Энергетическая эффективность теплотехнологических установок
Промышленный теплотехнологический комплекс является одним из основных потребителей топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) страны. Одни только высокотемпературные теплотехнологические системы, по уровню прямого потребления топлива, конкурируют с ТЭС страны [29].
Теплотехнологические системы имеют низкий КПД использования топлива (не более 15…35 %), но в то же время обладают исключительно большими потенциальными возможностями экономии топлива. Так, повышение среднего КПД топливных печей в 2 раза (что еще существенно ниже принципиально возможного) приведет к годовой экономии топлива, примерно в 35 – 40 раз превышающей плановую экономию топлива в производстве электроэнергии на ТЭС [29].
Недостатки промышленных теплотехнологических систем:
• низкая интенсивность процессов тепло- и массообмена и эффективность применяемых теплотехнических принципов;
• значительные материальные потери из-за несовершенства тепловых схем;
• несовершенство конструктивных схем ограждения технологических камер и установок;
• ограниченность применения прогрессивных источников энергии;
• отсутствие органической увязки технологического, энергетического, эксплуатационного аспектов теплотехнологических систем с задачами охраны окружающей среды.
Преодоление перечисленных недостатков возможно только путем разработки новых научно-методологических, научно-организационных, технологических, энергетических основ. Это особенно актуально при реализации новых и коренной модернизации действующих теплотехнологических систем.
Идеальная теплотехнологическая систем – установка, в основе которой лежит полная и одновременная реализация принципов безотходной технологии, которая характеризуется:
• полным товарным извлечением всех компонентов исходного сырья, полуфабрикатов, материалов;
• экономным и высокоэффективным использованием ТЭР;
• применением замкнутых циклов промышленного использования воды, пара, конденсата;
• благоприятным производственным комфортом для человека;
• обеспеченной охраной окружающей среды.
Выбор эффективных направлений энергетической модернизации действующих установок существенным образом зависит от значения отношения потока теплоты через ограждения технологической камеры (зоны) Qо.с к потоку теплоты, поглощаемому обрабатываемым материалом в этой камере (зоне) Qм, т.е. от значения отношения Qо.с /Qм. Наивысший результат по экономии топлива и подъему КПД может иметь место только при одновременном глубоком снижении Qо.с /Qм. и наиболее полной регенерации теплоты уходящих газов.
В настоящее время особое значение приобретают научно-организационные мероприятия, направленные на развитие научно-исследовательских работ по безотходным технологиям и новым прогрессивным теплотехнологическим процессам, на развертывание научно-исследовательских работ по энергетическому обеспечению, теплотехническому и конструктивному оформлению новых технологий и их отдельных процессов.
Совокупность общих современных требований может быть сформулирована на базе важнейших научно-методологических, технологических, эксплуатационных, экономических, экологических и научно-технических мероприятий, нацеленных на обеспечение:
• высокой устойчивости новых технических решений от быстрого морального их старения;
• технологического комфорта – благоприятных условий проведения заданного технологического процесса;
• эксплуатационного комфорта – благоприятных условий обслуживания установок и систем;
• высоких энергоэкономических показателей и низких общих издержек производства и природы.
При таком подходе любые новые теплотехнологические установки или системы будут конкурентоспособными с действующими крупными системами и откроют путь дальнейшего их совершенствования на базе роста единичной мощности.
1. Основные мероприятия, способствующие обеспечению высокой устойчивости новых теплотехнологических установок от быстрого морального старения, включают в себя:
• реализацию перспективной и высокой удельной производительности установки;
• новые технические решения теплотехнических принципов, открывающих пути оптимизации работы отдельных зон (камер) установок (систем), чтобы иметь возможность и далее радикально улучшать их работу на базе как традиционных, так и новых источников энергии;
• реализацию в данной установке (или системе) значительно большого числа технологических процессов, что способствует достижению большей устойчивости новых идей и новых решений при отдельных неудачах их освоения, создает более прочную основу универсального, и следовательно, экономически более выгодного их применения, стимулирует формирование большей убежденности и настойчивости научных коллективов в реализации новых решений;
2. Основные мероприятия, способствующие обеспечению соответствующего технологического комфорта в установках и системах, включают в себя:
• достижение высокого уровня температур теплотехнического процесса и обеспечение широкого диапазона их регулирования, что создает наиболее благоприятные условия проведения физико-химических стадий многих технологических процессов;
• достижение высокой термической, физической и химической однородности готового продукта и наличие средств управления процессами, определяющими эти виды однородности, что создает предпосылки наиболее качественного завершения технологического процесса;
• обеспечение высокой степени удержания в готовом продукте заданных компонентов исходных материалов, полуфабрикатов, шихт, что в ряде случаев является решающим фактором в определении перспективности того или иного варианта теплотехнологического процесса.
3. Основные мероприятия, способствующие обеспечению соответствующего эксплуатационного комфорта обслуживания теплотехнологических установок и систем, включают в себя [29]:
• непрерывность технологического процесса, что и открывает путь к наиболее совершенным схемам комплексной автоматизации и механизации, к прогрессивным схемам управления и созданию крупнотоннажных поточных линий производства;
• наличие относительно небольшой массы обрабатываемого материала, одновременно находящегося в рабочей камере теплотехнологической установки, что позволяет обеспечить более высокую чувствительность ее к изменениям определяющих параметров, снизить длительность пусковых и остановочных периодов и уменьшить расход материалов на «промывку» технологических зон установки, системы;
• органическое сочетание технологических зон (камер) установки без технических и теплотехнических сложных транспортных переходов между ними, а также органическое сочетание технологических зон и теплотехнических элементов, что в итоге приводит как к компактности установок и систем, так и к повышению надежности их работы;
• высокую герметичность технологических камер и теплотехнических элементов технологической установки.
4. Основные мероприятия, способствующие достижению высоких энергоэкономических показателей теплотехнологических установок и малых общих издержек производства и природы, включают в себя:
• эффективную переработку исходных материалов, полуфабрикатов, шихт при минимальной предварительной их подготовке, что во многих случаях существенно снижает их потери, загрязнение территории, затраты на подготовительные операции;
• низкие потери технологического сырья и продуктов в рабочих зонах установок и систем;
• длительную и непрерывную рабочую кампанию (корпорацию) технологических установок и систем;
• высокую тепловую герметичность ограждений, особенно высокотемпературных технологических камер и зон;
• организацию глубокого регенеративного использования тепловых отходов технологических зон (камер) установок для обеспечения наиболее низкого уровня видимого расхода топлива и возможность организации в необходимых случаях глубокого внешнего теплоиспользования, которым реализуются дополнительные косвенные пути снижения расхода топлива (энергии).
При разработке новых технологических процессов и оборудования для них, когда проведение предварительных расчетных оценок основных конструктивных и режимных характеристик новых образцов на заданные параметры встречает большие затруднения, большой практический интерес представляет метод аффинных физических моделей.
Дата добавления: 2016-11-02; просмотров: 872;