Енергозбереження в процесі транспортування газових (газопарових) потоків компресорами.

Етап 1. Процес стиснення газового потоку в механічних компресорах є спо­жи­ва­чем електричної енергії. Стратегія енерго­збе­ре­ження полягатиме у зм­ен­­шенні як абсолютних – W_компр, (кВт.год/год), так і питомих – w_компр, (кВт.год/кг газу), витрат електричної енергії.

В нашому конкретному випадку розрахункова формула для визначення вит­ра­ти електричної енергії на процес стиснення газо-парового потоку в водо­кіль­цевому компресорі, що входить до складу вакуум-конденсаторної установки цу­крового заводу, (наприклад, у ВВН-50) має наступний вигляд:

W_ВВН = Q_ВВН· ρ_п.газ· l_a^ВВН / (3600 ·η_ВВН ) · η_{ел.прив} (9.1)

де:

Q_ВВН – об’ємний пропуск паро-газової суміші через проточну частину компре­сора, за станом на вході в компресор, м³/год;

l_a^ВВН – адіабатична робота стискання паро-газової суміші в компресорі, кДж/кг. Визначається за побудовою процесу стискання в термодинамічній систе­мі координат.

ρ_газ– питома густина паро-газової суміші на вході в компресор, кг/м³. Може бу­ти визначено за ф-лою Менделєєва-Клапейрона: p/ρ_п.газ=R _п.газ·T _п.газ.

η_ВВН – ККД (адабатичний) компресора, од. Визначається за паспортом комп­ресора.

η_{ел.прив} – ККД (електромеханічний) електропроиводу компресора, од. Визна­ча­ється за паспортом електроприводу.

Зрозуміло, що для визначення витрати електроенергії – W_ВВН, всі параметри, що входять в структуру формули (1.9) мають бути визначені, як і визначені тех­нічні рішення, що впливають на їх зміну.

Реальними енергетичними параметрами, що впливають на зменшення витра­ти електричної енергії на стиснення є:

1. Q_газ, потрібно його зменшення, технічні рішення відомі;

2. l_a^ВВН, потрібно її зменшення, технічні рішення відомі;

3. ρ_газ, потрібно її зменшення, технічні рішення відомі;

4. η_ВВН, потрібно його збільшення, технічні рішення відомі;

5. η_{ел.прив,} потрібно його збільшення, технічні рішення відомі.

Етап 2.Макропоказником енергоспоживання процесу стиснення є годинна витрата теплоти, що визначається формулою (1.9)

Показником енергетичної ефективності процесу стискання в компресорі є питома витрата електроенергії на один кг газового потоку, що стискається – w_ВВН, кВт.год/(кг/год), або кВт/кг:

w_ВВН = W_ВВН / G_ВВН(9.2)

де:

G_ВВН– масова витрата паро газової суміші у компресорі, кг/год. Визначається за формулою: G_ВВН = Q_ВВН· ρ_п.газ.

Етап 3.За базу порівняння визначаємо ВКУ аналогічного європейського підприємства такої ж виробничої потужності у якого витрата електроенергії і питома витрати електроенергії на стискання паро газової суміші – (W_ВВН) ^Lim і (w_ВВН)^Lim на 30 % менші.

Етап 4.Формування методики розрахунків не становить труднощів.Мето­ди­ка розрахунку обсягів споживання електричної енергії та її питомої витрати зводиться до використання формул (1.9) та (2.9).

Етап 5.Енергетичні недосконалості процесу стискання визначаються шля­хом порівняння фактичних параметрів та параметрів на підприємстві – базі по­рів­няння.

Енергетичними недосконалостями є:

6. завищена на 20 % подача компресора, внаслідок завищеної витрати утфель­ної пари та нещільності вакуумної системи;

7. завищена на 10 ^оС температура паро газової суміші на виході з конденсатора перед компресором, внаслі­док конструктивної недосконалості конденсатора;

Таким чином, існуюча система станції транспортування газо-парового пото­ку налічує два вузли енергетичної недосконалості (ВЕН), що обумовлюють її енергозатратність.

Етап 6.Формуємо систему технічних рішень, що ліквідують всі два вияв­лені ВЕН, а саме:

- потрібно зменшити на 20 % подачу паро-газової суміші компресором за ра­ху­нок виконання відповідних робіт у продуктовому відділенні та на випарній

установці цукрового заводу;

8. потрібно зменшити на 10 ^оС температуру паро-газової суміші на виході з кон­денсатора, за рахунок удосконалення системи взаємодії парового потоку з потоками циркуляційної води в конденсаторі.

Етап 7. Формуємо перелік пропозицій на перший (він же завершальний) етап робіт з енергозбереження, вклю­чивши в нього ліквідацію всіх двох вияв­лених ВЕН.

Перелік пропозицій з енергозбереження включає в себе:

9. провести роботу зі зменшення на 20 % подачі паро-газової суміші компресо­ром за ра­хунок виконання відповідних робіт у продуктовому відділенні та на випар­ній установці цукрового заводу;

10. провести роботу зі зменшення на 10 ^оС температури паро-газової суміші на виході з конденсатора, за рахунок удосконалення системи взаємодії парового потоку з потоками циркуляційної води в конденсаторі.

Етап 8. Експлуатаційними параметрами оновленої енергоощадної станції транспортування газо-парового потоку будуть:

11. зменшений пропуск паро-газової суміші через компресор;

12. зменшена температура паро-газової суміші на виході з компресора.

Очікуваним результатом робіт з енергозбереження є зменшення вит­ра­ти еле­к­тричної енергії на стиснення парогазоваого потоку, що визначено ф-лою (9.1) шляхом підстановки в неї змінених проектно-очікуваних (енергоощадних) параметрів, визначених на 6-му етапі.

Розрахунок засвідчує зменшення витрати теплової енергії – ΔW_ВВН на 10 % та зменшення питомої втрати теплової енергії – Δw_ВВН на 20 %.

Етап 9. Оскільки всі виявлені ВЕН були ліквідовані за один етап (тобто на 1-му етапі) то проектно-очікувані показники всії роботи будуть аналогічними, визначеним на 8-му етапі.

Етап 10.Економічним показником реалізованих робіт з енергозбереження буде зменшення витрат коштів на закупівлю електричної енергії на експлуатації ВВН-50 – ΔS, грн/міс (одиницю виміру часу потрібно узгодити із Замовником робіт). Відповідне визначення ΔS буде здійснено за формулами:

ΔS = S₂ – S₁,(9.3)

S₁ = Q₁ · C_q(9.4)

S₂ = Q₂ · C_q(9.5)

де:

S₁– витрата коштів на закупівлю електричної енергії на ВВН-50 до проведення робіт з енерго­збереження, грн/міс;

S₁– витрата коштів коштів на закупівлю електричної енергії на ВВН-50 після проведення робіт з енер­го­збереження, грн/міс;

C_е/е ^Σ– повна собівартість відпущеної від власної ТЕЦ електричної енергії для потреб цукрового заводу, грн/кВт.год.

Етапи 11 – 15виконуються у разі наявності вимог Замовника щодо їх вико­нан­­ня і методологія їх виконання в лекційному матеріалі не наводиться.

9.2.2. Енергозбереження у процесі переміщення рідини відцентровими насосами

Етап 1. Процес переміщення рідини відцентровими насосами є спо­жи­ва­чем електричної енергії. Стратегія енерго­збе­ре­ження полягатиме у змен­шенні як абсолютних – W_насос, (кВт.год/год), так і питомих – w_насос, (кВт.год/т рідини), витрат електричної енергії.

В нашому конкретному випадку розрахункова формула для визначення годин­ної вит­ра­ти електричної енергії на в насосній установці W_насос, кВт.год/год, що входить до складу стан­­ції перекачування конденсату від цукрового заводу в ТЕЦ, (наприклад, для на­сосу СОТ-100) має наступний вигляд:

W_насос = [Q_насос·H_насос / (3600·η_насос·η _{ел.прив})] · ρ_рід · ĝ · 10^{– 3} (9.6)

де:

W_насос – годинна витрата електричної енергії (чисельно дорівнює електричній потужності), яку споживає насос, (кВт.год/год) або кВт.

Q_насос– фактична подача насосу, з урахуванням рециркуляції (у разі її наяв­нос­ті), м³/год;

H_насос– напір, що розвиває насос, з урахуванням дроселювання (у разі його наяв­ності) потоку у нагнітальному трубопроводі, м.вд.ст.;

ρ_рід – питома густина рідини, що перекачується, кг/м³;

ĝ – прискорення вільного падіння, дорівнює 9,8 м/с²;

η_насос – ККД насосу, од. Визначається за паспортом насоса у відповідності до фактичної подачі насосу.

η_{ел.прив} – ККД (електромеханічний) електропроиводу компресора, од. Визна­ча­ється за паспортом електроприводу.

Реальними енергетичними параметрами, що впливають на зменшення вит­ра­ти електричної енергії на переміщення рідини відцентровими насосами є:

13. Q_насос, потрібно його зменшення, технічні рішення відомі;

14. Н_насос, потрібно його зменшення, технічні рішення відомі;

15. ρ_рід, потрібно її зменшення, технічні рішення відомі;

16. η_насос, потрібно його збільшення, технічні рішення відомі;

17. η_{ел.прив,} потрібно його збільшення, технічні рішення відомі.

Етап 2.Макропоказником енергоспоживання процесу переміщення рідини насосами є годинна витрата теплоти, що визначається формулою (6.9)

Показником енергетичної ефективності процесу переміщення рідини насосами є питома витрата електроенергії на одну тонну рідини, що переміщується – w_насос, кВт.год/(кг/год), або кВт/кг:

w_насос = W_насос / G_насос(9.7)

де G_насос– масова витрата паро газової суміші у компресорі, кг/год. Визнача­ється за формулою: G_насос= Q_насос· ρ_рід.

Етап 3.За базу порівняння визначаємо насосну установку аналогічного європейського підприємства такої ж виробничої потужності у якого витрата електроенергії і питома витрати електроенергії на переміщення конденсату від заводу в ТЕЦ – (W_насос) ^Lim і (w_насос)^Lim на 20 % менші.

Етап 4.Формування методики розрахунків не становить труднощів.Мето­ди­ка розрахунку обсягів споживання електричної енергії та її питомої витрати зводиться до використання формул (6.9) та (7.9).

Етап 5.Енергетичні недосконалості процесу перміщення конденсату від заводу в ТЕЦ визначаються шля­хом порівняння фактичних експлуатаційних параметрів та параметрів на підприємстві – базі по­рів­няння.

Енергетичними недосконалостями є:

18. завищена на 20 % подача насосу, внаслідок завищеної витрати технологічної пари на технологічні потреби заводу;

19. завищений напір насосу, внаслі­док “завуженого” діаметру конденсатопроводу від заводу в ТЕЦ та наявності дросельного регулювання подачі насосу;

Таким чином, існуюча система станції транспортування конденсату налічує три вузли енергетичної недосконалості (ВЕН), що обумовлюють її енергозат­рат­ність.

Етап 6.Формуємо систему технічних рішень, що ліквідують всі три вияв­лені ВЕН, а саме:

20. потрібно зменшити на 20 % подачу насосу за ра­хунок виконання відповід­них робіт у напряму зменшення паро споживання заводу;

21. потрібно зменшити на 10 % напір, який розвиває насос, за рахунок збіль­шен­ня діаметру конденсатопроводу;

22. потрібно зменшити на 15 % напір, який розвиває насос, за рахунок застосу­вання частотного регулювання подачі насосу;

Етап 7. Формуємо перелік пропозицій на перший (він же завершальний) етап робіт з енергозбереження, вклю­чивши в нього ліквідацію всіх трьох вияв­лених ВЕН.

Перелік пропозицій з енергозбереження включає в себе:

23. провести роботу зі зменшення на 20 % подачі насосу за ра­хунок виконання відповід­них робіт у напряму зменшення пароспоживання заводу;

24. зменшити на 15 % напір, який розвиває насос, за рахунок збіль­шен­ня діамет­ру конденсатопроводу;

25. зменшити на 15 % напір, який розвиває насос, за рахунок застосу­вання частотного регулювання подачі насосу;

Етап 8. Експлуатаційними параметрами оновленої енергоощадної станції переміщення конденсату будуть:

26. зменшена подача насосу;

27. зменшений напір насосу.

Очікуваним результатом робіт з енергозбереження є зменшення вит­ра­ти еле­к­тричної енергії на перміщення конденсату, що визначено ф-лою (6.9) шляхом підстановки в неї змінених проектно-очікуваних (енергоощадних) параметрів, визначених на 6-му етапі.

Розрахунок засвідчує зменшення витрати теплової енергії – ΔW_насос на 10 % та зменшення питомої втрати теплової енергії – Δw_насос на 13 %.

Етап 9. Оскільки всі виявлені ВЕН були ліквідовані за один етап (тобто на 1-му етапі) то проектно-очікувані показники всії роботи будуть аналогічними, визначеним на 8-му етапі.

Етап 10.Економічним показником реалізованих робіт з енергозбереження буде зменшення витрат коштів на закупівлю електричної енергії на експлуатацію насосу СОТ-100 – ΔS, грн/міс (одиницю виміру часу потрібно узгодити із Замовником робіт). Відповідне визначення ΔS буде здійснено за формулами:

ΔS = S₂ – S₁, (9.8)

S₁ = Q₁ · C_q (9.9)

S₂ = Q₂ · C_е/е^Σ(9.10)

де:

S₁– витрата коштів на закупівлю електричної енергії на насос СОТ-100 до проведення робіт з енерго­збереження, грн/міс;

S₁– витрата коштів коштів на закупівлю електричної енергії на СОТ-100 після проведення робіт з енер­го­збереження, грн/міс;

C_е/е ^Σ– повна собівартість відпущеної від власної ТЕЦ електричної енергії для потреб цукрового заводу, грн/кВт.год.

Етапи 11 – 15виконуються у разі наявності вимог Замовника щодо їх вико­нан­­ня і методологія їх виконання в лекційному матеріалі не наводиться.