Теплоэнергетические системы и энергетические балансы промышленных предприятий

1.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
БАЛАНСЫ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Доцент кафедры ТСУ и ТД
к.т.н. Нечитайлов Василий Васильевич

2.

ТЕМА 8.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ БАЛАНСЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ И МЕТОДЫ ИХ АНАЛИЗА
Учебные вопросы:
1. Основные понятия и определения энергетического
баланса.
2. Построение энергетических балансов промышленного
предприятия.
3. Материальные балансы.
4. Энергетические балансы.
5. Эксергетические балансы.
6. Анализ энергетического баланса.

3.

Литература
а) основная учебная литература
1. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А. Теплоэнергетические системы и
энергобалансы промышленных предприятий. Учебное пособие для
ВУЗов. М.: Издательство МЭИ, 2002.
б) дополнительная учебная литература
2. Сазанов Б.В., Ситас В.И. Теплоэнергетические системы
промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1990.
3.
Клименко
В.Л.,
Костерин
Ю.В.
Энергоресурсы
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Л.:
Химия, 1985.
3

4.

1. Основные понятия и определения
энергетического баланса (ЭБ) ПП
Все виды энергоносителей, используемые в настоящее
время на ПП, являются природными ресурсами.
Стадии получения и изменения природных ресурсов:
- Добыча — извлечение природного энергетического
ресурса;
- Облагораживание — обогащение без изменения его
физико-химической основы (удаление из угля пустой
породы);
- Переработка — получение ЭР иной физико-химической
основы без изменения его агрегатного состояния
(разделение нефти на фракции);
- Преобразование — получение ЭР измененной физикохимической основы и агрегатного состояния (газификация
4
твердого топлива);

5.

- Хранение — создание запаса ЭР или хранение ЭР в целях
сглаживания неравномерности их потребления;
- Транспорт и распределение;
- Конечное использование — использование ЭР на
неэнергетические
производственные
нужды,
для
обеспечения работы транспорта, собственные нужды ЭУ и
систем. Различают конечное использование брутто, когда
затраты ЭР на собственные нужды не выделяются, и нетто,
когда выделяются затраты ЭР на собственные нужды
каждой стадии в отдельности;
- Получение ВЭР - продукта промышленного
производства, который может использоваться в качестве
ЭР.
5

6.

Энергетические установки (ЭУ) - устройства, посредством
которых осуществляется воздействие на ЭР при
прохождении перечисленных выше стадий.
Энергетический объект - совокупность ЭУ, объединенных
территориально
для
совместного
выполнения
производственно-технических задач.
Энергетическое
хозяйство
ПП
—
комплекс
взаимосвязанных ЭУ и ЭО.
Энергетическое использование ЭР — это потребление ЭР
ЭУ в энергетических процессах.
Направления энергетического использования ЭР:
- силовые процессы: двигательные и непосредственного
воздействия (сжатие газов);
- тепловые процессы: высокотемпературные, средне- и
низкотемпературные
(отопление,
горячее
6
водоснабжение, кондиционирование воздуха);

7.

- освещение, средства связи и управления;
- электрохимические и электрофизические процессы.
Неэнергетическое использование ЭР — использование ЭР
в качестве сырья или материалов.
Комплексное и комбинированное использование ЭР один и тот же ЭР используется в качестве ЭР и сырья, а
также для получения нескольких видов энергии
(например, на ТЭЦ за счет перегретого водяного пара
высокого
или
среднего
давления
отпускаются
одновременно тепловая и электрическая энергия).
Энергетический поток - движение ЭР от производителей к
потребителям ЭР.
7

8.

Энергетический баланс — это полное количественное
соответствие (равенство) между суммарной подведенной
энергией и суммарной полезной энергией и потерями.
ЭБ характеризует эффективность использования энергии в
энергетическом хозяйстве страны или его отдельных
участках (районах, отраслях, ПП).
Поведенная энергия — количество энергии всех ЭР,
подведенное к ЭУ или ЭО (приходная часть ЭБ: текущие
остатки ЭР, добыча или производство ЭР, поступление ЭР
от внешних источников).
Полезная энергия — количество энергии, теоретически
необходимое для осуществления тех или иных
энергетических процессов, а также получаемое
количество ЭР на стадиях переработки и преобразования.
Потребление ЭР на собственные нужды — расход ЭР на
8
вспомогательные энергетические и технологические цели.

9.

Потери энергии - разность между подведенной и
полезной энергией.
Классификация потерь:
1. По возможности и целесообразности устранения:
- полные потери;
- потери, устранение которых в данных условиях
технически осуществимо;
- потери,
устранение
которых
экономически
целесообразно.
2. По месту возникновения — в зависимости от стадии:
- добыча;
- транспорт;
- хранение;
- преобразование.
9

10.

З. По физическому признаку и характеру:
- потери теплоты с уходящими газами, излучение в
окружающую среду и пр.;
- потери эл. энергии в ЛЭП и пр.;
- гидравлические потери на трение при движении
жидкости, дросселирование и пр.;
- утечки через неплотности, усушка, утруска;
- механические потери на трение.
4. По причинам возникновения:
- неверный режим работы;
- неправильная эксплуатация агрегатов и т.п.
10

11.

2. Построение ЭБ ПП направлены на решение следующих
основных задач:
• оценка фактического состояния энергоиспользования на ПП,
выявление причин возникновения и определение потерь ТЭР;
• разработка плана мероприятий по снижению потерь ТЭР;
• выявление и оценка резервов экономии ТЭР;
• совершенствование нормирования и разработка научно
обоснованных норм расхода ТЭР на производство продукции;
• определение рациональных размеров энергопотребления в
производственных процессах и установках;
• установление требований к организации и совершенствованию
учета и контроля расхода ТЭР;
• получение исходной информации для решения вопросов
создания
нового
оборудования
и
совершенствования
технологических процессов с целью снижения энергетических
затрат, оптимизации структуры ЭБ ПП путем выбора оптимальных
направлений, способов и размеров использования ПЭР и ВЭР.
11

12.

К первичной информации при разработке и анализе топливноэнергетических балансов ПП относят:
1) общие сведения о ПП (показатели хозяйственной деятельности
ПП);
2)
проектные
и
отчетные
(фактические)
данные
об
энергоиспользовании.
• проектную документацию (паспорт предприятия, энергетический
паспорт предприятия, технико-экономическое обоснование и пр.);
• действующие формы статистической отчетности;
3) технические и энергетические характеристики технологических
процессов и установок, являются основой для разработки
аналитических ЭБ и должны содержать необходимые данные для
оценки эффективности использования энергоносителей, в том
числе:
• материальные потоки (материальный баланс);
12

13.

• расходы и параметры сырья, ТЭР, отходов;
• конструктивные особенности установок (габаритные размеры,
изоляция, наличие установок по утилизации ВЭР, наличие КИП);
• режимы работы оборудования (периодичность использования,
продолжительность нахождения в «горячем резерве»);
4) технические и энергетические характеристики энергоносителей
(выявляют для наиболее энергоемкого и энергоиспользующего
оборудования).
Технико-экономические
характеристики
энергоносителей
включают:
• стоимость энергоносителей;
• параметры энергоносителей (для электроэнергии - напряжение,
частота; для тепловой энергии - давление, температура,
теплоемкость; для топлива - низшая теплота сгорания, зольность,
влажность, сернистость (фактические));
• график годового и суточного потребления энергоносителей (для
наиболее характерных дней летнего и зимнего периодов).
13

14.

Виды ЭБ ПП:
1)Фактические ЭБ - отражают существующее положение
энергоиспользования на ПП.
2)Аналитические ЭБ:
- Аналитический проектный (нормализованный) отражает
энергоиспользование
при
условии
устранения необоснованных потерь, обусловленных
низким уровнем эксплуатации.
- Аналитический
проектный
приведенный
(обобщенный) — ЭБ, в котором все виды
потребляемой энергии и энергоносителей приводятся к
единому эквиваленту — условному топливу.
- Аналитический проектный рационализированный разрабатывается с учетом некоторых энергосберегающих
мероприятий, которые не изменяют принципиальные
14
основы технологических процессов.

15.

- Аналитический проектный оптимальный - учитывает
замену существующих технологических процессов
принципиально
новыми,
основанными
на
эффективных энергосберегающих разработках.
15

16.

Частные ЭБ (имеющие целевое назначение):
- материальный — для анализа распределения
материальных потоков;
- тепловой
—
для
анализа
эффективности
использования тепловой энергии;
- эксергетический — для анализа термодинамической
эффективности использования энергии, при помощи
которого
оценивается
количественная
и
«качественная» сторона ЭБ.
16

17.

3. Материальные балансы (МБ)
Для
проведения
аналитических
исследований
действующего ПП исходными являются материальные,
энергетические и эксергетические балансы,
а также все необходимые данные для их построения:
- теплофизические характеристики;
- зависимость выхода продукта от изменения
параметров технологического процесса и пр.
17

18.

В основе уравнений МБ -закон сохранения и превращения
материи. Построение МБ ПП требует учета всех мат.
потоков, в т.ч. всех ВЭР:
где: Gi — расход i-го компонента, введенного в объект,
кг/с; Gj — объем (мас.) полученного в объекте ј-го
целевого продукта производства, кг/с; Giвоз — объем
возвратного i-го компонента, кг/с; Giпот — потери i-го
компонента, кг/с;
Gkпоб
— объем (мас.) образовавшегося в объекте Кго побочного продукта, кг/с;
Glотх — объем (мас.) образовавшихся отходов
производства, не находящих применения на смежных
18
стадиях и у внешних потребителей, кг/с.

19.

Показателем эффективности деятельности ПП является
коэффициент
безотходности
производства βм,
отражающий
соотношение
полезно
затраченных
материальных ресурсов к введенным в систему:
поб
воз
G
+
G
+
G
j j
i i
k k
βм =
i Gi
Gj + Giвоз + Gkпоб)
j
i
k
(