7790

20

Рис. 13. Окончательная схема комплексного использования теплоты уходящих газов.

При t=400°С и содержанием CO2=9,2% по таблице находим величину z, равную

5,20.

После рекуператора по содержанию CO2=8% и tух=200°С определяем z=5,57.

После печи q2 = 0,01 ∙ 5,57 (200-0,85 ∙ 20) = 10,2

В результате установки рекуператора потери теплоты с уходящими газами снизились на 10,6%.

21

4. Методические указания по организации самостоятельной работы

4.1 Общие рекомендации для 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, правовую, справочную документацию и специальную литературу;

-развитие познавательных способностей и активности студентов:

-формирования самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации.

Самостоятельная работа выполняется в два этапа: планирование и реализация. Планирование самостоятельной работы включает:

-уяснение задания на самостоятельную работу;

-подбор рекомендованной литературы;

-составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.

Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе.

На втором этапе реализуется составленный план. Реализация включает в себя:

-изучение рекомендованной литературы;

-составление плана (конспекта) по изучаемому материалу (вопросу);

-взаимное обсуждение материала.

Необходимо помнить, что на лекции обычно рассматривается не весь материал. Оставшаяся восполняется в процессе самостоятельной работы. В связи с этим работа с рекомендованной литературой обязательна.

Работа с литературой и иными источниками информации включает в себя две группы приемов: техническую, имеющую библиографическую направленность, и содержательную. Первая группа – уяснение потребностей в литературе; получение литературы; просмотр литературы на уровне общей, первичной оценки; анализ надежности публикаций как источника информации, их относимости и степени полезности. Вторая – подробное изучение и извлечение необходимой информации.

Для поиска необходимой литературы можно использовать следующие способы:

-поиск через систематический каталог в библиотеке;

-просмотр специальных периодических изданий;

-использование материалов, размещенных в сети Интернет.

Для того, чтобы не возникало трудностей понимания текстов учебника, монографий, научных статей, следует учитывать, что учебник и учебное пособие предназначены для студентов и магистрантов, а монографии и статьи ориентированы на исследователя. Монографии дают обширное описание проблемы, содержат в себе справочную информацию и отражают полемику по тем или иным дискуссионным вопросам. Статья в журнале кратко излагает позицию автора или его конкретные достижении в исследовании какой-либо научной проблемы.

В процессе взаимного обсуждения материала закрепляются знания, а также приобретается практика в изложении и разъяснении полученных знаний, развивается речь.

При необходимости студенту следует обращаться за консультацией к преподавате-

лю.

22

Составление записей или конспектов позволяет составить сжатое представление по изучаемым вопросам. Записи имеют первостепенное значение для самостоятельной работы студентов. Они помогают понять построение изучаемого материала, выделить основные положения, проследить их логику.

Ведение записей способствует превращению чтения в активный процесс. У студента, систематически ведущего записи, создается свой индивидуальный фонд подсобных материалов для быстрого повторения прочитанного. Особенно важны и полезны записи тогда, когда в них находят отражение мысли, возникшие при самостоятельной работе.

Можно рекомендовать следующие основные формы записи: план, конспект, тезисы. План – это схема прочитанного материала, краткий (или подробный) перечень во-

просов, отражающих структуру и последовательность материала. Подробно составленный план вполне заменяет конспект.

Конспект – это систематизированное, логичное изложение материала источника. Объем конспекта не должен превышать 10 страниц. Шрифт Times New Roman, кегль 14, интервал 1,5. Список литературы должен состоять из 5-8 источников, по возможности следует использовать последние издания учебных пособий и исследований.

Тезисы — это последовательность ключевых положений из некоторой темы без доказательств или с неполными доказательствами. По объему тезисы занимают одну страницу формата А4 или одну – две страницы в ученической тетради. В конце тезисов студент должен сделать собственные выводы.

4.2Темы для самостоятельного изучения по разделам

2.Нормативно-методическое обеспечение энергосбережения. Энергоаудит.

Различные примеры энергетических обследований зданий, не рассмотренных на занятиях.

3. Виды ВЭР, их использование, не рассмотренных на занятиях.

Способы утилизации ВЭР.

4. Воздухоподогреватели топливосжигающих установок.

Конструкции воздухоподогревателей для нагрева воздуха в котельных малой мощности.

6. Схемы комплексного ступенчатого использования теплоты продуктов сгорания в различных отраслях промышленности.

Комплексное использование теплоты продуктов сгорания в промышленности, не рассмотренной на занятиях.

7. Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения

Различные схемы комбинации энергосберегающих мероприятий.

4.3 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

Приводится в конце пособия – список рекомендуемой литературы.

23

5. Методические указания по выполнению курсовой работы

курсовая работа занимает несколько этапов:

1.выбор объекта для энергетического анализа;

2.применение различных энергосберегающих мероприятий.

Примерное содержание работы (комплексное использование газа в кузнечной промышленности):

1. выбор отрасли промышленности, описание оборудования и технологических процессов;

2. выбор комплексной схемы использования теплоты, содержащей не менее двух теплоутилизационных устройств, которые могут быть использованы при заданных параметрах продуктов сгорания.

Происходит сбор материала по тематике и составляется подробное описание данной отрасли (5-10 стр.). Например, если студент досталась кузнечная промышленности, то, прежде всего, дается общая классификация:

Кузнечные цеха различаются:

по виду производства, которое может быть единичным, мелкосерийным, крупносерийным и массовым;

по производственной мощности — годовому выпуску продукта:. цеха, т;

по технологии изготовления поковок: свободная ковка на молота: и ковочных прессах, штампование на молотах, горизонтально-ковочных машинах, автоматах, механических ковочных прессах и т. д.;

по наибольшему весу поковки или штамповки.

Кроме того, кузнечные цехи по назначению можно разделить на следующие виды:

кузнечно-штамповочные при машиностроительных заводах; характер продукции их определяется видом машиностроения — автомобилестроение, двигателестроение, тяжелое машиностроение и т. д.;

кузнечно-штамповочные массового производства; изготовление метизов, железнодорожных накладок, слесарно- и деревообрабатывающего инструментария, предметов широкого потребления и т. д.;

подсобные при заводах для изготовления мелких поковок для основного производства, для инструмента, а также для ремонта заводского оборудования.

Также для лучшего понимания вопроса, студент на (3-7 стр.) подробно описывает оборудование, применяемое в данной отрасли:

Для работ в кузнечных цехах применяются молоты разных типов: паровоздушные, приводные пневматические и механические (рессорные и фрикционные с доской и ремнем. Также для работ используются прессы: механические ковочные, штамповочнокалибровочные, чеканочные, обрезные, фрикционные, а также горизонтально-ковочные машины, автоматы и полуавтоматы, ковочные вальцы.

Важно также, чтобы студенты использовали при описании оборудования иллюстративный материал и различные технологические схемы, которые позволят их самим более наглядно представить особенности выбранной отрасли промышленности.

24

После проделанной работы с литературными источниками студент более конкретно определяется с топливоиспользующей установкой, и на основании своих знаний, полученных на лекционных и практических занятиях, начинает собирать комплексную схему по использованию теплоты продуктов сгорания.

В данном примере рассмотрена нагревательная печь, за которой устанавливается рекуператор охлаждающий продукты сгорания с 922,15ºС до 392ºС и контактный экономайзер, который с 347 ºС охлаждает продукты сгорания до 140ºС (рис. 11).

Рис. 11. Схема комплексного использования теплоты в кузнечно-термическом цехе

Далее приводится пример возможных расчетов в соответствии с ранее выбранным методом теплотехнических расчетов:

Характеристики природного газа

Источник газа – Ямбургское месторождение.

Состав газа:

СН4 – 98,6%

С2Н6 - 0,1% С3Н8 - ----% С4Н10 - ----% С5Н12 - ----%

N2 - 1,2% СО2 - 0,1%

Плотность газа ρ – 0,725 кг/м3 Низшая теплота сгорания по таблице35360 кДж/м3

Определение объемов воздуха, расходуемого на горение, и образующихся продуктов сгорания.

Суммарный расход кислорода, необходимый для полного сгорания 1 м3 природного газа Vo0, подсчитывают по формуле (6.3) [2], м3:

Vо20=0,01 (2CH4+3,5C2H6+5 C3H8+6,5C4H10+8 C5H12)=

= 0,01(2*98,6+3,5*0,1)=0,2007 м3

где CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12 – содержание в природном газе метана, этана, пропана, бутана, и пентана в процентах по объему.

С учетом коэффициента избытка воздуха:

Vо2= * Vо20= 1,1*0,2007=0,221 м3

Vо2 изб.=( - 1) *Vо20=0,1*0,2007=0,02007 м3

Объем воздуха составит

VВ= 4,76* Vо2= 4,76*0,221=1,052 м3

Объем водяного пара считают по формуле (без учета влаги содержащейся в воздухе и га-

зе) (6.7) [2]:

25

Vн2о=0,01 (2CH4+3 C2H6+4 C3H8+5 C4H10+6 C5H12)=

=0,01(2*98,6+3*0,1)=0,2002 м3

Объем двуокиси углерода рассчитывается по формуле (6.6) [2]:

VСО2=0,01 (2CО2 + CH4 + 2 C2H6+3 C3H8+4 C4H10+5 C5H12)=

=0,01 (0,1+98,6+2*0,1)=0,101м3

Объем азота в продуктах сгорания рассчитывается по формуле (6.8) [2]: VN2=3,76 Vо2 + 0,01 N2= 3,76*0,221 + 0,01*1,2=1,01 м3

Объем сухих продуктов сгорания рассчитывается по формуле

Vс.г.= VСО2 + Vо2 изб. + VN2=0,101+0,02007+1,01=1,131

Суммарный объем продуктов сгорания равен:

VΣ= Vн2о+ Vс.г.=1,131+0,2002=1,331

Состав сухих продуктов сгорания в процентах по объему составит соответственно

CО2= VСО2/ Vс.г.*100=(0,101/1,131)*100=8,93% О2= (0,02007/1,131)*100=1,77%

N2= (0, 01/1,131)*100=89,302%

Исходя из состава продуктов сгорания, для дальнейших расчетов, корректируем и принимаем коэффициент избытка воздуха =1,29 (таблица 6.2 [2]).

Расчет схемы комплексного использования теплоты в кузнечно-термическом цехе

Произведем расчет потерь теплоты по формуле (6.18) [2] q2печь= 0,01*z1* (tух.г.печь- 0,85*tвозд),

где z1 – коэффициент, зависящий от температуры продуктов сгорания и степени их разбавления избыточным воздухом, т.е. содержания в сухих продуктах полного сгорания CО2, а в продуктах неполного сгорания суммы (CО2+ CО+ CH4), табл.6.1 [2];

tух.г.печь – температура уходящих из печи продуктов сгорания топлива, оС; tвозд – температура окружающего воздуха, 20 оС.

q2печь=0,01*5,7*(1000-0,85*20)= 56,031%

Коэффициент использования топлива (КИТ) в данной работе определяем без учета

теплоты вследствие неполноты сгорания q3.

КИТпечь=100 - q2печь=100 – 56,031= 43,97%

Так как уходящие газы не уходят в окружающую среду, q2печь на выходе из печи рас-

считывается, без учета температуры воздуха, по формуле: q2печь= 0,01*z* tух.г.печь,

q2печь= 0,01*5,7* 1000=57 % КИТпечь=100 - q2печь=100-57=43%.

По пути выходящих газов из печи в рекуператор, температура меняется, и рассчиты-

вается по формуле:

tII'=( tI''*z1/z2 – Δt*L),

где tII' – температура продуктов сгорания на входе в рассчитываемую степень, оС;

tI'' – температура продуктов сгорания на выходе из предшествующей ступени, оС;

z1 - коэффициент, соответствующий выходным параметрам продуктов сгорания и степени их разбавления избыточным воздухом из предшествующей ступени, табл.6.1 [2];

z2 - коэффициент, соответствующий входным параметрам продуктов сгорания и степени их разбавления избыточным воздухом в последующую ступень, табл.6.1 [2];

Δt – падение температуры на один погонный метр, оС. Для целей данной работы принимаем 2 оС;

В результате прохождения продуктов сгорании по газоходу происходит их разбавление избыточным воздухом за счет подсоса. Вследствие чего изменяется коэффициент избытка воздуха . Для целей данной работы принимаем на один метр газохода =+0,01. Длина газохода принимается равной 10 м. Следовательно, на входе в рекуператор =1,39.

26

Исходя из =1,39 по таблице 6.18 [2] состав продуктов сгорания будет следующим:

CО2 = 8,2%, О2 = 6,4%, N2 = 85,4%.

tII'=( 1000*(5,7/6,05) – 2*10) = 922,15 оС.

Температура на выходе из рекуператора ОПТТМ принимается равной 392 оС., коэффициент избытка воздуха увеличивается на 0,2 и составляет 1,49. Следовательно, состав

продуктов сгорания будет следующим: CО2 = 7,6%, О2 = 7,5%, N2 = 84,9%. q2рек= 0,01*z* tух.г.рек,

q2рек= 0,01*6,05* 392,15=23,73 % КИТрек+печь=100 - q2рек=100-23,73=76,27 %. КИТрек= КИТрек+печь - КИТпечь = 76,27 – 43= 33,27 %

Для дальнейшей утилизации теплоты уходящих газов предлагается использовать контактный экономайзер.

В результате прохождения продуктов сгорании по газоходу происходит их разбавление избыточным воздухом за счет подсоса. Вследствие чего изменяется коэффициент из-

Длина газохода принимается равной 10 м. Следовательно, на входе в утилизатор =1,59. Следовательно, состав продуктов сгорания будет следующим: CО2 = 7,0%, О2 = 8,5%, N2 = 84,5%.

Температура на входе в утилизатор составит:

tII'=( 392,15*(6,05/6,45) – 2*10) = 347,8 оС.

Температура на выходе из контактного экономайзер принимается равной 140 оС., коэффициент избытка воздуха увеличивается на 0,1 и составляет 1,69. Следовательно, состав продуктов сгорания будет следующим: CО2 = 6,7%, О2 = 9,1%, N2 = 84,2%.

Далее произведем расчет потерь теплоты на выходе из утилизатора по формуле (6.18) [2], как для последней ступени:

q2ут= 0,01*z1* (tух.г.ут- 0,85*tвозд)=0,01*6,5*(140-0,85*20)=8,0 % КИТрек+печь+ут =100 - q2ут =100-8,0=92 %

КИТут= КИТрек+печь+ут - КИТрек+печь = 92 – 76,27 =15,73 % КИТпечь + КИТрек+печь + КИТрек+печь+ут + q2ут =

=43+33,27+15,73+8=100 %

Определение достигаемой экономии газа

Аналитически определить достигаемую экономию газа при использовании рекуператора

можно по формуле (3.1) [1]:

Э = q2печь*R/ КИТпечь + q2печь*R,

где R – степень рекуперации или доля располагаемой теплоты, отводимой из печи уходящих газов, возвращенных в печь с нагретым воздухом.

Э =57*0,57/43+57*0,57=33,25%

Итак, достигаемая экономия 33,3 % сжигаемого газа, а теплота нагретого в рекуператоре воздуха, подаваемого на горелки, соответствует лишь 27% теплоты сжигаемого в печи топлива.

Количество воды, подогреваемое контактным способом W, рассчитывается по формуле:

рек - q2ут)/(tк – tн),

где В – расход газа, 40 м3/ч;

tк – температура нагретой воды на выходе из экономайзера, оС; tн – температура воды на входе в экономайзер, оС.

W = 95*40*( 23,73 - 8,0)/(55– 5)=1195,48 т/ч

27

Если рассматриваются возобновляемые источники энергии, то при необходимости, могут быть рассмотрены два и более источника, например комбинация ветроэнергетики с солнечной или солнечной энергетики с тепловыми насосами.

Далее происходит сбор материала по тематике и составляется подробное описание данного источника (5-10 стр.).

Важным моментом также является поиск исходных данных, максимально приближенным к реальным, например, в проекте может быть рассмотрено горячее водоснабжение коттеджа с предварительно рассчитанной тепловой нагрузкой для этих нужд.

Для выбора оборудования рекомендуется использование актуальных каталогов продукции различных компаний, таких как rucelf, viessmann и т.д. В пояснительную часть также выносятся характеристики оборудования, взятые из технических паспортов.

После сбора данной информации начинается расчет данной установки и по окончанию расчета обязательно стоит отметить – может ли данное сооружение считаться автономным, и, если нет, то какой альтернативный традиционный источник может быть применен в данных условиях.

Помимо пояснительной записки студенты выполняют чертеж на формате А1, на который выносятся схемы, планы и разрезы рассматриваемого объекта с размещением основного и вспомогательного оборудования, а также иные виды, схемы, которые необходимо для полного раскрытия рассматриваемой тематики.

28

Литература

1.Энергосбережение и охрана воздушного бассейна при использовании природного газа : учеб. пособие для студентов по направлениям "Стр-во" (5501) и "Теплоэнергетика" (5509) / Б. В. Шанин, Е. Е. Новгородский, В. А. Широков, А. Ф. Пужайло ; М-во общ. и проф. образования Рос. Федерации, Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 1998. – 356 с. : ил.

2.Шанин, Б. В. Справочник оператора газовых установок / Б. В. Шанин. – Горький : Волго-Вят. кн. изд-во, 1986 – 302 с. : ил.

3.Иссерлин, А. С. Основы сжигания газового топлива : справ. пособие / А. С. Иссерлин. – 2-е издание. – Ленинград : Недра, Ленингр. отд-ние, 1987. – 335 с. : ил.

4.Новгородский, Е. Е. Повышение эффективности использования природного газа в промышленности / Е. Е. Новгородский // Материалы международного семинара «Повышение эффективности использования газа в промышленности». – Москва,

1987.

5.Равич, М. Б. Газ и эффективность его использования в народном хозяйстве / М. Б. Равич. – Москва : Недра,1987. – 237 с. : ил.

6.Тебеньков, Б. П. Рекуператоры для промышленных печей / Б. П. Тебеньков. – 4-е изд., испр. и доп. – Москва : Металлургия, 1975. – 294 с. : черт.

7.Сезоненко, Б. Д. Рекуператоры для промышленных печей / Б. Д. Сезоненко. – Москва : ВНИИЭгазпром, 1985. – 41 с. : ил. – (Газовая промышленность : обзор. информ. / ВНИИ экономики, организации пр-ва и техн.-экон. информ. в газовой пром-сти. Сер. "Использование газа в народном хозяйстве" ; Вып. 5).

8.Новгородский, Е. Е. Комплексное использование тепла при производстве цинковых белил / Е. Е. Новгородский, В. А. Широков // Экономия материальных и энергетических ресурсов в системах отопления и вентиляции : межвуз. сб. / Рост. инженер.- строит. ин-т. – Ростов-на-Дону, 1985.

9.Шанин, Б. В. Эффективность использования газа в промышленности и защита воздушного бассейна / Б. В. Шанин. – Горький : Волго-Вят. кн. изд-во, 1979. – 223 с. : ил.

10.Друскин, Л. И. Эффективное использование природного газа в промышленных установках : справ. пособие / Л. И. Друскин. – Москва : Энергоатомиздат, 1992. – 175 с. : ил.

11.Сигал, И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива / И. Я. Сигал. – Ленинград : Недра, Ленингр. отд-ние, 1977. – 294 с. : ил.

12.Об энергосбережении [Электронный ресурс] : федер. закон Рос. Федерации от 03.04.96 № 28 [ред. от 30.12.2008]. – Режим доступа : КонсультантПлюс. Законодательство. ВерсияПроф. Утратил силу в связи с принятием нижеслед. закона

13.Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации [Электронный ресурс] : федер. закон Рос. Федерации от 23.11.2009 N 261-ФЗ [ред. от 03.07.2016]. – Режим доступа : КонсультантПлюс. Законодательство. ВерсияПроф.

14.Комолов, Д. А. Энергоэффективность / Д. А. Комолов // Экономика и ТЭК сегодня.

– 2008. – № 11. – С. 35-45.

29

15.Об утверждении государственной программы "Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года" [Электронный ресурс] : распоряжение Правительства Рос. Федерации от 27.12.2010 N 2446-р [ред. от 16.02.2013]. – Режим доступа : КонсультантПлюс. Законодательство. ВерсияПроф.

16.Ляшков, В. И. Тепловые двигатели и нагнетатели : учеб. пособие для студентов, обучающихся по специальности 140106 "Энергообеспечение предприятий" / В. И. Ляшков ; Тамб. гос. техн. ун-т. – Тамбов : Изд-во ТГТУ, 2009. – 23 с. : ил.

17.Альтернативная энергетика [Электронный ресурс] : [сайт]. – Режим доступа : http://www.vikertherm.ru/.

18.Аронов, И. З. Контактные газовые экономайзеры / И. З. Аронов. – Киев : Техника,

1964. – 176 с.

19.Баскаков, А. П. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии : учеб. пособие : в 2 ч. / А. П. Баскаков. – Екатеринбург : УГТУ-УПИ , 2008. – 95 с. : ил.

20.Вальехо, М. Энергосберегающие технологии и альтернативная энергия : учеб. пособие / М. Вальехо. – Москва : РУДН, 2008. – 204 с.

21.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения / Г. М. Климов. – Нижний Новгород :

ННГАСУ, 2012. – 48 с. : ил.

22.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения: вторичные энергетические ресурсы / Г. М. Климов. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2012. – 38 с. : ил.

23.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения: использование с применением тепловых насосов / Г. М. Климов, Е. Н. Цой, М. Г. Климов. – Нижний Новгород : ННГАСУ,

2013. – 50 с. : ил.

24.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения (свалочный биогаз, экологические проблемы использования) / Г. М. Климов. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2013. – 52 с.

25.Прохоров, С. Г. Утилизация вторичных энергоресурсов в котельных установках : учеб. пособие / С. Г. Прохоров. – Пенза : Пенз. инженер.- строит. ин.-т, 1989. – 56 с.

26.Соколов, М. М. Возобновляемые источники энергии [Электронный ресурс]: учебн. пособие / М. М. Соколов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 99 с.