nov_energolekcii12

В таблице 7.3 приведены для нормальных условий плотности наиболее вероятных компонентов и примерный массовый состав биогаза:

Таблица 7.3.

Биогаз наравне с природным газом используется как топливо с теплотворной способностью 5000

-6000 ккал/м3.

Вобщем случае биомасса представляет собой весьма широкий класс энергоресурсов и

включает древесину, отходы промышленные (лесной и деревообрабатывающей промышленности), сельскохозяйственные и бытовые. Энергетическое использование биомассы возможно через сжигание, газификацию и пиролиз, биохимическую переработку с получением спиртов или биогаза. Каждый из этих процессов имеет свою область применения и назначение. С другой стороны, использование древесины от возобновляемых плантаций является примером получения энергии от органического сырья с суммарными нулевыми выбросами диоксида углерода. Примеров промышленного энергетического использования биомассы в мире достаточно много. Это и производство этилового спирта из отходов сахарного тростника в Бразилии, и электростанции, сжигающие отходы кукурузы в США, и широко распространенные мусоросжигающие заводы, и биогазовые установки, использующие навоз и другие сельскохозяйственные отходы.

Пример

Близ датского города Виборг в поселке Форуп находились четыре старые мусорные свалки ТБО, -в каждой около 30 тыс. т отходов. Местные жители решили создать здесь биогазовую станцию, которая могла бы работать на свалочном газе. Вместо традиционного давнего способа - бурение отверстий в грунте - были использованы дюймовые перфорированные трубы, вертикально погруженные в грунт на глубину 5-6 м. Потом их соединили с основными трубами, положенными на поверхности грунта. Таким образом было обеспечено собирание свалочного газа с максимально активной поверхности залежей бывшей свалки. Эта трубная система была соединена с топливной системой газово-поршневого

двигателя мощностью 110 квт. Общая производительность такой биогазовой станции составляла около 60 тыс. кВтч/ год. Собственниками этой биогазовой компании являются 25 семей. Работа станции контролируется всего одним домашним компьютером. Для работы двигателя расходуется 8-10 м3/ч газа. Причем эффективность работы двигателя ограничивается не количеством газа, который подается, а мощностью работающего двигателя. В свалочном газе содержится до 50% метана. В его составе содержится СО2 и оксиды серы. Поскольку содержимое метана в свалочном газе постоянно изменяется, его приходится регулировать, используя так называемые колодцы, расположенные вдоль всего трубопровода. Состав метана контролирует техник-надсмотрщик, используя газоанализатор. Техник делает замеры в трубных колодцах и на участках, там где содержимое метана уменьшается ниже необходимой нормы, перекрывает соответствующий вентиль подачи газа. Создание биогазовой станции финансировалось датским правительством. Это был экспериментальный участок, на примере которого демонстрировалась возможность использования свалочного газа, чтобы вырабатывать электроэнергию для небольших поселений.

Рис.7.2. Размещение перфорированных труб для сбора богаза на свалке ТБО.

Эксперимент прошел удачно. Теперь для работы биогазовой станции не нужно дополнительных субсидий, и вырабатывать электроэнергию можно уже на коммерческой основе. Стоит задача передать полученный опыт другим заинтересованным жителям, чьи дома находятся на небольшом расстоянии от мест бывших свалок. Через 11-12 лет после закрытия свалки можно собирать от 4 до 6 м3/ч свалочного газа. Технология использования свалочного газа довольно простая и дешевая. Она еще раз доказывает широкие возможности повторного использования отходов с целью сохранения первичных энергоресурсов, запасы которых чрезвычайно быстро уменьшаются.

2. Анализ режимов работы компрессорного оборудования, системы разводки и потребления сжатых газов

Сжатие воздуха осуществляется в различного типа воздуходувках, поршневых, центробежных и винтовых компрессорах.

Упрощенное изображение процесса сжатия воздуха в трехступенчатом компрессоре без вредного объема с промежуточным охлаждением приведен на рис.8.1

Р

Р2

L2

Р1

L1

Рo

V

Рис.8.1 Термодинамическое диаграмма процесса сжатия воздуха в трехступенчатом компрессоре без вредного объема с промежуточным охлаждением.

Обозначения: P0; P1; P2; P3 – давления всасывания -нагнетания соответственно 1-3 ступеней компрессора . Vвс1- Vвс3 – объемы всасывания соответственно 1-3 ступеней компрессора. L2 ;L2 ;L2- работа сжатия соответственно 1-3 ступеней компрессора. Lпр.охл -уменьшение работы сжатия компрессора при применении промежуточного охлаждения после 1 и 2 ступени сжатия.

Работа сжатия по адиабате 1 кг воздуха с начальными параметрами (давление- Ро, температура- То оК) до давления Р в машинах непрерывного действия выражается зависимостью Lтех=(k/(k-1))RT0 ((P/Po) (k- 1)/k -1), (R-газовая постоянная воздуха, k – показатель адиабаты)

Зависимость работы сжатия 1кг воздуха от начального давления 1 ата с температурой 273 оК до конечного давления Р ати приведена на рис. 8.2.

На рис. 8.3 приведена принципиальная схема системы выработки сжатого воздуха.

3 4 5 6 8

воздушный ресивер; 6 -воздухоосушитель (необязательно); 7 - распределительная сеть; 8 - потребители сжатого воздуха.

Для систем распределения воздуха, проложенных снаружи помещений и работающих в зимних условиях, очень важным для энергосбережения является применение системы осушки воздуха с помощью силикогелевых или циолитовых поглотителей. На их регенерацию расходуется до 10% производимого сжатого воздуха, предварительно зачастую нагреваемого электрическими нагревателями. В нефтехимии для регенерации осушителей воздуха применяется воздух с давлением 0,2-0,3 ати (давление определяется гидравлическим сопротивлением фильтров), сжимаемый ротационными воздуходувками и подогреваемый газовой горелкой, устанавливаемой в потоке воздуха. Это позволяет достичь значительной экономии электроэнергии на регенерацию осушителей.

Влагоотделитель может устанавливаться после ресивера.

Сжатие воздуха - неэффективный процесс. Оптимальный процесс сжатия происходит, если сжатие осуществляется в компрессоре при постоянной температуре (изотермическое сжатие). Около 90% потребляемой мощности теряется в виде отводимой теплоты. Несовершенная конструкция и недостатки системы (особенно утечки воздуха), понижают эффективность еще на 30%.

Сжатый воздух широко применяется на предприятиях для системы пневмоприводов, продувки различных фильтров и других устройств. Для получения сжатого воздуха чаще всего применяются компрессоры с электроприводом. На промышленных предприятиях широко применяются поршневые, винтовые и ротационные компрессоры.

Потери энергии в системе производства, транспортировки и распределения сжатого воздуха могут быть следующими:

-Износ компрессорного оборудования. (Износ поршневых колец приводит к увеличению утечек воздуха при сжатии и уменьшению производительности компрессора).

-Отсутствие системы охлаждения воздуха, подаваемого в компрессор в жаркий период, т.к. с ростом

температуры на входе в компрессор раз расширяется и уменьшается его массовая производительность. Увеличение температуры всасываемого воздуха на 40С увеличивает расход энергии на 1%. -Неэффективная работа промежуточных охладителей воздуха в многоступенчатых компрессорах и

охлаждения рабочих цилиндров (отложение накипи) приводит к увеличению затрат энергии Lпр.охл на сжатие (рис.8.1).

- Поддержание давления в системе больше технически необходимой величины приводит к перерасходу энергии на сжатие, необходимой по условиям работы потребителя. (рис. 8.2)

L 1 / L 2 = ( 1 (n-1)/n -1) /( 2 ( n-1)/n - 1).

где: n - показатель политропы сжатия в компрессоре,

1, 2 - степень повышения давления в компрессоре для первого и во второго режимов эксплуатации.

-Подача из одной воздушной системы о воздуха к потребителям с различным входным давлением. При этом часть энергии теряется на регулирующем дроссельном устройстве, аналогично потерям энергии насосов при обеспечении потебителей с разным давлением на входе , рис. 6.1. ( На предприятиях металлургической отрасли наблюдались примеры, когда воздух с давлением Р=1,3 ати, используемый для продувки конвертеров и в печах с кипящим слоем, применялся для дутья в атмосферных газовых горелках. С учетом различия затрат энергии на сжатие перерасход мощности был в 50-60 раз больше, чем необходимо для работы горелок , рис.8.2).

-Несоответствие номинальной производительности работающих компрессора потребности производства в сжатом воздухе (при завышении производительности компрессора увеличивается время работы на холостом ходу, со сбросом избытков сжатого воздуха через предохранительный клапан, - а это потери).

-Отсутствие автоматизированной системы управления компрессорами, позволяющей

включением/отключением, оборотами, заслонкой (у винтовых компрессоров) регулировать производительность компрессора. При избытке производительности компрессора воздух стравливается через предохранительные устройства в атмосферу.

- Утечки в системе и у потребителя (см. табл.8.1).

Пример: При устранении одной постоянной (365 дней, 24 часа в день) утечки диаметром 5 мм при давлении 0,8 МПа, можно экономить:

13 kW * 365 * 24 =114000 кВт час. Расчет выполнен для одноступенчатого сжатия.

- Плохая работа системы осушки сжатого воздуха при низких наружных температурах (угрожающая замерзанием конденсата в трубопроводах). В зимний период для предотвращения перемерзания воздухопроводов при плохой работе системы осушки воздуха открываются спускники для постоянного сброса конденсата воды из воздуха в охлаждаемых трубопроводах. Потери достигают 70% и более!

Таблица 8.2. Влияние диаметра отверстия и давления в системе сжатого воздуха на потери воздуха и мощности компрессора.

Для оценки расхода воздуха работающим пневмоинструментом в табл. 8.3 приведено потребление воздуха различными инструментами.

Таблица 8.3. Потребление воздуха различными пневмоинструментами

Велики потери давления воздуха по длине пневмосистемы. При импульсном потреблении больших количеств воздуха (продувка фильтров, работающие пневмомоты и т.п.) оно сказывается на увеличении гидравлических потерь давления в магистрали. Потери давления пропорциональны расходу воздуха во второй степени. С целью уменьшения влияния такого эффекта целесообразно вблизи импульсного потребителя устанавливать ресиверы (аккумуляторы) сжатого воздуха. Это позволит снизить поддержание избыточного максимального давления на входе в пневмосистему и соответственно энергопотребление компрессорами.

Подогрев сжатого воздуха перед пневматическими машинами объемного действия от температуры Т1 оК до температуры Т2 оК снижает его массовый расход и затраты мощности Nк компрессорами. ( N1к/N2к=T2/T1). Поэтому перед пневматическими молотами нежелательно охлаждение сжатого воздуха, желателен даже подогрев.

Диаметры воздухопроводов и переходников должны соответствовать расходу (табл.8.4 и 8.5).

Таблица 8.4. Рекомендуемые диаметры воздухопроводов

Таблица 8.5. Рекомендуемые диаметры труб и переходников для присоединения пневмоинструмента

Распространенные способы экономии энергии при эксплуатации компрессоров:

-Уменьшать потребление и утечки, отключая незадействованные в работе инструменты и оборудование.

-Автоматически регулировать подачу сжатого воздуха в систему (сигнал на управление по скорости изменения давления и давлению в системе).

-Система разводки воздуха к потребителям должна быть секционирована, неиспользуемые ветви должны отключаться.

-Проанализировать необходимость разделения системы сжатого воздуха при наличии в ней потребителей с сильно отличающимся давлением. Уменьшение давления на 0,2 МПа позволяет снизить на 15% энергопотребление компрессора (рис.8.2.) . Необходимо избегать увеличения рабочего давления в системе свыше 0,5 МПа.

-Попытаться использовать низкопотенциальную теплоту системы охлаждения компрессоров для бытовых и других нужд.

-Правильно подбирать комплектацию компрессорного оборудования, позволяющую регулировать дискретно (количеством включенных компрессоров ) и плавно (оборотами при ЧРП и заслонкой у винтовых компрессоров) производство сжатого воздуха в широком диапазоне производительности. Применять автоматическое управление очередностью включения компрессоров в зависимости от

изменения постоянной времени переходных процессов изменения давления в системе (в зависимости от расхода в системе и производительности компрессоров).

-Рассмотреть возможность замены морально устаревших компрессоров. Современные компрессоры на холостом ходу потребляют до 30% от номинальной мощности, старые - до 90%.

-Рассмотреть целесообразность замены воздуха у потребителя другим энергоносителем.

-Шире применять современные с низким уровнем шума автоматизированные блочные компрессорные станции, обслуживающие группы воздухопотребляющего оборудования, и отключаемые при отсутствии потребности в сжатом воздухе. При этом исчезает потребность в наружных воздуховодах и проблемы с их эксплуатацией в зимний период. Рассмотреть возможность применения автономных компрессоров, сблокированных с потребителем сжатого воздуха. При отключении потребителя отключается компрессор. Это позволяет лучше адаптировать работу компрессорного оборудования к колебаниям производственной нагрузки и избежать потерь сжатого воздуха в магистральных трубопроводах.

3. Энергосбережение в криогенной и холодильной технологии.

Энергосбережение при эксплуатации холодильного оборудования.

Холодильное оборудование широко применяется на производстве, особенно в пищевой промышленности для обеспечения условий хранения сырья и скоропортящихся продуктов, в технологии химического производства и системах кондиционирования (в режиме работы холодильного термодинамического цикла и цикла теплового насоса.). На рис. 9.1. приведено изображение в Т- S координатах классического обратного (холодильного) термодинамического цикла Карно (рис.9.1а), справа (рис.9. б) –цикл парокомпрессионной холодильной установки с дросселированием. Т1, Т2 - соответственно температуры отвода и подвода теплоты в цикле Карно, Т1 ср, Т2 ср соответственно средние температуры отвода и подвода теплоты в паро-компрессионном холодильном цикле. В холодильном цикле полезной является теплота q2 , подведенная в цикле от охлаждаемого объекта, затраченной – работа цикла L , отражаемые в Т- S координатах соответствующими площадями (рис.1а ,б) . Если полезной в цикле является отводимая теплота q2, используемая для обогрева какого-либо объекта, то используемая таким образом холодильная установка называется тепловым насосом. Эффективность холодильного цикла характеризуется холодильным коэффициентом =q2/ L =Т2/(Т1-Т2), в режиме теплового насоса – коэффициентом эффективности теплового насоса k= q1/ L=( q1+ L)/ L=1+ . Степень совершенства реального холодильного цикла характеризуется /К (эффективность Карно,- отношение холодильного коэффициента реального цикла к холодильному коэффициенту К цикла Карно при одинаковых температурах подвода и отвода теплоты, температурах в испарителе и

Рис.9.2. Схема простейшей одноступенчатой парокомпрессионной холодильной установки. Обозначения:

1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 - дроссельный вентиль; 4 - испаритель; 5 - насос или вентилятор для охлаждения конденсатора; 6 - насос или вентилятор на холодной стороне.

Необходимо помнить, что каждый киловатт теплоты каким-либо образом вносимой в холодильную камеру требует дополнительно 1/ кВт мощности на привод холодильной установки (рис.

9.3-9.4), где:

= Q2 / L - холодильный коэффициент системы получения холода. Для известного цикла Карно

= Т 2 /( Т1 –Т2)

Здесь: Q2 - холодопроизводительность холодильной установки; L - мощность, затрачиваемая на привод

системы; Т2 - температура в холодильной камере; Т1 - температура среды, в которую отводится теплота от холодильной установки; В действительности значение оказывается ниже вследствие необратимости термодинамических

процессов (перепады температур в теплообменных устройствах, их загрязнениях и другие причины).

Основные причины потерь энергии в системе производства и использования холода:

-Потери при передаче холода вследствие низкого качества теплоизоляции труб (рис.9.5).

-Потери от инфильтрации воздуха в холодильную камеру (плохое уплотнение, открытая камера при загрузке - выгрузке охлаждаемых материалов (рис.9.6 ).

-Потери от дополнительных источников тепловыделений в охлаждаемом объеме (от не выключаемого освещения, от работы вентиляторов системы рециркуляции воздуха, - потери на трение в вентиляционной системе).

-Плохая работа системы охлаждения конденсаторов.

-Потери от плохой изоляции камеры холода.

-Загрузка предварительно не охлажденных продуктов.

Основные технические приемы экономии энергии:

-Осуществлять предварительное охлаждение хранимых продуктов без охлаждающих приборов.

-Улучшить теплоизоляцию системы.

-Стремиться сокращать температурный перепад системы «холодильная камера - окружающая среда». Каждый градус снижения этой величины дает экономию энергопотребления системы на 2-5%. Необходимо улучшать процессы передачи теплоты в испарителе и конденсаторе для уменьшения перепада температур вблизи поверхностей теплообмена. Увеличение этого температурного перепада эквивалентно увеличению температурного перепада системы «холодильная камера - окружающая среда».

-Совершенствование размораживания охлажденных продуктов, применяя регенерацию их холодосодержания.

-Сокращать время открытия двери холодильной камеры при погрузо-разгрузочных работах, секционировать холодильные камеры, использовать тамбуры и ширмы.

-Применять автоматическую систему поддержания заданного температурного уровня в холодильной камере.

-Устранить внутренние эксплуатационные источники тепловыделений внутри холодильной камеры.

-Не следует в одном хранилище хранить продукты с разными требованиями по температуре хранения.

-Рекомендуется разделять этапы технологического процесса охлаждения так, чтобы

охлаждение происходило вначале в холодильной установке с более высокой температурой в испарителе, а затем продолжилось во второй холодильной установке с более низкой температурой в испарителе. Не организовывать глубокое охлаждение на одной и той же холодильной установке.

Пример: В морозильной камере объемом 8000 м3 на восполнение потерь холода теряется электроэнергии:

-на освещение, охлаждение работающих людей, через двери - 7% -на вентиляцию -11% -на передачу тела снаружи через стены камеры - 30% -на просушивание - 7%

-на охлаждение поступающих продуктов - 7%.

-Проверить интенсивность теплообмена в испарителе и конденсаторе и устранить все мешающие теплообмену помехи, в том числе загрязнения поверхностей теплообменников, используемых в системе.

-Внедрять электронные системы управления, оптимизирующие процессы управления компрессорами.

Эффективность аммиачных холодильны машин с поршневыми компрессорами в зависимости от температурыконденсатора Т1 и испарителя Т2

Рис.9.3

Холодильный коэффициент аммиачной поршневой холодильной установки

T (оC)

2

Рис. 9.4. Обозначения: Qхол - холодопроизводительность холодильной установки кВт; То - температура в испарителе; Тс - температура в конденсаторе; LКОМ - мощность электродвигателя кВт; ХОЛ - холодильный коэффициент (Q ХОЛ / LКОМ); / К - эффективность Карно, отношение холодильного коэффициента цикла холодильной установки к холодильному коэффициенту цикла Карно.