Роль угля в энергетике Республики Казахстан. Пути сокращения расхода энергоносителей на получение тепловой и электрической энергии. Оценка эффективности работы котельного агрегата при сжигании различных углей. Определение потерь энергии и эксергии.
Среди стран СНГ Казахстан занимает третье место по запасам и добыче угля и первое место - по добыче угля на душу населения. Оценка эффективности работы энергетического оборудования охватывает широкий круг задач, но в приоритете остаются те, которые ведут к снижению себестоимости продукции энергетической отрасли. Перспективным является эксергетический метод анализа, основанный на термодинамической функции, учитывающей как свойства самой системы, так и окружающей среды и называемой эксергией термодинамической системы. Эксергетический подход дает возможность оценить степень совершенства той или иной установки, выявить наиболее слабое с точки зрения эффективности звено и наметить пути усовершенствования процесса. Помимо этого, эксергетический метод анализа позволяет легко связать технические и экономические стороны вопроса и решать оптимизационные задачи одновременно с точки зрения энергетики и экономики (эксергоэкономический анализ).энергия эксергия котельный агрегат Произвести оценку эффективности работы котельного агрегата при сжигании различных углей. Задачи исследования: - определение границ анализируемой системы тепловых потоков; Составление SWOT-анализа может быть использовано для расширения и систематизации информации, полученной в результате обследования энергетических систем с целью совершенствования их работы. Проведенный анализ показал эффективность работы котельного агрегата ДКВР10-13 при сжигании различных углей.Этапы проведения работы показаны на рисунке 2. Для исследования был выбран котел ДКВР-10-13 с параметрами: - расчетная паропроизводительность котла .Методики энергетического (энтальпийного) и эксергетического анализа основаны на определении энергии или эксергии потоков в исследуемой тепловой системе, а также построении энергетического или эксергетического баланса объектов, соединяемых этими потоками. проведение декомпозиции системы на компоненты, соединяемые материальными и энергетическими потоками; на основе потоков энтальпии и эксергии определение других характеристик (потери энергии в различных компонентах, степень необратимости процессов, КПД); Недостаток фактической информации может ограничивать степень детальности анализа. Продукты сгорания при этом должны находится в состоянии термодинамического равновесия с окружающей средой, и водяные пары в продуктах сгорания будут сконденсированы и иметь нулевую эксергию.На рисунках 3, 4, 5 представлен рабочий состав углей. На рисунки 6 представлена низшая теплота сгорания.На рисунке 7 показаны данные по расчету теоретического объема воздуха при сжигании углей. На рисунке 8 показаны теоретические объемы продуктов сгорания. Эксергия тепла продуктов сгорания на прямую зависит от низшей теплоты сгорания топлива, чем выше низшая теплота сгорания, тем выше эксергия (рисунок 9), соответственно эта величина больше у Карагандинского угля. Приращение эксергии в процессе превращения воды в перегретый пар показано на рисунке 12. Уменьшение эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена в воздухоподогревателе на прямую зависит, от объема продуктов сгорания, чем выше объем продуктов сгорания, тем выше значения эксергии.
План
Содержание
Введение
1. Цель и задачи исследования
2. Основная часть
2.1 Этапы проведения работы
2.2 Краткое описание котельного агрегата ДКВР-10-13
2.3 Методы исследования
2.4 Состав и теплота сгорания угля
2.5 Результаты экспериментальных исследований
Выводы
Список использованных источников
Введение
Среди стран СНГ Казахстан занимает третье место по запасам и добыче угля и первое место - по добыче угля на душу населения. Поэтому роль угля в энергетике Республики Казахстан значительна. К тому же в наших климатических условиях невозможно заменить полностью угольную генерацию. Количество добываемого угля в Республике представлено на рисунке 1 [1, 2, 3].
Рисунок 1 Добыча угля в Казахстане
Задача сокращения расхода энергоносителей на получение тепловой и электрической энергии в настоящее время стоит весьма остро. Оценка эффективности работы энергетического оборудования охватывает широкий круг задач, но в приоритете остаются те, которые ведут к снижению себестоимости продукции энергетической отрасли. Среди основных факторов, влияющих на себестоимость продукции, следующие: - количество и качество потребляемого топлива;
- количество энергии, затрачиваемой на собственные нужды;
- качество питательной воды; исправность оборудования.
Задачей энергетического обследования котельной является определение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) при осуществлении основного технологического процесса - выработки тепловой энергии посредством сжигания органического топлива. Для проведения анализа и последующего определения эффективности использования ТЭР составляется энергетический баланс котельной для каждого вида энергетического ресурса.
Перспективным является эксергетический метод анализа, основанный на термодинамической функции, учитывающей как свойства самой системы, так и окружающей среды и называемой эксергией термодинамической системы. Перспективность заключается в универсальности: в терминах эксергии могут быть выражены не только потоки энергии различного качества (механической, электрической, химическо). Эксергетический подход дает возможность оценить степень совершенства той или иной установки, выявить наиболее слабое с точки зрения эффективности звено и наметить пути усовершенствования процесса. Помимо этого, эксергетический метод анализа позволяет легко связать технические и экономические стороны вопроса и решать оптимизационные задачи одновременно с точки зрения энергетики и экономики (эксергоэкономический анализ). То обстоятельство, что в определение эксергии входят параметры окружающей среды, позволяет количественно оценить и экологические последствия энергопроизводящих и энергопотребляющих производств [4, 5, 6].
Энергия является консервативной величиной, которая не может создаваться или уничтожаться. Поэтому энергетический анализ может выявить лишь потери энергии через границы системы (потери тепла, энергия отходящих газов и т.д.). Однако при всяком преобразовании энергии ее качество (способность быть превращенной в полезную работу) снижается, хотя количество энергии остается неизменным. Эксергия является мерой, учитывающей качество энергии. Содержание эксергии характеризует максимальную способность энергии данного потока к преобразованию в другие формы энергии или полезную работу. Вследствие этого эксергия не является консервативной величиной. Общая эксергия входных потоков любого установившегося процесса всегда превышает общую эксергию выходных потоков. Эта разница является мерой термодинамической необратимости процессов, а ее количественное определение в процессе эксергетического анализа позволяет установить, где теряется качество энергии (и, как следствие, где существуют возможности для энергосбережения).
Парадоксальным образом, чем ниже качество энергии, производимой устройством, тем больший энергетический КПД может быть достигнут при эксплуатации такого устройства [7].
Для оценки факторов и явлений, влияющих на рассматриваемую систему используют SWOT/СВОТ-анализ. SWOT/СВОТ-анализ - это метод стратегического планирования [8].
Вывод
На рисунке 7 показаны данные по расчету теоретического объема воздуха при сжигании углей.
Рисунок 7 Теоретический объем воздуха
Теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания топлива, больше у Карагандинского угля, так как у него больше горючая составляющая.
На рисунке 8 показаны теоретические объемы продуктов сгорания.
Рисунок 8 Теоретические объемы продуктов сгорания
Соответственно и объемы продуктов сгорания больше у Карагандинского угля (рисунок 8).
Эксергия тепла продуктов сгорания на прямую зависит от низшей теплоты сгорания топлива, чем выше низшая теплота сгорания, тем выше эксергия (рисунок 9), соответственно эта величина больше у Карагандинского угля.
Рисунок 9 Эксергия тепла продуктов сгорания
На рисунке 10 показаны потери при адиабатном горении топлива. Потеря при адиабатном горении это разница между эксергией топлива и эксергией тепла продуктов горения.
Рисунок 10 Потери при адиабатном горении
Эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена в нагревательно-испарительной части выше у углей с более высокой теоретической температурой горения (рисунок 11).
Приращение эксергии в процессе превращения воды в перегретый пар показано на рисунке 12. При более высокой низшей теплоте сгорания уменьшается расход топлива, что увеличивает приращение эксергии в процессе получения перегретого пара.
Рисунок 11 Уменьшение эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена в нагревательно-испарительной части
Рисунок 12 Приращение эксергии в процессе превращения воды в перегретый пар
На рисунке 13 показаны потери от теплообмена по водопаровому тракту. Это разница между уменьшением эксергии продуктов сгорания, за счет теплообмена в нагревательно-испарительной части и приращением эксергии в процессе превращения воды в перегретый пар. У Карагандинского угля значения выше, чем у других углей изза более высокого значения эксергии продуктов сгорания.
Уменьшение эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена в воздухоподогревателе на прямую зависит, от объема продуктов сгорания, чем выше объем продуктов сгорания, тем выше значения эксергии.
Потеря эксергии за счет теплообмена в воздухоподогревателе - это разница между уменьшением эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена в воздухоподогревателе и увеличением эксергии в воздухоподогревателе (рисунок 16).
На рисунке 17 приведены значения эксергетического КПД и КПД брутто. Анализ представленного графика показывает, что значение эксергетического КПД ниже значения КПД брутто. Это вызвано тем, что при высокой температуре горения топлива и образовании продуктов сгорания высокого теплового потенциала, получаемый в котельном агрегате теплоноситель - водяной пар имеет меньшую температуру, что снижает его энергетическую ценность.
Рисунок 16 Потеря эксергии за счет теплообмена в воздухоподогревателе
Рисунок 17 Энергетический и эксергетический КПД
В таблице 1 представлен сравнительный SWOT-анализ энергетического и эксергетического методов исследования.
На основе SWOT-анализа построено поле сил изменения системы (рисунок 18).
Таблица 1
SWOT/СВОТ - анализ
Вид анализа Сильные стороны Слабые стороны Возможности Угрозы
1 2 3 4 5
Энергетический (энтальпийный) анализ энергетического КПД может быть использован для обоснования выбора методов повышения энергоэффективности анализ энергетического КПД отражает количественные показатели использования энергии, но не учитывает их качественные параметры энергетические балансы справедливы для любых материальных систем базируется только на 1 законе термодинамики наглядность, предсказуемость результатов и понимание персоналом того, как следует организовать режимы для экономии топлива в разных граничных условиях не отражает потери от необратимости процессов в анализируемой системе
Эксергетический анализ позволяет судить о степени обратимости внутренних процессов не по изменению энтропии, а по разности эксергий входящего и выходящего потоков теплоносителя трудность восприятия необученными работниками ТЭС, котельных и промышленных предприятий, где предлагается его внедрять базируется на 1 и 2 законы термодинамики более сложный метод позволяет выявить основные пути повышения эффективности энерготехнологических процессов (совершенствование процессов горения и теплообмена), так как потери эксергии указывают на участки процесса, обладающие наибольшим потенциалом экономии может применяется в сочетании с технико-экономическим анализом эксергетические балансы справедливы для узкого круга материальных систем определяет эффективность каждого процесса с точки зрения получения максимальной полезной работы, а также потери работы в каждом процессе цикла, вызванные той или иной реальной необратимостью информация о «затратах эксергии» может использоваться для выявления отклонений производственных процессов от заданных условий показывает, что в котельном агрегате имеют место большие потери эксергии является первым приближением экологической оценки взаимодействия системы с окружающей средой
Рисунок 18 Поле сил изменения системыВ результате проведения эксергетического и энергетического анализа котла марки ДКВР- 10-13, при сжигании углей Майкубинского, Каражиринского и Карагандинского месторождений были получены следующие результаты: - в результате теплового расчета получены значения объемов необходимого воздуха и продуктов сгорания топлива, эти величины имеют большее значение для Карагандинского угля, так как больше его горючая составляющая;
- определена эксергия тепла продуктов сгорания топлива, которая имеет максимальное значение для Карагандинского угля (18402,84 КДЖ/кг);
- определены потери при адиабатном горении от теплообмена по водопаровому тракту, изза более высокого значения эксергии продуктов сгорания у Карагандинского угля эта величина выше;
- определены потери эксергии за счет теплообмена в воздухоподогревателе, они составили 839,2 КДЖ/кг, 894,05 КДЖ/кг, 1034,81 КДЖ/кг соответсвенно для Майкубенского, Каражыринского;
- определена эксергия продуктов сгорания в результате теплообмена в нагревательно-испарительной части, она возрастает с ростом теоретической температуры горения;
- определены приращения эксергии в процессе превращения воды в перегретый пар (чем выше теплота сгорания, тем выше приращение), в воздухоподогревателе (увеличивается с ростом коэффициента избытка воздуха);
- определены значения КПД брутто и эксергетического КПД, значение эксергетического ниже, так как получаемый в котельном агрегате теплоноситель - водяной пар имеет меньшую температуру, чем продукты сгорания топлива;
- проведенный SWOT - анализ показал сильные и слабые стороны энергетического и эксергетического методов анализа;
- поле сил изменения системы показало основные движущие и сдерживающие силы применения эксергетического метода анализа.
2 В Казахстане угольная энергетика может сохранить лидирующую позицию, но при использовании технологии «чистого угля» // Ассоциация KAZENERGY URL: http://www.kazenergy.com/ru/press/2011-04-21-10-24-20/8738-l-r.html (дата обращения: 11.10.2015).
3 Угольная отрасль // Министерство энергетики Республики Казахстан URL: http://energo.gov.kz/index.php?id=3743.
4Кинаш А.В. Автоматизированная система мониторинга показателей энергетической эффективности паровых котлов. // Вестник ЮУРГУ. 2010. №2. С. 79-80.
5 Денисов-Винский Н.Д., Афанасьев В.А. Некоторые аспекты определения КПД котельных агрегатов при проведении энергетического обследования источника тепловой энергии // Теплоэнергоэффективные технологии. 2012. №1-2. С. 64-67.
6 Нейская С.А. Эксергетический анализ необратимых потерь в тепловыделяющих элементах и теплообменном оборудовании: дис.... канд. техн. наук: 01.04.14. Екатеринбург, 2002. 105 с.
7 Энтальпийный и эксергетический анализ // Гефест Энергоаудит URL: .
8 SWOT-анализ. // 2В ЗОНА URL: .
9 Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Под ред. Н. В. Кузнецова и др., М., «Энергия», 1973. 296 с.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
