Энергосберегающие технологии для промышленности и ЖКХ - файл n1.doc

приобрести
Энергосберегающие технологии для промышленности и ЖКХ
скачать (2597 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2597kb.26.08.2012 18:38скачать

n1.doc

  1   2   3   4
Аккумулирование тепла
Аккумулирование тепла позволяет: повысить теплоустойчивость зданий, повысить КПД автономных источников электроэнергии, обеспечить простую схему возврата тепловой энергии стоков, снизить стоимость электрообогрева как производственных площадей, так и отдельных квартир, в которых устанавливаются ТЕПЛОНАКОПИТЕЛИ.

Тепловой аккумулятор в сравнении с другими аккумуляторами обладает следующими преимуществами: простота устройства, относительно низкая себестоимость, эффективные массогабаритные характеристики, долговечность.
Теплоаккумуляторы применяются для:

повышения тепловой устойчивости зданий;

повышения КПД автономных источников электроэнергии;

возврата тепловой энергии стоков;

обогрева помещений.
ПОВЫШЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЗДАНИЙ
В условиях аварий на теплоцентралях и тепловых сетях или плановых отключений важным фактором является тепловая устойчивость зданий, к которым прекращена подача тепла. Тепловой устойчивостью здания (помещения) принято понимать способность здания сохранять накопленное тепло в течение определенного времени (которого может стать недостаточно для ликвидации аварий) при изменяющихся тепловых воздействиях. Оборудование зданий теплоаккумулятором позволяет повысить его тепловую устойчивость, т.е. дать дополнительное время для устранения аварии. Теплоаккумуляторы можно устанавливать в уже существующих зданиях, но разработка теплоаккумуляторов на стадии проектирования нового строительства позволит более успешно решить задачу тепловой устойчивости зданий.

Размещение теплоаккумулятора в существующих подвалах затруднительно вследствие дефицита пространства. В арсенале технологий имеются разработки с достаточно эффективными массогабаритными параметрами.

Тепло, накопленное и сохраняемое в теплоаккумуляторе, в случае преднамеренного или аварийного отключения подачи тепла в здание, будет поддерживать приемлемую температуру в здании в течение более продолжительного времени, что облегчит проведение мероприятий по устранению аварии или решению иных задач.

ПОВЫШЕНИЕ КПД АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Известно, что КПД бензо-, дизельагрегатов и газо-поршневых (в т.ч. на природном газе) электростанций сравнительно невелик (25-30%). Особенно он мал при недогрузке мощности электростанции.

При наличии теплоаккумулятора вся тепловая энергия электростанции используется для его зарядки. Избыток электроэнергии также направляется в теплоаккумулятор. Таким образом КПД автономного источника становится соизмеримым с КПД котла (порядка 85%), а стоимость электроэнергии, получаемой на такой электростанции, будет в несколько раз ниже сетевой.

Такое решение пригодно как для организаций, устраняющих аварии, так и для любого автономного потребителя (отдельно стоящий коттедж, дом, подъезд в доме, гараж и т.д.)
ВОЗВРАТ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ СТОКОВ
Установка теплоаккумуляторов позволяет решить и некоторые задачи энергосбережения. Так, установка тепловых насосов в системе канализационных стоков и закачка утилизированной энергии в теплоаккумулятор, позволит частично вернуть потери тепла, связанные со сбросом теплой воды в канализацию.
ОБОГРЕВ ПОМЕЩЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕПЛОНАКОПИТЕЛЕЙ
Существующее положение о тарифном регулировании предусматривает значительно более низкий тариф на электроэнергию, потребляемую в ночное время по сравнению с дневным, что связано с необходимостью выравнивания графиков потребления электроэнергии и что важно для нормальной работы единой энергетической системы. Это позволяет пропорционально снизить затраты на обогрев помещения, но требует установки теплоаккумулирующих нагревательных приборов.

Затраты на установку теплонакопителей окупаются в среднем за 2-3 года за счет более дешевой стоимости 1 кВт.ч.

Хозяйствующие субъекты, использующие теплонакопители в широких масштабах, т.е. являющиеся потребителями большого количества электроэнергии, могут самостоятельно приобретать энергию на ФОРЭМе (Федеральный оптовый рынок электроэнергии и мощности), где она обходится значительно дешевле.

Беспламенное сжигание (беспламенное окисление)
Общая характеристика

В последнее время получает распространение такая прогрессивная технология, как использование рекуперативных и регенеративных горелок в сочетании с методами объемного сжигания, обеспечивающими относительно однородное распределение температуры пламени (технология HiTAC - «высокотемпературное сжигание в воздушной атмосфере» - или беспламенное сжигание). Данная технология отличается отсутствием резких пиков температуры, характерных для традиционных методов сжигания, а также существенно увеличенным объемом зоны горения.

Технология беспламенного сжигания представляет собой предельное развитие методов разнесения горения и обеспечения рециркуляции газов в камере сгорания. Принцип действия регенеративных горелок представлен на рис.

Рисунок. Принцип действия регенеративных горелок
Существует два типа горелок HiTAC - однопламенные или двухпламенные. В однопламенной горелке имеется одно сопло для подачи топлива, окруженное воздушными соплами и отверстиями для удаления дымовых газов. Пламя формируется вдоль оси топливного сопла во время «холодных» и «горячих» периодов. Поскольку топливо подается через одну и ту же форсунку, пламя все время находится практически в одном и том же положении.

В двухпламенной системе HiTAC имеется пара регенеративных горелок, между которыми осуществляется постоянное переключение с относительно высокой частотой. Горелки размещаются в стенках камеры сгорания и работают поочередно. В то время, когда через одну горелку удаляются дымовые газы, отдавая тепло регенератору (аккумулятору тепла), воздух, поступающий в камеру через действующую горелку, подогревается за счет ранее накопленного в ней тепла. Система клапанов обеспечивает переключение потоков воздуха и дымовых газов с заданной частотой. При этом пламя «перемещается» от одной горелки к другой. Как правило, в камере сгорания используется несколько пар горелок, функционирующих таким образом.

В камеру сгорания поступает воздух, подогретый до высоких температур за счет тепла продуктов сгорания (>1000єC). В традиционных системах такой подогрев привел бы к крайне высокой локальной температуре пламени и, как следствие, к интенсивному образованию NOx. Однако в системах беспламенного (объемного) сжигания газообразное топливо и воздух вдуваются в камеру раздельно на высоких скоростях. Геометрия горелок и камеры сгорания в сочетании с высокими скоростями газов приводят к интенсивной циркуляции в камере и, в частности, к притоку продуктов сгорания к действующей горелке. Это приводит к снижению локальных концентраций O2 и пиковых температур пламени (двух основных факторов образования NOx).

Высокая температура воздуха горения (>1000°C), подогретого в рекуперативной или регенеративной горелке обеспечивает надежное воспламенение и стабильность этого режима горения. При этом реакции горения происходят во всем объеме камеры, и пламя практически невидимо для невооруженного глаза. Одной из основных характеристик этого процесса является относительная однородность температуры и химического состава внутри камеры.
Принцип беспламенного (объемного) окисления может быть реализован при высокотемпературном сжигании (потребность технологического процесса - 800°C) и в отсутствие предварительного подогрева воздуха. В этом случае необходима дополнительная система воспламенения.
Экологические преимущества
По данным испытаний, КПД при использовании горелок HiTAC на 35% превышает величины, достигаемые с использованием традиционных струйных горелок. Еще одним преимуществом систем HiTAC является более высокий коэффициент теплопередачи вследствие более однородного распределения температур. При испытаниях использовался сжиженный нефтяной газ (пропан). Распределение производимой энергии для горелок HiTAC и традиционных горелок представлено на рис.

Рисунок. Распределение производимой энергии для традиционных систем сжигания и горелок HiTAC (по данным испытаний)
Благодаря интенсивной циркуляции продуктов сгорания технология беспламенного сжигания позволяет значительно снизить выбросы NOx (<200 мг/Нм3 при содержании кислорода 3%). Как показано на рис., использование этой технологии позволяет избежать резких пиков температуры в камере сгорания. Кроме того, на том же рисунке представлены области, соответствующие различным процессам горения в зависимости от температуры и концентрации кислорода.

Рисунок. Условия беспламенного горения
Отсутствие пиков температуры при беспламенном сжигании позволяет достигать больших средних температур в печах без локального перегрева футеровки вблизи горелок. В результате интенсивность передачи тепла к обрабатываемой продукции может быть значительно увеличена, а уровень шума - существенно снижен. Результатом таких условий сжигания является:

энергосбережение в объеме 9-40%;

сокращение выбросов NOx на 6-80%.
Производственная информация
Преимущества использования технологии HiTAC в печах включают:

высокий КПД использования энергии и, как следствие, сокращение выбросов CO2;

меньшие колебания температуры в процессе работы печи;

меньший объем выбросов NOx и CO;

меньший уровень шума при работе печи;

отсутствие потребности в дополнительных энергосберегающих устройствах;

меньший размер газоходов для дымовых газов;

более равномерное распределение температуры в объеме печи;

лучшие условия теплопередачи;

повышение качества продукции и производительности;

увеличение срока службы печи и трубопроводов.
В технологии HiTAC используется предварительный подогрев воздуха до очень высоких температур перед высокоскоростным вдуванием в печь. Режим беспламенного объемного горения обеспечивает полное сгорание топлива при очень низких уровнях кислорода. Результатом является более медленное и длительное горение, более низкая максимальная температура горения и более равномерное распределение температур, чем в традиционных печах. Это приводит, в частности, к сокращению выбросов NOx. Пламя в таких печах имеет характерный бледно-зеленый цвет.

Кроме того, данная технология сжигания использует раздельное вдувание воздуха и топлива в печь. Это также обеспечивает лучшие условия функционирования печи и вносит вклад в экономию топлива.

При промышленном применении технологии HiTAC's топливные и воздушные сопла расположены на некотором расстоянии друг от друга. Топливо и горячий воздух вдуваются непосредственно в печь при высоких скоростях. Это создает условия для интенсивного перемешивания газов вблизи горелки и снижения парциального давления кислорода. Стабильность горения топлива, вдуваемого в зону с низким парциальным давлением кислорода, поддерживается в том случае, если температура предварительно подогретого воздуха превышает температуру воспламенения топлива.

В промышленных печах с использованием высокоэффективной регенерации тепла может быть достигнута температура воздуха горения 800-1350°C. Современные регенеративные теплообменники с высокой частотой переключения способны обеспечить утилизацию до 90% отходящего тепла, что создает условия для значительного энергосбережения.
Применимость
Нагревательные печи, потенциально пригодные для внедрения технологии беспламенного сжигания с использованием регенеративных горелок, широко применяются в нескольких отраслях европейской промышленности. Это, в частности, черная металлургия, производство кирпича и черепицы, цветная металлургия, а также литейное производство. Во время подготовки настоящего документа рассматривались также возможности применения данной технологии в небольших стекольных печах. При этом на одну только черную металлургию приходится 5,7% потребления первичной энергии в странах ЕС. Затраты на приобретение энергии составляют значительную часть производственных затрат в перечисленных отраслях.

Данная технология не всегда применима к уже существующим производственным линиям, поскольку конструкция печи должна допускать установку регенеративных горелок. Кроме того, горелки HiTAC весьма чувствительны к чистоте атмосферы: если в печи утилизируется технологический газ со значительным содержанием пыли, применение таких горелок может оказаться невозможным.
Экономические аспекты
Недостатком данной технологии является значительный объем капитальных инвестиций, необходимых для внедрения регенеративных горелок. Тем не менее, во многих случаях период окупаемости не превышает 3-5 лет. Важными факторами, которые должны учитываться при экономических оценках, являются повышение производительности печи и сокращение выбросов оксидов азота.
Мотивы внедрения
Важными факторами является повышение производительности печи и сокращение выбросов оксидов азота.

Бестопливные установки для производства электроэнергии, теплоты и холода на базе детандер-генераторных агрегатов
За последние 15-20 лет в большинстве промышленно развитых стран созданы и внедрены достаточно совершенные установки для преобразования энергии органического топлива в электрическую энергию и теплоту. Дальнейшее повышение технико-экономических показателей таких установок требует поиска новых, нетрадиционных методов, применение которых позволило бы существенно повысить технико-экономические показатели работы энергетического оборудования и одновременно улучшить его экологические показатели.

Одной из возможностей решения этой проблемы на промышленных предприятиях, использующих в качестве топлива природный газ, является применение детандер-генераторных агрегатов (ДГА).

Детандер-генераторный агрегат представляет собой устройство, в котором энергия потока транспортируемого природного газа преобразуется сначала в механическую энергию в детандере, а затем в электрическую энергию в генераторе. Существует также принципиальная возможность получения одновременно с электроэнергией теплоты различных температурных уровней (высокотемпературной для обогрева и низкотемпературной для создания холодильных установок и систем кондиционирования), образующейся при работе ДГА. Основными составными частями ДГА являются детандер, электрический генератор, теплообменники подогрева газа, регулирующая и запорная арматура, система КИП и автоматики.

ДГА используются в системе газоснабжения на станциях технологического понижении давления газа (газораспределительных станциях - ГРС и газорегуляторных пунктах – ГРП). Обычно понижение давления газа на ГРС и ГРП осуществляется за счет дросселирования газового потока.

Анализ работы находящихся в эксплуатации детандер-генераторных агрегатов и технических решений, предложенных для усовершенствования существующих установок, показал, что ДГА, хотя и позволяют, используя технологические перепады давления транспортируемого природного газа, получать электроэнергию со значительно более высокой тепловой экономичностью, чем традиционные паротурбинные и газотурбинные установки, но обеспечение их работы требует сжигания топлива. Это приводит, хотя и к меньшему, но, все-таки, загрязнению окружающего воздушного бассейна. В 1999 году был предложен и запатентован способ работы детандерной установки, позволяющий обеспечить работу ДГА без сжигания топлива, а также устройство для осуществления предложенного способа . Суть предложенного способа заключена в том, что подогрев газа перед детандером производится с помощью теплонасосной установки (ТНУ), использующей часть энергии, вырабатываемой электрогенератором ДГА, для обеспечения своей работы. При таком техническом решении для обеспечения нормальной работы ДГА используется лишь низкопотенциальная энергия и не требуется сжигания топлива. В качестве источника низкопотенциальной энергии при этом могут быть использованы вторичные энергетические ресурсы и/или теплота окружающей среды.

Также бестопливной является установка, для подогрева газа перед детандером в которой используется сочетание воздушного компрессора и воздушной турбины (т.н. воздушный тепловой насос). На это техническое решение также был получен патент .

В обеих установках для обеспечения работы теплового насоса и воздушного теплового насоса для обеспечения их работы используется электроэнергия, выработанная генератором ДГА, что уменьшает полезную электрическую мощность установок, т.е. мощность, которая может быть передана потребителю.

Необходимо отметить, что устройство детандер-генераторного агрегата и принцип его работы позволяют создать бестопливную установку за счет выбора соответствующего режима работы при подогреве газа только после детандера. Однако при этом газ на выходе из детандера имел бы недопустимо низкие по условиям эксплуатации температуры (минус 80 – минус 100°С), что заставляло бы дросселировать газ перед детандером, теряя значительную часть потенциала давления. Поэтому установки такого типа, скорее всего, не найдут широкого применения и в данной статье рассматриваться не будут. В данной статье будут рассмотрены установки на базе ДГА, в которых подогрев газа производится перед детандером за счет теплоты, имеющей настолько низкую температуру, что она не может непосредственно использоваться для подогрева газа до необходимой по условиям эксплуатации температуры (+ 80 – + 100 °С). Потенциал такой теплоты должен быть повышен с помощью трансформирующих установок.

На сегодняшний день разработаны два варианта бестопливных установок на базе детандер-генераторных агрегатов. В состав первой входят ДГА и традиционный тепловой насос (ТН), в котором в качестве рабочего тела применяются хладагенты (вещества с низкой температурой кипения). Во второй установке применяется т.н. воздушный тепловой насос (ВТН), в котором в качестве рабочего тела используется атмосферный воздух. Каждый из вариантов установки имеет как свои преимущества, так и свой недостатки. Однако оба варианта установок являются по своей сути бестопливными, т.е. для обеспечения их работы не требуется сжигания топлива.
Внедрение новых водоподготовительных установок на источниках тепла
Основным дополнительным требованием, обеспечивающим надежную эксплуатацию современного или старого котельного агрегата, является обеспечение необходимого водного режима. Более жесткие требования к качеству питательной воды для современных жаротрубных котлов объясняются большими удельными тепловыми потоками в жаровой трубе и поворотной камере по сравнению со старыми конструкциями жаротрубных котлов и современных водотрубных котлов. Несоблюдение к водного режима ведет к образованию накипи, уменьшению проходного сечения трубопроводов, тем самым увеличивая затраты на топливо и на электриэнергию, требуемую для приводов насосов.

В настоящее время на источниках тепловой энергии используются следующие виды водоподготовки:

- стандартные методы химической обработки воды с использованием катионитных фильтров и механических песчаных фильтров;

- использование мембранной очистки (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос);

- комплексонатная подготовка воды с использованием различных химических реагентов (комплексонатов), связывающих соли жесткости, железа, кремния, а также растворенный кислород и углекислоту;

- электромагнитная импульсная обработка воды различных типов для предотвращения образования и удаления накипи на поверхностях нагрева котла;

- ультразвуковая очистка поверхностей нагрева от накипи

- другие методы.

Особенный интерес представляют схемы безреагентной подготовки подпиточной воды, основанные на мембранной технологии. При использовании обратноосмотической мембраны кроме умягчения воды осуществляется практически полное обессоливание воды. Для паровых котлов это особенно актуально, так как при этом можно отказаться от непрерывной и периодической продувки, что на 5 % увеличивает экономичность котла и на столько же снижает расход подпиточной воды. Недостатком мембранной технологии является только высокая стоимость мембран. Стоимость одной мембраны производительностью 1 т/ч находится на уровне 5 тыс. долларов США. Исходя из этого, данный способ очистки воды целесообразно использовать только для паровых котлов крупных промышленных котельных. Окупаемость такой установки при замене существующей двухступенчатой схемы Na-катионирования составляет примерно 1,5 года. Для водогрейных котельных окупаемость обратноосмотических установок находится на уровне 5 лет.

Для модульных котельных небольшой мощности с котлами до 100 кВт целесообразно использовать комплексонатную обработку подпиточной воды. Здесь в подпиточную воду автоматически подаются определенные химические реагенты, которые связывают соли жесткости и не дают им отлагаться на поверхностях нагрева котла. Данные установки отличаются небольшой стоимостью и простотой в эксплуатации, однако они не всегда обеспечивают необходимое требование к качеству котловой воды. При этом необходимо учитывать низкую стоимость самих котлов, поэтому нецелесообразно для таких дешевых котлов использовать дорогостоящие водоподготовительные установки.

Для жаротрубных котлов, подпитка которых осуществляется из промышленного или питьевого водопровода, где вода уже очищена от механических и коллоидных примесей, целесообразно использовать стандартную водо-подготовительную установку с механическим фильтром и одноступенчатым Na-катионитным фильтром.

Ультразвуковая очистка поверхностей нагрева котлов очень эффективна и находит широкое применение на паровых котлах типа ДЕ или ДКВР. Она позволяет не только эффективно очищать котловые трубы и стенки барабанов и коллекторов от накипи, но и предотвращать интенсивное накипеобразование на этих поверхностях нагрева. Постоянная работа ультразвуковых аппаратов на старых паровых котлах позволяет, за счет очистки поверхностей нагрева, повысить экономичность их работы на 5 - 6 %

При проектировании котельных различного типа необходимо на основе технико-экономического анализа решать вопросы выбора соответствующей схемы водоподготовки, учитывая состав исходной воды, конструкцию котла и стоимость устанавливаемого оборудования.

Газотурбинные системы с утилизацией тепла
В газотурбинных системах с утилизацией тепла тепловая энергия производится за счет энергии горячих дымовых газов турбины в котле-утилизаторе (рис.). В качестве топлива для таких установок, как правило, используются природный газ, нефть или сочетание этих видов топлива. Кроме того, в качестве топлива для газовых турбин могут использоваться продукты газификации твердого или жидкого топлива.




Рисунок. Газотурбинная когенерационная установка с утилизацией тепла
Высокий КПД процессов когенерации обеспечивает значительные объемы энергосбережения и сокращения выбросов. На рис. показаны характерные значения для когенерационной электростанции в сравнении с отдельными электростанцией и котельной для производства тепла. Данные, выраженные в условных единицах энергии, приведены для угольного топлива, однако аналогичная ситуация имеет место и при использовании других видов топлива. В этом примере когенерационная установка производит то же количество полезной энергии (электричества и тепла), что и отдельные установки. Однако при отдельном производстве общие потери энергии достигают 98 единиц, тогда как в случае когенерации потери составляют всего 33 единицы. При раздельном производстве тепла и энергии КПД (эффективность использования топлива) составляет 55%, тогда как в случае когенерации величина КПД достигает 78%. Поэтому когенерация требует на 30% меньше топлива для производства тех же количеств полезной энергии. Это означает, что при использовании когенерации выбросы загрязняющих веществ сокращаются на ту же величину. Однако точная величина снижения выбросов зависит от местной структуры топливного баланса при производстве электроэнергии и/или тепла (пара).

Рисунок. Сравнение эффективности когенерации и раздельного производства электроэнергии и тепла
Принципиальное решение об использовании когенерации и выбор конкретного метода определяются рядом факторов; даже предприятия с аналогичными потребностями в энергии не могут считаться абсолютно одинаковыми в этом отношении. Во многих случаях принципиальное решение о внедрении когенерации определяется следующими факторами:

принципиальным является наличие достаточных потребностей в тепле, отвечающих возможностям когенерации с точки зрения количества, температуры и т.п.;

наличие у предприятия базисной нагрузки, т.е. уровня, ниже которого потребление электроэнергии опускается редко;

сходный характер графиков потребностей в тепловой и электрической энергии;

соотношение цен на топливо и тарифов на электроэнергию, обеспечивающее экономическую эффективность когенерации;

высокий ожидаемый уровень загрузки (желательно более 4-5 тыс. час. работы при полной нагрузке в год).
В целом, применение когенерации оправдано на тех предприятиях, где имеются значительные потребности в тепле при температурах, соответствующих низкому или среднему давлению пара. При оценке потенциала производства с точки зрения когенерации важно убедиться в том, что нет оснований ожидать существенного сокращения потребностей в тепле. В противном случае эксплуатация системы, рассчитанной на производство избыточного тепла, окажется неэффективной.
Использование газовых турбин может быть целесообразно при выполнении следующих условий:

предполагается довести до максимума отношение производимой электрической энергии к тепловой;

потребность в электроэнергии является постоянной и превышает 3 МВтэ (на момент подготовки данного документа газовые турбины меньшей мощности лишь начинают выходить на рынок);

доступность природного газа (однако его отсутствие не является лимитирующим фактором);

существует значительная потребность в паре среднего/высокого давления или в горячей воде, в частности, с температурой, превышающей 500°C;

наличие применения для горячих дымовых газов с температурой 450°C или выше - газы могут разбавляться холодным атмосферным воздухом или пропускаться через газовоздушный теплообменник. (Кроме того, целесообразно рассмотреть возможность добавления паровой турбины и создания парогазовой системы комбинированного цикла).
Диспетчеризация в системах теплоснабжения
Проблема организации круглосуточного контроля за состоянием тепловых сетей и работой оборудования систем теплоснабжения (ЦТП, ИТП) в большинстве регионов РФ не решена.
Разработка и внедрение систем оперативного диспетчерского управления и контроля является необходимым условием для более эффективного управления работой тепловых сетей и систем теплоснабжения, более качественного снабжения потребителей тепловой энергией.
1. Формулировка проблемы по рассматриваемому методу (технологии) повышения энергоэффективности; прогноз перерасхода энергоресурсов, или описание других возможных последствий в масштабах страны при сохранении существующего положения

В сложном производственном процессе теплоснабжения проблема организации круглосуточного контроля за состоянием тепловых сетей и работой оборудования систем теплоснабжения (ЦТП, ИТП) в большинстве регионов РФ не решена.

В России с развитием коммерческого учета тепла возможностями диспетчеризации все чаще интересуются тепловые компании. Подключение ЦТП и ИТП к сетям сбора данных может не только облегчить контроль и управление оборудованием, но и упростить ведение расчетов за поставляемые энергоресурсы как с теплогенерирующими предприятиями, так и с управляющими компаниями и ТСЖ, позволит контролировать работоспособность приборов учета.
2. Наличие методов, способов, технологий и т.п. для решения обозначенной проблемы

Разработка и внедрение систем оперативного диспетчерского управления и контроля является необходимым эксплуатационным звеном для эффективного управления работой тепловых сетей и систем теплоснабжения, более качественного снабжения потребителей тепловой энергией. Одновременно обеспечивается безопасная работа тепловых сетей благодаря предоставлению информации о режимах и параметрах в любой момент времени, что дает возможность оперативно реагировать на аварийные и внештатные ситуации.
3. Краткое описание предлагаемого метода, его новизна и информированность o нём, наличие программ развития; результат при массовом внедрении в масштабах страны

Системы автоматизации и диспетчеризации систем теплоснабжения позволяют получить следующие преимущества:

- снижение эксплуатационных затрат за счет уменьшения количества обслуживающего персонала;

- экономия тепловой энергии за счет повышения эффективности работы технологического оборудования (регулирование подачи

количества теплоты в системы отопления в зависимости от изменения параметров наружного воздуха);

- предотвращение несанкционированного доступа к технологическому оборудованию;

- увеличение срока эксплуатации оборудования;

- предупреждение аварийных ситуаций;

- и как следствие, избежание поломок дорогостоящего оборудования за счет своевременного прогнозирования и раннего

обнаружения сбоев в работе оборудования, а также оптимальное управление, быстрое реагирование, оповещение

ответственных лиц и служб, в случае аварийной ситуации.
4. Прогноз эффективности метода в перспективе c учётом:

- роста цен на энергоресурсы;

- роста благосостояния населения;

- введением новых экологических требований;

- других факторов.

Эффект от применения системы диспетчеризации выражается в повышении безопасности режимов тепловой сети, в повышении эксплуатационной надежности, в увеличении оперативности ее управления, в оптимизации режимов тепловой сети и в снижении непроизводительных потерь тепловой энергии. При эксплуатации тепловой сети с использованием системы диспетчеризации количество сберегаемого тепла составляет около 10 % от отпускаемой тепловой энергии. Применение этого метода является наиболее эффективным в условиях роста цен на энергоресурсы.
5. Перечень групп абонентов и объектов, где возможно применение данной технологии c максимальной эффективностью; необходимость проведения дополнительных исследований для расширения перечня

Наибольший эффект наблюдается от внедрения систем диспетчеризации на тепловых пунктах, так как режимы работы технологического оборудования отличаются наибольшей нестабильностью. Применение данного метода необходимо на всех объектах теплоснабжения городов России.
6. Обозначить причины, по которым предлагаемые энергоэффективные технологии не применяются в массовом масштабе; наметить план действий, для снятия существующих барьеров
К причинам, по которым данный метод не применяется, можно отнести:

экономические:

- ограниченное финансирование теплоснабжающих организаций;

- сокращение численности обслуживающего персонала;

технические:

- отсутствие современного компьютерного оборудования и оргтехники;

- отсутствие паспортизации объектов;

- недостаточная квалификация персонала.
7. Наличие технических и других ограничений применения метода на различных объектах; при отсутствии сведений по возможным ограничениям необходимо их определить проведением испытаний

Ограничений применения диспетчеризации при соответствующем финансировании как при строительстве новых тепловых сетей и тепловых пунктов, так и при реконструкции существующих нет.
8. Необходимость проведения НИОКР и дополнительных испытаний; темы и цели работ

Необходимости проведения НИОКР и дополнительных испытаний в рамках рассматриваемого мероприятия нет.
9. Существующие меры поощрения, принуждения, стимулирования для внедрения предлагаемого метода и необходимость их совершенствования

Существующие меры поощрения и принуждения внедрения данного метода отсутствуют.
10. Наличие внедрённых пилотных проектов, анализ их реальной эффективности, выявленные недостатки и предложения по совершенствованию технологии с учётом накопленного опыта

Пилотные проекты по разработке и внедрению систем диспетчеризации представлены в таких городах как Москва, на тепловых сетях города Мытищи, Реутов, Королев Московской области.
11. Возможность влияния на другие процессы при массовом внедрении данной технологии (изменение экологической обстановки, возможное влияние на здоровье людей, повышение надёжности энергоснабжения, изменение суточных или сезонных графиков загрузки энергетического оборудования, изменение экономических показателей выработки и передачи энергии и т.п.)

Применение системы оперативного диспетчерского управления является одним из условий, влияющих на надежную и бесперебойную работу тепловых сетей (уменьшение времени простоя технологического оборудования; повышение надежности технологического оборудования; повышение качества расчетных режимов; сокращение времени на аварийно-ремонтные работы).
11. Наличие и достаточность производственных мощностей в России и других странах для массового внедрения метода

В настоящее время разработку, проектирование и монтаж систем диспетчеризации производят достаточное количество компаний, однако при выборе программного обеспечения следует учитывать одно обстоятельство.

Технологии для диспетчеризации являются «открытыми», т.е. любая компания, приходящая на этот рынок, может работать уже с имеющимся программным обеспечением крупных компаний, которые уже давно существуют на рынке, а также развивать существующие технологии, другими словами принимать условия работы крупных компаний-производителей. Крупные фирмы, разрабатывающие эти технологии, как правило, принимают общие правила игры между собой или интегрируются друг в друга.

Не стоит работать с фирмами, внедряющими, так называемые, «собственные» разработки. Если такие фирмы прекращают свое существование, то становится проблематичным использование в дальнейшем их разработок (программных продуктов).
12. Необходимость специальной подготовки квалифицированных кадров для эксплуатации внедряемой технологии и развития производства

Для внедрения диспетчеризации необходимо привлечение специализированных подрядных организаций, имеющих лицензии на проведение данного вида работ и подготовленного эксплуатационного персонала.
Дросселирование и использование турбодетандеров


Общая характеристика
Дросселирование широко применяется в промышленности как средство регулирования и понижения давления пара. Как правило, оно осуществляется при помощи дросселей и редукционных клапанов. Поскольку процесс дросселирования является изоэнтальпийным (т.е., энтальпия в процессе не изменяется), он не сопровождается потерями энергии и, с точки зрения первого закона термодинамики, имеет наибольший возможный КПД. Однако дросселирвание с неизбежностью является необратимым термодинамическим процессом, и снижение давления сопровождается увеличением энтропии без какой-либо полезной работы. Как следствие, при дросселировании теряется эксергия, и рабочее тело после снижения давления характеризуется меньшим содержанием энергии, пригодной для полезного использования, например, в паровой турбине.

Поэтому при необходимости снизить давление рабочего тела желательно приблизить процесс к изоэнтропийному, получив дополнительную полезную работу при помощи турбины. Если это оказывается невозможным, следует во всех случаях использовать настолько низкое рабочее давление в системе, насколько это возможно, чтобы избежать значительных перепадов давления, потерь энергии на клапанах и измерительных приборах, а также дополнительных энергозатрат, связанных с функционированием компрессоров и насосов.

Обычной практикой на промышленных предприятиях является поддержание на входе турбины постоянного давления, соответствующего проектному уровню. Как правило, это требует регулирования давления при помощи клапанов, что не всегда является рациональным. С точки зрения второго закона термодинамики, более эффективной является эксплуатация турбины при переменном давлении и полностью открытыми входными клапанами.

Общей рекомендацией является использование настолько больших клапанов, насколько это возможно. В этом случае удовлетворительное дросселирование может быть достигнуто при перепаде давления 5-10% при максимальном расходе рабочего тела, в отличие от перепада 25-50% при использовании традиционных клапанов, размер которых является слишком малым. Размеры насосов, обеспечивающих давление рабочего тела, также должны быть подобраны с учетом конкретных условий и их возможных вариаций.

Тем не менее, наилучшим вариантом является использование турбодетандера, позволяющего осуществить «утилизацию» избыточного давления в условиях, приближенных к изоэнтропийному, термодинамически обратимому процессу. Турбина может использоваться для производства электроэнергии.
Применимость
Применяется на новых или существенно модернизируемых установках с учетом экономических соображений и следующих факторов:

турбодетандеры могут использоваться для производства электроэнергии или в качестве источника механической энергии - для приведения в движение компрессора или вентилятора. Хотя использование турбодетандеров является оптимальным с точки зрения энергоэффективности, следует соотносить их предполагаемую потребность в паре с общим «паровым балансом» предприятия. Чрезмерное количество или мощность турбодетандеров могут привести к производству избыточного пара низкого давления, который придется стравливать в атмосферу, что, в свою очередь, приведет к снижению энергоэффективности. Кроме того, поток пара, необходимый для функционирования турбодетандера, должен быть доступен предсказуемым образом на протяжении значительной части времени. Непредсказуемое или нерегулярное поступление пара затрудняет нахождение полезного применения для энергии, производимой турбиной (за исключением тех маловероятных случаев, когда периоды поступления пара всегда совпадают с периодами потребностей в энергии турбины);

эффективное применение турбодетандеров требует значительного перепада давления, а также высокого расхода рабочего тела. В черной металлургии турбодетандерами оборудуются доменные печи, поскольку в процессе плавки образуется мощный поток доменного газа.
Экономические аспекты
Капитальные затраты на установку турбодетандера на несколько порядков величины превышают стоимость обычных дросселей и редукционных клапанов. Поэтому при принятии решения об установке турбодетандера необходимо оценить его минимальную производительность, обеспечивающую окупаемость инвестиций, и соотнести ее с общим паровым балансом предприятия. При низких массовых расходах рабочего тела использование турбодетандера экономически неэффективно. Для успешной интеграции в системы предприятия турбодетандер должен на протяжении значительной части времени обеспечивать надежное, стабильное производство энергии, соответствующее существующим потребностям.
Мотивы внедрения
При целесообразности применения турбодетандеров- снижение затрат на производство энергии.


Замена устаревших трансформаторов на современные
Трансформатор - статическое (не имеющее подвижных частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока обычно другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.
По сравнению с устаревшими трансформаторами новое оборудование обладает более высокой механической прочностью, влагоустойчивостью, бесшумностью и компактностью. Кроме того, новые трансформаторы пожаробезопасны, устойчивы к коротким замыканиям и практически не требуют обслуживания.
Чтобы существенно увеличивать напряжение тока, которое поступает от электростанции используется повышающий трансформатор тока. Силовые трансформаторы (трансформаторы тока), которые сокращают высокое напряжение до необходимого для работы электрооборудования уровня, например, до 220 вольт - понижающие силовые трансформаторы. Такие трансформаторы в системе энергоснабжения осуществляют поднятие или уменьшение напряжения. При скачках напряжения на более старых, морально и физически устаревших трансформаторах может выходить из строя дорогостоящая техника, перегарать лампы, страдать дорогостоящее оборудование питающееся через электрическую сеть. Более новые, современные установки могут решить проблемы долговечной работы подключенного оборудования без сбоев в сети, не требуя к себе внимания обслуживающего персонала.
Также бывают следующие виды трансформаторов в зависимости от назначения:
Автотрансформатор. Этот вид трансформатора отличается от других тем, что его обмотки (первичная и вторичная) соединены, т.е. имеют не только электромагнитную связь, но и электрическую. В результате такой трансформатор имеет более высокий КПД, что особенно актуально в тех случаях, когда входное и выходное напряжения не сильно различаются. Существенным недостатком такого вида трансформаторов является отсутствие гальванической развязки, которой обладают все остальные типы трансформаторов.
Трансформатор тока. Такие трансформаторы в основном используются для измерения больших токов, т.е. входят в измерительные установки. Если одну обмотку трансформатора тока подключить к цепи, а вторую – к измерительному прибору, тот ток во вторичной обмотке будет пропорционален току в первичной, но при этом меньшим по амплитуде. Главное преимущество трансформаторов тока является то, что они позволяют проводить измерение токов, обеспечивая высокий уровень безопасности, поскольку прямого контакта с измеряемой цепью не происходит.
Трансформаторы напряжения. Данный вид трансформаторов используется в тех случаях, когда необходимо преобразовать высокое напряжение в низкое и изолировать цепи, используемые, например, внутри различных приборов от цепей высокого напряжения (сетевых цепей).
Импульсные трансформаторы. Предназначены для преобразования сигналов в импульсной форме с длительностью до десятков микросекунд. Основное требование к таким трансформаторам – минимальное искажение формы сигнала. Т.е. другими словами если на вход импульсного трансформатора подать прямоугольный сигнал, то желательно чтобы после преобразования сигнал уменьшился только по амплитуде или поменял полярность, форма же сигнала осталась прежней (крутизна фронтов, скважность и другие параметры).
Разделительный трансформатор. Такой трансформатор предназначен для разделения цепей до него и после. Его первичная обмотка не связана электрически со второй, в результате чего обеспечивается гальваническая развязка.
Пик-транформаторы. Особый вид трансформаторов, предназначенный для преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный с изменяющейся полярностью.


Замена устаревших электродвигателей на современные энергоэффективные


На предприятиях должны планомерно проводиться работы по модернизации и замене морально устаревшего оборудования, в частности, по замене неэкономичных электродвигателей на электродвигатели новых серий, отвечающих современным требованиям энергоэффективности.

Для принятия решения о замене оборудования необходимо провести обследование технического состояния электродвигателей механизмов, проанализировать режимы работы, реальные загрузки и условия эксплуатации электродвигателей, а также разработать рекомендации по совершенствованию методов их эксплуатации и повышению эксплуатационной надежности.

Необходимо также оценить возможность и целесообразность применения регулируемых электроприводов для конкретных механизмов.

Желательно принять участие в приемке на заводе-изготовителе новых электродвигателей (согласно разработанному проекту), а также провести экспериментальное исследование их характеристик на месте установки.
Рекомендации по выбору вида, типа и мощности двигателя электропривода
Задача выбора электродвигателя (постоянного тока, асинхронного, синхронного) при работе с длительной постоянной нагрузкой относительно проста - рекомендуется применять синхронные двигатели. Это объясняется тем, что современный синхронный двигатель пускается в ход также быстро, как и асинхронный, а его габариты меньше и работа экономичнее, чем асинхронного двигателя той же мощности (у синхронного двигателя больше максимальный момент Mmax на валу и выше коэффициент мощности cos?).

При этом у асинхронных двигателей последнего поколения с помощью специальных устройств управления можно достаточно эффективно регулировать скорость вращения, осуществлять реверс с необходимым моментом для работы электропривода.

При выборе вида двигателя привода, который должен работать в условиях регулируемой частоты вращения реверса, больших изменений нагрузки, частых пусков, необходимо сопоставить условия работы электропривода с особенностями механических характеристик различных видов электродвигателей.

Наиболее надежным, экономичным и простым в эксплуатации при частых пусках и непостоянной нагрузке является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Если невозможно применить коротко-замкнутый асинхронный двигатель, например, при больших мощностях, устанавливается асинхронный двигатель с фазным ротором.

Из-за наличия коллекторно-щеточного узла двигатель постоянного тока сложнее по конструкции и выше по стоимости, чем двигатель переменного тока, требует более тщательного ухода в эксплуатации и изнашивается быстрее. Однако, иногда, предпочтение отдается двигателю постоянного тока, который позволяет простыми средствами изменить частоту вращения электропривода в широком диапазоне.

Тип двигателя (его конструкцию) выбирают в зависимости от условий окружающей среды. При наличии взрывоопасной атмосферы необходимо обеспечить ее защиту от возможных искрообразований в двигателе. Непосредственно сами двигатели должны быть защищены от попадания в них пыли, влаги, химических веществ из окружающей среды.

Очень часто возникает необходимость в регулировании скорости вращения ротора двигателя.

Существует два надежных метода (но существенно несовершенных) для регулирования частоты вращения двигателя.

переключение числа пар полюсов обмотки статора;

включение резисторов в цепи якорных обмоток ротора.

Первый метод обеспечивает лишь дискретное (ступенчатое) регулирование и практически применяется, в основном, для маломощных приводов, а второй рационален лишь при узких пределах регулирования при постоянстве момента на валу двигателя.

Благодаря появлению в последнее время мощных полупроводниковых приборов положение в этой области существенно изменилось. Современные электронные преобразователи позволяют изменять частоту переменного тока в широком диапазоне, что дает возможность плавно регулировать скорость вращающегося магнитного поля, а, следовательно, эффективно регулировать частоту вращения синхронного и асинхронного двигателей.

Электродвигатель с оптимально выбранной мощностью для привода должен обеспечивать:

надежность в работе;

экономичность в эксплуатации;

возможность работоспособного состояния в различных условиях.

Установка электродвигателя меньшей мощности, чем это необходимо по условиям работы привода, снижает производительность электропривода и делает его работу ненадежной. При этом сам электродвигатель в подобных условиях может быть поврежден.
Установка двигателя завышенной мощности вызывает излишние потери энергии при работе электрической машины, обуславливает дополнительные капитальные вложения, увеличение массы и габаритов двигателя.

Двигатель должен нормально работать при возможных временных перегрузках и развивать пусковой момент на валу тот, который требуется для нормального функционирования исполнительного механизма. Во время работы двигатель не должен нагреваться до предельно допустимой температуры, в крайнем случае, на очень непродолжительное время. Поэтому в большинстве случаев мощность двигателя выбирается на основании условий нагревания до предельно допустимой температуры (так называемый выбор мощности по нагреву).

Затем осуществляется проверка соответствия перегрузочной способности двигателя условиям пуска машины и временным перегрузкам. Иногда, при большой кратковременной перегрузке, приходится выбирать двигатель, исходя из требуемой максимальной мощности. В подобных условиях максимальная мощность двигателя длительное время, как правило, не используется.

Для привода с продолжительным режимом работы при постоянной или незначительно меняющейся нагрузке мощность двигателя должна быть равна мощности нагрузки, а проверки на перегрев и перегрузку во время работы электропривода не нужны (это объясняется изначально определенными условиями работы электродвигателя). Однако необходимо проверить, достаточен ли пусковой момент на валу двигателя для пусковых условий данной электрической машины.
  1   2   3   4


Аккумулирование тепла
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации