Применение систем компримирования низкопотенциального пара на промышленных предприятиях
|
АННОТАЦИЯ 7
Глава 1. Использование вторичных энергоресурсов предприятия 10
1.1 Определение понятия вторичные энергоресурсы 10
1.2 Источники пара низких параметров 13
1.3 Особенности расчета 15
Глава 2 Механическая компрессия пара 22
2.1 Сравнение компримирования с работой теплового насоса 22
Глава 3 Определение коэффициента трансформации системы компрессор-потребитель 27
3.1 Расчет коэффициента трансформации 27
Глава 4 Термодинамический анализ схем компримирования 36
4.1 Расчет схемы компрессор-турбина 36
4.2 Расчет количества полезной работы и экономии условного топлива при
расходе 1кг/с компримированного пара 53
4.3 Расчет схемы компрессор-турбина с возможностью разделения потока
компримированного пара 61
4.4 Сравнение котельной и системы компримирования пара 71
Глава 5 Экономический анализ системы компримирования пара на примере схемы компрессор - турбина 76
Заключение 79
Список литературы
Глава 1. Использование вторичных энергоресурсов предприятия 10
1.1 Определение понятия вторичные энергоресурсы 10
1.2 Источники пара низких параметров 13
1.3 Особенности расчета 15
Глава 2 Механическая компрессия пара 22
2.1 Сравнение компримирования с работой теплового насоса 22
Глава 3 Определение коэффициента трансформации системы компрессор-потребитель 27
3.1 Расчет коэффициента трансформации 27
Глава 4 Термодинамический анализ схем компримирования 36
4.1 Расчет схемы компрессор-турбина 36
4.2 Расчет количества полезной работы и экономии условного топлива при
расходе 1кг/с компримированного пара 53
4.3 Расчет схемы компрессор-турбина с возможностью разделения потока
компримированного пара 61
4.4 Сравнение котельной и системы компримирования пара 71
Глава 5 Экономический анализ системы компримирования пара на примере схемы компрессор - турбина 76
Заключение 79
Список литературы
Целью работы является вопрос выявления преимуществ использования компримированного низкопотенциального пара в системах теплоснабжения, возможности применения данной системы в Российской промышленности и определение энергосберегающего эффекта от внедрения схем компримирования.
В работе выполнен термодинамический анализ схем компримирования низкопотенциального пара, их эксергетический и экономический анализ.
На основании расчетов сделан вывод о целесообразности использования систем компримирования низкопотенциального пара на предприятиях.
Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов является одной из важнейших задач. Актуальной является проблема использования низкопотенциального пара после технологического процесса или после системы испарительного охлаждения. Очень часто, его не используют в связи с малым энергетическим потенциалом.
Целью дипломной работы является выявление преимуществ от использования схем компримирования низкопотенциального пара на предприятиях.
Исходя из этого, выстраивается ряд задач, а именно:
• разработка схем компримирования низкопотенциального пара и последующее их внедрение на производство
• определение коэффициента трансформации схемы компримирования
• энергетический анализ схем компримирования
• эксергетический анализ схем компримирования
• экономический анализ схем компримирования
В работе отражены следующие аспекты изучения данной темы:
• Определены понятия вторичных энергоресурсов, проанализированы их источники, область применения и расчета.
• Проведено аналитическое сравнение работы систем механической компрессии пара и теплового насоса
• При помощи инженерного программного комплекса Aspen One построена схема компрессор - потребитель и произведен расчет коэффициента трансформации.
• При помощи инженерного программного комплекса Aspen One построены схемы компрессор- конденсационная турбина, компрессор - турбина с разделителем потоков пара и произведен термодинамический анализ данных систем.
• При помощи инженерного программного комплекса Aspen One произведен сравнительный анализ потребления энергии, выраженной эквиваленте условного топлива, между котельной и системой компрессор - потребитель.
• Произведен экономический анализ частного случая системы компрессор-конденсационная турбина и определен период окупаемости данной системы при внедрении на производство.
В работе выполнен термодинамический анализ схем компримирования низкопотенциального пара, их эксергетический и экономический анализ.
На основании расчетов сделан вывод о целесообразности использования систем компримирования низкопотенциального пара на предприятиях.
Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов является одной из важнейших задач. Актуальной является проблема использования низкопотенциального пара после технологического процесса или после системы испарительного охлаждения. Очень часто, его не используют в связи с малым энергетическим потенциалом.
Целью дипломной работы является выявление преимуществ от использования схем компримирования низкопотенциального пара на предприятиях.
Исходя из этого, выстраивается ряд задач, а именно:
• разработка схем компримирования низкопотенциального пара и последующее их внедрение на производство
• определение коэффициента трансформации схемы компримирования
• энергетический анализ схем компримирования
• эксергетический анализ схем компримирования
• экономический анализ схем компримирования
В работе отражены следующие аспекты изучения данной темы:
• Определены понятия вторичных энергоресурсов, проанализированы их источники, область применения и расчета.
• Проведено аналитическое сравнение работы систем механической компрессии пара и теплового насоса
• При помощи инженерного программного комплекса Aspen One построена схема компрессор - потребитель и произведен расчет коэффициента трансформации.
• При помощи инженерного программного комплекса Aspen One построены схемы компрессор- конденсационная турбина, компрессор - турбина с разделителем потоков пара и произведен термодинамический анализ данных систем.
• При помощи инженерного программного комплекса Aspen One произведен сравнительный анализ потребления энергии, выраженной эквиваленте условного топлива, между котельной и системой компрессор - потребитель.
• Произведен экономический анализ частного случая системы компрессор-конденсационная турбина и определен период окупаемости данной системы при внедрении на производство.
В результате проведения данной работы было выполнено следующее:
1. Были разработаны различные варианты схем компримирования пара, на одну из схем получено патентное свидетельство.
2. Был рассчитан коэффициент трансформации для систем компрессор - потребитель. Полученные значения достигают 8,41, что объясняется низкими удельными затратами на работу компрессора по сравнению с полученной тепловой энергией. Расчеты показали, что коэффициент трансформации напрямую зависит от степени сжатия в компрессоре и уменьшается при ее росте.
3. Был произведен расчет и термодинамический анализ запатентованной схемы компрессор - конденсационная турбина. В результате расчетов был посчитан электрический КПД, его значения варьируются от 9% до 55%. Расчеты показали, что электрический КПД в основном зависит от степени нагнетания в компрессоре, и уменьшается по мере возрастания степени нагнетания, потому что прирост работы компрессора идет быстрее, чем прирост работы турбины. Также был рассчитан эксергетический КПД системы, его значения варьируются от 77% до 79%. Как показали результаты эксергетический КПД имеет достаточно высокое значение для установки, которая вырабатывает только электроэнергию и слабо зависит от начального давления пара и давления нагнетания. Также в процессе расчетов выяснилось, что в диапазоне давлений нагнетания от 10 до 30 бар работа турбины всегда будет полностью покрывать нужды турбокомпрессора.
4. Был произведен расчет для определения экономии условного топлива и выхода полезной мощности для системы компрессор - турбина. В результате расчета были получены диаграммы зависимости экономии условного топлива и выхода полезной работы. Расчет производился для расхода 1 кг пара/с, поэтому в будущем его можно экстраполировать на необходимые расходы для получения конкретной информации. Результаты
показали, что с 1 кг пара/с в общем за год можно сэкономить на электроэнергии, выраженной в топливном эквиваленте от 293 до 1290 тонн условного топлива.
5. Была построена схема и произведен расчет и термодинамический анализ схемы компрессор-турбина с разделителем потоков. В результате расчетов были обнаружены особые точки излома, при которых система наряду с тепловой энергией начинала производить электрическую. Также выяснилось, что положение этих точек на графике зависит от степени сжатия компрессора. Были получены данные об эксергетическом КПД системы, его значения варьируются от 76,6% до 92,6%. Было обнаружено, что эксергетический КПД системы почти не зависит от степени нагнетания в компрессоре, а зависит только от соотношения подачи пара на теплофикацию и выработку электрической энергии. С уменьшением доли пара на теплофикацию наблюдается снижение эксергетического КПД системы. Это объясняется тем, что эксергия теплового потока падает быстрее, чем расчет эксергия потока работы турбины. В целом, система имеет высокий эксергетический КПД, что говорит о высокой степени термодинамического совершенства.
6. Был проведен сравнительный анализ работы котельной и работы системы компрессор - потребитель. В результате расчетов было установлено, что затраты энергии, выраженные в топливном эквиваленте на подогрев сетевой воды у системы компрессор - потребитель ниже, чем у котельной. В целом, уменьшение расхода колеблется от 3% до 64% и может достигать
3,5 грамм условного топлива против 9,8 у котельной. Результаты показывают, что идея замещения тепловых нагрузок котельных системами компримирования пара актуальна и может найти свое применение в регионах с холодным климатом, где остро стоит проблема покрытия избыточных тепловых нагрузок.
7. Был проведен экономический анализ частного случая системы компрессор - конденсационная турбина и посчитан срок окупаемости. При стоимости всех мероприятий по установке разработке и монтажу оборудования в 1458000 долларов на условном предприятии, срок окупаемости установки составит 10,5 лет. В данном расчете рассматривался расход компримированного пара в 6,5 тонн/ч, однако существуют предприятия, где выход низкопотенциального пара составляет порядка 60-80 тонн/ч, что в конечном счете скажется на балансовой прибыли и приведет к уменьшению срока окупаемости. Система компрессор-конденсационная турбина показала свою состоятельность с точки зрения технико экономического обоснования и может быть внедрена на производство.
В ходе исследования проблемы применения компримированного низкопотенциального пара в системах теплоснабжения все поставленные задачи были выполнены. В результате исследования были получены следующие факты:
1. Система имеет достаточно высокий коэффициент трансформации.
2. Система в состоянии обеспечивать собственные нужды электроэнергией.
3. Система может вырабатывать электроэнергию и позволять предприятиям экономить ресурсы.
4. Система универсальна - она может работать как на теплофикацию, так и на выработку электрической энергии, а также на комбинированную выработку энергии.
5. В сравнении с котельной система показала себя как более дешевый поставщик тепловой энергии.
6. Срок окупаемости данной системы для частного случая составляет
10,5 лет, как срок окупаемости энергосберегающего мероприятия. В некоторых случаях этот срок может быть на порядок ниже.
Суммируя все вышеперечисленные факты можно сказать, что установка для компримирования пара является неплохим решением такой актуальной проблемы как нерациональное использование вторичных энергоресурсов.
1. Были разработаны различные варианты схем компримирования пара, на одну из схем получено патентное свидетельство.
2. Был рассчитан коэффициент трансформации для систем компрессор - потребитель. Полученные значения достигают 8,41, что объясняется низкими удельными затратами на работу компрессора по сравнению с полученной тепловой энергией. Расчеты показали, что коэффициент трансформации напрямую зависит от степени сжатия в компрессоре и уменьшается при ее росте.
3. Был произведен расчет и термодинамический анализ запатентованной схемы компрессор - конденсационная турбина. В результате расчетов был посчитан электрический КПД, его значения варьируются от 9% до 55%. Расчеты показали, что электрический КПД в основном зависит от степени нагнетания в компрессоре, и уменьшается по мере возрастания степени нагнетания, потому что прирост работы компрессора идет быстрее, чем прирост работы турбины. Также был рассчитан эксергетический КПД системы, его значения варьируются от 77% до 79%. Как показали результаты эксергетический КПД имеет достаточно высокое значение для установки, которая вырабатывает только электроэнергию и слабо зависит от начального давления пара и давления нагнетания. Также в процессе расчетов выяснилось, что в диапазоне давлений нагнетания от 10 до 30 бар работа турбины всегда будет полностью покрывать нужды турбокомпрессора.
4. Был произведен расчет для определения экономии условного топлива и выхода полезной мощности для системы компрессор - турбина. В результате расчета были получены диаграммы зависимости экономии условного топлива и выхода полезной работы. Расчет производился для расхода 1 кг пара/с, поэтому в будущем его можно экстраполировать на необходимые расходы для получения конкретной информации. Результаты
показали, что с 1 кг пара/с в общем за год можно сэкономить на электроэнергии, выраженной в топливном эквиваленте от 293 до 1290 тонн условного топлива.
5. Была построена схема и произведен расчет и термодинамический анализ схемы компрессор-турбина с разделителем потоков. В результате расчетов были обнаружены особые точки излома, при которых система наряду с тепловой энергией начинала производить электрическую. Также выяснилось, что положение этих точек на графике зависит от степени сжатия компрессора. Были получены данные об эксергетическом КПД системы, его значения варьируются от 76,6% до 92,6%. Было обнаружено, что эксергетический КПД системы почти не зависит от степени нагнетания в компрессоре, а зависит только от соотношения подачи пара на теплофикацию и выработку электрической энергии. С уменьшением доли пара на теплофикацию наблюдается снижение эксергетического КПД системы. Это объясняется тем, что эксергия теплового потока падает быстрее, чем расчет эксергия потока работы турбины. В целом, система имеет высокий эксергетический КПД, что говорит о высокой степени термодинамического совершенства.
6. Был проведен сравнительный анализ работы котельной и работы системы компрессор - потребитель. В результате расчетов было установлено, что затраты энергии, выраженные в топливном эквиваленте на подогрев сетевой воды у системы компрессор - потребитель ниже, чем у котельной. В целом, уменьшение расхода колеблется от 3% до 64% и может достигать
3,5 грамм условного топлива против 9,8 у котельной. Результаты показывают, что идея замещения тепловых нагрузок котельных системами компримирования пара актуальна и может найти свое применение в регионах с холодным климатом, где остро стоит проблема покрытия избыточных тепловых нагрузок.
7. Был проведен экономический анализ частного случая системы компрессор - конденсационная турбина и посчитан срок окупаемости. При стоимости всех мероприятий по установке разработке и монтажу оборудования в 1458000 долларов на условном предприятии, срок окупаемости установки составит 10,5 лет. В данном расчете рассматривался расход компримированного пара в 6,5 тонн/ч, однако существуют предприятия, где выход низкопотенциального пара составляет порядка 60-80 тонн/ч, что в конечном счете скажется на балансовой прибыли и приведет к уменьшению срока окупаемости. Система компрессор-конденсационная турбина показала свою состоятельность с точки зрения технико экономического обоснования и может быть внедрена на производство.
В ходе исследования проблемы применения компримированного низкопотенциального пара в системах теплоснабжения все поставленные задачи были выполнены. В результате исследования были получены следующие факты:
1. Система имеет достаточно высокий коэффициент трансформации.
2. Система в состоянии обеспечивать собственные нужды электроэнергией.
3. Система может вырабатывать электроэнергию и позволять предприятиям экономить ресурсы.
4. Система универсальна - она может работать как на теплофикацию, так и на выработку электрической энергии, а также на комбинированную выработку энергии.
5. В сравнении с котельной система показала себя как более дешевый поставщик тепловой энергии.
6. Срок окупаемости данной системы для частного случая составляет
10,5 лет, как срок окупаемости энергосберегающего мероприятия. В некоторых случаях этот срок может быть на порядок ниже.
Суммируя все вышеперечисленные факты можно сказать, что установка для компримирования пара является неплохим решением такой актуальной проблемы как нерациональное использование вторичных энергоресурсов.