ГОСТ Р 56834-2015: Газ горючий природный. Определение содержания кислорода

Сжигание топлива осуществляется с помощью устройств, называемых го­релками. Они предназначены для ввода газа и окислителя (обычно воздуха) в топку, смешения потоков до начала горения или в самом процессе горения и для стабилизации факела. Под стабилизацией понимается создание условий, обеспечивающих надежное го­рение факела без погасаний, пульсаций или отрыва от горелки. За очень редким исключением это достигается путем со­здания такого аэродинамического режи­ма, при котором образующиеся при сго­рании раскаленные продукты непрерыв­но подмешиваются к свежей топливо- воздушной смеси, обеспечивая ее за­жигание.

4.1 Устойчивость работы газовых горелок

При работе грелок возможны два вида неустойчивости горения: проскок факела в горелку и отрыв факела от горелки.

Проскок факела – это перемещение фронта пламени из топки в горелку, при котором горение топлива начинается непосредственно в горелке. При проскоке пламени в горелку образуются продукты неполного сгорания топлива, горелка раскаляется и может выйти из строя.

Отрыв факела – это перемещение фронта пламени от выходного отверстия горелки в направлении движения газовоздушной смеси, сопровождающееся погасанием факела. Отрыв приводит к наполнению топки, газовоздушной смесью, при котором возможны хлопок или взрыв.

Проскок факела в горелку может произойти только в горелках с предварительным смешением в том случае, когда скорость выхода газовоздушной смеси меньше скорости распространения пламени. При диффузионном принципе сжигания проскок факела в горелку невозможен. Отрыв факела может произойти при любом принципе сжигания в том случае, когда скорость выхода газа или газовоздушной смеси больше скорости распространения пламени.

На скорость распространения пламени огромное влияние оказывает коэффициент избытка воздуха a, то есть количество воздуха в газовоздушной смеси. В смесях, в которых содержание воздуха незначительное и содержание газа превышает верхний предел его воспламенения, пламя вообще не распространяется u_п = 0.

С увеличением количества воздуха в смеси скорость распространения пламени увеличивается, достигая наибольшей величины при содержании воздуха около 90% его теоретического количества, необходимого для полного сгорания газа. Следовательно, u_п = u_пmax при a = 0,9. В этом случае велика вероятность возникновения проскока пламени внутрь горелки. Поэтому, если требуется увеличить нагрузку, сначала увеличивают подачу газа, а затем воздуха. В случае необходимости уменьшения нагрузки поступают наоборот – сначала уменьшают подачу воздуха, а затем газа. При пуске горелок воздуха не должен в них поступать и зажигание газа проводится в диффузионном режиме за счет воздуха, поступающего в топку, с последующим переходом к подаче воздуха на горелку.

4.2 Классификация газовых горелок

Газовая горелка – это устройство, обеспечивающее устойчивое горение газового топлива и возможность регулирования процесса горения. Горелки можно классифицировать по следующим принципам:

· по степени подготовки горючей смеси:

1. без предварительного смешения газа с окислителем;

2. с предварительным смешением газа с окислителем:

— полным;

— частичным.

· по способу подачи воздуха:

1. с принудительной подачей воздуха от вентилятора;

2. путем инжектирования воздуха газовой струей;

3. за счет разрежения в топке.

· по давлению газа перед горелками:

1. низкого – до 5 кПа;

2. среднего – до критического перепада давлений (разности давлений в горелке и топке), при котором скорость газа и расхода газа достигают максимальных (критических) значений;

3. высокого – при критическом и сверхкритическом перепаде давлений (скорость истечения и расход газа при этом максимальны и не растут даже при увеличении давления).

· по степени автоматизации управления горелками:

1. с ручным управлением;

2. полуавтоматические;

3. автоматические.

· по скорости истечения топливовоздушной смеси из горелки:

1. низкая – до 20 м/с;

2. средняя – 20…70 м/с;

3. высокая – более 70 м/с.

Для распыливапия жидкого топлива и жидких отходов производства приме­няют форсунки. Они делятся на механические, пневматические и ротационные

В механи­ческих жидкость под высоким избы­точным давлением (от 1 МПа в топках до многих десятков мегапаскалей в дизе­лях) продавливается сквозь небольшие отверстия, иногда предварительно интен­сивно закручиваясь в центробежном завихрителе, вытекает из отверстий с боль­шой скоростью и распадается на мелкие капли.

Мелкий распыл, хорошее перемеши­вание с окислителем и надежная стаби­лизация горения — вот три условия, обеспечивающие быстрое и экономичное сжигание жидкого топлива.

Перед механической форсункой топ­ливо должно быть очищено от механиче­ских примесей, иначе отверстия форсун­ки будут забиты. В условиях, когда труд­но обеспечить надежную очистку, при­меняют пневматические форсун­ки, в которых топливо (обычно мазут) распыливается струей воздуха.

Воздух или пар высокого давления , вытекая из сопла со сверхзвуковой скоростью, подхватывает и интенсивно распыливает струйки предварительно подогретого мазута, подаваемого примерно под таким же, как и распыливающий агент, давлением, и выбрасывает образующийся туман в топку.

Форсунку устанавливают в горелке, через которую подается закрученный в завнхрителе воздух. Конструкции горелок отличаются большим разнообразием.

Основным элементом ротационной форсунки является тщательно отполированный изнутри распыливающий стакан, вращающийся на полом валу. Топливо по трубке , проходящей внутри вала, подается на внутреннюю поверхность стакана, распреде­ляется по ней тонким слоем и разбрызги­вается, стекая с края стакана под действием центробежной силы. Попадая в поток воздуха, проходящего через ло­паточный завихритель, пленка топлива распадается на мельчайшие капли, вы­носится в топочный объем и там вос­пламеняется.

Ротационные форсунки сложнее в эк­сплуатации, чем механические и пневма­тические, но обладают по сравнению с ними большим преимуществом: хоро­шо распыливают топливо в широком ди­апазоне изменения нагрузки, не требуют тон­кой очистки жидкого топлива от при­месей ( не имеют отверстий ма­лых сечений) и работают при низком его давлении.

В топочной технике широко применя­ют комбинированные горелки, позволяю­щие попеременно или одновременно сжи­гать различные топлива. Например, для котлов, работающих на газе, обязатель­но предусматривают запас резервного топлива — чаще всего мазута, а в их топках устанавливают газомазутные го­релки, представляющие собой газовые горелки со встроенными мазутными фор­сунками.

Лекция № 14

Тема: «ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА»( 2часа)

1.ПЛАН

1. Паровой котел и его основные элементы.

2. Поверхности нагрева котла. Вспомогательное оборудование котельной установки.

3. Тепловой баланс парового котла. КПД котла.

4. Технологическая схема котла.

2. ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

1. Амерханов Р.А., Драганов Б.Х. Теплотехника. — М.: Энергоатомиздат, 2006. – 432 с.

Дополнительная литература

1. Теплотехника. /А.П. Баскаков, Б.В. Берг и др. – М.: Энергатомиздат, 1991. – 224 с.

2. Техническая термодинамика. / Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 496 с.

Рассмотрим общее устройство парового котла на примере котла ДКВР – 4/13, принципиальная схема которого представлена на рис. 14.1, а конструкция – на рис. 14.2.

Основным элементом парового котла является барабан (паросборник), ко­торый выполняется из листовой котельной стали толщиной от 13 до 40 мм и более.

На паросборнике котла 10 (рис.14.2) размещаются следующие устройства:

1- Главный паровой запорный орган (задвижка или вентиль) (ГПЗ).

2. Предохранительные паровые клапаны (два и более).

3. Арматура питательного трубопровода (обратные клапана).

4. Водоуказательные приборы.

5. Арматура на паропроводе собственных нужд котла (паропровод про­вых насосов).

6. Арматура на трубопроводе для отбора пара на анализ.

7. Импульсные трубопроводы с кранами к приборам и датчикам автоматики.

8. Котловой манометр с трехходовым краном и сифонной трубкой.

9. Арматура трубопровода непрерывной продувки.

10. Арматура на трубопроводе для отбора котловой воды на анализ.

11. Воздушник.

12. Легкоплавкие пробки.

Внутри барабана 10 располагаются сепарационные устройства 18и питательные перфорированные трубы 21. Сепарационное устройство — устройство котла, предназначенное для отделения воды от пара.

Кроме одного или нескольких барабанов в котлоагрегат входят коллекто­ры 36– трубы большого диаметра с утолщенной стенкой, сферическими днищами и лючками. Верхний 10 и нижний 34 барабаны между собой связываются конвективным пучком труб 24. Трубы конвективного пучка развальцованы с двух сторон в барабанах и имеют радиус гиба более 400 мм для обеспечения возмож­ности после чистки труб проверять их сечение прогонкой металлического шара. Конвективные поверхности нагрева располагаются в газоходах котла.

В топочном пространстве котлоагрегата расположены экранные (или радиа­ционные) поверхности нагрева 8, в которых происходит процесс испарения воды (парообразования). Они одновременно являются водяными экранами, защи­щающими обмуровку топки от перегрева. Эти трубы одним концом соединяются с верхним барабаном котла путем вальцовки, а другим концом привариваются к коллекторам. Коллектора либо замуровываются в обмуровку топки, либо выно­сятся за ее пределы. В экранных и конвективных поверхностях нагрева вода и пароводяная смесь движутся снизу вверх в сторону паросборника.Для питания циркуляционных контуров котловой водой используются опускные трубы 7. Диаметр опускных труб значительно больше экранных и они отделены от прямого воздействия тепла топки (замурованы в стенах обмуровки). Опускными трубами конвективного пучка являются трубы последних рядов, расположен­ные во втором газоходе.

Котлы не имеют несущего каркаса. Нижний барабан и коллекторы экранов устанавливаются на чугунную раму на специальных опорах. Одна из этих опор 31 является подвижной, а другая неподвижной 35. В месте установки подвижной опоры привариваются указатели перемещения (реперы) — стальные стержни, изогнутые под углом 90° с заостренным концом.

Рис. 14.1. Принципиальная схема котла типа ДКВР – 2,5; 4; 6,5

Реперы являются указателями удлинения коллекторов и барабанов. Указатель не должен выхо­дить за пределы расположенной под ним рамки.

Вес верхнего барабана передается через систему экранных и конвективных труб к коллекторам и нижнему барабану.

Первый ряд конвективного пучка является задним экраном камеры догора­ния. Конвективный пучок разделен на два газохода перегородками 25, благодаря чему увеличивается длина пути дымовых газов. Выход дымовых газов осуще­ствляется в общий газоход, находящийся на задней стенке обмуровки топки.

При наличии пароперегревателя часть кипятильных труб конвективного пучка не устанавливается; пароперегреватели размещаются в первом газоходе после второго-третьего рядов кипятильных труб.

Для очистки труб (при работе на мазуте) котлы оборудованы стационар­ным обдувочным прибором 28с расположенной по оси котла вращающейся тру­бой, имеющей ряд сопел (диаметр сопел — 8 мм). Прибор крепится на каркасе задней стенки котла. Для обдувки применяется насыщенный или перегретый пар с давлением не менее 7 кгс/см². На трубопроводе перед обду­вочным прибором должны быть установлены манометр и штуцер с вентилем для спуска конденсата перед обдувкой. Вращение обдувочной трубы произво­дится вручную при помощи маховика и цепи.

Экономайзеры служат для подогрева питательной воды отходя­щими из топки газами перед ее поступлением в испарительную часть котла. Располагают их в газоходе котла за пароперегревате­лями (по ходу движения газа) и изготовляют из стальных и чугун­ных труб, собранных в пакеты (рис.14.4). Чугунные трубы имеют обычно наружное оребрение для повышения интенсивности теп­лоотдачи от дымовых газов к стенке труб, которая в данном слу­чае лимитирует общую скорость теплоотдачи. Движение воды в трубах вертикальное, снизу вверх; выделяющиеся при нагреве воды пузырьки воздуха также перемещаются вверх и не препят­ствуют движению воды в трубах.

При проектировании экономайзеров предусматривают, что­бы температура воды на входе в них была выше температуры точки росы дымовых газов, при этом на наружной стенке труб не происходит конденсации водяных паров, содержащихся в га­зах и, следовательно, не наблюдается интенсивной коррозии труб.

Воздухоподогреватели – это устройства для подогрева воздуха уходящими из котла дымовыми газами перед подачей его в топку котла. По способу теплообмена воздухоподогреватели подразде­ляют на рекуперативные, в которых передача теплоты от газа к воздуху осуществляется через разделяющую их стенку, и регенеративные, которые представляют собой набивку, заполняющую объем воздухоподогревателя, через которую поочередно продува­ют то дымовые газы, нагревающие набивку, то воздух, отбираю­щий теплоту от нагретой набивки.

В котлах малой и средней тепловой мощности воздухоподо­греватели обычно выполняют в виде рекуперативных трубчатых теплообменников – многоходовых по воздуху (рис. 14.5). Дымо­вые газы движутся по вертикальным стальным трубам диаметром 30…40 мм, а воздух омывает их снаружи, перемещаясь в попереч­ном направлении.

По ходу газа воздухоподогреватели устанавливают за эконо­майзерами. Во избежание конденсации водяных паров, содержа­щихся в дымовых газах, в воздухоподогревателе температура воз­духа на входе в него поддерживается на 5…10 °С выше температуры точки росы дымовых газов путем предварительного нагрева воздуха или его рециркуляции. В первом случае воздух подогревают в специальных ка­лориферах, во втором – смешивают с горячим воздухом, отбирая его из воз­душного тракта на входе в дутьевой вентилятор. Поскольку в нижней части воздухоподогревателя все-таки происходит низкотемператур­ная коррозия, то для увеличения его ремонтопригодности нижний ход воздухоподогревателя делают съемным, подвешивая его к балкам каркаса.

Регенеративный воздухоподогреватель показан на рис. 3. Внутри металлического кожуха 5 с помощью вала 1 вращается ротор 7, разделенный вертикальными перегородками на отдель­ные секции. Внутри секций находится набивка, состоящая из тонкостенных гофрированных листов. К верхней и нижней час­тям кожуха приварены патрубки для подвода и отвода газов и воздуха. Вращением вала с перегородками обеспечивается кру­говое перемещение набивки. Находясь между газовыми патруб­ками, она нагревается, аккумулируя теплоту, а между воздуш­ными патрубками охлаждается, отдавая теплоту нагреваемому воздуху. Регенеративные воздухоподогреватели более компакт­ны и менее металлоемки, чем рекуперативные, и имеют более низкое аэродинамическое сопротивление. Недостаток их состо­ит в том, что из-за наличия вращающихся деталей требуется ус­танавливать сложные уплотнения, которые не вполне надежны в работе.

Кроме того, необходимы охлаждение подшипников и посто­янный контроль за работой ротора; если в котле используется зольное топливо, то постепенно забиваются золой межпластин­ные зазоры. Конструктивно регенеративные воздухоподогревате­ли изготовляют как с вертикально, так и с горизонтально распо­ложенным ротором.

Пароперегреватели – это устройства, предназначенные для повышения температуры насыщенного пара (перегрева) при его постоянном давлении путем передачи пару определенного коли­чества теплоты от дымовых газов, проходящих по газовому трак­ту котельной установки. Их подразделяют на радиационные и конвективные в зависимости от преобладающего способа пере­дачи теплоты в них.

Радиационные перегрева­тели располагают на выхо­де газов из топки или в га­зоходе, в зоне высоких температур дымовых газов, поэтому основной поток теплоты к ним передается за счет излучения. Конвективные перегреватели помещают в газоходе в зоне более низких температур, поэтому теплота в этом случае передается преиму­щественно путем конвективного теплообмена. Пароперегрева­тели изготовляют из труб диаметром 25…54 мм. В зависимости от направления движения пара и газа они бывают прямоточны­ми, противоточными и со смешанным движением потоков (рис. 14.7).

Радиационные пароперегреватели конструктивно выполняют в виде ширм, которые состоят из близко расположенных одна от другой труб, находящихся в одной плоскости; концы труб вваре­ны во входной и выходной коллектор. В котле обычно есть не­сколько рядов ширм, расположенных на расстоянии 450…1000 мм одна от другой. Трубы в ширмах могут быть как вертикальными, так и горизонтальными. Вертикальное располо­жение труб облегчает подвеску ширм (в этом случае ее осуществ­ляют за коллекторы), но затрудняет слив конденсата при оста­новках котла.

Пароперегреватели устанавливают в газоходе котла перед эко­номайзерами в зоне с достаточно высокой температурой газов (600…1050°С), поэтому для повышения жаростойкости их изго­товляют из перлитных сталей с добавками легирующих элемен­тов либо из аустенитных. Расположение труб в конвективных па­роперегревателях шахматное или коридорное.

Рис. 14.7. Типы пароперегревателей:

а – прямоточный; б – противоточный; в – со смешанным движением потоков

Общее уравнение теплового баланса котельного агрегата

Соотношение, связывающее приход и расход теплоты в теплогенераторе, составляет его тепловой баланс. Целями составления теплового баланса котельного агрегата является определение всех приходных и расходных статей баланса; расчёт КПД котельного агрегата, анализ расходных статей баланса с целью установления причин ухудшения работы котельного агрегата.

В котельном агрегате при сжигании топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота топлива расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие тепловых потерь.

В соответствии с законом сохранения энергии между приходом и расходом теплоты в котельном агрегате должно существовать равенство, т. е.

Для котельных установок тепловой баланс составляют на 1кг твёрдого или жидкого топлива или 1м³ газа, находящегося при нормальных условиях ( ). Статьи прихода и расхода в уравнении теплового баланса имеют размерность МДж/м³ для газообразного и МДж/кг для твёрдого и жидкого топлива.

Поступившая в котельный агрегат теплота от сжигания топлива называется также располагаемой теплотой, её обозначают .В общем случае приходная часть теплового баланса записывается в виде:

где низшая теплота сгорания твёрдого или жидкого топлива на рабочую массу, МДж/кг;

низшая теплота сгорания газообразного топлива на сухую массу, МДж/м³;

физическая теплота топлива;

физическая теплота воздуха;

теплота, вносимая в топку котла с паром.

Рассмотрим составляющие приходной части теплового баланса. В расчётах принимается низшая рабочая теплота сгорания в том случае, если температура продуктов сгорания, покидающих котёл, выше температуры конденсации водяного пара (обычно t_г = 110…120 ⁰С). При охлаждении же продуктов сгорания до температуры, при которой на поверхности нагрева возможна конденсация водяных паров, расчёты следует выполнять с учётом высшей теплоты сгорания топлива

Физическая теплота топлива равна:

где с_т – удельная теплоёмкость топлива, для мазута и для газа;

t_т – температура топлива, ⁰С.

При поступлении в котёл твёрдое топливо имеет обычно малую температуру, приближающуюся к нулю, поэтому Q_ф.т. невелика по значению, и ей можно пренебречь.

Мазут (жидкое топливо) для снижения вязкости и улучшения распыления поступает в топку подогретым до температуры 80…120⁰С, поэтому его физическая теплота учитывается при выполнении расчётов. При этом теплоёмкость мазута может быть определена по формуле:

Учёт Q_ф.т. проводится только при сжигании газообразного топлива с низкой теплотой сгорания (например, доменного газа) при условии его подогрева (до 200…300 ⁰С). При сжигании газообразного топлива с высокой теплотой сгорания (например, природного газа) имеет место, повышенное соотношение массы воздуха и газа (примерно 10 1). В этом случае топливо – газ обычно не подогревают.

Физическая теплота воздуха Q_ф.в. учитывается лишь при подогреве его вне котла за счёт постороннего источника (например, в паровом калорифере или в автономном подогревателе при сжигании в нём дополнительного топлива). В этом случае теплота, внесённая воздухом равна:

где отношение количества воздуха на входе в котёл (воздухоподогреватель) к теоретически необходимому;

энтальпия теоретически необходимого подогретого перед воздушным подогревателем воздуха, :

,

здесь температура подогретого воздуха перед воздухоподогревателем котельного агрегата, ⁰С;

энтальпия теоретически необходимого холодного воздуха, :

Теплота, вносимая в топку котла с паром при паровом распылении мазута учитывается в виде формулы:

где G_п – расход пара, кг на 1 кг топлива (при паровом распыливании мазута G_п = 0,3…0,35 кг/кг);

h_п – энтальпия пара, МДж/кг;

2,51 –примерное значение энтальпии водяного пара в продуктах сгорания, покидающих котельный агрегат, МДж/кг.

При отсутствии подогрева топлива и воздуха от посторонних источников располагаемая теплота будет равна:

Расходная часть теплового баланса включает в себя полезно используемую теплоту Q_пол в котельном агрегате, т.е. теплоту, затраченную на выработку пара (или горячей воды), и разные тепловые потери , т.е.

,

,

где Q_у.г. – потери теплоты с уходящими газами;

Q_х.н., Q_м.н. – потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива;

Q_н.о. – потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла;

Q_ф.ш. – потеря с физической теплотой шлаков;

Q_акк. – расход (знак « ») и приход (знак «-») теплоты, связанный с неустановившимся тепловым режимом работы котла. При установившемся тепловом состоянии Q_акк. = 0.

Итак общее уравнение теплового баланса котельного агрегата при установившемся тепловом режиме можно записать в виде:

Если обе части представленного уравнения разделить на и умножить на 100%, то получим:

где слагаемые расходной части теплового баланса, %.

3.1 Потери теплоты с уходящими газами

Потеря теплоты с уходящими газами возникает из-за того, что физическая теплота (энтальпия) газов покидающих котёл при температуре t_у.г., превышает физическую теплоту поступающих в котёл воздуха α_у.г. и топлива с_тt_т. Разница между энтальпией уходящих газов и теплотой, поступившей в котёл с воздухом из окружающей среды α_у.г. , представляет собой потерю теплоты с уходящими газами, МДж/кг или (МДж/м³):

.

Потеря теплоты с уходящими газами занимает обычно основное место среди тепловых потерь котла, составляя 5…12% располагаемой теплоты топлива. Эти потери теплоты зависят от температуры, объёма и состава продуктов сгорания, которые, в свою очередь, зависит от балластных составляющих топлива:

Отношение , характеризующее качество топлива, показывает относительный выход газообразных продуктов сгорания (при α = 1) на единицу теплоты сгорания топлива и зависит от содержания в нём балластных составляющих (влаги W^р и золы А^р для твердого и жидкого топлива, азота N₂, диоксида углерода СО₂ и кислорода О₂ для газообразного топлива). С увеличением содержания в топливе балластных составляющих, и, следовательно, , потеря теплоты с уходящими газами соответственно возрастает.

Одним из возможных направлений снижения потери теплоты с уходящими газами является уменьшение коэффициента избытка воздуха в уходящих газах α_у.г, который зависит от коэффициента расхода воздуха в топке и балластного воздуха, присосанного в газоходы котла, находящиеся обычно под разряжением:

Возможность уменьшения α, зависит от вида топлива, способа его сжигания, типа горелок и толочного устройства. При благоприятных условиях смешения топлива и воздуха избыток воздуха , необходимый для горения, может быть уменьшен. При сжигании газообразного топлива коэффициент избытка воздуха принимают 1,1, при сжигании мазута =1,1…1,15.

Присосы воздуха по газовому тракту котла в пределе могут быть сведены нулю. Однако полное уплотнение мест прохода труб через обмуровку, уплотнение лючков и гляделок затруднено и практически =0,15..0,3.

Балластный воздух в продуктах сгорания помимо увеличения потери теплоты Q_у.г. приводит также к дополнительным затратам электроэнергии на дымосос.

Другим важнейшим фактором, влияющим на величину Q_у.г., является температура уходящих газов t_у.г. . Её снижение достигается установкой в хвостовой части котла теплоиспользующих элементов (экономайзера, воздушного подогревателя). Чем ниже температура уходящих газов и, соответственно, меньше разность температур между газами и нагреваемым рабочим телом (например, воздухом), тем большая площадь поверхности нагрева требуется для охлаждения продуктов сгорания.

Повышение же температуры уходящих газов приводит к увеличению потери с Q_у.г. и, следовательно, к дополнительным затратам топлива на выработку одного и того же количества пара или горячей воды. В связи с этим оптимальная температура t_у.г. определяется на основе технико-экономических расчётов при сопоставлении готовых капитальных затрат на сооружение поверхности нагрева и затрат на топливо (рис.3.).

Кроме того, при работе котла поверхности нагрева могут загрязняться сажей и золой топлива. Это приводит к ухудшению теплообмена продуктов сгорания с поверхностью нагрева. При этом для сохранения заданной паропроизводительности приходится идти на увеличение расхода топлива. Занос поверхностей нагрева приводит также к увеличению сопротивления газового тракта котла. В связи с этим для обеспечения нормальной эксплуатации агрегата требуется систематическая очистка его поверхностей нагрева.

3.2Потери теплоты от химической неполноты сгорания

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (химический недожог) возникает при неполном сгорании топлива в пределах топочной камеры и появления в продуктах сгорания горючих газообразных составляющих – СО, H₂, СH₄, C_mH_n и др. догорание же этих горючих газов за пределами топки практически невозможно из-за относительно низкой их температуры.

Причинами появления химической неполноты сгорания могут быть:

· общий недостаток количества воздуха;

· плохое смесеобразование, особенно на начальных стадиях горения топлива;

· низкая температура в топочной камере, особенно в зоне догорания топлива;

· недостаточное время пребывания топлива в пределах топочной камеры, в течении которого химическая реакция горения не может завершиться полностью.

При достаточном для полного сгорания топлива количестве воздуха и хорошем смесеобразовании потери зависят от объёмной плотности тепловыделения в топке, МВт/м³:

где В – расход топлива, кг/с;

V_т – объём топки, м³.

Однако по достижении определённого уровня при дальнейшем увеличении расхода топлива (правая часть кривой) потери вновь начинают возрастать, что связано с уменьшением времени пребывания газов в объёме топки и невозможностью в связи с этим завершения реакции горения.

Оптимальное значение , при котором потери минимальны, зависит от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Для современных топочных устройств потеря теплоты от химической неполноты сгорания составляет 0…2% при .

При обработке материалов испытания котельной установки потерю теплоты от химической неполноты сгорания определяют по формуле:

где объёмы горючих газов в продуктах горения топлива, м³/кг

теплоты сгорания соответственно СО, Н₂, СН₄

Объёмы горючих газов можно определить по выражениям:

где содержание горючих газов в продуктах сгорания, %;

объём сухих газов, м³.

при сжигании твёрдого и жидкого топлива:

при сжигании газообразного топлива:

При разработке мероприятий по снижению величины следует иметь в виду, что при наличии условий для появления продуктов неполного сгорания в первую очередь образуется CO как наиболее трудносжигаемый компонент, а затем Н₂ и другие газы. Из этого следует, что если в продуктах горения отсутствует СО, то в них нет и Н₂.

Коэффициент полезного действия котельного агрегата

Коэффициентом полезного действия котельного агрегата называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте котельного агрегата. Однако не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учётом этого различают КПД котельного агрегата по выработанной теплоте (КПД – брутто) и по отпущенной теплоте (КПД – нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

Итак, КПД – брутто котельного агрегата характеризует степень его технического совершенства, а КПД – нетто – коммерческую экономичность.

КПД – брутто котельного агрегата можно определить или по уравнению прямого баланса или по уравнению обратного баланса.

По уравнению прямого баланса:

Например, при производстве водяного пара полезно используемая теплота равна (см. 2 вопрос) :

Тогда

Из представленного выражения можно получить формулу для определения необходимого расхода топлива, кг/с (м³/с):

По уравнению обратного баланса:

Определение КПД – брутто по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчётности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса – при испытании котельных агрегатов. Вычисление КПД по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.

КПД – нетто определяется по выражению:

где расход энергии на собственные нужды, % .

Таким образом, для повышения эффективности котельных агрегатов недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды, которые составляют в среднем 3…5% теплоты, располагаемой котельным агрегатом.КПД котельного агрегата зависит от его нагрузки. Для построенияй зависимости нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата, которые зависят от нагрузки, т.е.

Схема котла, работающего на пыле­видном угле, приведена на рис. 14.10. Топливо с угольного склада после дроб­ления подается конвейером в бункер сырого угля 1, из которого направ­ляется в систему пылеприготовления, имеющую углеразмольную мельницу 2. Воздухом, нагнетаемым специииальным вентилятором 3, пылевидное топливо транспортируется по трубам к горел­кам 4 топки котла 5, находящегося в ко­тельной 6. К горелкам подводится также дополнительный — вторичный воздух, обеспечивающий полное сжигание топ­лива. Он подается дутьевым вентилято­ром 9 через воздухоподогреватель котла. Вода для питания котла нагнетается пи­тательным насосом 8 из бака питатель­ной воды 7, имеющего деаэрационное устройство.

Уходящие из котла газы очищаются от золы и золоулавливающем устрой­стве 10 и дымососом 11 выбрасываются е атмосферу через дымовую трубу 12. Уловленная из дымовых газов пылевидная зола и выпавший в нижнюю часть топки шлак удаляются, как правило, в потоке воды по каналам, а затем обра­зующаяся пульпа откачивается специ­альными багерными насосами 13 и уда­ляется по трубопроводам. Однако в свя­зи с тем, что зола может

Рис. 14.10 Технологическая схема котельной установки, работающей на твердом топливе:I – водяной тракт; II – перегретый пар; III- топливный тракт; IV – путь движения воздуха; V – тракт продуктов сгорания; VI – путь золы и шлака

использоваться для нужд строительства, например как инертная добавка в бетон (а для этой цели она должна выводиться из котель­ной в сухом виде), в последнее время интенсивно внедряется транспорт золы в сухом виде — обычно с помощью воз­душного потока.

Устройства, перечисленные выше и обес­печивающие нормальную работу котла, но не являющиеся его составными частя­ми, относятся к вспомогательному обору­дованию котельной установки.

Лекция № 15

Тема «ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ»(2 часа)

1. ПЛАН

1.Основы энергосбережения.

2. Основные направления экономии энергоресурсов.

3. Вторичные энергетические ресурсы.

4. Охрана окружающей среды.

2. ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

1. Амерханов Р.А., Драганов Б.Х. Теплотехника. — М.: Энергоатомиздат, 2006. – 432 с.

Дополнительная литература

1. Теплотехника. /А.П. Баскаков, Б.В. Берг и др. – М.: Энергатомиздат, 1991. – 224 с.

2. Техническая термодинамика. / Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 496 с.

Энергосбережение – организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода (потерь) топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации;

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) – совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике;

Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов – использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развитии техники и технологий и соблюдении законодательства;

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии – источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцируемого природного газа, биомассы ( включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов;

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) – энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом энергетическом процессе.

Энергетика – область человеческой деятельности, связанная с производством, передачей потребителям и использованием энергии. В мире наиболее развито производство электроэнергии, что обусловлено совершенством и сравнительной простотой преобразователей этой энергии в механическую, тепловую и другие виды энергии, возможностью транспортировки и дробления для использования многими потребителями, а также экологической чистотой использования электроэнергии в подавляющем большинстве производств. К недостаткам электроэнергии следует отнести несовершенство и громоздкость устройств для хранения и накопления электроэнергии. Поскольку большая часть электроэнергии вырабатывается на теплоэлектростанциях, к энергетике относят и топливодобывающие предприятия. Обычно рассматривают топливно-энергетический комплекс страны. Энергосбережение направлено на экономное расходование топливно-энергетических ресурсов, запасы которых на земле ограничены.

Электроэнергетика является важнейшей отраслью экономики любой страны, поскольку ее продукция (электрическая энергия) относится к универсальному виду энергии. Ее легко можно передавать на значительные расстояния, делить на большое количество потребителей. Без электрической энергии невозможно осуществить многие технологические процессы, как невозможно представить нашу повседневную жизнь без отопления, освещения, охлаждения, транспорта, телевизора, холодильника, стиральной машины, пылесоса, утюга, использования современных средств связи (телефон, телеграф, телефакс, ЭВМ), которые также потребляют электроэнергию. Одной из специфических особенностей электроэнергетики является то, что ее продукция в отличие от других отраслей промышленности не может накапливаться в запас на складе для последующего потребления. В каждый момент времени ее производство должно соответствовать ее потреблению.

Основное количество электроэнергии потребляется в промышленности

Возобновляемые источники энергии — источники, пото­ки энергии которых посто­янно существуют или периоди­чески возникают в окружающей среде (рис. 2).

К ним относят энергию: прямого излучения Солнца, ветра, мирового океана (энергия приливов, волн), рек, морс­ких течений, морских водорослей, биомассы, водотоков, гео­тер­мальных источников (энергия внутреннего тепла Земли), «холодную» (получение энерго­носителей путем физико-хи­мических процессов, протекающих при низких температу­рах), нетрадиционных источников энергии, получаемую при непосредственном преобразо­вании химической энергии орга­нического топлива в электрическую — создание топливных элементов и др. энергетических ресурсов.

Энергия, которая содержится в природных источниках и может быть преобразована в механическую, тепловую, элек­трическую, химическую, называют первичной.

Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энер­гии на специальных установках – станциях, называется вторичной (электриче­ская энергия, энергия пара, горячей воды и т.д.). В настоящее время широко ведутся работы источников энергии: солнечной, ветра, приливов, теплоты земли (нетрадиционные виды энергии).

Любой источник энергии, естественный или искусствен­но активизированный, называют энергетическим ресурсом. По способу использования первичные энергетические ре­сурсы подразделяют на топливные и нетопливные, по признакам сохранения запасов на возобновляемые и невозобновляемые. В современном природополь­зовании энергетические ресурсы классифицируют на три группы:

— участвующие в постоянном обороте и потоке энергии (солнечная энергия, энергия потоков воды и воздушных масс и т. д.);

— депонированные (уголь, нефть, газ и т. д.);

— искусственно активизированные (ядерная и термоядер­ная энергия).

Использование энергетических ресурсов является одной из основных форм природопользования. Область обществен­ного производства, охватываю­щая энергетические ресурсы, получение, преобразование, транспортировку и использова­ние различных видов энергии, называется энергетикой. Энергетика функционирует в рамках энергосистем. В энер­госистемы входят традиционная и нетрадиционная энерге­тика. Традиционная энергетика использует ископае­мые энер­гические ресурсы (уголь, нефть, газ), а также торф, дрова и другое ор­ганическое и синтетическое топливо, энергию, вы­деляющуюся при распаде ядер (ядерное топливо), гидроэнер­гию рек, нетрадиционная — возобновляемые источники энер­гии (солнечную энергию, энергию ветра, энергию биомассы, геотермальную энергию и др.).

Эффективность использования энергоресурсов является одним из важнейших показателей эффективности предприятия в целом, а для промышленных предприятий, с характерной для них большой энергоемкостью, еще и одним из оснований для выживания.

Конечным итогом деятельности в области энергосбережения является уменьшение энергозатрат, т.е. затрат на приобретение энергоресурсов, а при изменяющихся объемах производства — уменьшение доли энергозатрат в суммарных затратах на производство продукции. Этот результат может быть достигнут различными методами, и существуют известные классификации методов энергосбережения по их затратности, технической оснащенности и сложности, срокам окупаемости, наукоемкости и другие. [3, с. 162]

В промышленности более 2/3 потенциала энергосбережения находится в сфере потребления наиболее энергоемкими отраслями — химической и нефтехимической, топливной, строительных материалов, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной, пищевой и легкой промышленностью.

Значительные резервы экономии ТЭР в этих отраслях обусловлены несовершенством технологических процессов и оборудования, схем энергоснабжения, недостаточным внедрением новых энергосберегающих и безотходных технологий, уровнем утилизации вторичных энергоресурсов, малой единичной мощностью технологических линий и агрегатов, применением неэкономичной осветительной аппаратуры, нерегулируемого электропривода, неэффективной загрузкой энергооборудования, низкой оснащённостью приборами учета, контроля и регулирования технологических и энергетических процессов, недостатками, заложенными при проектировании и строительстве предприятий и отдельных производств, низким уровнем эксплуатации оборудования, зданий и сооружений.

Примерно треть всего используемого в машиностроении котельно-печного топлива идет на нужды литейного, кузнечно-прессового и термического производства. На технологические нужды используется около половины всей потребляемой теплоты и около трети всей электроэнергии. Свыше трети всей электроэнергии идет на механическую обработку. Основными потребителями энергоресурсов в машиностроении являются мартеновские печи, вагранки, плавильные печи, тягодутьевые машины (вентиляторы и дымососы), нагревательные печи, сушилки, прокатные станы, гальваническое оборудование, сварочные агрегаты, прессовое хозяйство.

Более половины резервов экономии энергоресурсов может быть реализовано в процессе плавки металлов и литейного производства. Остальная экономия связана с совершенствованием процессов металлообработки, в том числе за счет повышения уровня ее автоматизации, расширение использования менее энергоемких по сравнению с металлом пластмасс и других конструкционных материалов.

Основными направлениями энергосбережения в этих отраслях являются:

— Использование эффективных футеровочных и теплоизоляционных материалов а печах, сушилках и теплопроводах;

— Применение тиристорных преобразователей частоты в процессах индукционного нагрева металла в кузнечном и термическом производстве;

— Внедрение энергосберегающих лакокрасочных материалов(с пониженной температурой сушки, водоразбавляемых, с повышенным сухим остатком);

— Снижение энергозатрат при металлообработке(замена процессов горячей штамповки выдавливанием и холодной штамповкой);

— Применение накатки шестерен вместо изготовления на зубофрезерных станках;

— Расширение использования методов порошковой металлургии;

— Применение станков с ЧПУ (числовым програмным управлением), развитие робототехники и гибких производственных структур;

— Снижение энергоемкости литья за счет уменьшения брака.

В химической и нефтехимической промышленности существует разнообразие технологических процессов, при которых потребляется или выделяется большое количество теплоты. Уголь, нефть и газ используются как в качестве топлива, так и в качестве сырья.

Основными направлениями энергосбережения в этих отраслях являются:

— Применение высокоэффективных процессов горения в технологических печах и аппаратах (установка рекуператоров для подогрева воды);

— Использование погруженных газовых горелок для замены парового разогрева негорючих жидкостей;

— Повышение эффективности процессов ректификации (оптимизация технологического процесса с использованием тепловых насосов, повышение активности и селективности катализаторов);

— Совершенствование и укрупнение единичной мощности агрегатов в производстве химических волокон;

— Снижение потерь топлива и сырья в низкотемпературных процессах;

— Перепрофилирование производства аммиака на менее энергоемкое производство метанола

Крупным резервом экономии энергоресурсов в нефтехимической промышленности является утилизация вторичных энергетических ресурсов, в том числе внедрение котлов-утилизаторов для производства пара и горячей воды с целью утилизации тепла высокопотенциальных газовых выбросов.

Производство строительных материалов основано на огневых процессах, связанных с расходом значительных количеств мазута, природного газа и кокса, т.е. наиболее ценных топлив. При этом коэффициент полезного использования этих топлив в отрасли не превышает 40%.

Наибольшее количество энергоресурсов внутри отрасли строительных материалов потребляется при производстве цемента. Наиболее энергоемким процессом в производстве цемента является отжиг клинкера (клинкер- обожженная до спекания смесь известняка и глины-сырья для производства цемента). При так называемом мокром способе производства удельный расход энергоресурсов на отжиг клинкера примерно в 1,5 раза выше, чем при сухом способе. Поэтому важным направлением энергосбережения является применение сухого способа производства цемента из переувлажненного сырья.

В производстве бетона энергосберегающими являются производство и внедрение добавок-ускорителей отвердения бетона для перехода на малоэнергоемкую технологию производства сборного железабетона,а также использование теплогенераторов для тепловлажностной обработки железобетона в ямных камерах; в производстве кирпича- внедрение метода вакуумированных автоклавов на кирпичных заводах, внедрение обжиговых печей панельных конструкций в цельнометаллическом корпусе для производства глиняного кирпича.

В лесной и деревообрабатывающей промышленности основными направлениями энергосбережения являются:

— Внедрение экономичных агрегатов для сушки щепы в производстве древесно-стружечных плит;

— Разработка и внедрение новых экономичных способов производства бумажных изделий, включая производство нетканных материалов и бумаги с синтетическим волокном;

— Увеличение производства мебели менее энергоемкими способами с применением новых видов облицовочных материалов вместо ламинирования;

— Изготовление деталей из древесно- стружечных плит;

— Утилизация теплоты вентиляционных выбросов и низкопотенциальной теплоты паровоздушных смесей;

— Разработка и внедрение оборудования по производству и использованию генераторного газа из древесных отходов для получения тепловой и электроэнергии;

— Переоборудование сушильных камер ПАП-32 с электроэнергии на производство древесных отходов.

Основные направления энергосбережения в легкой промышленности:

— Совершенствование технологических процессов обжига фарфора;

— Внедрение теплообменников- утилизаторов, использующих теплоту сушильного агента теплоиспользующего оборудования на предприятиях легкой промышленности.

В сельском хозяйстве около половины экономии энергии может обеспечено в результате внедрения энергосберегающих машин, технологических процессов и оборудования.

Основные направления энегосбережения в сельском хозяйстве наряду с созданием новой техники следующие:

— Совершенствование технологии сушки зерна и кормов, методов применения минеральных и органических удобрений;

— Разработка и внедрение систем использования отходов растениеводства и животноводства в энергетических целях, а также для производства удобрений и кормовых добавок;

— Использование теплоты вентиляционных выбросов животноводческих помещений для подогрева воды и обогрева помещений дл молодняка(с применением пластинчатых рекуператоров);

— Обеспечение оптимальных температурных режимов и секционирование системы отопления животноводческих помещений;

— Применение тепловых насосов в системах теплохладоснабжения и устройств для плавного регулирования работы систем вентиляции, внедрение современных контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации, установка приборов учета и контроля энергоресурсов, а также строительство биогазовых установок.

В пищевой промышленности к числу наиболее энергоемких относится производство сахара. Основная экономия энергоресурсов в сахарном производстве может быть достигнута в результате совершенствования технологических схем и целенаправленного внедрения энергосберегающего оборудования, использование низкопотенциальной теплоты вторичных паров выпарных и вакуум- кристаллизационных установок и конденсатов в тепловых схемах.

Энергоемким является также производство спирта. Для снижения расхода теплоты здесь необходимо внедрение ферментативного гидролиза при подготовке крахмала, содержащего сырье к сбраживанию.

Сущность энергосберегающей политики в рассматриваемый период состоит в максимально возможном обеспечении потребности в ТЭР за счет их экономии в промышленности, сельском хозяйстве, коммунально-бытовом секторе и более эффективном использовании в электроэнергетике.

Экономический механизм ресурсосбережения промышленного предприятия представляет собой совокупность средств и методов, с помощью которых осуществляется воздействие на весь имеющийся внутренний потенциал предприятия, на управляемые параметры внешней среды, с учетом тенденции рыночной ситуации с целью получения желаемого уровня конкурентоспособности.

Структуру экономического механизма ресурсосбережения целесообразно формировать по функциональному признаку. В данном случае цели экономического механизма ресурсосбережения будут совпадать с целями всего коллектива предприятия, а сам механизм функционирования находится в рамках определенных требований, предъявляемых к нему обществом в целом.

Таким образом, экономический механизм ресурсосбережения – это совокупность взаимосвязанных функциональных подсистем, таких как цели, функции, принципы и методы экономии энергоресурсов, применяемых на уровне производственных коллективов, внедряющих и использующих ресурсосберегающие технологии, которые определяют отношения между управляющей и управляемой системами, учитывая экономические интересы всех субъектов и стимулируют эффективную реализацию целей производства.

Экономический механизм ресурсосбережения состоит из целого ряда показателей. Таких как: система цен и продукции, финансово-кредитные рычаги, налоги, предпринимательство, оплата труда и т. п. Они используются в управлении в качестве средства изменения экономического состояния предприятия и усиления воздействия на экономические процессы на уровне предприятий и фирм.

К числу основных экономических показателей ресурсосбережения относят ресурсосодержание (определяет свойства объекта вмещать в себя в процессе создания и изготовления материальные и энергетические ресурсы); ресурсоемкость (характеризуют показатели материалоемкости и энергоемкости при изготовлении, ремонте и утилизации изделия), ресурсоэкономичность (характеризуют показатели расходования материальных и энергетических ресурсов на функционирование изделия) и утилизируемость (характеризует утилизируемость изделия или материала, а также отходов производства и потребления).

Подытоживая вышесказанное можно отметить, что к наиболее важным направлениям энергосберегающей деятельности, по нашему мнению, относятся выбор тарифов и поставщиков энергоресурсов, использование собственных вторичных энергоресурсов и вытеснение за счет этого покупных, применение более современных (менее энергоемких) технологий и оборудования, снижение потребления энергоресурсов за счет совершенствования существующих технологических процессов и режимов работы оборудования, оптимизация энергобаланса предприятия и его подразделений, снижение расходов на выработку производимых на предприятии энергоресурсов, совместная выработка электрической и тепловой энергии, снижение потребления энергоресурсов подразделениями предприятия за счет повышения эффективности использования энергоносителей, нормирование и прогнозирование потребления энергоресурсов на основе математических моделей и другие.

ВЭР – энергетический потенциал продукции, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), который теряется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения. Рациональное их использование является одним их крупнейших резервов экономии топлива, способствующих снижению топливо- и энергоемкости промышленной продукции. Достаточно сказать, что в рамках стран СНГ потенциальные запасы ВЭР оцениваются более чем в 1000 млн. ГДж.

ВЭР могут быть востребованы непосредственно без изменения вида энергоносителя (для удовлетворения потребности в теплоте и топливе) или с изменением вида энергоносителя путем выработки тепла, электроэнергии, холода или механической работы в утилизационных установках.

Многие отрасли народного хозяйства располагают значительным резервом топливных и тепловых ВЭР, занимающих значительное место в их топливно-энергетическом балансе. Наибольшими тепловыми ВЭР располагают предприятия черной и цветной металлургии, химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, промышленности строительных материалов, газовой промышленности, тяжелого машиностроения.

Именно в этих отраслях широко используется теплота высокого, среднего и низкого потенциалов. Из почти 90% теплоты высокого потенциала (> 623 К): около 33% идет на плавку, 40% — на нагрев и около 20% — на обжиг руд и минерального сырья. Большая часть теплоты высокого потенциала обеспечивается за счет сжигания различных видов топлива непосредственно в технологических установках.

Теплота среднего (373 – 622 К) и низкого (323 – 423 К) потенциала применяется для теплоснабжения потребителей, требующих повышенных значений температуры и давления. Свыше 90% его полезного потребления расходуется в промышленности (45%) и в жилищно-коммунальном секторе (48,5%). Основными энергоносителями, обеспечивающими энергией средне- и низкотемпературные процессы, являются пар и горячая вода.

Предприятия тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения Украины располагают огромным потенциалом ВЭР в виде физической теплоты уходящих газов мартеновских, нагревательных и термических печей, вагранок, теплоты испарительного охлаждения печей, теплоты отработанного пара прессов и молотов. Имеют вторичные возобновляемые энергоресурсы и предприятия других отраслей народного хозяйства.

Поэтому одной из важнейших задач совершенствования любой отрасли является выявление резервов ВЭР, экономически и экологически обоснованное их использование для целей производства и удовлетворения нужд бытового потребления.

Наряду с повышением эффективности использования топливно-энергетических ресурсов, утилизация ВЭР позволяет снизить воздействие энергоснабжения и энергопотребления на окружающую среду. В частности, уменьшается выброс тепловых отходов (тепловое загрязнение), а также содержание вредных выбросов в продуктах сгорания.

Принципиальная схема использования ВЭР, представленная на рис.15.1, иллюстрирует отдельные потоки и сечения, по которым определяются их количественные показатели.

Таким образом, использование вторичных энергоресурсов, неизбежно возникающих в различных технологических процессах, является одним из существенных резервов энергосбережения. Выход вторичных энергоресурсов зависит от целого ряда факторов: параметров, при которых протекает процесс, его режима, конструктивного исполнения технологического оборудования и др.

Каждая технологическая установка характеризуется определенным энергетическим КПД, показывающим, какая величина подведенной к процессу энергии теряется. На практике происходит постоянная борьба с потерями, используются самые различные способы их сокращения, в том числе организационно-технические, связанные с наладкой технологических процессов и режимов работы агрегатов, улучшением изоляции технологического оборудования, трубопроводов горячей воды, пара и пр.

Один из путей снижения потерь – использование возможности возвращения части потерь энергии непосредственно в тот процесс, в котором они образуются. Многочисленные исследования подтверждают энергетическую и экономическую эффективность регенерации и рекуперации энергии. После этого остаются только потери, которые по данной технологии при существующем уровне развития техники уменьшить и избежать нельзя. Эту часть энергетических потерь и принято считать вторичными энергоресурсами, которые обычно подразделяют на горючие, тепловые и избыточного давления.

Горючие ВЭР — отходы технологических процессов, содержащие химически связанную энергию, неиспользуемые или непригодные для дальнейшей технологической переработки, которые могут быть применены в качестве котельно-печного топлива.

Тепловые ВЭР –тепловые отходы, представляющие собой энтальпию отходящих газов технологических агрегатов, основной, побочной, промежуточной продукции и отходов производства, теплоту рабочих тел систем охлаждения технологических агрегатов и установок, энтальпию горячей воды и пара, отработанных в технологических установках. К тепловым ВЭР

Рис.15.1 — Принципиальная схема использования ВЭР

также относятся пар и горячая вода, попутно полученные в технологических установках.

ВЭР избыточного давления– потенциальная энергия газов, выходящих из технологических агрегатов с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед следующей ступенью использования или выброса их в атмосферу.

В зависимости от вида и параметров вторичные энергоресурсы используются в одном из следующих направлений.

Топливное – непосредственное использование горючих ВЭР в качестве котельно-печного топлива.

Тепловое – использование энергоносителей, вырабатываемых за счет ВЭР в утилизационных установках (УУ) или получаемых непосредственно как ВЭР, для обеспечения потребности в тепловой энергии. К этому направлению относится также получение искусственного холода за счет ВЭР в абсорбционных холодильных установках.

Электроэнергетическое – использование ВЭР с преобразованием энергоносителя для получения электроэнергии в газовых или паровых конденсационных турбоагрегатах.

Комбинированное– преобразование потенциала тепловых ВЭР для выработки в утилизационных установках (утилизационных ТЭЦ) по теплофикационному циклу электро- и теплоэнергии.

Рост народного хозяйства невозможен без опережающего развития энергетики. Энергетика — важнейший фактор в процессе преобразования природы человеком. Созданный человечеством энергетический потенциал обеспечивает и технологию освоения космического пространства. Однако энергетика наряду с общеизвестными благами, которые она приносит людям, имеет и отрицательные воздействия на окружающую среду. Около 80% всех видов загрязнения биосферы обусловлены энергетическими процессами, включая добычу, переработку и использование топлива.

За последние три десятилетия потребление энергии на душу населения в мире выросло более чем в два раза, а нефти — почти в три с половиной раза. Следствием этого явилось ощутимое истощение мировых запасов жидкого топлива. В начале 80-х годов ежегодное потребление энергии в мире приблизилось к 10 млрд. т условного топлива. К 2000 г. этот показатель достиг 18—23 млрд. т.

В сфере энергопотребления электричество выступает как наиболее чистый в экологическом отношении энергоноситель. Оно способствует развитию природосберегающих технологий во всех отраслях производства. Возможность концентрации энергомощностей и централизации снабжения электроэнергией позволяет избавиться от мелких и, как правило, экологически «опасных» производителей энергии, часто работающих на устаревшем оборудовании и «неэффективно использующих топливо. Генерирующие установки большой мощности можно размещать в местах, удаленных от центров потребления, и тем самым снижать их воздействие на населенные пункты.

Программа обращает особое внимание на экологический аспект тех или иных направлений энергетики и требует необходимых и своевременных мероприятий, уменьшающих отрицательные экологические последствия.

В условиях возрастающей ограниченности невоспроизводимых топливных ресурсов, усложнения и удорожания их добычи, удовлетворение потребностей в электроэнергии опирается во все большей мере на ускоренный рост атомной энергетики. Правильность такого пути подтверждает и мировой, и отечественный опыт. Вместе с тем здесь, как ни в одной другой отрасли, огромное значение имеет определение технической политики, обеспечивающей высокую эксплуатационную надежность атомных электростанций.

Осуществление правовой охраны окружающей среды в энергетике должно проводиться с учетом экологических требований к отдельным видам энергетических объектов — источников, вырабатывающих энергию, — гидрологических, атомных, тепловых электростанций, а также иных объектов (реакторов, котлов и др.):

— при размещении, строительстве и эксплуатации ГРЭС должны учитываться рельеф местности, проводиться меры по максимальному сохранению земель, лесов, населенных пунктов, памятников природы, истории и культуры, эффективной охране рыбных запасов, своевременной утилизации древесины и плодородного слоя почв при расчистке и затоплении ложа во­дохранилищ; по недопущению отрицательных изменений в окружающей среде (подтоплению, заболачиванию и др.);

— при размещении, строительстве и эксплуатации АЭС должны приниматься меры по обеспечению радиационной безопасности населения и окружающей природной среды в соответствии с международными правилами. Запрещается размещение АЭС на территории с большой плотностью населения, курортных, рекреационных, лечебно-оздоровительных зон, в сейсмически опасных районах, вблизи крупных водоемов;

— при размещении, строительстве и эксплуатации ТЭС необходимо предусматривать их оснащение высокоэффективными фильтрами и другими средствами для очистки вредных выбросов и отходов, использования экологически безопасного вида топлива (газа и др.).