Комбинированное. 1 страница

Энергоресурсы для производства термоядерной энергии.

Геотермальные ресурсы.

Дейтерий и тритий – неисчерпаемые.

1.7 Вторичные энергоресурсы.

Вторичными энергоресурсами являются энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах, которые не могут быть использованы в самом агрегате, но могут частично или полностью использоваться для энергоснабжения других потребителей.

Тепловая энергия отходов, которая используется для регенерации, рекуперации не относится к вторичным энергоресурсам.

Виды вторичных энергоресурсов [ВЭР]:

Тепловые ВЭР – это физическое тепло отходящих газов, тепло золы и шлаков, горячей воды и пара, отработавших в технологических установках, тепло рабочих тел систем охлаждения технологических установок.

Горючие ВЭР – горючие газы и отходы, которые могут быть применены непосредственно в виде топлива в других установках и непригодны в дальнейшем в данной технологии. (опилки, щепки, целлюлозно-бумажное производство, горючие элементы конструкции зданий).

ВЭР избыточного давления – потенциальная энергия газов, воды, пара, покидающих установку с повышенным давлением, которая может быть использована.

Основные направления использования:

Топливное - когда они используются непосредственно в качестве топлива.

Тепловое – когда они используются непосредственно в качестве тепла или для выработки тепла в утилизационных установках.

Силовое – используются в виде электрической или механической энергии, полученной в утилизационных установках.

1.8 Социальные проблемы использования энергоресурсов.

Качество нашей жизни непосредственно зависит от потребления энергии. С ходом исторического развития при получении из природных систем все новых полезных видов продукции на ее единицу в среднем затрачивается все больше энергии (происходит снижение энергетической эффективности природоиспользования).

Динамика мирового ежегодного потребления энергоресурсов представлена на рис. 1.2

	1 – график потребления потребление энергоресурсов [ЭДЖ/год] 2 – число населения на планете милд. чел. 3 – удельного потребления энергии ГДж / чел. в год.
Рис.1.2 Ежегодное потребление энергоресурсов

Оценку эффективности и масштабов использования энергоресурсов производят путем составления энергетических балансов применительно к странам, регионам и миру в целом. Энергобалансом называется система показателей отражающих полное количественное соответствие между приходом и расходом энергоресурсов, распределение их между отдельными потребителями и их группами, районами потребления и позволяющих определить эффективность использования энергоресурсов.

Рис. 1.3 Энергобаланс потребления природных ископаемых в мире

2. основы Энергосбережения

2.1 Основные направления ЭС

ЭС – организационное, научное, практическое, информационная деятельность государственных органов, юридических и физ. лиц, направленная на снижение расхода топливноэнергетических ресурсов (ТЭР) в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации. ЭС – процесс, направленный на сокращение потребности в ЭР и энергосистемах в расчете на единицу конечного полезного продукта (эффекта).

Современное энергосбережение основывается на трех основных принципах: 1. рациональное использование электроэнергии, 2. использование приборов учета и регулирования расхода электрической и тепловой энергии, 3. внедрение новейших технологий, способствующих сокращению энергоемкости производства. Исходя из этого в ЭС выделяют следующие группы мероприятий, которые обеспечивают эффективное энергоиспользование и рациональное использование ТЭР: научно- технические мероприятия, организационно – экономические, нормативно – технические, информационные, правовые. Научно – технические мероприятия по ЭС направлены на разработку и использование в производстве новых способов и устройств, отличающихся высокой энергоэффективностью. Организационно – экономические мероприятия направлены на доведение до всех членов, участвующих в производстве, важности экономного и бережного использования топлива и энергии и на создание системы гибких цен на энергоносители, налоговую политику и на меры материального стимулирования экономичного энергопотребления. Нормативно – технические – действие по созданию соответствующих стандартов и других нормативно – технических и руководящих документов по обеспечению эффективного ЭИ и рационального использования ТЭР. Информационные направлены на проведение информационно – технических семинаров, выставок, конференций по данной тематике, а также информирования населения через СМИ об основных действиях по рациональному использованию энергии. Правовые направлены на создание соответствующей всем вышеперечисленным мероприятиям правовой базы.

Таблица 2.1

Сниж. уров. потр. эн.

Пов. коэф. исп. энерг.

Замещ. иными ист. эн.

Электр. на базе…

Сниж. ур. мат. ем. нац. дох.

Энергосбер. тех.

Рац. Выбор сырья и энергонос.

Прим. прогр. тех. проц.

Модерн., реконст.

Соверш. энер. обор.

Ипол. ВЭР

Оптим. веден. тех. проц.

Нетрад. возоб. ресурс.

Деш. уг.

Яж. топ.

Сов. орг. и упр. призв.

Укруп. ед. мощ.

Прим. комб. уст.

2.2 Оценка эффективности использования энергии.

Для оценки эффективности использования энергии в производстве, а также определения эффективности мероприятий по ЭС необходимы объективные показатели, которые могли бы отразить реальное использование энергоресурсов. В каждом потреблении энергии присутствуют полезная составляющая и потери. Под полезно потребленной энергией понимается та часть израсходованного энергоресурса, которая непосредственно направлена на осуществление поставленной цели и удовлетворение потребностей. Долю полезно потребленной энергии в расходе первичного природного ЭР определяет значение коэффициента полезного использования. КПИ является наиболее общим показателем эффективности энергоиспользования. По значению КПИ судят о совершенстве энергосберегающего процесса в целом, включая его научно – технический уровень, организацию управления и культуру эксплуатации. КПИ можно определить для отдельного энергопотребляющего процесса, отдельного предприятия, города и страны в целом. В последнем случае КПИ является важнейшим показателем эффективности энергоснабжающей, для государства КПИ определяется как произведение частных КПД различных звеньев энергосберегающего процесса.

КПИ = η_{п *} η_{м.тр *} η_{пэ *} η_{г *} η_{р *} η_и (1)

где η_п – КПД на стадии получения ЭР, η_м.тр – в магистральном транспорте, η_пэ – при передачи энергии, η_г – при генерировании энергии, η_р – при распределении энергии, η_и – при использовании энергии. Кроме КПИ применяются энергетические КПД отдельных установок и процессов, представляющих отношение количества энергии, полезно используемой в установке, к количеству проведенной энергии. КПД определяются с учетом невозвратных потерь, т.е. потерь которые невозможно устранить существующими сейчас способами и технологиями. А о технически достижимом коэффициенте ЭС судят по возвратным потерям, т.е. по потерям которые можно устранить, осуществляя те или иные затраты на реконструкцию. Но эффективность его определяется по стоимости затрат, следовательно вводят величину показатель энергоэффективности – научно обоснованная абсолютная или удельная величина потребления ТЭР на производство единицы продукции каждого назначения.

Для оценки энергоэффективности производства необходимо определить причины повышенного расхода ЭР.

Основные причины: 1. организационные и эксплуатационные: низкая культура эксплуатации, недостаточная технологическая дисциплина, отсутствие ряда приборов контроля и учета средств автоматизации, низкое качество производимых ремонтов. 2. сырьевые: низкое качество поступающего на предприятие сырья, основных и вспомогательных материалов и веществ. 3. производственные и технологические: плохое техническое состояние основного и вспомогательного технологического оборудования, слабое внедрение новых конструкций оборудования, технологических процессов и других достижений научно – технического прогресса направленных на экономию ЭР.

Еще одним из критериев эффективности ЭС, позволяющим оценить его динамику и тенденции является показатель энергоэкономического уровня производства (ЭЭУП): позволяет снизить уровень реализации ЭС технологий, экономических тепловых систем, ЭС оборудования

ЭЭУП = D / W (2)

где D – результат хозяйственной деятельности рассматриваемого производства тыс. р.; W – суммарное потребление ЭР на технологические цели, т.у.т.

2.3 Энергетический баланс (ЭБ).

ЭБ называется характеристика энергетического хозяйства предприятия, которая отражает полное количественное соответствие между суммарной подведенной энергией (приходной частью), с одной стороны, и суммарной полезной энергией и потерями (расходной частью), с другой. Составления и анализ энергетических балансов являются одним из важных элементов в комплексе работ, связанных с решением задач по экономии топлива и энергии в промышленности составление и анализ энергобалансов направлены на решения следующих основных задач: - оценки фактического состояния и эффективности энергоиспользования на предприятии, выявления причин возникновения и определения потерь ЭР и энергоносителей; - выявления и оценки резервов экономии топлива и энергии и разработки плана мероприятий, направленных на снижение их потерь; - улучшение режимов работы технологического и энергетического оборудования; - определения рациональных размеров энергопотребления в производственных процессах и установках; - совершенствования методики нормирования и разработки норм расхода топлива и энергии на производство продукции; - определение требований к организации к совершенствованию системы учета и контроля расхода ЭР и ЭН; - получение исходной информации для решения вопросов создания нового оборудования и совершенствование технологических процессов с целью снижения затрат.

ЭБ классифицируются по следующим признакам:

1. по расчетному периоду:

- отчетные балансы: составляемые по отчетным, фактическим данным за прошлый период;

- плановые: составляемые на ближайший планируемый период с учетом заданий по снижению энергии;

- проектные: составляемые при проектировании объекта;

- перспективные: составляемые на прогнозный период с учетом коренных изменений в технологии, организации производственного процесса.

2. по стадии энергетического потока:

- производство,

- преобразование,

- распределение,

- конечное использование ЭР и ЭН;

3. по объекту разработки: - предприятие,

- производство,

- цех, - участок,

- установка;

4. по целевому назначению:

- основной технический прогресс,

- вспомогательный технический прогресс;

- санитарно – технические нужды;

5. по совокупности видов энергетических потоков:

- частные: по отдельным видам и параметрам потребляемых ЭН;

- сводные: по суммарному потреблению ТЭР;

6. по способу разработки:

- опытный: составленный по фактическим измерениям расходов и параметров энергетических потоков;

- расчетный: составленный на основании расчета энергопотребления рассматриваемым производством;

- опытно – расчетный: составленный с использованием измерений и расчетов.

7. по форме составления:

- синтетический: показывающий распределение подведенных и производственных ЭН внутри предприятия или отдельных его элементов;

- аналитический: определяющий глубину и характер использования энергии и составляемый с разделением общего ее расхода на общий расход и потери энергии.

8. по качественному признаку:

- рациональный: отражающий уровень ЭИ с учетом мероприятий по снижению расхода топлива и энергии без реконструкции основного оборудования.

- нормализованный: отражает уровень ЭИ, соответствующий научно-обоснованным нормам расхода топлива и энергии

- оптимальный: отражает такой вариант Энергоснабжения, при котором выпуск заданного количества продукции осуществляется с максимальной эффективностью по заданному критерию при соблюдении ограничений, связанных с доставкой ЭР, надежностью ЭС, охраной окружающей среды и др.

Экономия энергии определяется следующим видом

ΔW = Σ (ΔW _{до i} – ΔW _{после i}) (3)

где n – число мероприятий направленных на снижение потерь;
ΔW _{до i} и ΔW _{после i} – потери энергии в каждом i-том объекте соответственно до и после проведения мероприятия.

2.4 Эксергетический баланс (эб)

ТБ котла дает количественную картину распределения располагаемой теплоты, в том числе и распределение тепловых потерь, без учета качества теплоты в составляющих баланса. Качество вырабатываемой теплоты оценивается по отношению к параметрам окружающей среды с использованием параметра эксергии.

Эксергией (работоспособностью) называется максимальная работа, которую может совершить система в обратимом процессе при переходе от данного состояния до равновесия с окружающей средой.

Эксергетический баланс отражает равенство подведенной к системе эксергии и отведенной от нее эксергии и потерь.

Основными задачами Эб являются:

- оценка всех ЭР и ЭН, в том числе и вторичных, в пределах одного технологического процесса, цеха, предприятия, отрасли, нар.хоз;

- определение степени термодинамического совершенства технических систем, установок, аппаратов по проектным и эксплуатационным данным;

- определение на всех этапах преобразования и использования энергии, потерь эксергии во всех элементах систем и установок;

- термодинамическая оптимизация систем, установок, их элементов.

Эксергия потока вещества определяется двумя составляющими: физической и химической эксергией. Физическая эксергия определяется разностью параметров вещества (Т, Р) и окружающей среды (Т₀, Р₀). Химической эксергией называется эксергия вещества с параметрами Т₀ и Р₀.

Для рабочей системы можно записать Эб:

Σ Е’_э + Σ Е’_q + Σ Е_топ + Σ С’_тi ℮’_i = Σ Е”_э + Σ Е”_q + Σ С”_тi ℮”_i + Σ D (4)

где Σ Е’_э и Σ Е”_э – эксергия энергетических потоков на входе и выходе системы; Σ Е’_q и Σ Е”_q – эксергия теплоты на входе и выходе системы; Σ С’_тi ℮’_I и Σ С”_тi ℮”_I – эксергия потоков вещества на входе (сырье) и выходе (продукты) системы; Σ Е_топ – эксергия топлива на входе в систему; Σ D – потери эксергии в системе.

Удельную эксергию потока вещества определяют:

Δ₀℮ = ℮_ф + ℮₀, (5)

℮_ф – физическая и ℮₀ – химическая эксергии.

Эксергию теплового потока определяют:

E_q = Q(1-T0/Ť), (6)

℮_I – удельная эксергия вещества, С_т – расход вещества,

Е_топ = ℮_т.х.В, (7)

℮_т.х. – удельная химическая эксергия топлива, В – расход топлива.

Для оценки совершенства системы используются эксергетические КПД, который должен соответствовать следующим условиям: 1) КПД должен представлять собой отношение, у которого числитель (полезный эффект) и знаменатель (затраты) выражены в качественно однородных величинах полностью превратимой энергии, т.е. эксергии. 2) Разность между знаменателем и числителем должна быть равна потере полностью превратимой энергии (эксергии) от необратимости в системе. 3) КПД должен отражать степень реализации цели, поставленной перед технической системой

η_экс = (Э_пол/Э_затр)100%, (8)

Энергетический КПД однозначно определяет эффективность работы каждой технической системы. Поэтому вводится классификация технической системы с точки зрения получаемых в них полезных эффектов. 1) S, полезные эффекты которых сводятся к увеличению одних видов эксергии за счет снижения других видов или к получению одних веществ из других в результате химических реакций. 2) S, полезные эффекты которых сводятся к передаче одного и того же вида эксергии от одной подсистемы к другой. 3) S, полезные эффекты которые сводятся и к преобразованию эксергии, и к передаче эксергии от одной подсистемы к другой (т.е. получаются полезные эффекты, свойственные системам первой о второй групп одновременно).

3. Высокотемпературные тепловые процессы и установки

3.1 Основные понятия.

Теплотехнология [ТТ] – совокупность методов преобразования исходных сырья, материалов, полуфабрикатов в заданный товарный продукт на основе изменения теплового состояния их вещества (от добычи до передачи потребителю).

Теплотехнологический процесс – элемент теплотехнологии, включающий совокупность элементарных процессов, обеспечивающих конкретное, технологически регламентированное тепловое воздействие на сырье, материалы, полуфабрикаты на отдельных этапах производственного цикла.

Ступень (стадия) теплотехнического процесса – часть теплотехнического процесса которая для своей реализации требует обеспечения специфических условий; переход от одной ступени к другой связан с изменением температурного режима, состава газовой атмосферы, источника энергии и т.д.

Теплотехнологическая схема производства – наглядная иллюстрация последовательной совокупности технологических процессов производства того или иного продукта.

Схема теплотехнологического процесса – наглядная иллюстрация последовательной совокупности элементарных процессов теплотехнологического процесса (пример: нагрев крупных стальных заготовок). исходный материал -› умеренный нагрев -› форсированный нагрев -› выдержка -› технологический продукт.

Теплотехнологический реактор (аппарат, рабочее пространство технологической установки) – одно или многокамерное устройство, в пределах которого осуществляется все стадии данного теплотехнологического процесса.

Теплотехнологическая установка – совокупность ТТ реактора и эксплуатации связанного с ним технологического, теплотехнического, энергетического, транспортного, приемно-распределительного и другого оборудования, непосредственно обеспечивающая реализацию данного технологического процесса и работающая в едином технологическом ритме.

ТТ система - совокупность ТТ установок и эксплуатационно-связанного с ними оборудования, обеспечивающая в пределах данного предприятия переработку исходных материалов в заданный продукт или полупродукт.

ТТ комплекс – совокупность ТТ систем, производственно связанных с ними устройств, установок систем, включая источники технологического сырья, топлива, электроэнергии, обеспечивающая всю последовательность ТТ процессов преобразования исходного сырья в заданную продукцию как в пределах данного предприятия, так и вне его.

Комбинированная система (установка) – система органически связывающая разнородные по производственному продукту паритетные технологические или технологические и энергетические системы с целью достижения наиболее высокой энергетической и общей эффективности выработки одновременно задаваемых видов продукции и уровней их производства (ТЭЦ).

Тепловая схема (технологической установки) – наглядная графическая иллюстрация состава и размещение источников энергии, состава и последовательности перемещения теплоносителей и рабочих тел в технологической установке.

Теплотехническая схема – тепловая схема, дополнительно иллюстрирующая используемые теплотехнические принципы организации технологического процесса и нетехнологического теплоиспользования.

Температурный и тепловой графики технологического процесса – графическая иллюстрация изменения температуры обрабатываемого материала и его теплопоглощения во времени в ТТ реакторе.

3.2 Классификация высокотемпературных теплотехнологических процессов.

Классификация основанная на физических и физико-химических явлениях, управляемых теплотехническими средствами, которые определяют длительность рабочего цикла и производительность ТТ установки.

1. ТТ процессы, определяемые (имитируемые) интенсивностью подвода теплоты к поверхности обрабатываемого материала (нагрев).

2. ТТ процессы, определяемые интенсивностью подвода массы извне к реагирующей поверхности обрабатываемого материала (обжиг или плавка).

3. ТТ процессы, определяемые интенсивностью переноса теплоты внутри обрабатываемого материала (нагрев).

4. ТТ процессы, определяемые интенсивностью молекулярного переноса массы обрабатываемого материала (обработка исходных материалов).

5. ТТ процессы, определяемые интенсивностью перемешивания фаз (твердое, жидкое) в зоне их термической обработки (термическая физико-химическая обработка).

6. ТТП, определяемые скоростью собственного химического регулирования.

7. ТТП, определяемые скоростью разделения целевых и сопутствующих продуктов (плавка медных руд).

8. ТТП, определяемые совокупностью двух или более вышеперечисленных факторов.

3.3 Классификация тепловых
и температурных графиков В.Т. П - в.

Уровень расхода топлива в ТТ установке в первую очередь определяется следующими особенностями температурного графика ТТ процесса: начальная температура исходного материала Т_м^н; средней температурой продуктов Т_м^пи, при которой они используются после выдачи из ТТ реактора.

Если принять в основу классификации эти два фактора, то многообразие температурных и тепловых графиков сводится к имеющим четырем видам (группам). Группа А включает графики ТТ процессов, в которых начальная температура исходного материала равна температуре окружающей среды (Т_м^н = Т_о.с.), а температура Т_м^пи равна средней максимальной температуре материала в процессе (Т_м^пи = Ť_м^макс).

Группа Б включает графики ТТП с Т_м^н = Т_о.с и Т_м^пи < Ť_м^макс (т.к. Т_м^пи = Т_о.с.).

Группа В включает графики с Т_м^н > Т_о.с. и Т_м^пи = Ť_м^макс.

Группа Г включает графики с Т_м^н > Т_о.с. и Т_м^пи < Ť_м^макс.

В каждой из указанных групп можно выделить несколько подгрупп, отличающиеся числом ступеней ТТП. Каждая подгруппа температурных и тепловых графиков имеет два варианта: а - в которых эндотермические процессы или выражены весьма слабо или отсутствуют: б – в которых эндотермические эффекты играют существенную роль.

3.4 Реакторы высокотемпературных установок [ВТУ]

Классификация ТТ реакторов

Таблица 3.1

ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕАКТОР
Однокамерный	Многокамерный
однозонный	многозонный	секционированный	комбинированный

ВТУ, в которых все стадии ТТ процесса осуществляется в конструктивно единой камере называется однокамерным.

ВТУ, в которых различные стадии ТТ процесса осуществляется в конструктивно отдельных камерах, называются многокамерными.

ВТУ с однокамерным однозонным реактором характеризуется относительно равномерным температурным полем греющих газов в объеме, и цикличностью их действия (мартен. печи - устарели). ВТУ с однокамерным многозонным реактором характеризуется непрерывностью действия и непрерывным полем температуры газов в объеме (прогрессивны).ВТУ с многокамерным секционным реактором характеризуется набором конструктивно однотипных камер, в которых осуществляются отдельные стадии технологического процесса с применением однотипных ТТ принципов. ВТУ с многокамерным комбинированным реактором характеризуется наличием конструктивно различных отдельных камер, имеющих различные источники энергии.

Структура реактора ВТУ

В многозонном и многокамерном реакторе можно в общем случае выделить следующие зоны и камеры.

1. Зоны и камеры предварительной тепловой или тепловой и физико-химической обработки исходных данных материалов (ЗПТО, КПТО), обеспечивают начальную технологическую обработку исходных материалов в ТТ процессе, реализованном в реакторе.

2. З и К основной технологической обработки (ЗОТО, КОТО). В этих зонах или завершается процесс в целом, или проводится его решающая стадия, в которой преодолевается температурный и тепловой барьер технологического процесса и создаются наиболее благоприятные условия для его завершающих стадий.

3. З и К технической дообработки материалов (ЗТД, КТД). Полностью завершаются стадии ТТ обработки материала.

4. З и К технологически регламентированного охлаждения технологического продукта (ЗТРО, КТРО).

Схемы реактора

ПТО

ОТО

ТД

ТРО

3.5 Тепловые схемы ВТУ

Элементарная тепловая схема - однокамерный однозонный реактор

Таблица 3.2

Зоны
ПТО	ОТО	ТД
	ДГ ХО   Т ИМ ТП

Схема однокамерного однозонного реактора с регенеративным подогревателем воздуха - окислитель топлива (мартеновская печь) (I) – (II) + котел утилизатор.

Таблица 3.3

Э (ПКГ) о.г.	ПТО (ВЭ)	ОТО (ИП)	ТД (ПП)
ХО       УГ	ИМ’	ТП   М’	О     Т ДГ   ТП’

Дата добавления: 2014-12-08