загрузка...
 
1.2. Енергоаудитна схематизація систем з джерелами ВЕР
Повернутись до змісту

1.2. Енергоаудитна схематизація систем з джерелами ВЕР

         Основне місце у сфері промислового виробництва займають технологічні процеси, що вимагають енергетичних перетворень оброблюваних речовин (середовищ) за допомогою тепло-і масообміну.

         Повний ланцюг пристроїв для теплоенергетичних перетворень включає кінцеві і проміжні елементи. До кінцевих елементів відноситимемо генератори теплоносія і пристрої скидання концентрованих потоків теплоти в навколишнє середовище. Проміжними елементами подібного ланцюга є теплотехнічне устаткування, що забезпечує реалізацію того чи іншого технологічного процесу. Проміжні елементи теплоенергетичних перетворень мають власні назви (теплообмінник, випарний апарат, калорифер і ін.), проте з метою спрощення опису складних технологічних схем і їх структуризації подібні пристрої надалі розглядатимемо під узагальненою назвою теплотехнічна установка (ТТУ).

         Головною ознакою ТТУ є наявність транзиту через неї теплоносія або охолоджуючого середовища із оброблюваною або проміжною речовиною, що знаходяться в теплообмінному процесі. Поза сумнівом, що і кінцеві елементи (генератори, градирні) також є теплотехнічними установками, але функціональне призначення їх є чисто енергетичним: бути джерелом і стоком енергозабезпечення (енергоживлення) технологічного процесу.

         Генератор теплоносія і ТТУ можуть бути конструктивно об'єднані в агрегат (печі, реактори, гранулятори) або функціонувати роздільно, будучи сполученими за допомогою розподільної теплової мережі, що може забезпечувати паралельним живленням декілька ТТУ. При використанні як нагріваючі теплоносії рідких або пароподібних середовищ розподільна теплова мережа містить поворотні лінії до генератора. Що стосується газоподібних теплоносіїв, то вони, як правило, не замикаються в циркуляційну систему.

         Функціонування ТТУ з процесом охолоджування робочої речовини до кінцевих заданих температурних параметрів, наприклад, охолоджування повітря на компресорній станції перед подачею в мережу, забезпечується шляхом циркуляції холодоносія (вода, розчини) через дану ТТУ і пристрій скидання теплоти у навколишнє середовище. У разі застосування повітря або інертних газів для охолоджувальних цілей і за відсутності в потоках цих середовищ екологічних забруднень вони можуть безпосередньо скидатися в навколишнє середовище.

         У більшості поширених технологій ще на стадії проектування передбачається рекуперація теплоти між різними ТТУ. Подібний підхід також відомий під назвою методу інтеграції нагріваючих і охолоджуваних потоків, метою якого є зведення до мінімуму потреби в генерації і в атмосферному скиданні теплоти. Для ТТУ, що функціонує в інтеграційному полі теплообміну, характерна відсутність безпосередніх експлуатаційних зв'язків з елементами генерації і скидання теплоти.

         Цільовим призначенням ТТУ є виконання технологічної зміни термодинамічних параметрів робочої речовини, що задається (температури, тиску, концентрації).

У більшості випадків прагнуть робочу речовину, як і теплоносій, транспортувати через ТТУ у формі потоку. Якщо транзит робочої речовини не раціональний, то можна використовувати проміжний теплоносій або охолоджуюче середовище (повітря в системі кондиціонування приміщень, повітря в конвективних сушарках, азот у процесах десорбцій з адсорбентом і т.п.)

         При використанні інтеграції потоків робоча речовина, нагріта або охолоджена в ТТУ, набуває функцій тепло- або холодоносія або для інших робочих речовин, або для власного середовища у рамках попереднього регенеративного теплообміну.

         Викладена схематизація тепловикористовуючих технологічних систем дозволяє істотно спрощувати аналіз енергопотоків, а головне знаходити джерела теплових ВЕР і напрями рекуперації або трансформації утилізованих теплових потоків. Як приклад на рис. 1.2 наведена спрощена структурна схема ексергетичних перетворень в умовному процесі синтез-технології газоподібних речовин.

         Дана схема містить генератор теплоносія (ТГ); три послідовно сполучені теплотехнічні установки: реактор (ТТУ 1), регенеративний теплообмінник (ТТУ 2), кінцевий охолоджувач продукту (ТТУ 3) і пристрій для теплового скидання в навколишнє середовище (ГР) - градирня.

         У реакторі відбувається процес перетворення суміші речовин А і Б в кінцевий продукт із споживанням теплоти, що підводиться від теплогенератора. При синтезі вказаних речовин утворюється газовий потік, який через фільтр скидається в навколишнє середовище. Технологічний регламент виробництва даного продукту вимагає попереднього підігріву речовини Б перед її надходженням в реактор, що реалізується шляхом установки регенеративного теплообмінника. З огляду на те, що температура продукту після ТТУ 2 вища потрібного за нормами відвантаження (випуску), в схему включений кінцевий охолоджувач, в якому за рахунок циркуляції охолоджуючого середовища тепловий потік від продукту скидається в градирні (ГР) в навколишнє середовище.

Рисунок 1.2 - Структурна схема енергопотоків в умовному технологічному процесі:

          ПАЛ – паливо; О – окиснювач; ТН – теплоносій; ЕЕ - електроенергія; ОХ – охолоджуюче середовище; ПЗ - продукти згорання; ГС - газове скидання; П - кінцевий продукт; Н – насос; КМ – компресор; ВТ - вентилятор

         Аналіз розглядуваної схеми дозволяє визначити в ній джерела ВЕР. Такими є потік продуктів згорання палива на виході з теплогенератора, потік охолоджуючої води, через ТТУ 3 і скидання газу з ТТУ 1.

         Вибір оптимального рішення щодо утилізації виявлених ВЕР вимагає проведення техніко-економічних розрахунків різних варіантів. Проте у більшості випадків головним напрямом утилізації ВЕР повинна бути економія первинних енергоресурсів у  генеруючих елементах систем.

         Неважко помітити, що навіть для попередніх розрахунків енергоефективості на основі утилізаційних рішень подібна схема повинна містити кількісну інформацію щодо режимних параметрів теплоносіїв і потоків ВЕР. Ці дані можуть бути отримані або за результатами енергоаудиту, або за вимогами технологічного регламенту розглядуваного виробництва.

         На рисунку 1.3 наведена схема матеріальних і енергетичних потоків для реальної технічної системи - брагоректифікаційної установки (БРУ) виробництва етилового спирту. Дана схематизація передбачає графічне представлення тільки зовнішніх зв'язків бражної, епюраційної і ректифікаційної колон.

         Відповідно до представленої схеми процеси отримання кінцевого продукту (ПР) з розділюваної суміші (браги Б) вимагають підведення робочої (котельної пари), яка генерується в парогенераторі (ПГ) з води природного водоймища, відкачуваної насосною станцією (НС) і нагрітої при проходженні її через конденсатори, дефлегматори і систему водопідготовки (СПВ). Основними потоками ВЕР для даної установки є:

загальний потік охолоджуючої води, що скидається у водоймище;

потік барди;

потік лютерної води;

потік продуктів згорання після парогенератора.

Рисунок 1.3 - Схема теплоенергетичних потоків брагоректифікаційної установки:

 ПГ - парогенератор; СПВ - система підготовки води; НС - насосна станція; Г - газ; П - повітря; ПС - продукти згорання;

позначення індексів масової витрати G: П - пара; W - вода; Б - брага; R - барда; L - лютерна вода; ПР -продукт

         Для розрахункової продуктивності БРУ 1000 декалитр/добу основні потоки характеризуються нижченаведеними даними:

охолоджуюча вода: ;

потік барди: ;

потік матеріальної води:

;

потік продуктів згорання:

.



загрузка...