ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ ПЛОЩАДКИ ООО «МАКФА» П.РОЩИНО С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПРЕДПРИЯТИЯ
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБОСНОВАНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 9
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 11
3 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ЗАРУБЕЖНОГО ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 13
4 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ 17
4.1 Поверочный расчёт парового жаротрубно-дымогарного котла 17
4.1.1 Исходные данные 17
4.1.2 Расчет объемов продуктов сгорания топлива 18
4.1.3 Расчет энтальпий продуктов сгорания газа и воздуха 20
4.1.4 Тепловой баланс котла 21
4.1.5 Расчет топочной камеры 23
4.1.6 Расчет поворотной камеры 28
4.1.7 Расчет дымогарных труб второго хода дымовых газов 30
4.1.8 Расчет дымогарных труб третьего хода дымовых газов 33
4.1.9 Составление поверочного теплового баланса 33
4.1.10 Сводная таблица расчета котла 34
4.2 Расчёт теплообменных аппаратов 40
5 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ: АНАЛИЗ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ КОТЕЛЬНОЙ 42
5.1 Основные принципы анализа 42
5.2 Эксергетический метод расчёта КПД 43
6 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 52
6.1 Энергосбережение в России 52
6.2 Энергосбережение на производственной площадке ООО «Макфа» 54
7 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 57
7.1 Расчет выбросов окислов азота 57
7.2 Поверочный расчет дымовой трубы 58
8 КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И АВТОМАТИКА 61
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 65
10 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ 72
10.1 Капитальные затраты на установку теплообменного аппарата 72
10.2 Текущие затраты на эксплуатацию до модернизации котельной 72
10.3 Текущие затраты на эксплуатацию котельной после модернизации ....74
10.4 Оценка срока окупаемости модернизации ЦТП 76
10.5 Модель ранжирования проблем при эксплуатации ЦТП до
модернизации 77
10.6 Модель причинно-следственной диаграммы 77
Рисунок 10.2 - Модель причинно-следственной диаграммы 78
10.7 Модель SWOT - анализа вариантов технических решений 78
10.8 Модель дерева целей повышения энергетический эффективности 79
10.9 Модель поля сил реализации проекта по установке насоса на ЦТ 81
10.10 Модель ленточного графика мероприятий по разработке и
реализации проекта по установке горизонтального насоса на ЦТП 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 85
ПРИЛОЖЕНИЯ 89
ПРИЛОЖЕНИЕ А 89
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 90
ПРИЛОЖЕНИЕ В 91
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБОСНОВАНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 9
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 11
3 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ЗАРУБЕЖНОГО ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 13
4 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ 17
4.1 Поверочный расчёт парового жаротрубно-дымогарного котла 17
4.1.1 Исходные данные 17
4.1.2 Расчет объемов продуктов сгорания топлива 18
4.1.3 Расчет энтальпий продуктов сгорания газа и воздуха 20
4.1.4 Тепловой баланс котла 21
4.1.5 Расчет топочной камеры 23
4.1.6 Расчет поворотной камеры 28
4.1.7 Расчет дымогарных труб второго хода дымовых газов 30
4.1.8 Расчет дымогарных труб третьего хода дымовых газов 33
4.1.9 Составление поверочного теплового баланса 33
4.1.10 Сводная таблица расчета котла 34
4.2 Расчёт теплообменных аппаратов 40
5 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ: АНАЛИЗ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ КОТЕЛЬНОЙ 42
5.1 Основные принципы анализа 42
5.2 Эксергетический метод расчёта КПД 43
6 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 52
6.1 Энергосбережение в России 52
6.2 Энергосбережение на производственной площадке ООО «Макфа» 54
7 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 57
7.1 Расчет выбросов окислов азота 57
7.2 Поверочный расчет дымовой трубы 58
8 КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И АВТОМАТИКА 61
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 65
10 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ 72
10.1 Капитальные затраты на установку теплообменного аппарата 72
10.2 Текущие затраты на эксплуатацию до модернизации котельной 72
10.3 Текущие затраты на эксплуатацию котельной после модернизации ....74
10.4 Оценка срока окупаемости модернизации ЦТП 76
10.5 Модель ранжирования проблем при эксплуатации ЦТП до
модернизации 77
10.6 Модель причинно-следственной диаграммы 77
Рисунок 10.2 - Модель причинно-следственной диаграммы 78
10.7 Модель SWOT - анализа вариантов технических решений 78
10.8 Модель дерева целей повышения энергетический эффективности 79
10.9 Модель поля сил реализации проекта по установке насоса на ЦТ 81
10.10 Модель ленточного графика мероприятий по разработке и
реализации проекта по установке горизонтального насоса на ЦТП 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 85
ПРИЛОЖЕНИЯ 89
ПРИЛОЖЕНИЕ А 89
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 90
ПРИЛОЖЕНИЕ В 91
В условиях современной России для большинства предприятий различных отраслей экономики и социальной сферы одной из крупнейших статей расходов являются затраты на электрическую и тепловую энергию. В связи с этим возникла объективная необходимость в более рациональном использовании топливноэнергетических ресурсов тепловой и электрической энергии путем повсеместного внедрения энергоэффективных технологий, учета фактически потребляемых тепловой энергии, холодной и горячей воды, газа, электроэнергии.
По ряду экспертных оценок для российской промышленности в целом характерны расходы на энергообеспечение в размере 30-50% от собственного бюджета. При этом существенная часть таких расходов возникает в результате крайне низкой эффективности использования тепловой и электрической энергии, когда в ряде энергоемких отраслей потребление энергии на единицу выпускаемой продукции в 2-5 раз превосходит показатели экономически развитых стран. Крайне высок в стране уровень потерь электрической и тепловой энергии, достигающий во многих регионах 30% от общего объема потребления и более. Низкая эффективность использования теплоэнергетических ресурсов (далее - ТЭР) вызвана отсутствием должного приборного учета (что приводит к колоссальным потерям тепловой энергии и теплоносителя в протяженных и сильно разветвленных городских тепловых сетях), а также низкой надежностью централизованных теплоснабжающих систем.
Реформирование ЖКХ ведет к прекращению государственного дотирования энергетических предприятий и потребителей их продукции, что обусловливает необходимость приведения тарифов на энергетическую продукцию в соответствие с фактическими затратами на ее производство. В связи с этим остро встает вопрос о проведении мероприятий, позволяющих снижать затраты на производство путем энергосбережения и энергетической эффективности использования ТЭР. Этим и вызвана объективная необходимость обеспечения рационального энергоиспользования путем повсеместного внедрения энергоэффективных технологий, разработки и реализации программ энергосбережения. Однако пока не проведено обследование, любые количественные прогнозы безосновательны и недостоверны. Стоимость этих работ достаточно высока, многие ресурсоснабжающие организации и предприятия, для которых энергоаудит обязателен по закону, прежде экономили на его проведении. И это объяснимо: качественно выполнить энергетическое обследование могут только специально подготовленные,
высококвалифицированные специалисты с большим опытом работы, и дешево их работа цениться не может. “Экономная” экономика принесла свои плоды - энергоаудит проводился “для галочки”, а сама идея была дискредитирована и, по сути, имела нулевой полезный выход.
По экспертным оценкам утечка теплоносителя из сетей достигает 20% транспортируемого расхода, тепловые потери в сетях доходят до 30% отпущенной энергии. Ежегодная потребность в расходах на него колеблется в пределах 45-60% от муниципальных бюджетов. В настоящее время ситуация садекватной оценкой значимости и необходимости проведения энергетических обследований стала меняться, особенно после введения соответствующих законодательных мер и требований к энергоаудиту. Появился устойчивый спрос на энергетические обследования, и, как следствие, выросли требования к энергоаудиторам и кругу решаемых ими задач. Законодательная необходимость проведения энергоаудита Энергоаудит хозяйствующих субъектов и ресурсоснабжающих организаций в настоящее время является требованием законодательства в области энергосбережения и проводится для установления показателей эффективного использования ТЭР.
Федеральным законом от 23.11.2009 № 261-ФЗ “Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации” установлено правовое регулирование в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности в отношении организаций, осуществляющих регулируемые виды деятельности. Законодательство определяет следующие основные принципы:
- Эффективное и рациональное использование ТЭР;
- Поддержку и стимулирование энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
- Системность и комплексность проведения мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности;
- Использование ТЭР с учетом ресурсных, производственно-технологических, экологических и социальных условий.
Энергетическое обследование может проводиться в отношении продукции, технологического процесса, а также юридического лица, индивидуального предпринимателя. Основными целями энергетического обследования являются: получение объективных данных об объеме используемых ТЭР; определение показателей энергетической эффективности; определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности; разработка перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и их стоимостная оценка.
В данной выпускной квалификационной работе мной были исследованы основные недостатки энергопотребления производственной площадки ООО «Макфа». Предприятие потребляет в год более 1,5 млн. кВт электрической и более 7,25 МВт тепловой нагрузки. Для более качественного и энергоэффективного использования ресурсов был проведён эксергетический анализ котельной предприятия с вариантами возможного усовершенствования схемы получения тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение.
Термодинамические исследования и оценку энергетической эффективности процессов преобразования теплоты в работу удобно производить, пользуясь понятием эксергии. Термин «эксергия» введён З. Рантом в 1957 г. и состоит из двух частей: «ex» - внешний (лат.) и «erg» - энергия (греч.).
Эксергией называют то максимальное количество работы, которое можно получить от заданного количества теплоты или вещества, если параметры этой
теплоты или вещества привести (путём обратимых процессов) в равновесие с окружающей средой.
Получить работу можно только в неравновесной системе. Для этого требуется отличие ее параметров от параметров окружающей среды. Если не уходить очень далеко от практически важных задач, то окружающая среда - это воздух с неизменными параметрами: температурой T0, давлением р0.
Понятие эксергии E выступает как мера ценности в термодинамике. Эксергия механической или электрической энергии численно равна этой энергии, так как она может быть полностью превращена в работу: E=L. Иначе обстоит дело с внутренней энергией некоего тела. Второй закон термодинамики утверждает, что всякое тело, не находящееся в равновесии с окружающей средой, обладает определённой эксергией.
Если в системе есть только источник теплоты с температурой и окружающая среда с температурой , то единственная возможность получить максимальную работу, отобрав от источника теплоты, состоит в том, чтобы между источником теплоты и окружающей средой осуществить с помощью какого-либо рабочего тела прямой цикл Карно. При этом в работу будет превращена часть тепла, равная к.п.д. этого цикла Карно.
Видно, что эксергия теплоты тем выше, чем выше температура источника теплоты. При температуре окружающей среды эксергия теплоты равна нулю. Это обстоятельство не принимается во внимание многочисленными изобретателями предлагаемых тепловых двигателей, способных работать, по их мнению, с использованием теплоты изотермической окружающей среды.
Помимо эксергии теплоты, существуют и эксергия потока вещества, химическая и другие виды эксергии и методики их определения
Эксергетический анализ позволяет изыскивать пути повышения эффективности работы теплосиловой установки, анализируя причины потери эксергии по узлам и обосновывая рекомендации по совершенствованию циклов теплоэнергетических установок.
Однако к эксергетическому анализу необходимо относиться с определённой осторожностью, помня, что эксергия теплоты может иметь практическую ценность, равную нулю (при температуре теплоты, близкой к температуре окружающей среды). Надо одновременно оценивать и расходы, которые придётся понести, чтобы использовать эксергию теплоты. То есть следует проводить техникоэкономический (термоэкономический) анализ при рассмотрении процессов и циклов теплосиловых усттановок.
Эксергетический анализ системы отопления предприятия с помощью применения теплообменных аппаратов пароводяного и водо-водяного действия позволяет показать, что данный метод в имеющихся технических условиях более энергоэффективен, чем установка водогрейной котелньной.
По ряду экспертных оценок для российской промышленности в целом характерны расходы на энергообеспечение в размере 30-50% от собственного бюджета. При этом существенная часть таких расходов возникает в результате крайне низкой эффективности использования тепловой и электрической энергии, когда в ряде энергоемких отраслей потребление энергии на единицу выпускаемой продукции в 2-5 раз превосходит показатели экономически развитых стран. Крайне высок в стране уровень потерь электрической и тепловой энергии, достигающий во многих регионах 30% от общего объема потребления и более. Низкая эффективность использования теплоэнергетических ресурсов (далее - ТЭР) вызвана отсутствием должного приборного учета (что приводит к колоссальным потерям тепловой энергии и теплоносителя в протяженных и сильно разветвленных городских тепловых сетях), а также низкой надежностью централизованных теплоснабжающих систем.
Реформирование ЖКХ ведет к прекращению государственного дотирования энергетических предприятий и потребителей их продукции, что обусловливает необходимость приведения тарифов на энергетическую продукцию в соответствие с фактическими затратами на ее производство. В связи с этим остро встает вопрос о проведении мероприятий, позволяющих снижать затраты на производство путем энергосбережения и энергетической эффективности использования ТЭР. Этим и вызвана объективная необходимость обеспечения рационального энергоиспользования путем повсеместного внедрения энергоэффективных технологий, разработки и реализации программ энергосбережения. Однако пока не проведено обследование, любые количественные прогнозы безосновательны и недостоверны. Стоимость этих работ достаточно высока, многие ресурсоснабжающие организации и предприятия, для которых энергоаудит обязателен по закону, прежде экономили на его проведении. И это объяснимо: качественно выполнить энергетическое обследование могут только специально подготовленные,
высококвалифицированные специалисты с большим опытом работы, и дешево их работа цениться не может. “Экономная” экономика принесла свои плоды - энергоаудит проводился “для галочки”, а сама идея была дискредитирована и, по сути, имела нулевой полезный выход.
По экспертным оценкам утечка теплоносителя из сетей достигает 20% транспортируемого расхода, тепловые потери в сетях доходят до 30% отпущенной энергии. Ежегодная потребность в расходах на него колеблется в пределах 45-60% от муниципальных бюджетов. В настоящее время ситуация садекватной оценкой значимости и необходимости проведения энергетических обследований стала меняться, особенно после введения соответствующих законодательных мер и требований к энергоаудиту. Появился устойчивый спрос на энергетические обследования, и, как следствие, выросли требования к энергоаудиторам и кругу решаемых ими задач. Законодательная необходимость проведения энергоаудита Энергоаудит хозяйствующих субъектов и ресурсоснабжающих организаций в настоящее время является требованием законодательства в области энергосбережения и проводится для установления показателей эффективного использования ТЭР.
Федеральным законом от 23.11.2009 № 261-ФЗ “Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации” установлено правовое регулирование в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности в отношении организаций, осуществляющих регулируемые виды деятельности. Законодательство определяет следующие основные принципы:
- Эффективное и рациональное использование ТЭР;
- Поддержку и стимулирование энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
- Системность и комплексность проведения мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности;
- Использование ТЭР с учетом ресурсных, производственно-технологических, экологических и социальных условий.
Энергетическое обследование может проводиться в отношении продукции, технологического процесса, а также юридического лица, индивидуального предпринимателя. Основными целями энергетического обследования являются: получение объективных данных об объеме используемых ТЭР; определение показателей энергетической эффективности; определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности; разработка перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и их стоимостная оценка.
В данной выпускной квалификационной работе мной были исследованы основные недостатки энергопотребления производственной площадки ООО «Макфа». Предприятие потребляет в год более 1,5 млн. кВт электрической и более 7,25 МВт тепловой нагрузки. Для более качественного и энергоэффективного использования ресурсов был проведён эксергетический анализ котельной предприятия с вариантами возможного усовершенствования схемы получения тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение.
Термодинамические исследования и оценку энергетической эффективности процессов преобразования теплоты в работу удобно производить, пользуясь понятием эксергии. Термин «эксергия» введён З. Рантом в 1957 г. и состоит из двух частей: «ex» - внешний (лат.) и «erg» - энергия (греч.).
Эксергией называют то максимальное количество работы, которое можно получить от заданного количества теплоты или вещества, если параметры этой
теплоты или вещества привести (путём обратимых процессов) в равновесие с окружающей средой.
Получить работу можно только в неравновесной системе. Для этого требуется отличие ее параметров от параметров окружающей среды. Если не уходить очень далеко от практически важных задач, то окружающая среда - это воздух с неизменными параметрами: температурой T0, давлением р0.
Понятие эксергии E выступает как мера ценности в термодинамике. Эксергия механической или электрической энергии численно равна этой энергии, так как она может быть полностью превращена в работу: E=L. Иначе обстоит дело с внутренней энергией некоего тела. Второй закон термодинамики утверждает, что всякое тело, не находящееся в равновесии с окружающей средой, обладает определённой эксергией.
Если в системе есть только источник теплоты с температурой и окружающая среда с температурой , то единственная возможность получить максимальную работу, отобрав от источника теплоты, состоит в том, чтобы между источником теплоты и окружающей средой осуществить с помощью какого-либо рабочего тела прямой цикл Карно. При этом в работу будет превращена часть тепла, равная к.п.д. этого цикла Карно.
Видно, что эксергия теплоты тем выше, чем выше температура источника теплоты. При температуре окружающей среды эксергия теплоты равна нулю. Это обстоятельство не принимается во внимание многочисленными изобретателями предлагаемых тепловых двигателей, способных работать, по их мнению, с использованием теплоты изотермической окружающей среды.
Помимо эксергии теплоты, существуют и эксергия потока вещества, химическая и другие виды эксергии и методики их определения
Эксергетический анализ позволяет изыскивать пути повышения эффективности работы теплосиловой установки, анализируя причины потери эксергии по узлам и обосновывая рекомендации по совершенствованию циклов теплоэнергетических установок.
Однако к эксергетическому анализу необходимо относиться с определённой осторожностью, помня, что эксергия теплоты может иметь практическую ценность, равную нулю (при температуре теплоты, близкой к температуре окружающей среды). Надо одновременно оценивать и расходы, которые придётся понести, чтобы использовать эксергию теплоты. То есть следует проводить техникоэкономический (термоэкономический) анализ при рассмотрении процессов и циклов теплосиловых усттановок.
Эксергетический анализ системы отопления предприятия с помощью применения теплообменных аппаратов пароводяного и водо-водяного действия позволяет показать, что данный метод в имеющихся технических условиях более энергоэффективен, чем установка водогрейной котелньной.
В выпускной квалификационной работе рассмотрена модернизация котельной ООО «Макфа», паропроизводительностью до 21 тонны в час. На данной котельной предложена схема отопления и ГВС за счёт использования теплообменных аппаратов. Пиковые и конденсатные теплообменники показали лучшие результаты по энергоэффективности по сравнению с использованием пиковых водогрейных котлов. Эксергетический кпд установки с теплообменными аппаратами на 18% превысил кпд использования пиковых водогрейных котельных. Подобран теплообменный аппарат и рассчитана его экономическая эффективность. В результате расчёта котельного оборудования, был подобран режим работы и паровая нагрузка для работы теплообменного аппарата.
