Расчет расходов энергоресурсов. Энергетическая эффективность применяемых решений

Лекция №3 Расчет расходов энергоресурсов. Энергетическая эффективность применяемых решений. Данная лекция является основой для выполнения Вами курсовой работы: «Расчет потребности в инженерных ресурсах для котельной промышленного предприятия, выбор основного оборудования (котлы, насосы, расширительные баки, определение диаметров основных трубопроводов» Все расчеты мы сделаем на примере проектирования завода ЖБИ. Требуется рассчитать потребность в энергоресурсах для завода ЖБИ мощностью, например, 100 тыс м3 товарного бетона в год. Для выполнения расчета требуются дополнительные исходные данные, которые выдает Генпроектировщик, а именно: - Режим работы предприятия – 2-х сменный по 8 часов; -Перечень основных корпусов завода – главный производственный корпус – (объем 116000 м 3); Арматурный цех, обычно пристроен в торец производственного корпуса -(объем 94000 м 3 ); Тип ограждающих конструкций – Сэндвич-панели толщиной 150мм. - Место строительства завода – Ленинградская обл. Гатчинский р-н; - Количество работающих на заводе – 150 человек; - Расход пара, если нам не может предоставить Генпроектировщик, мы можем принять по отраслевым нормалям (официально их нет!!!): - склад заполнителей – 19,0 кг/час; - бетоносмесительный цех - 11,0 кг/час; -формовочный цех -269,0 кг/час; ИТОГО 300кг/час на 1 м3 бетона. Необходимое давление пара 13,бар(Данные приняты еще из Советских источников, сегодня в технологии изготовления товарного бетона ничего не изменилось!) Расчет: 1. Определение расхода тепла на отопление. Расчет ведется с использованиемукрупненных значений. Основная формула Qот= 3,6*Xот*Vн*(Tв – Тсро)- кДж/ч где: Хот – удельный показатель – отопительная тепловая характеристика здания, зависит от назначения здания, типа ограждающих конструкций, года постройки, (вт/м2) берется из справочных материалов Vн – объем здания по наружным размерам (м). Tв – температура внутреннего воздуха Тсро – Расчетная температура наружного воздуха. Qот = 3,6 * 0,65 *(116000 + 94000) * (16 – (-)23) =24 078 600 кдж/ч (6.69 МВт или 5,76 Гкал/ч) 2. Определение расхода тепла на вентиляцию. Расчет ведется с использованиемукрупненных значений. Основная формула Qв= Св*Xв*Vвн*(Tв – Тсро) кДж/ч (при расчете вентиляционной нагрузки необходимо руководствоваться внутренним объемом здания.) где: Хв – удельный показатель – вентиляционная тепловая характеристика здания, зависит от назначения здания, типа ограждающих конструкций, года постройки, (вт/м2) берется из справочных материалов Vвн – объем здания по внутренним размерам (м.) Для расчета вентиляции принимаем внутренний объем на 1,5% меньше наружного. Tв – температура внутреннего воздуха Тсро – Расчетная температура наружного воздуха. Qв = 3,6 * 0,5 *(116000 + 94000) * 0,985 * (16 – (-)23) =18 244 170 кдж/ч (5,07 МВт или 4,36 Гкал/ч) Общий максимальный расход тепла на ОВ составляет Qов= 24 078 600 + 18 244 170 = 42 322 770 кдж/ч (12,04 МВт или 10,36 Гкал/ч) Учитывая, что на предприятии наряду с ОСНОВНЫМ производством обязательно есть вспомогательные здания, в которых нужно ОВ (АБК, проходная, компрессорная, насосная и т.п.) принимаем потребность в тепле на вспомогательные здания в пределах 15%, тогда общий расход тепла составит Qов = 12,04*1,15 = 13,85 МВт или 11,91 Гкал/ч. 1 кдж/ч=0,2388 ккал/ч =0,278квт/ч 3. Определение максимально часового расхода тепла на ГВС по формуле Qгвс=4,2 *q * z * (Тгвс – Тхв)где: Q – удельный расход воды на одного работающего л/ч (справочно) Z – количество работающих (чел) Тгвс / Тхв температура воды для ГВС и холодной воды – 65 /5 °С Qгвс = 4,2 * 60 * 150 * (65 – 5) =2 268 000 кдж/ч (0,63 МВт или 0,54 Гкал/ч) 4. Определение часовой выработки бетона Gчас= Gгод/(N*2 *8 *Kисп) где: Gгод – производительность завода в год (100 000 м3/год) N – количество рабочих дней в году – 250 дн 2 * 8 – количество смен и продолжительность смены Кисп – коэффициент использования оборудования (обычно 0.95 – 0,98) Gчас= 100 000/(250 * 2 * 8 *0,95) =26,32м3 /ч 5. Определение необходимого расхода пара для выработки бетона D = 300 * 26,32 = 7894,8 кг/ч 6. Определение количества тепловой энергии необходимой для выработки бетона Qт =D * Iпе где: D – расход пара кг/ч Iпе; – теплосодержание (энтальпия) пара принимается по справочным таблицам, например Вукаловича или I-S (H-S) – диаграмме. Qт = 7894 *2745 = 21 667 009 кдж/ч (6,02 МВт или 5,18 Гкал/ч) 7. Определение общей максимально-часовой потребности в тепловой энергии заводом Qобщ = (Qов + Qгвс + Qт) = 13,85 + 0,63 + 6.02=20,5 МВт 8. Определение производительности котельной При определении производительности котельной необходимо понимать, что при доставке тепла потребителям будут потери тепла в тепловой сети, кроме того, может иметь некое несовпадение технологических максимуиов, а также могут иметь место неучтенные факторы. Поэтому в расчет вводятся следующие коэффициенты: - Кпот – 1,05 (5%) - Ксовм - 0.98 - Крез -1,20 (20%) Qк = Qобщ * Кпот *Ксовм * Крез = 20,5 * 1,05 * 0,98 * 1,2 = 25,31 МВт. Пересчитаем в паре D = Qк/(Iпе – iпв) = 25,31* 1000 /(774,7 – 121,2) = 38,8 т/ч. К установке принимаем, с учетом С.Н. котельной, 3 котла по 15,0 т/ч. 9. Определив потребность в тепле, определяется потребность в других инженерных ресурсах, связанных с получением тепловой энергии, а именно: - Топливо (считаем для условного топлива) – В= Q / Qрн * ῄ = 25,31*1000 /8140 * 0,91 = 3,42 Т.У.Т/ч - Вода. Расход воды на заводе будет определяться в зависимости от целого ряда показателей - (технология по замесу сырья, холодное и горячее водоснабжение, внутреннее и наружное пожаротушение, полив территории и т.д.). Расход воды будут определять специалисты – водопроводчики, наша задача сказать количество воды, необходимое на восполнение потерь с технологическим паром. Согласно расчета, этоD = 300 * 26,32 = 7894,8 кг/ч. - Электроэнергия. Электроэнергия в котельной будет расходоваться на работу тяго-дутьевых машин, на работу различных насосов, на работу автоматики и системы освещения. Существуют для котельных т.н. удельные нормы расхода электроэнергии на выработку единицы тепловой энергии Для отопительно-производственной паровой котельной (отличается от водогрейной), удельный расход электроэнергии лежит в диапазоне 12 – 18 квт на 1 МВт тепловой энергии. Соответственно потребность в электроэнергии в нашем случае составит N = 25 * 25,31 = 456 кВт Данной задачей решен вопрос потребности в топливе, электроэнергии и воде, но не рассматрены варианты схемы теплоснабжения предприятия. Без рассмотрения вариантов схемы, невозможно предложить оптимальное решение по выбору оборудования, по капитальным и эксплуатационным затратам. О чем идет речь. Из поставленной задачи понятно, что у нас должна быть паровая котельная с 3 котлами, вырабатывающими насыщенный пар давлением не менее 1,3 Мпа. (необходимое давление пара на технологию – от 0,2 до 1,3 Мпа). Следующим потребителем тепловой энергии является теплофикационная система завода, в которой имеются потребители отопления, вентиляции, кондиционирования (в летнее время) и ГВС. Обычно здания производственного и арматурного цехов имеют высоту от 10,0м, при такой высоте эффективность классического, отопления будет невысока, все тепло будет уходить на верх, а люди работают внизу. Применив систему лучистого отопления можно снизить потребность в тепле и соответственно в топливе на нужды отопления на 15 – 20%. Qо(э) = 6,69*0,8 = 5,35 МВт Экономия составляет 1,34 МВт Вентиляция предусматривает подачу в помещение свежего подогретого воздуха и отвод теплого «отработанного» воздуха. Если установить на линиях отвода теплого воздуха рекуператоры, то можно получить экономию тепловой энергии в пределах 10 – 15%. Qов(э) = 5,07 * 0,85 = 4,31 МВт Экономия составляет 0,76 МВт. Далее ГВС – Основное максимальное потребление ГВС на предприятии происходит в конце смен, когда рабочим необходимо принять душ. Если установить в котельной аккумуляторные баки, то максимальная нагрузка на ГВС может быть обеспечена при часовом расходе тепла не более 0,63*2/8 = 0,16 МВт. Где: 0,63 максимально часовое потребление, - 8 час. Время необходимое для нагрева и приготовления максимального расхода воды, -2 - коэф. Учитывающий необходимость обеспечения и подачи средне часового значения, которое по нормативу принимается меньше максимально часового в 2-а раза. Такой подход снизит нагрузку на водопровод и котельную при пиках потребления. Экономия составит 0,63– 0,16 = 0,47 МВт Общая экономия тепла по этим мероприятиям получается 1,34 +0,76 + 0,47 = 2,57 МВт. Все выше перечисленные решения позволят уменьшить производительность устанавливаемых котлов и соответственно снизить наряду с эксплуатационными затратами, капитальные затраты. Но это еще не все. Вспомним, что котлы вырабатывают пар давлением 1,3 Мпа, для теплофикационных нужд и для деаэрации нам достаточен пар давлением 0,02 Мпа. Значит, у нас должна быть редукционная установка. При редуцировании пара у нас теряется безвозвратно энергия пара. Что мы можем сделать? Устанавливаем противодавленческую турбину с асинхронным генератором и вырабатываем электричество на собственные нужды котельной и предприятия. К сожалению, у нас в стране нет закона о когенерации, по типу как в Америке или Европе и мы не можем сбрасывать излишки электроэнергии в сеть, поэтому экономический эффект от установки не такой большой, как мог бы быть Есть еще мелкие, но дающие экономический эффект решения по экономии энергоресурсов, которые можно было бы предложить: - установка в корпусах предприятия специальной арматуры, позволяющей переводить системы отопления в дежурный режим.Так например, в рабочее время температура воздуха в помещении производственного цеха +18 ͦС. Если снизить в нерабочее время температуру до +12 ͦС то мы будем иметь экономию тепла. - например, при потребности в 1,0 Мвт По классической схеме –Qx24xNx(tvn – tcr)/(tvn – tr) мвт/год 1х24х219х(18 – (-)1,3)/(18- (-)23) =2474,2МВт/год По схеме с дежурным отоплением – {16х219х(18 – (-)1,3)/(18- (-)23) + 8х219х(12 – (-1,3}/(18- (-)23) = 2217,77МВт/год Экономия в год составляет 2474,2 -2217,77 = 256,43 МВт. При стоимости 1,0 МВт тепловой энергии 3000 руб получается0,8 млн. руб. Цена клапана с системой автоматики 250,0 тыс. руб. Т. Е. окупаемость решения 3,5 месяца! К сожалению, такое решение редко применяется, почему?? Просто о нем никто из Застройщиков не думает, это ведь дополнительные затраты. Тендеры на проектирование выигрывают те, кто даст наименьшую цену!!! Вопросы по лекции: - Как выглядит формула, по которой определяют расход топлива при известной требуемой тепловой нагрузке. - Что такое условное топливо? - Как определяют теплосодержание пара или воды? - От чего зависит Энтальпия? - Что характеризует понятие « удельный расход тепла»? Задание по лекции: - Ознакомится с удельными показателями, изложенными в СП 60.13330 и СП 30.13330