Втрати теплоти в технологічних процесах і установках

Втрати теплоти у енерготехнологічних процесах – Q _втр, Гкал (МВт.год), є, на жаль для енергозбере­ження, невід’ємною частиною споживання ПЕР.

Поняття втрати теплоти – слід розуміти, як відведення в навколишнє сере­до­­вище потоку теплової енергії, що утворився в результаті виконання спожитих ус­тановкою ПЕР (палива, теплової, електричної, хімічної енергій) своїх техноло­гічних функ­цій. Наприклад, функцій нагрівання, випаровування, кристалізації, сушіння, транспортування, перемішування, генерації електричної та теплової енергії, тощо.

Відповідно гіпотези С. Карно (1825 р.), одержання корисного ефекту від вико­ристання спожитої енергії завжди пов’язано із втратою в навко­лишнє се­редо­ви­ще певної її частки у вигляді теплової енергії.

Наприклад, теплота згорання палива, спожита енергетичними установками тільки частково трансформується в електричну або теплову енергію, а решта (від 10 % до 65 %) енергії палива втрачається в навколишнє середовище.

Слід мати на увазі, що для всіх промислових підприємств, що вироб­ляють про­мислову продукцію, вся спожита енергія після виконання нею певних тех­нологічних функцій (нагрівання, випаровування, кристалізації, сушіння, тощо) втрачається в навколишнє середовище. А це величезні обсяги теплової енергії.

Наприклад, для цукрового заводу, що споживає 140,0 тис м³ природного га­зу за добу, виробляє з нього 66,5 тонн пари на годину, втрачає всю вироблену те­п­лоту в навколишнє середовище у кількості 41,3 Гкал/год або 47,9 МВт(т)·год/ год.

Як відомо з теорії і практики теплоенергетики, зменшення втрат теплоти в про­цесах і установках гарантує зменшення витрати ПЕР на ці процеси і уста­но­вки, тобто є шляхом енергозбереження. Це положення “випливає” з енергетич­ного рівняння будь якої енергетичної установки, структура якого містить ККД.

Наприклад, рівняння енергетичної потужності електрогенератора, на базі ДВЗ (ф-ла 5.6) засвідчує, що збільшення ККД ДВЗ (η_ДВЗ) призведе у разі незмінної по­тужності ДВЗ (W_ДВЗ = Const) до зменшення витрати палива (B_ДВЗ).

W_ДВЗ = B_ДВЗ·Q_н^р·η_ДВЗ·η_ген (6.5)

де:

W_ДВЗ – електрична потужність, вироблена електрогенератором ДВЗ, кВт; B_ДВЗ – секундна витрата палива в ДВЗ, кг/с,

Q_н^р – нижча теплота згорання пали­ва, кДж/кг;

η_ДВЗ – ККД ДВЗ, од;

η_ген – ККД електрогенератора, од.

Для ефективної діяльності в напрямі зменшення втрат теплоти фахівець з ен­е­­р­­гозбереження має опанувати за напрямом втрат ПЕР чотири види діяль­но­сті, а саме:

1. Вміти визначати напрями втрат теплоти, за якими теплота відводиться (покидає) енерготехнологічну установку.

Можливі напрями втрат теплоти наступні: у вигляді конденсату, що повер­та­ється до джерела енергопоста­чання або направляється в дренажну сис­те­му, у ви­гляді втрат теплоти в нав­колишнє середовище від ізольованої (не Ізольо­ваної) поверхні трубопро­во­дів та обладнання, у вигляді втрат теплоти з продуктовими потоками підприємства, у вигляді не утилізованих випарів, викидів гарячих газів або нагрітих паро газових потоків, у вигляді водяних потоків систем охолод­жен­ня насосів, генераторів, компресорів, конде­нса­торів.

2. Вміти визначати витрату енергоносія, з яким втрачається теплота та його теплові та термодинамічні параметри. Як відомо, кожен по­тік тепло­ти має свого індивідуального енергоносія і свої параметри, а саме: темпе­ра­ту­ру, тиск, ентальпію, теплоту згорання, теплоту конденса­ції. Для цього потрібно вміти застосовувати відповідні прилади вимірювання, діаграми стану енергоносіїв, розрахункові формули.

3. Вміти визначати обсяги втрат теплоти за кожним напрямом і з кожним потоком енергоносія або технологічного продукту. Як відомо, кожен по­тік теплоти має свою індивідуальну фор­му­лу для розрахунку обсягу цієї теп­ло­ти, наприклад,:

o втрата теплоти – Q_τ^втр, Гкал/ τ_розр, за певний період часу– τ_розр, обумов­ле­на втратою пари в кіль­кос­ті – D, т/год, конденсат якого не повертається до дже­рела теплопос­тачан­ня, розраховується за формулою:

Q_τ^втр = D · (i_пари) · 10^–3 · τ_розр (7.5)

- втрата теплоти – Q_τ^втр, Гкал/ τ_розр, за певний період часу– τ_розр, обумов­ле­на втратою гарячої води або технологічного продукту – G, т/год, розраховуєть­ся за формулою:

Q_τ ^втр = G · с · (t ^втр) · 10^–3 · τ_розр (8.5)

- втрата теплової енергії за розрахунковий період τ_розр від зменшення ККД термодинамічного циклу для будь якої енергетичної установки розрахову­ється за формулою:

Q _τ ^втр = Q _τ^о ·(1,0 – η_Е.У) (9.5)

де:

Q _τ^о– загальна витрата теплоти, що споживає енергоустановка, Гкал/τ_розр,

η_Е.У – ККД енергоустановки, од.

 

- втрата теплоти від нагрітої поверхні обладнання або трубопроводу роз­раховується за формулами:

Q _τ ^втр = α _пов· (t _пов – t _н.с) · F _пов· τ_розр (10.5)

Q _τ ^втр = q _пов · F _пов· τ_розр (11.5)

4. Вміти застосувати технічні рішення, що зменшують втрати ПЕР, грамот­но “вписавши” їх в теплові схеми існуючих енергоустановок або в схеми про­мисло­вих виробництв.

Втрати теплоти в енерготехнологічних процесах і установках можна пред­ста­вити у трьох формах, а саме:

1. У формі функціональних втрат. Ці втратиобумовлені технологічно не­об­хід­ним відведенням теплоти і є невід’ємною складовою в реалізації даного процесу або установки. Наприклад, конденсація відпрацьованої в проточних частинах турбін пари в конденсаторах і відповідна втрата теплоти конден­са­ції цієї пари в атмосферу в градирні, або в охолоджувальному басейні – є не­від’ємною частиною паросилового циклу для одержання електричної енер­гії.

2. У формі марнотратних втрат. Ці, втрати обумовлені недостатньою доско­на­­лістю організації теплоенергетичних або тепло технологічних процесів. Наприклад, відсутність використання теплоти потоку котлової води, що від­водиться у вигляді безперервного продування парових котлів, або відсут­ність ізоляції на високотемпературній поверхні трубопроводів класиці­ку­ють­ся як неприпустимими втратами з позицій енергозбереження.

3. У формі енергетичних втрат. Ці втратислід розглядати як збільшення вит­рати ПЕР або збільшення втрат в навколишнє середовище в результаті змен­шення по­казників ефективності виробничих процесів у разі не додер­жання необхідних умов взаємодії одного або кількох технічних рішень з існуючою енерготех­но­логічною схемою установки або виробництва. Наприклад, впро­вадження в теплову схему цукрового заводу теплообмін­ника, що вико­рис­то­вуватиме теплоту конденсатів, але без одночасної компенсації недовипаро­ву­вання в випарній установці, призведе до збільшення витрати пари і палива на виробництво цукру.

В практичній роботі з енергозбереження витрати ПЕР на об’єкті представ­ля­ються у відповідних розділах звіту по виконану роботу, як правило, або у виг­ля­­ді таблиць або у вигляді гістограм.

Їх наявність у звіті має акцентувати увагу Замовника на домінуючі напрями втрат теплоти на об’єкті і, відповідно, до вибору пріоритених техничних рі­шень, що зменшують або ліквідують ці втрати.

Ефекти енергозбереження.

Ефект енергозбереження – це одержання зменшення витрати енергоносіїв та зменшення витрат коштів на експлуатацію енергоощадного обладнання (аг­ре­гатів, систем, виробництв).

Енергозбереження – має два аспекти результативності, а саме:

1-й аспект – енергетичний, у відповідності до якого підприємство, що впро­ва­­дило технічні рішення з енергозбереження одержує зменшення кількості спо­житої енер­гії для вироблення продукції.

2-й аспект – фінансовий, у відповідності до якого підприємство, що впро­ва­дило технічні рішення з енергозбереження одержує зменшення витрат коштів на закупівлю ПЕР для вироблення продукції.

В ідеалі потрібно, щоб результативність по обом аспектам співпадала, тоб­­­то економія ПЕР повинна супроводжуватись економією коштів.

Наприклад, підприємство впровадило більш ефективну градирню, внаслідок чого: температура циркуляційної води, що надходить в конденсатор холодиль­ної машини, зменшилася, температура і тиск в конденсаторі – зменшилися, робота стискання в компресорі – зменшилася, потужність і кількість спожитої електричної енергії компресором зменшилася. Як наслідок, фінансові витрати на енергозабезпечення підприємства – зменшились.

Наприклад, підприємство ізолювало паропровід гострої пари від парового котла до парової турбіни.

Внаслідок чого температура пара перед турбіною зросла, ентальпія гострої пари перед тур­біною зросла, адіабатичний і реальний теплоперепади на турбіні зросли, вит­рата пари для вироблення необхідної електричної потужності – зменшилась, витрата палива на вироблення гострої пари в котлі – зменшилась, витрата повітря та живильної води на котел – зменшилася. Як наслідок, витрата коштів на закупівлю палива і електричної енергії на власні потреби парогене­ра­тора (вентилятор, димосос, живильний насос) – зменшилася.

Тобто, в результаті реалізації вище наведених технічних рішень енергетичні і фінансові результати робіт з енергозбереження – співпадають.

Але в реальних умовах діяльності промислових підприємств ці аспекти мо­жуть не співпадати.

Тобто, впровадивши енергоощадні технології, підприємство одержить ефек­ти зменшення витрат ПЕР, але фінансової вигоди підприємство не одержить, внаслідок високої вартості встановленого обладнання, що забезпечило енерге­тичну ефективність енергозбереження.

Наприклад, підприємство ізолювало систему конденсатопроводів, внаслі­док чого:

- конденсати надходять в деаератор з більш високою температурою;

- витрата пари на деаерацію – зменшується;

- витрата палива на власні потреби – зменшується.

Як наслідок, витрата коштів на закупівлю палива – зменшується. Але амор­ти­заційні витрати та витрати на експлуатацію ізоляційного матеріалу стали ви­щі за вартість зекономленого палива.

Тобто, підприємство, впровадивши енергоощадну технологію, одержало змен­шення витрати палива, але збільшення експлуатаційних витрат.

Основна задача енергозбереження це зробити його фінансово привабливим для промисловості. Тобто, щоб експлуатаційні витрати не перевищували витра­ти коштів на зменшений обсяг споживання ПЕР.

На жаль, заходи з енергозбереження не є однозначно привабливими для всіх галузей промисловості саме з причини їх неоднозначної результативності в фі­нансово-економічному плані. З метою формування у потенційного Замовника економічної привабливості енергозбереження перед початком робіт Виконав­цем розробляється відповідальний фінансово технічний документ – техніко-еконо­мі­ч­не обґрунтування робіт з енергозбереження - ТЕО.