Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИРЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Ежегодный конкурс научно-исследовательских работ

студентов высших учебных заведений Республики Казахстан

Научное направление: Технические науки

Тема научного проекта Оценка эффективности котельного агрегата на основе эксергетического анализа

2015

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.

1. Цель и задачи исследования

энергия эксергия котельный агрегат

Цель. Произвести оценку эффективности работы котельного агрегата при сжигании различных углей.

Задачи исследования:

- определение границ анализируемой системы тепловых потоков;

- определение термодинамических характеристик потоков энергии и эксергии;

- определение потерь энергии и эксергии;

- составление SWOT-анализа.

Объект исследования. Процесс горения углей Майкубенского, Каражиринского и Карагандинского месторождений в котле ДКВР10-13.

Предмет исследования. Эффективность работы котельного агрегата на основе энергетического и эксергитеческого анализа.

Научная значимость исследования. Составление SWOT-анализа может быть использовано для расширения и систематизации информации, полученной в результате обследования энергетических систем с целью совершенствования их работы.

Практическая значимость исследования. Проведенный анализ показал эффективность работы котельного агрегата ДКВР10-13 при сжигании различных углей. Составленное поле сил изменения системы показало, что для более широкого использования эксергетического метода движущие силы превосходят сдерживающие.

2. Основная часть

2.1 Этапы проведения работы

Этапы проведения работы показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 Этапы проведения работы

2.2 Краткое описание котельного агрегата ДКВР-10-13

Для исследования был выбран котел ДКВР-10-13 с параметрами:

- расчётная паропроизводительность котла .

- абсолютное давление пара .

- пар перегретый 250^оС.

- температура питательной воды .

- продувка .

2.3 Методы исследования

Тепловой расчет. Тепловой расчет проводили согласно [9].

Энергетический и эксергетический анализ. 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.

Выполнение этих видов анализа включает следующее:

- определение границы анализируемой системы;

- проведение декомпозиции системы на компоненты, соединяемые материальными и энергетическими потоками;

- определение термодинамических характеристик потоков;

- после получения всех необходимых данных по потокам определение их энтальпии и эксергии;

- на основе потоков энтальпии и эксергии определение других характеристик (потери энергии в различных компонентах, степень необратимости процессов, КПД);

Энергетический и эксергетический анализ могут выполняться параллельно, для одних и тех же производственных единиц, и на основе одних и тех же данных. Эксергетический анализ, несмотря на то, что он более сложен и реже применяется, является более полезным, поскольку он позволяет выявить больше возможностей для энергосбережения.

Важным условием применения данных методик является наличие информации о материальных и энергетических потоках в системе. Для действующих предприятий такая информация может быть получена посредством измерений, а для проектируемых - при помощи моделирования. Недостаток фактической информации может ограничивать степень детальности анализа.

Данные методики могут применяться для анализа любых тепловых систем. Их важным преимуществом является то, что они допускают непосредственное сравнение различных объектов 8.

Эксергия топлива (химическая) - максимальная работа, получаемая в обратимом процессе, в котором принимают участие горючие элементы топлива с кислородом воздуха. 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. Численное значение эксергии практически совпадает с теплотой сгорания. Эксергию топлива, кДж/кг, определяют:

где - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Эксергия тепла продуктов сгорания , кДж/кг:

где Т_о - температура окружающего воздуха, К;

Т_теор - теоретическая температура горения, К.