Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы, задания на практические работы, методические указания к выполнению практических работ

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо-Западный государственный заочный технический университет

Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЯХ

Рабочая программа Задание на контрольную работу Методические указания к выполнению контрольной работы Задания на практические работы Методические указания к выполнению практических работ

Факультет энергетический Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 650800 – теплоэнергетика 100500 – тепловые электрические станции 100700 – промышленная теплоэнергетика Направление подготовки бакалавров 550900 – теплоэнергетика

Санкт-Петербург 2004

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 66.041.662.6/9 Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы, задания на практические работы, методические указания к выполнению практических работ. – СПб.: СЗТУ, 2004.- 23 с. Рабочая программа разработана в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 650800 – «Теплоэнергетика» (специальности: 100500 – «Тепловые электрические станции», 100700 – «Промышленная теплоэнергетика») и направлению подготовки бакалавра 550900 – «Теплоэнергетика». Методический сборник содержит рабочую программу, задание на контрольную работу и методические указания к выполнению контрольной работы; задания на практические работы и методические указания к выполнению практических работ, тематический плен лекций, перечень основной и дополнительной литературы. В рабочей программе рассмотрены вопросы нормативно – правовой и нормативно – технической базе энергосбережения, основы энергоаудита промышленных предприятий, энергосбережения при производстве и распределение теплоты в промышленных котельных, системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, в высокотемпературных установках, в жилищнокоммунальном хозяйстве и в системах городского освещения. Рассмотрено на заседании кафедры теплотехники и теплоэнергетики 13 октября 2003 г.; одобрено методической комиссией энергетического факультета 16 декабря 2003 г. Рецензенты: кафедра теплотехники и теплоэнергетики (зав. кафедрой З.Ф. Каримов, д-р техн. наук, проф.); Я.Н. Сколяров, канд. техн. наук, доц. кафедры промышленной теплоэнергетики СПбГТУРП. Составители:

А.А. Кошелев, канд. техн. наук., доц. А.Д. Мухамедов, ассистент.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

ПРЕДИСЛОВИЕ Цель изучения дисциплины – приобретение студентом знаний по энергосбережению в объектах теплоэнергетики и высокотемпературных теплотехнологиях. Задачи изучения дисциплины – получение знаний о нормативно-правовой и нормативно-технической базе энергосбережения, основах энергоаудита объектов теплоэнергетики, особенностях энергоаудита промышленных предприятий, углубленных энергетических обследованиях; умение выполнять основные расчеты по энергосбережению промышленных предприятий, выбирать способы и критерии энергетической оптимизации, проводить экспресс-аудит; внедрять полученные знания на производстве в процессе практической деятельности по энергосбережению на объектах теплоэнергетики и высокотемпературных установках. Связь с другими дисциплинами. Дисциплина «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях» базируется на знаниях, полученных при изучении дисциплин высшей математики, физики, термодинамики и тепломассообмена. Знания, полученные при изучение данной дисциплины, используются в следующих дисциплинах: «Котельные установки и парогенераторы», «Основы централизованного теплоснабжения», «Технологические энергоносители предприятий».

3

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ГОС Актуальность энергосбережения в России и мире: государственная политика в области повышения эффективности использования энергии; энергосбережение и экономия; нормативно – правовые и нормативно – технические базы энергосбережения; основы энергопитающих промышленных предприятий; экспресс – аудит; углубленные энергетические обследования; энергетический паспорт; энергобалансы предприятий; интенсивное энергосбережение; критерии энергетической оптимизации; энергосбережение при производстве и распределение тепловой энергии; энергосбережение в промышленных котельных; рациональное энергоиспользование в системах производства и распределения энергоносителей; особенности энергосбережения в высокотемпературных теплотехнологиях; энергосбережение в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, сушильных, выпарных, ректификационных установках; энергосбережение при энергоснабжении промышленных предприятий, объектов аграрно– промышленного комплекса, жилищно – коммунального хозяйства; энергосбережение в системах освещения. 1.2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (объем дисциплины 140 часов.) Введение [1], с. 4…11; [2], с. 20…29 Актуальность энергосбережения. Энергосбережение как фактор, компенсирующий некоторые негативные процессы в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) страны. Государственная политика в области повышения эффективности использования различных видов энергии. Постановления правительства о неотложных мерах по энергосбережению, о дополнительных мерах по стимулированию энергосбережения в России, о федеральной целевой программе «Энергосбережение в России» на 1998-2005 годы, федеральный закон Российской Федерации об энергосбережении (основные положения). Основные документы Министерства энергетики Российской Федерации (Минэнерго России), приказ Минэнерго «О проведении обязательных энергетических обследований на предприятиях и в организациях».

4

Вопросы для самопроверки 1. Перечислите основные постановления и нормативные акты в области энергосбережения, принятые администрацей Санкт-Петербурга и Ленинградской области. 2. Назовите действующие нормативные Законы Российской Федерации и постановления Правительства Российской Федерации по энергосбережению. 3. Каковы основные принципы энергосберегающей политики России? 4. Назовите основные принципы управления в области энергосбережения. 1.2.1. Энергосбережение в энергетике [1], с. 54…63, 64…75, 76…83; [2], с. 30…38, 46…54, 141…162 Нормативно-правовая и нормативно-техническая базы энергосбережения. Основы энергоаудита различных объектов теплоэнергетики. Особенности энергоаудита промышленных предприятий. Экспресс – аудит. Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов: общие сведения, основные натуральные показатели, полная себестоимость полезной отпущенной теплоты, общее потребление энергоносителей, сведения о трансформаторных подстанциях, установленная мощность потребителей электроэнергии по направлению использования, баланс потребления электроэнергии в текущем году; обязательные предложения к энергетическому паспорту. Вопросы для самопроверки 1. Дайте определения следующих понятий: "энергосбережение", "энергосберегающая политика государства", "энергетический ресурс". 2. Что такое "энергоаудит энергетического предприятия"? Назовите особенности аудита промышленного предприятия. Что такое "экспресс-аудит"? 3. Каковы общие сведения о промышленном потребителе топливноэнергетических ресурсов? 4. Перечислите основные натуральные показатели промышленного предприятия. 5. Назовите направления использования электроэнергии на промпредприятии. Каковы стадии расхода по балансу потребления электроэнергии предприятий? 6. Перечислите стадии прихода/расхода баланса потребления теплоты на энергетическом предприятии. 7. Перечислите статьи прихода/расхода баланса потребления котельно-печного топлива энергопредприятий. Статьи баланса потребления моторных топлив предприятий. 8. Назовите характеристики вторичных энергоресурсов и альтернативных (местных) топлив, используемых промпредприятием. 5

9. Перечислите энергосберегающие мероприятия по экономии энергоресурсов на промпредприятии. 10. Каково назначение энергобаланса промышленного предприятия? Перечислите виды и области применения энергетических балансов. 11. Назовите виды энергонасосного баланса промпредприятий. 1.2.2. Технологии энергосбережения в энергетике [1], с. 54…64, 76…83, 84…93; [2], c. 66…106, 114…132, 141…169 Основные направления развития устойчивого обеспечения энергией промышленности, повышения эффективности производства и распределения теплоты и создания необходимых условий для перевоза энергетического хозяйства на энергосбережение. Энергосбережение в промышленных и отопительных котельных. Рациональное энергоиспользование в системах производства и распределения энергоносителей, энергосбережение в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, сушильных, выпарных и ректификационных установках. Энергосбережение и ресурсосбережение и сохранение экосистемы. Вопросы для самопроверки 1. Перечислите основные направления устойчивого обеспечения энергией промпредприятия. 2. Каковы перспективы и практический опыт совершенствования твердотопливных котельных малой мощности? 3. Как определить (численно) расходы теплоты на собственные нужды котлоагрегатов? 4. Назовите статьи расхода теплоты на общекотельные собственные нужды. 5. Каковы пути рационального энергоиспользования в системах производства и распределения электроэнергии и теплоты? 6. Как определяются расходы теплоты (на возмещение тепловых потерь) на отопление и вентиляцию? 7. Назовите новые энергоэффективные технологии по организации теплоснабжения производственного предприятия. 8. Каковы основные принципы стандартизации энергосбережения? 9. Покажите связь между ресурсосбережением и сохранением экосистемы.

6

1.2.3. Энергосбережение в высокотемпературных теплотехнологиях [3], с. 228…247 Пути повышения эффективности использования топлива в высокотемпературных установках (ВТУ). Регистрация тепловых и горючих отходов высокотемпературных установок. Вторичные энергоресурсы ВТУ и их использование. Тепловые и энергетические балансы ВТУ: тепловой баланс рабочего пространства теплотехнической установки; зональные тепловые балансы и балансы тепловых элементов тепловой схемы ВТУ. Вопросы для самопроверки 1. Укажите пути повышения эффективности использования топлива в высокотемпературных установках. 2. Какими показателями оценивается эффективность использования топлива в ВТУ? 3. Какова энергетическая эффективность регистрации топлива в ВТУ? 4. Покажите классификационную схему регенеративных подогревателей компонентов горения за счет теплоты отходящих газов. 5. Расскажите об использовании вторичных энергоресурсов в высокотемпературных установках. 6. Какими соображениями определяется общий принцип возможного использования теплоты в ВТУ? 7. Нарисуйте схему установки котла-утилизатора за методической печью. 8. Приведите пример использования теплоты готового продукта. 9. Как можно использовать избыточное давление доменного газа? Как называются эти энергетические установки? 1.2.4. Энергосбережение в электроэнергетике [1], с. 84…93; [2], с. 173…237 Энергосбережение при электроснабжении промышленных предприятий. Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ), в системах освещения. Энергосбережение на объектах аграрно-промышленного комплекса. Вопросы для самопроверки 1. Укажите пути повышения эффективности использования топлива в высокотемпературных установках. 2. Какими показателями оценивается эффективность использования топлива в ВТУ? 7

3. Какова энергетическая эффективность регенерации теплоты в ВТУ? 4. Покажите классификационную схему регенеративных подогревателей компонентов горения за счет теплоты отходящих газов. 5. Расскажите об использовании вторичных энергоресурсов в высокотемпературных установках. 6. Какими соображениями определяется общий принцип возможного использования теплоты в ВТУ? 7. Нарисуйте схему установки котла-утилизатора за методической печью. 8. Приведите пример использования теплоты готового продукта. 9. Как можно использовать избыточное давление доменного газа? Как называются эти энергетические установки? 1.3. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ (для студентов очно - заочной формы обучения) (16 часов) Темы лекций

1. Актуальность энергосбережения в России и мире. Государственная политика в области повышения эффективности использования энергии…………………………………………………………………... 2. Нормативно-правовая и нормативно-техническая базы энергосбережения. Основы энерго-аудита объектов промышленных предприятий……………………………………………………….........…..... 3. Экспресс-аудит; углубленные энергетические обследования предприятий. Энергетический паспорт; энергобалансы промышленных предприятий. Критерии энергетической оптимизации…………………………………………………………….................. 4. Энергосбережение при производстве и распределении теплоты. Энергосбережение в промышленных и отопительных котельных………………………………………………………………............. 5. Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения. Особенности энергосбережения в высокотемпературных установках……………………………………............................ 6. Энергосбережение при электроснабжении промышленных предприятий; жилищно-коммунального хозяйства; энергосбережение в системах освещения…………………………….....................................

8

Объем, часы

2 2

4 4 2 2

1.4. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (8 часов) Темы практических работ

1. Использование теплоты уходящих котельных и печных газов для получения горячей воды и пара……………………………………….. 2. Экономическая эффективность использования ВЭР……………....

Объем, часы

4 4

2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной: 1. Основы энергосбережения. Курс лекций/Под ред. Н.Г. Хутской. – Минск: Технология, 1999 - 100 с. 2. Поспелова Т.Г. Основы энергосбережения: Учебник для техн. вузов. – Минск: Технология, 2000 - 353 с. Дополнительный: 3. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки. Учебник для вузов/Под ред. А.Д. Ключникова. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 4. Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике. – М.: Высшая школа, 1995. 5. Таги – заде Ф.Г. Энергоснабжение городов. – М.: Стройиздат, 1992. 3. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ Целью выполнения контрольной работы является закрепление теоретических знаний, полученных студентом при изучении курса, и использовании этих знаний при решении практических задач на производстве. Задачей выполнения контрольной работы является ознакомление студентом с частными вопросами разного характера по энергосбережению топливных энергоресурсов за счет модернизации котельного оборудования и экономичной работы энергетического оборудования. Тема контрольной работы связана с модернизацией котельной установки с целью повышения КПД котла, повышения температуры питательной воды и, следовательно, уменьшением расхода сжигаемого топлива. Рассматривается также вопрос о рациональной работе паровой теплофикационной турбины. Контрольная работа выполняется в следующем порядке: 1. Выбирается нужный числовой вариант по трем цифрам шифра студента; 2. Переписывается условие задачи полностью с выбранными числовыми данными; 9

3. Производится расчет с указанием формул и расшифровкой входящих в них обозначений и указаний единиц международной системы (СИ); 4. По необходимости расчеты дополняются краткими пояснениями и выводами. Контрольная работа выполняется в отдельной тетради с указанием на титульном листе фамилии, инициалов, шифра студента, а также факультета и специальности. Защита контрольной работы производится после возвращения ее преподавателем с пометкой "к защите". Задача 1

⎛ кг ⎞ В топке котельного агрегата паропроизводительностью D ⎜ ⎟ сжигается ⎝ с ⎠ кДж уголь с низшей теплотой сгорания Q нр = 13997 . Определить экономию токг плива в процентах, получаемую за счет предварительного подогрева конденсата в регенеративных подогревателях, если известны температура топлива на входе ⎛ кДж ⎞ в топку tт=20оС, удельная теплоемкость топлива cт=2,1 ⎜ ⎟ , КПД котлоаг⎝ кг ⋅ К ⎠ регата ηбр ка (%), давление перегретого пара рпп (МПа), температура перегретого пара tпп (оС), температура конденсата tк=32оС, температура питательной воды после регенеративных подогревателей tпв (оС) и величина непрерывной продувки р=3%. Численные значения некоторых исходных данных выбирают из табл. 1. Таблица 1

Параметр

Вариант 1 2 3 4 5 6 Последняя цифра шифра 5,6 5,5 5,4 5,3 5,2 5,3

7

8

9

0

5,4 5,5 5,6 5,7 Паропроизводительность котельного агрегата D, кг/с КПД котельного агре- 91,5 91,3 91,2 90,0 91,1 91,2 91,3 91,0 90,0 89,0 гата (брутто) ηбр ка , % Предпоследняя цифра шифра Давление перегретого 4,0 3,8 3,5 3,4 3,5 3,8 4,0 4,5 4,0 3,8 пара рпп, МПа Температура перегре- 430 425 420 410 400 430 420 430 440 410 того пара tпп, оС 10

Окончание табл. 1

Параметр

Вариант 1 2 3 4 5 6 Третья цифра от конца шифра 130 125 120 135 120 125

Температура питательной воды tпв, оС

7

8

9

0

120

125

130

120

Методические указания

1. Физическую теплоту топлива определяем по формуле [4], с. 32:

Q т = С т ⋅ t т , кДж/кг. 2. Располагаемую теплоту находим по формуле [4], с. 32: Q pp = Q нр + Q т , кДж/кг. 3. Расход топлива без регенеративного подогрева питательной воды определяем по формуле [4], с. 35:

В1 =

D[(h пп − h к ) + (р / 100 )(h ′в − h к )] Q pp ηбр ка

, кг/с.

4. Расход топлива с регенеративным подогревом определяем по формуле [4], с. 48:

В2 =

D[(h пп − h пв ) + (р / 100 )(h ′в − h пв )] Q pp ηбр ка

, кг/с.

5. Экономия топлива В1 − В 2 ⋅ 100 , %. В1 1. Энтальпию кипящей воды h ′в определить из [П.1] по заданному рпп. 2. Энтальпию перегретого пара hпп определить по hs – диаграмме, зная рпп и tпп [П.3]. ∆В =

Указания.

11

3. Энтальпия питательной воды hпв=4,19tпв. Задача 2

Рассчитать удельный расход теплоты и условного топлива на выработку 1 кВт⋅ч электроэнергии теплофикационной турбиной соответственно в конденсационном и теплофикационном режимах работы. Определить для теплофикационной установки удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении и экономию условного топлива на выработку 1 кВт⋅ч по сравнению с КЭС (вКЭС=0,34 кг/кВт⋅ч), при использовании теплофикационных отборов в течение 3000, 4000, 5000 часов при общей продолжительности работы турбоустановки 7000 часов. Численные значения исходных данных выбираются из табл. 2. Таблица 2

Параметр 1 Давление пара на входе в турбину

Вариант 2 3 4 5 6 Последняя цифра шифра 4 5 9 13 9

7

8

9

0

5

4

3

9

480

460

450

435

480

Предпоследняя цифра шифра 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,4

1,3

1,2

1,1

1,4

145

155

150

145

160

Третья от конца цифра шифра 5,0 4,5 4,0 5,0 4,5 5,0 4,0

4,5

5,0

5,0

33

39

33

33

3

Ро, МПа Температура пара на входе в турбину

435

450

460

480

510

tо, °С Давление отборе

пара

в

Ротб, МПа Температура питательной воды

150

155

160

230

160

tпв, °С Давление в конденсаторе турбины,

Рк, кПа Температура конденсата пара после турбины

39

29

33

tк, °С Примечание: Для всех вариантов принять: ηэм=0,97 ηоi=0,85 ηку=0,88 ηтп=0,96 12

39

33

29

Методические указания

1. По заданным параметрам, пользуясь hs – диаграммой или таблицами водяного пара, найти энтальпии ho, hотб, hпв, hк и h ′к . 2. Определить работу пара, идущего в конденсатор lк, в отбор lотб и энтальпию пара, отпускаемого потребителям из отбора [5], с. 132: lк = h o − h к ; l отб = h o − h отб ; h п = q т = h отб − h ′к . 3. В конденсационном режиме определить удельный расход пара, теплоты и условного топлива: - удельный расход пара [5], c. 132:

d кo =

3600 , кг/(кВт·ч). (h o − h к )ηoi η эм

- удельный расход теплоты [5], c. 132:

q кo = d кo (h o − h пв ) , кДж/(кВт·ч). - удельный расход условного топлива [5], c. 132:

b кэ

q кo , кг/(кВт·ч). = 29330 ⋅ ηку η тп

4. В теплофикационном режиме [5], c. 132:

d от = d ко +

(h о − h к ) − (h o − h отб ) d отб , кг/(кВт·ч), ho − hк

где dотб=0,8 d кo 13

q от = d от (h o − h пв ) − d отб ⋅ q т ; b эт

q oт . = 29330 ⋅ ηку η тп

5. Определить выработку электроэнергии на тепловом потреблении [5], с. 133: 10 6 h o − h отб эт = ⋅ ηoi η эм , (кВт·ч)/ГДж. 3600 qт 6. Определить удельный расход топлива на выработку 1 к 7. Вт·ч электроэнергии [5], с. 133: b ТЭЦ = b эт ⋅ τ + b кэ (1 − τ) , ср где τ - относительное время работы ТЭЦ в теплофикационном режиме: τ = 3000 ; 4000; 5000 часов; 3000 4000 5000 ; . τ= ; 7000 7000 7000 8. Определить экономию топлива на выработку 1 кВт·ч электроэнергии по режимам: ∆b1 = b кэс − b ТЭЦ ; ср 1

∆b 2 = b кэс − b ТЭЦ ; ср 2

∆b 3 = b кэс − b ТЭЦ . ср 3

4. ЗАДАНИЯ НА ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ Задача 1

Определить количество теплоты, отдаваемое уходящими газами котельной завода водяному экономайзеру (утилизатору), для получения горячей воды, 14

если температура газов на выходе из экономайзера t гвых = 200 0 С , температура газов на входе в экономайзер t гвх = 320 0 С , коэффициент избытка воздуха за экономайзером α эк = 1,4 , средняя объемная теплоемкость газов кДж С′рг = 1,415 3 и расчетный расход топлива одного котла B p = 0,25 кг/с. В м ⋅К котельной установлены два одинаковых котла (n=2), работающих на донецком р р р р р каменном угле марки D состава: С =49,3%; Н =3,6%; S =3%; N =1%; О =8,3%; р р A =21,8%; W =13%. Порядок решения. 1. Теоретически необходимый объем воздуха определяем по формуле [4], с. 14: 3

V o = 0,089C p + 0,226H p + 0,033(S pл − O p ) , м /кг. 2. Теоретический объем газов находим по формуле [4], с. 17:

Vго

= 0,0187(С

р

Np + 0,8 + 0,0124(9H p + W p ) + 0,016V o , 100 3 м /кг.

+ 0,3755S рл ) + 0,79V o

3. Расход уходящих газов перед экономайзером [4], с. 221:

Vг =

[

nB p Vог

]

t гвх + 273 3 + (α г − 1)V , м /с. 273 o

4. Расход уходящих газов за экономайзером [4], с. 221:

[

Vг′ = nB p Vог + (α г − 1)V o

]

t гвых + 273 3 , м /с. 273

5. Средний расход уходящих газов при их охлаждении в экономайзере от о о 320 С до 200 С:

Vгср =

(Vг + Vг′ ) . 2

15

6. Количество теплоты, отдаваемое уходящими газами водяному экономайзеру [4], с. 221: Q эк = Vгф ⋅ С′рг ( t гвх − t гвых ) , кДж/с. Ответ: Q эк = 1282 , кДж/с. Задача 2

Определить количество использованной теплоты ВЭР при использовании выработанной теплоты в виде пара в котле – утилизаторе за счет теплоты уходящих газов трех промышленных печей, если температура газов на выходе из о о печей θ =700 С, температура газов на выходе из котла – утилизатора θ′ =200 С, коэффициент избытка воздуха за котлом утилизатором α у = 1,3 , расчетный 3

расход топлива трех печей Вр=0,05 м /с; коэффициент, учитывающий несоответствие расчета и числа часов работы котла – утилизатора и печей, β = 1,0 , коэффициент потерь теплоты котла – утилизатора в окружающую среду ξ = 0,1 и коэффициент утилизации ВЭР δ = 0,75 . Печи работают на природном газе Ставропольского месторождения состава: СО2=0,2%; СH4=98,2%; C2H6=0,4%; C3H8=0,1%; C4H10=0,1%; N2=1%. Порядок решения: 1. Теоретически – необходимый объем воздуха [4], с. 16: n⎞ ⎤ 3 3 ⎡ ⎛ V o = 0,0478⎢0,5(CO + H 2 ) + 1,5H 2S + 2CH 4 + ∑ ⎜ m + ⎟ ⋅ C m H n − O 2 ⎥ , м /м . 4⎠ ⎝ ⎦ ⎣ 2. Объем трехатомных газов [4], с. 17: 3

3

VRO 2 = 0,01(CO 2 + CO + H 2S + ∑ mC m H n ) , м /м . 3. Теоретический объем азота [4], с. 17: 3

3

VNo 2 = 0,79V o + N 2 / 100 , м /м . 4. Теоретический объем водяных паров [4], с. 17:

16

n 3 3 VHo 2O = 0,01(H 2S + H 2 + ∑ C m H n + 0,124d г ) + 0,016V o , м /м , 2 3

где dг – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м сухого газа, 3 3 г/м ; dг=10г/м . 5. Энтальпия газов на выходе из печей [4], с. 26:

H г = H ог + (α у − 1)H ов = VRO2 ⋅ (cθ) CO2 + V No ⋅ (cθ) N 2 + VHo 2O ⋅ (cθ) H 2O + 2

+ (α у − 1)V o (cθ) B 3

кДж/м . Значения (cθ) CO 2 , (cθ) N 2 , (cθ) H 2O , (cθ) B определяются из П.2. 6. Энтальпия газов на выходе из котла – утилизатора: H ′г = H го + (α у − 1)Н во = VRO2 ⋅ (cθ′) CO2 + V No ⋅ (cθ′) N 2 + VHo 2O ⋅ (cθ′) H 2O + 2

o

+ (α у − 1)V (cθ′) B 3

кДж/м

Значения (cθ′) CO 2 , (cθ′) N 2 , (cθ′) H 2O , (cθ′) B определяются из П.2. 7. Количество выработанной теплоты в виде пара в котле – утилизаторе за счет теплоты уходящих газов [4], с. 221: Q у = В р (Н г − Н ′г )β(1 − ξ) , кДж/с. 8. Количество использованной теплоты ВЭР [4], с. 222: Q ВЭР = δQ у , кДж/с. Ответ: Q ВЭР = 281,25 , КДж/с. Задача 3

Определить экономию условного топлива при использовании теплоты вторичных энергоресурсов в котле – утилизаторе за счет теплоты уходящих газов двух промышленных печей, если температура газов на выходе из печей θ = 700 o C , температура на выходе из котла – утилизатора θ = 200 o C , коэффи17

циент избытка воздуха за котлом – утилизатором α у = 1,35 , расчетный расход 3

топлива двух печей Вр=0,036 м /с, коэффициент, учитывающий несоответствие режима и числа часов работы котла – утилизатора и печей, β = 1,0 , коэффициент потерь теплоты котла – утилизатора в окружающую среду ξ = 0,12 , КПД замещаемой котельной ηку = 0,86 и коэффициент утилизации ВЭР δ = 0,76 . Печь работает на природном газе Шебелинского месторождения состава: СН4=94,1%; С2Н6=3,1%; С3Н8=0,6%; С4Н10=0,2%; С5Н12=0,8%; N2=1,2%. Порядок решения. 1. Теоретически необходимый объем воздуха [4], с. 16: n⎞ ⎤ 3 3 ⎡ ⎛ V o = 0,0478⎢0,5(CO + H 2 O) + 1,5H 2S + 2CH 4 + ∑ ⎜ m + ⎟C m H n − O 2 ⎥ , м /м . 4⎠ ⎝ ⎦ ⎣ 2. Объем трехатомных газов [4], с. 17: 3

3

VRO 2 = 0,01(CO 2 + CO + H 2S + ∑ mC m H n ) , м /м . 3. Теоретический объем азота [4], с. 17:

VNo 2 = 0.79V o +

N2 3 3 , м /м . 100

4. Теоретический объем водяных паров [4], с. 17: n 3 3 VHo 2O = 0,01(H 2S + H 2 + ∑ C m H n + 0,124d г ) + 0,016V o , м /м . 2 5. Энтальпия газов на выходе из печей [4], с. 26: Н г = Н ог + (α у − 1)Н ob = VRO2 (cθ) CO2 + V No ⋅ (cθ) N 2 + VHo 2O ⋅ (cθ) H 2O + 2

o

+ (α у − 1)V (cθ) B 3

кДж/м

6. Энтальпия газов на выходе из котла – утилизатора [4], с. 26:

18

Н ′г = Н ог + (α у − 1)Н ob = VRO2 (cθ′) CO2 + V No ⋅ (cθ′) N 2 + VHo 2O ⋅ (cθ′) H 2O + 2

o

+ (α у − 1)V (cθ′) B 3

кДж/м

7. Количество выработанной теплоты в виде пара в котле – утилизаторе за счет теплоты уходящих газов [4], с. 221: Q у = В р (Н г − Н ′г )β(1 − ξ) , кДж/с. 8. Количество использованной теплоты ВЭР [4], с. 227: Q ВЭР = δQ у , кДж/с. 9. Экономия условного топлива при использовании теплоты вторичных энергоресурсов в котле – утилизаторе за счет теплоты уходящих газов [4], с. 222:

В эк =

Q ВЭР , кг/с. 29330ηку

Ответ: В эк = 0,0085 кг/с или В эк = 30,6 кг/ч.

19

ПРИЛОЖЕНИЕ П.1. Параметры сухого насыщенного пара и воды на кривой насыщения (по давлениям) о 3 р, МПа tн, С h′ , h ′′ , v′ , м /кг v′′ , м3/кг S′ , S′′ , 1 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 0,005 0,010 0,020 0,025 0,030 0,04 0,05 0,10 0,20 0,30 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0

2 6,936 13,001 17,486 21,071 24,078 26,674 28,95 32,89 45,82 60,08 64,99 69,12 75,87 81,33 99,62 120,23 133,54 151,84 158,84 164,96 170,41 175,36 179,88 198,28 212,37 233,83 250,33 263,91 275,56 385,80 294,98 303,31 310,96 324,64 336,63 347,32 356,96 365,72 373,71

3 0,0010001 0,0010007 0,0010014 0,0010021 0,0010028 0,0010035 0,0010042 0,0010054 0,0010102 0,0010171 0,0010198 0,0011223 0,0010264 0,0010299 0,0010432 0,0010606 0,0010733 0,0010927 0,0011009 0,0011081 0,0011149 0,0011213 0,0011273 0,0011538 0,0011768 0,0012164 0,0012520 0,0012858 0,0013185 0,0013510 0,0013838 0,0014174 0,0014522 0,001527 0,001611 0,001710 0,001839 0,00203 0,00269

4 130,04 88,38 67,24 54,42 45,77 39,56 34,93 28,24 14,70 7,652 6,201 5,232 3,999 3,243 1,696 0,8860 0,6055 0,3749 0,3156 0,2728 0,2403 0,2149 0,1945 0,1317 0,09961 0,06663 0,04977 0,03943 0,03243 0,02738 0,02352 0,02049 0,01803 0,01426 0,01149 0,009319 0,117505 0,00586 0,00378

кДж/кг 5 29,18 54,61 73,40 88,36 100,93 111,81 121,33 137,79 191,84 251,48 272,03 289,30 317,62 340,53 417,47 504,74 561,7 640,1 670,6 697,2 720,9 742,7 762,4 844,5 908,6 1008,4 1087,5 1154,2 1213,9 1267,6 1317,3 1363,9 1407,9 1491,1 1570,8 1649,6 1732,2 1826,8 2009,7

20

кДж/кг 6 2513,4 2524,7 2533,1 2539,5 2545,3 2549,9 2553,7 2560,9 2583,9 2609,2 2617,6 2624,6 2636,3 2645,2 2674,9 2706,8 2725,5 2748,8 2756,9 2763,7 2769,0 2773,7 2777,8 2791,8 2799,2 2803,1 2800,6 2793,9 2784,4 2772,3 2758,6 2742,6 2724,8 2684,6 2637,9 2581,7 2510,6 2410,3 2195,6

кДж/(кг·К) 7 0,1053 0,1952 0,2603 0,3119 0,3547 0,3912 0,4225 0,4764 0,6496 0,8324 0,8934 0,9441 1,0261 1,0912 1,3026 1,5306 1,6716 1,8605 1,9311 1,9923 2,0461 2,0945 2,1383 2,3148 2,4471 2,6455 2,7965 2,9210 3,0276 3,1221 3,2079 3,2866 3,3601 3,4966 3,6233 3,7456 3,8708 4,0147 4,2943

кДж/(кг·К) 8 8,9749 8,8268 8,7227 8,6424 8,5784 8,5222 8,4737 8,3943 8,1494 7,9075 7,8300 7,7673 7,6710 7,5923 7,3579 7,1279 6,9922 6,8221 6,7609 6,7090 6,6630 6,6223 6,5867 6,4458 6,3411 6,1859 6,0689 5,9739 5,8894 5,8143 5,7448 5,6783 5,6147 5,4930 5,3731 5,2478 5,1054 4,9280 4,5815

3

3

П.2. Энтальпия 1 м газов и влажного воздуха (кДж/м ) о

θ, С 1 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200

(сθ) CO 2

(сθ) N 2

(сθ) O2

(сθ) H 2O

(сθ) B

2 169 357 559 772 996 1222 1461 1704 1951 2202 2457 2717 2976 3240 3504 3767 4035 4303 4571 4843 5115 5387

3 130 260 392 527 664 804 946 1093 1243 1394 1545 1695 1850 2009 2164 2323 2482 2642 2805 2964 3127 3290

4 132 267 407 552 699 850 1005 1160 1319 1478 1637 1800 1963 2127 2294 2461 2629 2796 2968 3139 3307 3483

5 151 304 463 626 794 967 1147 1335 1524 1725 1926 2131 2344 2558 2779 3001 3227 3458 3688 3926 4161 4399

6 132 266 403 542 684 830 979 1130 1281 1436 1595 1754 1913 2076 2239 2403 2566 2729 2897 3064 3232 3399

Примечание. Энтальпия влажного воздуха (с θ )B приведена при влагосо3 держании dг=10 г/м .

21

Энтальпия h, кДж/кг

П.3. Диаграмма h-s водяного пара

Энтропия s, кДж/(кг⋅К)

22

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие……………………………………………………………………. 1. Содержание дисциплины…………………………………………………… 1.1. Содержание дисциплины по ГОС………………………………………... 1.2. Рабочая программа………………………………………………………... 1.3. Тематический план лекций……………………………………………….. 1.4. Темы практических занятий……………………………………………… 2. Библиографический список………………………………………………… 3. Задание на контрольную работу и методические указания к выполнению контрольной работы……………………………………………………... 4. Задания на практические работы и методические указания к выполнению практических работ………………………………………………………. Приложение…………………………………………………………………….

3 4 4 4 8 9 9 9 14 20

Редактор И.Н. Садчикова Сводный темплан 2004г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97 Санитарно – Эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21ю11.2003 г.

Подписано в печать Б. кн. – журн. Тираж 50

П.л.

Б.л. экз.

Формат 60×84 1/16 РТП РИО СЗТУ Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5