Енергозбереження в процесі нагрівння технологічного продукту.

Процес нагрівання потоку рідини має наступні загальновідомі параметри: густину, температури на вході/на виході, вязкість , швидкість, концентрацію, теп­лопровідність, температуропровідність, поверхневий натяг, число Прандтля, число Рейнольдса, тощо.

Спеціаліст (магістр) з теплоенергетики має вміти з цього переліку парамет­рів виділити такі, що впливають на споживання ПЕР, з метою по­даль­шого впли­ву на них і одержання ефекту енергозбереження.

Зрозуміло, що вплив на не енергетичні параметри створить тільки вра­жен­ня від діяльності в цьому напрямі, а до реального ефекту енергозбереження – не при­зведе.

Наведена вище практика «імітації» енергозбереження, на жаль, набула поши­рення в Україні в ряді галузей промисловості завдяки, в т.ч., певній «темноті» спеціалістів.

Розглядаємо енергозбереження у процесі нагрівання продукту поетапно, у відповідності до сформованої в лекціях 7 та 8 методології.

Етап 1. Процес нагрівання є споживачем теплової енергії. Стратегія енерго­збе­ре­ження полягатиме у зменшенні як абсолютних – Q_техн, (Гкал/год), так і пи­томих – q_техн, (Гкал/т прод), витрат теплової енергії.

В загальному випадку, видів затраченої енергії для нагрівання потоку рідни мо­же бути декілька, а саме:

28. енергія спаленого палива (в топці водогрійного котла, або водонагрівльного пристрою);

29. теплова енергія від пари, що сконденсувалася (в грійні камері теплообмін­ни­ка);

30. електрична енергія від електронагрівача (кипятильника).

У відповідності до виду затрачениї енергії розрахункова фоормула для виз­на­чення обсягу цієї енергії буде різною.

Проблему запам’ятовування цих формул потрібно обовязково вирішити шля­хом тренування своєї пам’яті.

Формули, що пов’язують витрату палива, теплової та електричної енергії для реалізації процесу нагрівання виглядають так:

- Формула для визначення витрати палива для нагрівння потоку продукту –В_нагр, т /год або тис.м³/год:

В_нагр= G_прод·с_прод · (t₂^прод – t₁^прод) · τ_нагр /(Q_н^р·η_ТОА) (9.11)

де:

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

с_прод– теплоємність продукту, що нагрівається, т/год;

t₂^прод – продукту, що нагрівається, т/год;

t₁^прод– продукту, що нагрівається, т/год;

Q_н^р– нижча теплота згорання палива, що використовується для нагрівання продукту, кДж/кг;

η_ТОА– ККД теплообмінного пристрою, в чкому здійснюється нагрівання продукту.

- Формула для визначення витрати електричної енергії для нагрівння потоку продукту –W_нагр, кВт.год /год або кВт.год/добу:

W_нагр = G_прод·с_прод · (t₂^прод – t₁^прод) · τ_нагр / η_ТОА (9.12)

Формула для визначення витрати теплової енергії для нагрівння потоку продукту –Q_нагр, Гкал/год або кВт.год/год:

Q_нагр = G_прод·с_прод · (t₂^прод – t₁^прод) · τ_нагр / η_ТОА (9.13)

Як видно з наведених рівнянь, споживання ПЕР у процесі нагрівання потоку рідини залежить від 5-ти параметрів:

31. від температури потоку на вході в теплооомінний пристрій (Чим вона вища, тим менша витрата ПЕР);

32. від температури на виході з теплооомінного пристрою (Чим вона нижча, тим менша витрата ПЕР);

33. від витрати потоку продукту (Чим він менший, тим менша витрата ПЕР);

34. від теплоти згорання палива, що використовується (Чим вона вища, тим менша витрата палива)

35.від ККД теплообмінних пристроїв, що використовуються для нагрівання продуктів (Чим він вищий, тим менша витрата ПЕР).

Задача спеціаліста (магістра) з теплоенергетики полягає у тому, щоб знати та­­кі технічні (техноло­гіч­ні, енергетичні) рішення, у разі реалізації яких держава одержала ефект енерго­збе­ре­ження, а саме:

36. домогтися збільшення t₁^прод, наприклад, зменшивши втрати температури на попередніх технологічних станціх);

37. домогтися зменшення t₂^прод, наприклад, застосувавши нову технологію об­роб­лення продукту, що не потребує нагрівання до високої температури;

38. домогтися зменшення витрати рідини (наприклад, ліквідувавши втрати рідини при трансоротування після нагрівання);

39. домогтися використання біль калоріного палива, або утилізації теплоти конденсатції водяної пари в продуктах згорання;

40. домогтися подвищення ККД теплообмінного обладання, наприклад, пок­ривши його більш ефективною ізоляцією.

В нашому конкретному випадку розрахункова фомула для визначення вит­рати теплової енергії на процес нагрівання сокового потоку в підігрівнику соку перед 1-ю фільтрацією в цукровому заводі визначається за формулою (9.13).

Реальними енергетичними параметрами, що впливають на зменшення тепло­споживання є:

41. G_прод , потрібно його зменшення, технічні рішення відомі;

42. t₂^прод , потрібно його зменшення, технічні рішення відомі;

43. t₁^прод, потрібно її збільшенння, технічні рішення відомі;

44. η_ТОА , потрібно його збільшення, технічні рішення відомі;

Етап 2.Макропоказником тепло споживання процесу нагрівання є годинна витрата теплоти, що визначається формулою (13.9).

Показником енергетичної ефективності процесу нагрівання є питома витрата теплоти на одну тону продукту, що нагрівається.

q_нагр = Q_нагр / G_прод(9.14)

Етап 3.За базу порівняння визначаємо станцію нагрівання соку перед 1-ю фільтрацією європейського цукрового заводу такої ж виробничої по­тужності у якого питома витрати теплової енергії – (q_нагр)^Lim на 30 % менша.

Етап 4.Формування методики енергетичного розрахунку не становить труднощів, оскільки складається з одного рівняння (1.9).

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

Енергетичними недосконалостями є:

45. завищений на 20 % пропуск соку через підігрівник внаслідок завищеної від­качки соку з дифузійної установки;

46. занижена на 3 ^оС початкова температура соку перед підігрівником внаслі­док завищених втрат температури сокового потоку на станції вапнування;

47. завищена на 2 ^оС температура соку на виході із підігрівника внаслідок завищеної потреби в температурі дискових фільтрів.

Таким чином, існуюча система станції нагрівання сокового потоку налічує три вузли енергетичної недосконалості (ВЕН).

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

48. потрібно зменшити на 20 % пропуск соку через підігрівник за рахунок виконання відповідних робіт на дифузійній установці;

49. потрібно підвищити на 3 ^оС температуру соку перед підігрівником за рахунок підвищення ефективності роботи сатуратора та зменшення на нього витрати сатураційного газу.

50. потрібно зменшити на 2 ^оС температуру соку на виході із підігрівника за рахунок зміни тепло технологічного регламенту, внаслідок впровадження сокових фільтрів нової конструкції.

Етап 7. Формуємо перелік пропозицій на перший етап робіт з енерго­збере­ження, вклю­чивши в нього ліквідацію всіх виявлених ВЕН.

Перелік енергозберігаючих пропозицій наступний:

51. провести роботи зі зменшення на 20 % пропуску соку через підігрівник за ра­хунок виконання відповідних робіт на дифузійній установці;

52. провести роботи з підвищення на 3 ^оС температури соку перед підігрів­ником за рахунок підвищення ефективності роботи сатуратора та змен­шен­ня на ньо­го витрати сатураційного газу.

53. Провести роботи зі зменшення на 2 ^оС температури соку на виході із піді­­грів­ника за рахунок зміни теплотехнологічного регламенту фільтрації, внаслідок впро­вадження сокових фільтрів нової конструкції.

Етап 8. Експлуатаційними параметрами оновленої енергоощадної станції нагрівання сокового потоку будуть:

54. зменшений пропуск сокового потоку через підігрівник;

55. підвищена температура соку на вході в підігрівник;

56. зменшена температура соку на виході з підігрівника;

Очікуваним результатом робіт з енергозбереження є зменшення вит­ра­ти теп­ло­вої енергії на нагрівання сокового потоку, що визначено за ф-лою (13.9) шля­хом підстановки в неї змінених проектно-очікуваних (енергоощадних) парамет­рів, визначених на 6-му етапі.

Виконаний розрахунок засвідчує зменшення витрати теплової енергії – ΔQ_нагр на 30 % та зменшення питомої втрати теплової енергії – Δq_нагр на 35 %.

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

Етап 10.Економічним показником реалізованих робіт з енергозбереження буде зменшення витрат коштів на закупівлю палива, з якого одержується теплота потрібна для нагрівання – ΔS, грн/міс. Одиницю виміру часу потрібно узгодити із Замовником робіт.

Відповідне визначення буде здійснено за формулами:

ΔS = S₂ – S₁, (9.15)

S₁ = Q₁ · C_q (9.16)

S₂ = Q₂ · C_т/е^Σ(9.17)

де:

S₁– витрата коштів на нагрівання сокового потоку до проведення робіт з енерго­збереження, грн/міс;

S₁– витрата коштів на нагрівання сокового потоку після проведення робіт з енер­го­збереження, грн/міс;

C_т/е^Σ – повна собівартість відпущеної від власної ТЕЦ теплової енергії для тех­но­логіч­них потреб цукрового заводу, грн/Гкал.

Етапи 11 – 15виконуються у разі наявності вимог Замовника щодо їх виконання.

Запитання для самопервірки.

1. Наведіть формулу для визначення витрати палива...

2. Наведіть формулу для визначення витрати теплової енергії...

3. Наведіть формулу для визначення електричної енергії...

4. Сформуйте склад робіт етапу з виявлення ВЕН у процесах...

5. Сформуйте склад робіт етапу з виявлення ВЕН у процесах переміщення рідини насосами.

6. Сформуйте склад робіт етапу з виявлення ВЕН у процесах переміщення рідини за допомогою механічного компресора.

7. Визначте економію коштів у разі реалізації енергощадних рішень у процесах.

Рекомендована література: [24].