Помощь студентам в учебе
Повышение энергоэффективности систем отопления и вентиляции технологической линии завода по производству керамических пропантов ООО «Веллпроп» в г.Копейске
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АКТУАЛЬНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ
ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ 8
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 10
3 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ПЕРЕДОВЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 12
4 ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И
ВЕНТИЛЯЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ЗАВОДА ПО ПРОИЗВОДСТВУ КЕРАМИЧЕСКИХ ПРОПАНТОВ 15
4.1 Расчет ограждающих конструкций 15
4.2 Расчет тепловых потерь здания 25
4.3 Расчет воздухообменов цеха 30
4.4Аэродинамический расчет системы вентиляции 35
4.5Гидравлический расчет систем отопления 43
5 НАУЧНАЯ ЧАСТЬ. ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИАНТОВ ПОВЫШЕНИЯ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И
ВЕНТИЛЯЦИИ 48
6 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 51
7 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 55
8 АВТОМАТИКА И КИП 61
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 68
9.1 Выявление опасных и вредных производственных факторов 68
9.2 Безопасность производственных процессов и оборудования 69
9.3Электробезопасность 70
9.4 Пожарная безопасность 71
10 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ 73
10.1 Технико-экономический расчет 73
10.1.1. Смета капитальных затрат вариантов технических решений .. 73
10.1.2 Расчет текущих затрат вариантов технических решений 75
10.1.3 Выбор лучшего варианта технического решения 77
10.1.3 Расчет годового экономического эффекта 78
10.2 Качественный анализ проектных решений 78
10.2.1 Модель ранжирования проблемы большого выделения тепла от
технологического оборудования 78
10.2.2 Модель причинно-следственной диаграммы проблемы не
эффективной работы системы отопления и вентиляции 79
10.2.3SWOT-анализ вариантов технических решений 80
10.3Планирование целей предприятия и проекта 81
10.3.1Модель пирамиды целеполагания завода ООО «Веллпроп» 81
10.3.2 Дерево целей проекта 82
10.3.3 Модель поля сил реализации проекта 83
10.3.4 Ленточный график Ганта 84
10.4 Основные показатели энергетической, экологической и экономической
эффективности проекта 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 88
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АКТУАЛЬНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ
ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ 8
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 10
3 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ПЕРЕДОВЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 12
4 ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И
ВЕНТИЛЯЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ЗАВОДА ПО ПРОИЗВОДСТВУ КЕРАМИЧЕСКИХ ПРОПАНТОВ 15
4.1 Расчет ограждающих конструкций 15
4.2 Расчет тепловых потерь здания 25
4.3 Расчет воздухообменов цеха 30
4.4Аэродинамический расчет системы вентиляции 35
4.5Гидравлический расчет систем отопления 43
5 НАУЧНАЯ ЧАСТЬ. ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИАНТОВ ПОВЫШЕНИЯ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И
ВЕНТИЛЯЦИИ 48
6 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 51
7 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 55
8 АВТОМАТИКА И КИП 61
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 68
9.1 Выявление опасных и вредных производственных факторов 68
9.2 Безопасность производственных процессов и оборудования 69
9.3Электробезопасность 70
9.4 Пожарная безопасность 71
10 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ 73
10.1 Технико-экономический расчет 73
10.1.1. Смета капитальных затрат вариантов технических решений .. 73
10.1.2 Расчет текущих затрат вариантов технических решений 75
10.1.3 Выбор лучшего варианта технического решения 77
10.1.3 Расчет годового экономического эффекта 78
10.2 Качественный анализ проектных решений 78
10.2.1 Модель ранжирования проблемы большого выделения тепла от
технологического оборудования 78
10.2.2 Модель причинно-следственной диаграммы проблемы не
эффективной работы системы отопления и вентиляции 79
10.2.3SWOT-анализ вариантов технических решений 80
10.3Планирование целей предприятия и проекта 81
10.3.1Модель пирамиды целеполагания завода ООО «Веллпроп» 81
10.3.2 Дерево целей проекта 82
10.3.3 Модель поля сил реализации проекта 83
10.3.4 Ленточный график Ганта 84
10.4 Основные показатели энергетической, экологической и экономической
эффективности проекта 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 88
Промышленные объект, как правило, являются объектами повышенного потребления энергоресурсов на нужды технологических процессов. Сопутствующим фактором производства является выделение теплоты, которую особенно в последнее время, стараются утилизировать различными методами. Не трудно догадаться, что неутилизированная теплота - это часть нереализованной прибыли, которую предприятие могло бы получить.
Участие государства в сфере энергосбережения, прежде всего, регламентируется Федеральным законом №261-ФЗ. Однако до введения закона все зависело от самого предприятия и отрасли, в которой предприятие развивается. Так, для энергоемких отраслей черной и цветной металлургии энергосбережение является отдельной статьей стратегических направлений развития предприятий, а для смежных отраслей, таких как машиностроение или производство пропантов лишь на усмотрение главного энергетика. Такое отношение определялось долей энергетических затрат в себестоимости продукции, например, для химической промышленности в процентном соотношении эта доля может достигать до 40%, а для машиностроения от 6 до 15% [42].
Энергосберегающие мероприятия на промышленных предприятиях можно разделить на две группы. Мероприятия первой группы позволяют снизить удельные затраты энергоносителей на единицу выпускаемой продукции, вторая группа снижает удельные расходы топливно-энергетических ресурсов на генерацию электроэнергии [48].
Мероприятия первой группы представляют особенный интерес для направления теплоэнергетики. Наиболее распространенные методы энергосбережения в любой отрасли промышленности касаются, прежде всего, внедрения передовых методов и технологий. Однако этот способ можно отнести к радикальным, так как зачастую придется менять оборудование, возможно, строить и проектировать новые сети, а также этот процесс потребует больших капитальных вложений. Стоит отметить, для нового строительства этот метод является оптимальным. Рационализация параметров энергоносителей так же, как и применение новых методов является затратным. Наиболее эффективным для действующего предприятия является использование вторичных энергоресурсов.
Широкое применение утилизации отходящей теплоты получила в таких отраслях промышленности как черная металлургия, нефтеперерабатывающая, химическая и др. Это обусловлено тем, что продукцию данных отраслей по технологическому заданию необходимо нагревать до высоких температур в процессе производства. Несмотря на повсеместное введение технологий энергосбережения в соответствии с программой «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» на существующих объектах разных отраслей промышленности, существуют неохваченные комплексы, которым только предстоит модернизация. Важность сокращения потребления энергии объясняется необходимость снижения себестоимость производимой продукции. Так, затраты на топливо и энергию промышленного
предприятия в России составляют от 10 до 40 % себестоимости продукции, при относительно низких ценах на энергоресурсы [4].
Применение технологий по утилизации теплоты на различном оборудовании позволило повысить коэффициент полезного действия (КПД) для
конденсационных котлов до 90%, для котлов электростанций до 94%, а также снизить температуру уходящих газов до 110-130 °С [47].
Однако относительную легкость применения утилизации уходящих газов можно объяснить высокой температурой, и при использовании ее во многих отраслях уже добились некоторого успеха. Но от большинства технологических процессов происходит выделение большого количества тепла, которое не используется, а рассеивается в окружающей среде. Такое тепло называется сбросным. Температура сбросного тепла незначительно выше температуры окружающей среды. Наиболее распространенным путем использования
низкопотенциального тепла является использование его в качестве рабочего тела в тепловом контуре в термодинамическом цикле Ренкина. Однако существует ряд достоинств и недостатков [43].
Можно выделить еще один случай утилизации сбросного тепла. Он заключается в утилизации тепла от технологического оборудования на нужды вентиляции и отопления. Аналогичный способ будет подробно рассмотрен в ходе исследовательской работы, так как использование сбросного тепла имеет высокий потенциал применения на промышленном предприятии.
Участие государства в сфере энергосбережения, прежде всего, регламентируется Федеральным законом №261-ФЗ. Однако до введения закона все зависело от самого предприятия и отрасли, в которой предприятие развивается. Так, для энергоемких отраслей черной и цветной металлургии энергосбережение является отдельной статьей стратегических направлений развития предприятий, а для смежных отраслей, таких как машиностроение или производство пропантов лишь на усмотрение главного энергетика. Такое отношение определялось долей энергетических затрат в себестоимости продукции, например, для химической промышленности в процентном соотношении эта доля может достигать до 40%, а для машиностроения от 6 до 15% [42].
Энергосберегающие мероприятия на промышленных предприятиях можно разделить на две группы. Мероприятия первой группы позволяют снизить удельные затраты энергоносителей на единицу выпускаемой продукции, вторая группа снижает удельные расходы топливно-энергетических ресурсов на генерацию электроэнергии [48].
Мероприятия первой группы представляют особенный интерес для направления теплоэнергетики. Наиболее распространенные методы энергосбережения в любой отрасли промышленности касаются, прежде всего, внедрения передовых методов и технологий. Однако этот способ можно отнести к радикальным, так как зачастую придется менять оборудование, возможно, строить и проектировать новые сети, а также этот процесс потребует больших капитальных вложений. Стоит отметить, для нового строительства этот метод является оптимальным. Рационализация параметров энергоносителей так же, как и применение новых методов является затратным. Наиболее эффективным для действующего предприятия является использование вторичных энергоресурсов.
Широкое применение утилизации отходящей теплоты получила в таких отраслях промышленности как черная металлургия, нефтеперерабатывающая, химическая и др. Это обусловлено тем, что продукцию данных отраслей по технологическому заданию необходимо нагревать до высоких температур в процессе производства. Несмотря на повсеместное введение технологий энергосбережения в соответствии с программой «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» на существующих объектах разных отраслей промышленности, существуют неохваченные комплексы, которым только предстоит модернизация. Важность сокращения потребления энергии объясняется необходимость снижения себестоимость производимой продукции. Так, затраты на топливо и энергию промышленного
предприятия в России составляют от 10 до 40 % себестоимости продукции, при относительно низких ценах на энергоресурсы [4].
Применение технологий по утилизации теплоты на различном оборудовании позволило повысить коэффициент полезного действия (КПД) для
конденсационных котлов до 90%, для котлов электростанций до 94%, а также снизить температуру уходящих газов до 110-130 °С [47].
Однако относительную легкость применения утилизации уходящих газов можно объяснить высокой температурой, и при использовании ее во многих отраслях уже добились некоторого успеха. Но от большинства технологических процессов происходит выделение большого количества тепла, которое не используется, а рассеивается в окружающей среде. Такое тепло называется сбросным. Температура сбросного тепла незначительно выше температуры окружающей среды. Наиболее распространенным путем использования
низкопотенциального тепла является использование его в качестве рабочего тела в тепловом контуре в термодинамическом цикле Ренкина. Однако существует ряд достоинств и недостатков [43].
Можно выделить еще один случай утилизации сбросного тепла. Он заключается в утилизации тепла от технологического оборудования на нужды вентиляции и отопления. Аналогичный способ будет подробно рассмотрен в ходе исследовательской работы, так как использование сбросного тепла имеет высокий потенциал применения на промышленном предприятии.
В ВКР был рассмотрен вариант повышения энергоэффективности системы отопления и вентиляции технологической линии завода по производству керамических пропантов ООО «Веллпроп». По планам застройки и характеристикам ограждающих конструкций были рассчитаны сопротивления теплопередачи и коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций. По этим данным была рассчитана нагрузка на отопление, которая составила Qom = 565 кВт, Q4T = 85 кВт. Был посчитан воздухообмен в здании. Расчет производился на разбавление теплоизбытков, по кратности. Так же была посчитана нагрузка на вентиляцию Q^e^ = 915 кВт, О4ент = 34 кВт. Был произведен аэродинамический расчет воздуховодов систем вентиляции, гидравлический расчет системы отопления и теплоснабжения приточных установок. Размеры сечения воздуховодов подбирались с учетом скорости движения воздуха. Выбраны оптимальные значения сечения, скорость воздуха не превышает рекомендуемых, и не создает дополнительно шума. Трубопроводы по ГОСТ 3262-75 для Ду до 40 и по ГОСТ 10704-91 для Ду от 50 так же подобраны с учетом оптимальной скорости теплоносителя. Для аэродинамического и гидравлического расчетов были построены аксонометрические схемы вентиляции и отопления.
В научно-исследовательской части работы был исследован вариант по повышению энергоэффективности системы отопления и вентиляции с помощью роторного рекуператора. Была рассчитана мощность калорифера. Так же рассматривался вариант использования вытяжного воздуха для нужд отопления и вентиляции соседнего участка производства. Были рассчитаны температурные потери по блине воздуховода, а также тепловая нагрузка, которой хватило, чтобы перекрыть требуемые нагрузки соседнего участка.
В разделе энергосбережения были оценены показатели, обеспечивающие достижение показателей, характеризующих выполнение требований энергетической эффективности для здания, системы отопления и вентиляции.
В целях снижения влияния на окружающую среду в разделе вопросов экологии рассчитывалось звуковое давление от вытяжных крышных вентиляторов. Расчет показал, что уровень шума от источников предприятия на данном участке не превышает нормативных значений и не оказывает значительного шумового воздействия на прилегающую территорию. Так же были рассчитаны расходы воздуха на разбавления вредностей, образующихся в процессе производства. В качестве фильтрующего аппарата был выбран аппарат переносной «Совплим».
При разработке раздела автоматизации была разработана схема функциональная приточной установки, подробно описана ее работа. Были рассмотрены основные элементы системы автоматизации.
В разделе безопасность жизнедеятельность были выявлены опасные и вредные факторы, которые возникают вследствие работы технологического оборудования. Были изучены безопасность производственных процессов и оборудования,
электробезопасность, а также пожарная безопасность. Был приведен план эвакуационных выходов рассматриваемого объекта.
В части экономики и управления был произведен выбор оптимального варианта. Рассчитывались капитальные, текущие затраты технического решения. Капитальные затраты по варианту с рекуператором составили 7912 тыс.руб, с вытяжными вентиляторами6763 тыс. руб., текущие по первому
2247,83 тыс.руб/год, по второму 1906,23 тыс.руб/год. Была рассчитана экономия текущих затрат, которая составила 506,15 тыс.руб./год. Так же был произведен качественный анализ решений: были составлены модели ранжирования исследуемой проблемы, причинно-следственной диаграммы, SWOT-анализ. Были составлены модель пирамиды целеполагания завода, дерево целей проекта, модель поля сил реализации проекта, ленточный график Ганта. Таким образом, был выбран вариант с использованием вытяжного воздуха для системы воздушного отопления соседнего участка.
В научно-исследовательской части работы был исследован вариант по повышению энергоэффективности системы отопления и вентиляции с помощью роторного рекуператора. Была рассчитана мощность калорифера. Так же рассматривался вариант использования вытяжного воздуха для нужд отопления и вентиляции соседнего участка производства. Были рассчитаны температурные потери по блине воздуховода, а также тепловая нагрузка, которой хватило, чтобы перекрыть требуемые нагрузки соседнего участка.
В разделе энергосбережения были оценены показатели, обеспечивающие достижение показателей, характеризующих выполнение требований энергетической эффективности для здания, системы отопления и вентиляции.
В целях снижения влияния на окружающую среду в разделе вопросов экологии рассчитывалось звуковое давление от вытяжных крышных вентиляторов. Расчет показал, что уровень шума от источников предприятия на данном участке не превышает нормативных значений и не оказывает значительного шумового воздействия на прилегающую территорию. Так же были рассчитаны расходы воздуха на разбавления вредностей, образующихся в процессе производства. В качестве фильтрующего аппарата был выбран аппарат переносной «Совплим».
При разработке раздела автоматизации была разработана схема функциональная приточной установки, подробно описана ее работа. Были рассмотрены основные элементы системы автоматизации.
В разделе безопасность жизнедеятельность были выявлены опасные и вредные факторы, которые возникают вследствие работы технологического оборудования. Были изучены безопасность производственных процессов и оборудования,
электробезопасность, а также пожарная безопасность. Был приведен план эвакуационных выходов рассматриваемого объекта.
В части экономики и управления был произведен выбор оптимального варианта. Рассчитывались капитальные, текущие затраты технического решения. Капитальные затраты по варианту с рекуператором составили 7912 тыс.руб, с вытяжными вентиляторами6763 тыс. руб., текущие по первому
2247,83 тыс.руб/год, по второму 1906,23 тыс.руб/год. Была рассчитана экономия текущих затрат, которая составила 506,15 тыс.руб./год. Так же был произведен качественный анализ решений: были составлены модели ранжирования исследуемой проблемы, причинно-следственной диаграммы, SWOT-анализ. Были составлены модель пирамиды целеполагания завода, дерево целей проекта, модель поля сил реализации проекта, ленточный график Ганта. Таким образом, был выбран вариант с использованием вытяжного воздуха для системы воздушного отопления соседнего участка.