,2' ∙ Стг , тыс. руб. (5) Соб 5580 # $0,15' ∙ 5580 # $0,2' ∙ 5580 7533 тыс. руб.

9. Капиталовложения в мероприятие:

Ктг Соб # $0,05 % 0,1'Ссмр # $0,15 % 0,3'Соб # $0,03 % 0,05'Соб, тыс. руб. Ктг 7533 # $0,1'837 # $0,3'7533 # $0,05'7533 10253,2 тыс. руб.

10. Определение срока окупаемости мероприятия:

ЗАНЯТИЯ №№ 16-17

Тема: Экологические проблемы при использовании возобновляемых источников энергии и пути их решения

ЗАНЯТИЕ № 16

СЕМИНАР-ДИСКУССИЯ

В ходе дискуссии рассматриваются экологические проблемы при использовании возобновляемых источников энергии. В качестве примера приводятся негативные стороны использования солнечных электростанций, ветровых двигателей, термальных вод, энергии приливов и отливов и др. Анализируются пути устранения негативного воздействия возобновляемых источников энергии на окружающую среду.

ЗАНЯТИЕ № 17

СЕМИНАР-ДИСКУССИЯ

В ходе дискуссии рассматриваются экологические проблемы при использовании нетрадиционных источников энергии. В качестве примера приводится возможное негативное воздействие на окружающую среду процессов сжигания отходов производства, включая сжигание мусора, вовлечение сбросных газов в топливный баланс промышленных предприятий. При этом рассматриваются пути значительного сокращения этого воздействия вплоть до получения экологического эффекта при обеспечении условий полного термического обез-

19

вреживания с последующим дожиганием токсичных горючих веществ [9,10]. Анализируются проблемы возможной загазованности промышленных помещений

вследствие существенного повышения гидравлического сопротивления топливосжигающей установки за счет подключения энергосберегающего оборудования. В этих случаях снижается разряжение в топочной камере топливосжигающего устройства и продукты неполного сгорания могут попасть в промышленное помещение.

Предлагаются способы снижения возможного негативного воздействия энергосберегающих технологий, а именно: проведение режимно-наладочных теплотехнических испытаний топливосжигающего оборудования [3,9], оснащение газового тракта более мощным дымососом, увеличение высоты дымовой трубы при естественной тяге, обязательный экологический расчет и проведение природоохранных мероприятий в случае необходимости [9].

ЗАНЯТИЕ № 18

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Тема: Экологические проблемы при использовании энергетического потенциала котлов и печей и пути их решения

Исходные данные:

-тип котельной установки (паровая, водогрейная);

-установленная паропроизводительнсть (теплопроизводительность);

-вид топлива; расход топлива;

-тип энергосберегающего оборудования

Задача 1. Расчет повышения сопротивления газового тракта при использовании комплексных энергосберегающих технологий:

-выполнить поверочный расчет гидравлического сопротивления топливосжигающей установки (котла, промышленной печи) до установки энергосберегающего оборудования (конденсационного теплообменника, рекуператора и др.);

-рассчитать аэродинамическое сопротивление предлагаемого энергосберегающего оборудования;

-определить суммарное сопротивление газового тракта после установки энергосберегающего оборудования (конденсационного теплообменника, рекуператора и др.);

-проанализировать характеристики ранее запроектированного (или существующего) дымососа;

-при недостаточном запасе напора ранее запроектированного (или существующего) дымососа предложить к установке дымосос, соответствующий расчетному сопротивлению с коэффициентом запаса -10%;

-выполнить экологическую оценку предложенной технологии и при необходимости предложить комплекс экозащитных мероприятий.

Задача 2. Расчет возможного повышения максимального вклада в загрязнение воздушного бассейна при использовании комплексных энергосберегающих технологий.

ИНФОРМАЦИЯ. Повышение максимального вклада в загрязнение воздушного бассейна при использовании комплексных энергосберегающих технологий возможно по той

20