Етапи енергозбереження в теплових насосах.

Проблема для Замовника полягає у невідповідності фактичної витрати еле­ктричної енергії на експлуатацію існуючого парокомпресійного ТН сучасним ви­могам до енергоємності аналогічних установок і недостатньо високою його теплопродуктивністю. Тобто на існуючому у Замовника ПТН питома витрата електричної енергії на одержання теплоти суттєво (на 20 % ви­ща за аналогічні показники успішних установок, що збільшує совіртість відпущеної теплоти ві ПТН та зменшує фінансовий прибуток Замовника.

Етап 1. Парокомпресійний тепловий насос є спо­жи­ва­чем електричної енер­гії. Стратегія енерго­збе­ре­ження для ПТН поля­гатиме у зм­ен­­шенні абсо­лю­т­ної (W _компр^ПТН) і питомої (е _т/е^ПТН) витрат електричної енергії, та у збільшенні теп­лової потужності ПТН (Q _т/е^ПТН) за рахунок збільшення відбору теплоти від її хо­лодного джерела.

В нашому конкретному випадку:

4.11.2.1. Розрахункова формула для визначення годинної вит­ра­ти електричної енергії на ПТН – W _компр^ПТН, кВт.год/год, має вигляд:

W _компр^ПТН = (L _компр^ПТН / η_е.прив) · τ (11.17)

де:

η_е.прив – ККД електроприводу компресора. Визначається за паспортом електро­приводу в межах від 0,90 до 0,95.

L _компр^ПТН – фактичний обсяг механічної роботи, яку виконав компресор в сис­темі ПТН за одну годину, кВт.год/год (кДж/с). Виз­на­чається за форму­лою:

L _компр^ПТН = G _X.A^ПТН · l _компр^ПТН · τ = G _X.A · (i ₃ – i ₂) · τ (11.18)

де:

G _X.A^ПТН – масова витрата холодоагенту в системі ПТН, кг/с;

l _компр^ПТН – питома фактична робота, що виконана компресором в системі ПТН, кДж/кг. Визначається за формулою:

l _компр^ПТН = l _о^ПТН/ η_компр^ПТН = (i ₃ – i ₂) / η_компр^ПТН (11.19)

де:

l _о^ПТН – питома ізоентропна (адіабатична) робота, що виконана компресором в системі ПТН, кДж/кг. Визначається за формулою:

l _о^ПТН = (i _3а – i ₂) (11.20)

i ₃ – ізо­ент­ро­п­на (адіабатна) ентальпія холодильного агенту на виході з компре­сора за умови ізо­ент­ро­п­ного (адіабатного) стискання в ньому холодоагенту, кДж/кг. Визначається за діаграмою стану холодагенту відповідно до екс­плу­а­таційного тиску в конденса­торі.

τ – термін часу, за який визначається електрична потужність, що спожита комп­ресоромτ= 1 год/год;

i ₄ – фактична ентальпия холодильного агенту (у стані перегрітої пари) на виході з компре­сора (на вході в конденсатор), кДж/кг. Визначається за діаграмою стану холодагенту відповідно до екс­плу­а­таційного тиску в конденсаторі.

η_компр^ПТН – експлуатаційний ККД компресора, од. Визначається за паспортом компресора з урахуванням терміну його експлуатації.

11.4.2.2. Розрахункова формула для визначення годинного обсягу одержаної від ПТН (від його конденсатора) теплової енергії– Q _т/е^ПТН, Гкал(т)/год,, в розмірному вигляді має вигляд:

Q _т/е^ПТН = G _X.A · (i ₃ – i ₄) (11.20)

де:

G _X.A – масова витрата холодоагенту в системі ПТН, кг/с;

i ₃ – фактична ентальпія холодоагенту (у стані перегрітої пари) на вході в кон­де­н­сатор (на виході з компресора), кДж/кг. Визначається з термодина­міч­ного циклу ПТН відповідно експлуатацій­ному тиску у конденсаторі.

i ₄ – фактична ентальпія холодоагенту (у стані насиченої або переохолодженої рідини) на виході з конденсатора, кДж/кг. Визначається з термодинамічного циклу ПТН відповідно експлуатаційному тиску у конденсаторі.

 

4.11.2.3. Розрахункова формула для визначення питомої витрати електричної енергії на одержання від ПТН теплової енергії – е _п/е^ПТН, кВт.год/Гкал(т), має вигляд:

е _п/е^ПТН = W _компр^ПТН/ Q _т/е^ПТН (11.22)

Етап 2. Макропоказниками енергоспоживання ПТН є:

- годинна витрата електричної енергії на привод компресора ПТН, що визначається формулою (11.11);

- механічна та електрична потужність, що споживаються компресором та його електроприводом;

- годинний обсяг теплової енергії, що відпускається ПТН, що визначається формулою (15.11).

Показником енергетичної ефективності ВУ є:

- питома витрата електричної енергії на одержання від ПТН теплової енергії, що визначається формулою (16.11).

Етап 3. За базу порівняння визначаємо ПТН європейського підприємства такої ж потужності, у якого і абсолютне, і питоме споживання електричної енергії, відповідно (W _компр^ПТН)^Lim і (е _п/е^ПТН)^Lim на 20 % менші.

Етап 4. Формування методики розрахунків становить пов’язане з громіздки­ми термодинамічними та теплотехнічними розрахунками. Тому в практиці енер­гозбереження ви­користовують вже розроблене програмне забезпечення для його застосування на ПЕОМ.Мето­ди­ка розрахунку зво­ди­ть­ся до формування системи вихідних даних та використання вибраного програмного забезпечення.

Етап 5. Енергетичні недосконалості існуючої ВУ виявляються шля­хом по­рів­няння фактичних параметрів ПТН та параметрів ПТН – бази по­рів­няння.

Енергетичними недосконалостями існуючого ПТН є:

- низький ККД компресора;

- відсутність контуру переохолодження холодоагенту;

- низький температурний рівень джерела низькотемпературної теплоти;

- низька теплота пароутворення (конденсації) холодоагенту.

Таким чином, в існуючому ПТН виявлено чотири вузли енергетичної недос­ко­­на­­лості (ВЕН), що обумовлюють його енергозатратність.

Етап 6. Формуємо повний перелік задач та технічних рішень, що ліквідують всі чотири вияв­лених ВЕН, а саме:

- підвищити ККД компресора, технічні рішення відомі;

- здійснити переохолодження холодоагенту, технічні рішення відомі;

- підвищити температурний рівень джерела низькотемпературної теплоти, технічні рішення відомі;

- підвищити теплоту пароутворення (конденсації) холодоагенту, технічні рішення відомі.

Етап 7. Формуємо перелік пропозицій на перший (він же завершальний) етап робіт з енергозбереження, вклю­чивши в нього ліквідацію трьох вияв­лених ВЕН.

Перелік пропозицій з енергозбереження включає в себе:

- впровадити технічні рішення з підвищення ККД компресора за рахунок йо­го капітального ремонту;

- впровадити в систему ПТН контур переохолодження рідкого холодоагенту з конденсатора, використавши додаткову поверхню теплообміну та низький темпера­турний рівень “холодного” джерела енергії;

Від заміни існуючого холодоагенту на холодоагент з більшою теплотою паро­ут­ворення (конденсації) вирішено утриматись, оскільки це вимагало би знач­них капітальних затрат на реконструкцію всіх теплообмінних контурів ПТН.

Етап 8. Експлуатаційними ефектами та параметрами удосконаленої ВУ бу­дуть:

- зменшена абсолютна витрата електроенергії на ПТН;

- зменшена питома витрата електричної енергії на відпуск теплоти від ПТН.

Очікуваним результатом робіт з енергозбереження є зменшена витрати електричної енергії, що визначена за ф-лою (11.11) шляхом підстановки в неї змінених проект­но-очі­куваних (енергоощадних) параметрів, визначених на 6-му етапі.

Етап 9. Оскільки всі виявлені ВЕН були ліквідовані за один етап (тобто на 1-му етапі) то проектно-очікувані показники всії роботи будуть аналогічними, визначеним на 8-му етапі.

Етап 10. Економічним показником реалізованих робіт з енергозбереження бу­де зменшення витрат коштів на закупівлю електричної енергії для ПТН з ура­хуванням збільшення надходження коштів за відпущену від ПТН теплову енер­гію – Δ S, грн/міс (одиницю ви­міру часу потрібно узгодити із Замовником ро­біт). Відповідне визначення Δ S буде здійснено за формулами:

ΔS = S ₁ – S ₂, (11.23)

S ₁ = (W _компр^ПТН)^до · C _е/е (11.24)

S ₂ = (W _компр^ПТН)^після · C_е/е (11.25)

де:

S ₁– витрата коштів на закупівлю від РЕС електроенергії для ПТН до проведен­ня робіт з енерго­збереження, грн/міс;

S ₁– витрата коштів коштів на закупівлю від РЕС електроенергії для ПТН після проведення робіт з енер­го­збереження, грн/міс;

C _е/е– закупівельна вартість електроенергії від РЕС, грн/кВт.год.

(W _компр^ПТН)^до– місячна витрата елктроенергії для ПТН до проведен­ня робіт з енерго­збереження, грн/міс

(W _компр^ПТН)^після – місячна витрата елктроенергії для ПТН після проведен­ня робіт з енерго­збереження, грн/міс.

Етапи 11 – 15 виконуються у разі наявності вимог Замовника щодо їх вико­на­н­­ня і методологія їх виконання в наданому лекційному матеріалі не наводить­ся.

Запитання для самоперевірки.

1. У розрахунках яких параметрів в системі робіт з енергозбереження вико­ристовуються поняття – кількість енергії та її потужність?

2. Наведіть приклади вузлів енергетичної недосконалості (ВЕН) у пароге­нера­торах та котельних установках.

3. Наведіть приклади вузлів енергетичної недосконалості (ВЕН) у випарних установках цукрових заводів.

4. Наведіть приклади вузлів енергетичної недосконалості (ВЕН) у системах парокомпресійних теплових насосів.

5. Наведіть приклади технічних рішень, що зменшують енергоємність вироблення теплової енергії в парогенераторі (в паровій котельні).

6. Наведіть приклади технічних рішень, що зменшують енергоємність випарної установки цукрового заводу.

7. Наведіть приклади технічних рішень, що зменшують енергоємність виробленої в ПТН теплової енергії.

 

Рекомендована література: [1], [11], [18], [21], [22], [24], [29].

 

 

Лекція 12.

ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ У ВИРОБНИЦТВАХ. МЕТОДОЛОГІЯ РЕАЛІЗАЦІЇ.

План лекції

12.1. Загальні положення.

12.2. Енергозбереження у виробництві теплової енергії в котельних.

12.3. Енергозбереження у виробництві електричноїй енергії в КЕС.