Енергозбереження у теплотехнологічних процесах

В промисловій теплоенергетиці в агрегатах та різних елементах енерготех­ноло­гічних установок знаходять свою реалізацію наступні процеси:

- Процеси нагрівння рідин, газів, твердих тіл в теплообмінних пристроях (теплообмінниках).

- Процеси охолодження рідин, газів, твердих тіл в теплообмінних пристроях (теплообмінниках).

- Процеси горіння, спалювання палива в пальниках котлоагаргатів.

- Процеси стиснення газів (ізохорне, ізотермічне, ізоентропне, пілітропне, реальне) в компресорах та нагнітачах.

- Процес самовскипання рідин в установках самовскипання.

- Розширення рідини та газів в дросельних пристроях, в парових та газових турбінах.

- Процеси змішування потоків рідини в мішалках.

- Процеси інжекції парів, газів в парострумииних, водоструминних компре­со­рах та ежекторах.

- Процеси концентрування потоків та об’ємів розчинів в випарних та вакуум-аппаратах.

- Процеси кондиціювання повітря в установках кондиціювання.

- Процеси трансфомації теплоти в трансформаторах теплоти.

- Процеси обпалювання в обпалювальних печах.

- Процеси транспортування (рідини, газів) в трубопроводах та каналах.

- Процеси конденсування пари (водяної, аміаку, фреону та інших робочих тіл систем охолодження) в конденсаторах та грійних камерах підігрівників тех­но­логічного призначення.

- Процеси кипіння рідини ((води, аміаку, фреону та інших робочих тіл систем охолодження) в випарних апаратах.

- Процеси дроселювання потоків пари та рідини (води, водяної пари).

- Процеси випромінювання в котлоагрегатах та від неізольованих (ізольованих) поверхонь.,

- Процеси конвекції.

- Тощо.

Реалізація кожного з цих процесів потребує або витрати певного виду ПЕР – палива, теплової енергії, електричної енергії, механічної енергії, наприклад:

- для реалізації процесу кипіння рідини потрібно підведення певного обсягу теплової енергії;

- для реалізації процесу стиснення газового потоку потрібно підведення до електроприводу компресора певного обсягу електричної енер­гії;

- тощо.

Енергозбереження у процесах повинно гарантувати змен­шення обсягів спо­живання ПЕР для реалізації цих процесів.

Для визначення обсягів зменшення витрат ПЕР потрібно володіти методами ­ визначення обсягів енергоресурсів, а для цього потрібно знати, яким чином вони визначаються, тобто вигляд їх розрахункових формул.

Обсяг (кількість за одиницю часу) ПЕР для кожного процесу визнача­ється індивідуальною мате­ма­­тич­ною формулою, що містить перелік загальноприйнятих параметрів, що характеризують саме цей процес, та розрахунковий термін часу – τ_розр, с, год, доба, за який виз­на­ча­єть­ся цей обсяг.

Тобто обсяг енергоресурсів може бути секундний, годинний, декадний місячний, річний.

Наприклад, обсяг електричної енергії в одиницях виміру “кВт.год” спожитої за годи­ну може мати розмірність кВт·год/год, за добу – кВт·год/добу, за місяць – кВт·год/ міс.

Фа­хів­цю з енергозбереження потрібно знати і пам’ятати якомога більше таких фор­мул по кожному виду ПЕР і уважно додержуватись або єдиної сис­теми вимірів параметрів, що входять до їх складу, або слідкувати за нав­ніс­тю в цих формулах кореляційних коефіцієнтів, що корелюють параметри у разі за­сто­сування системних і позасистемних одиниць їх виміру.

Наприклад:

Для визначення обсягу (кількості) теплової енергії для реалізації про­­цесу на­грі­вання потоку рідини за розрахунковий термін “секунду” (с) потрібно приймати до уваги, що:

- У разі засто­сування єдиної сис­теми одиниць виміру для параметрів (кг/с, кДж, с) і вимоги отримати обсяг теплової енергії у кДж за секунду (кДж/с, кВт), розрахункова формула має вигляд:

Q_τ^нагр = G_прод · с_прод (t₂^прод – t₁^прод) · τ_розр (2.1)

де:

G_прод – витрата продукту, що нагрівається, кг/с;

с_прод – теплоємність продукту, що нагрівається, кДж/кг·К,

t₂^прод – температура продукту на початку нагрівання, К;

t₁^прод – температура продукту після нагрівання, К;

τ_розр – коефіцієнт врахування розрахункового терміну нагрівання, 1 с/с.

Результат визначення обсягу теплоти за цією формулою – Q_τ^нагр буде визначено буде визначено у кДж/с (кВт).

- У разі застосування позасистемних одиниць виміру параметрів (т/год, Мкал, кДж, год) і вимоги отримати обсяг теплової енергії у Мкал за годину, (Мкал/год), розрахункова формула буде має інший вигляд:

Q_τ^нагр = 10³ · G_прод · (с_прод / 4,2) · (t₂^прод – t₁^прод) · 10^–3 ·τ_розр (2.2)

де:

G_прод – витрата продукту, що нагрівається, т/год;

с_прод – теплоємність продукту, що нагрівається, кДж/кг·К,

t₂^прод – температура продукту на початку нагрівання, ^оС;

t₁^прод – температура продукту після нагрівання, ^оС;

τ_розр– коефіцієнт, що враховує розрахунковий термін нагрівання, 1 год/ год;

10³ – коефіцієнт, що корелює «кг» і «т»;

10^–3– коефіцієнт, що корелює «ккал» і «Мкал»;

4,2 – коефіцієнт, що корелює «кДж» і «ккал».

У відповідності до наведених формул ефект енергозбереження у процесі наг­рі­вання потоку рідини гарантуватимуть наступні технічні рішення:

- технічні рішення по технології виробництва, що зменшать витрату потоку, що підлягає нагріванню, тобто зменшать величину G;

- технічні рішення по технології виробництва, що зменшать кінцеву темпе­ра­туру нагрівання потоку, тобто зменшать величину t₂;

- технічні рішення по технології виробництва, що збільшать початкову темпе­ра­туру потоку, тобто збільшать величину t₁;

Надалі, потрібно прийняти до уваги, що розрахункові формули для визна­чення обсягів енергоресурсів:

- які не мають в своїй структурі кореляційних коефіцієнтів містять виключно односистемні одиниці виміру параметрів;

- які мають в свої структурі кореляційні коефіцієнти містять позасистемні одиниці виміру параметрів.

Цю обставину потрібно мати на увазі і враховувати в практичній діяльності, оскільки вимоги Замовника робіт з енергозбереження щодо визначення обсягів енергоресурсів містять, як правило, позасистемні одниці їх виміру, а саме: Гкал/год, МВт.год/місяць, Гкал/рік, Мкал/год, тощо.

Формула для визначення секундної кількості теплоти для реалізації про­цесу випа­рову­вання рідини – Q_τ^випар, кДж/с, за розрахунковий період τ_розр= 1с має вигляд:

Q_τ^випар = G_рід · (і"– і') · τ_розр (2.3)

де:

G_рід– витрата рідини, що підлягає випаровуванню, кг/с;

і" – ентальпія насиченої пари рідини, що підлягає випаровуванню, кДж/кг;

і' – ентальпія рідини, що підлягає випаровуванню, у стані насичення, кДж/кг;

Формула для визначення секундної кількості теплоти, що виділяється у разі конде­нсації пари – Q_τ^конд, кДж/с, має вигляд:

Q_τ^конд = D_конд · (і_пари – і'_конд) · τ _розр (2.4)

де:

D_конд – годинна витрата пари, що конденсується, кг/с;

і_пари – ентальпія пари (насиченої або перегрітої), що конденсується, кДж/кг;

і'_конд – ентальпія (у стані насичення) конденсату пари, кДж/кг.

Формула для визначення секундної кількості механічної роботи, що потріб­на для стиснення газового потоку – L_τ^стисн, кДж/с, має вигляд:

L_τ^cтисн = Q_всм^газ · l _а^газ · ρ_всм^газ· τ _розр (2.5)

де:

Q_всм^газ – годинна витрата газу, що підлягає стисканню за станом перед початком стискання (на вході в компресору), м³/с;

l _а^газ – адіабатична (ізоентропна) робота стикання газу, кДж/кг;

ρ_всм^газ – питома густина газу, що підляє стисканню за станом на вході в ком­п­ресор, кг/м³.

У відповідності до наведеної формули ефект енергозбереження при стис­ненні газового потоку гарантуватимуть наступні технічні рішення:

- технічні рішення по технології виробництва, що зменшать витрату газо­вого потоку, що підлягає стисненню, тобто зменшать величину Q_всм^газ;

- технічні рішення по технології виробництва, що зменшать густину га­зового потоку, що підлягає стисненню, тобто зменшать величину ρ_всм^газ;

- технічні рішення по організації технологічного процесу, що зменшать питому роботу адіабатичного стиснення, тобто зменшать величину L_а^газ;

Визначення обсягів економіїПЕР – ∆Е_екон, внаслідок реалізації технічних рі­шень з енергозбереження, у процесах зводиться до визначення різ­ниці між рів­нями енергоспоживання до та після реалізаціїї робіт з енерго­збе­реження за універсальною формулою:

∆ Е_екон = Е_спож ^до – Е_спож ^після (2.6)

де:

Е_спож^до – рівень споживання енергії в процесі до впровадження енерго­збе­рі­га­ю­чих технічних рішень;

Е_спож^після – рівень споживання енергії в процесі до впровадження енерго­збе­­ріга­ю­чих технічних рішень.