Определение потребности в энергетических ресурсах на работу технологического оборудования

Содержание
2.1 Теплота сгорания топлива
2.2 Понятие условного топлива
2.3 Перевод массы натурального топлива в условное
2.4 Теоретический эквивалент тепловой энергии в условном топливе
2.5 Теоретический эквивалент электрической энергии в
условном топливе
2.6 Средневзвешенные значения удельных расходов топлива на производство тепловой и электрической энергии
2.7 Единицы измерения количества энергии
2.8 Понятие первичного условного топлива
2.9 Калькулятор перевода расхода натурального топлива в расход условного топлива
Примеры 2.2-2.3
Задачи для самостоятельного решения 2.1 и 2.4
2.10 Энергетический баланс потребителя ТЭР
2. 11 Удельный расход топлива на выработку и отпуск тепловой энергии электрической энергии.
2.12 Потребность в условном топливе для котельной
2.13 Выработка, отпуск тепловой энергии источником и КПД источника
2.14 Выработка, отпуск электрической энергии источником и КПД источника
Примеры 2.5-2.8
Задача для самостоятельного решения 2.9

2.1. Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива.
Различные виды органического топлива, используемые для энергообеспечения потребителей, при сжигании единицы объема или массы выделяют различное количество теплоты.
Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого либо 1 м3 газообразного топлива, называют теплотой сгорания топлива (теплотворной способностью топлива).
Она измеряется в мегаджоулях (либо в гигакалориях), приходящихся на единицу массы или объема.
МДж/кг, МДЖ/м3, ккал/кг, ккал/м3
Максимальное количество теплоты, которое можно получить в результате химической реакции горения топлива, называют высшей теплотой сгорания топлива .
- высшая теплота сгорания топлива

2.1. Теплота сгорания топлива
Низшая теплота сгорания топлива отличается от высшей на количество теплоты, которое затрачивается на испарение воды, содержащейся в топливе, а также образующейся в результате химической реакции горения топлива.
Поскольку теплота, затраченная на испарение влаги, чаще всего удаляется из энергетических установок в виде паров с дымовыми газами, то она редко полезно применяется на практике. Поэтому в теплотехнических расчетах обычно используется низшая теплота сгорания топлива.
- низшая теплота сгорания топлива

2.2. Понятие условного топлива
Для сопоставления энергетической ценности различных видов топлива и сравнения суммарного потребления энергоресурсов объектами с различной структурой энергетического баланса введено понятие условного топлива. В качестве условного принимается топливо, которое имеет низшую теплоту сгорания 29,33 МДж/кг (7000 ккал/кг).
Qут- низшая теплота сгорания условного топлива
Qут=29,33 МДж/кг у. т.
Qут=29,33 МДж/кг у. т.
Qут=7000 ккал/кг у. т.

2.2. Понятие условного топлива
Введение понятия условного топлива позволяет:
- сопоставить энергетические затраты двух различных регионов страны, не уточняя какое количество тех или иных конкретных видов топлива сжигается в этих регионах.
- представить сводный энергетический баланс промышленного предприятия или другого потребителя топливно-энергетических ресурсов, использующего несколько энергоносителей
- представить удельные показатели энергоэффективности различных потребителей, использующих несколько энергоносителей
- представить потребность в энергетических ресурсах на работу технологического оборудования

2.3. Перевод массы натурального топлива в условное
Зная теплоту сгорания любого вида топлива, можно определить его эквивалент в условном топливе:
— массовый эквивалент i-го вида топлива в условном топливе, кг;
,
масса топлива, кг
- теплота сгорания, МДж/кг или ккал/кг, i-го вида топлива
— массовый эквивалент i-го вида топлива в условном топливе, кг у. т.;
- теплота сгорания, МДж/кг или ккал/кг, i-го вида топлива
2.1
2.2

2.3. Перевод массового расхода натурального топлива в расход условного топлива
Зная теплоту сгорания любого вида топлива и его массовый расход за указанный период, можно определить его эквивалентный расход в условном топливе:
массовый расход i-го вида топлива в условном топливе, кг у.т./период;
массовый расход i-го вида натурального топлива,
кг/период;
2.3
2.4
МДж/кг или ккал/кг

2.3. Перевод объемного расхода натурального газообразного топлива в расход условного топлива
Зная теплоту сгорания любого вида топлива и его объемный расход за указанный период, можно определить его эквивалентный расход в условном топливе:
массовый расход i-го вида топлива в условном топливе,
кг у.т./период;
-объемный расход i-го вида натурального газообразного топлива, нм3/период;
-теплота сгорания, МДж/нм3 или ккал/нм3, i-го вида топлива
1.5
2.6
2.5

2.3 Перевод объемного расхода натурального топлива в расход условного топлива
Поскольку один и тот же объем газов при различных температурах и давлениях будет иметь разную массу, то теплота сгорания газов относится к 1 м3 газа, взятого при нормальных условиях (p = 760 мм рт. ст., t = 0 °C), т.е. на 1 нм3.
В ряде случаев расчет теплоты сгорания газового топлива ведется на 1м3 при других условиях: p = 760 мм рт. ст., t = 20 °C. В этом случае низшая теплота сгорания
МДж/нм3 или ккал/нм3

2.4 Теоретический эквивалент тепловой энергии в условном топливе
Необходимо различать теоретический эквивалент электрической энергии и теплоты в условном топливе и реальные затраты условного топлива, необходимые на их выработку.
Эквивалент тепловой энергии в условном топливе можно представить как
приняв КПД источника равным η=1, а Q=1 Гкал
2.7
Q – количество выработанной источником тепловой энергии, Дж или кал

Теоретический эквивалент тепловой энергии в условном топливе
т у.т.

2.5 Теоретический эквивалент электрической энергии в условном топливе
Эквивалент электрической энергии в условном топливе можно представить как
Приняв КПД источника равным ηэ=1, а Э=1 кВт⋅ ч получим теоретическое значение эквивалента единицы (=1 кВт ч ) выработанной энергии
2.8
Э – количество выработанной электрической энергии
на источнике с КПД равным ηЭ (брутто)

Теоретический эквивалент электрической энергии в условном топливе
кг у.т.

2. 6 Средневзвешенное значение удельного расхода топлива на выработку тепловой энергии
КПД источников тепловой энергии изменяется в пределах 0,55-0,95 в зависимости от типа источника (ТЭЦ районная тепловая станция, местная котельная и т.д).
Средневзвешенный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии источниками, имеющими КПД нетто, можно вычислить, зная структуру теплоснабжения, а именно удельный расход условного топлива на отпуск единицы количества теплоты, КПД нетто источников и их количество.

2.6 Средневзвешенное значение удельного расхода топлива на выработку электрической энергии
Средневзвешенный расход условного топлива на выработку тепловой энергии источниками, имеющими КПД брутто, можно вычислить, зная структуру электроснабжения, а именно удельный расход условного топлива на выработку единицы количества электрической энергии, КПД источников и их количество.

2.6 Средневзвешенные значения удельных расходов топлива на производство тепловой и электрической энергии
В среднем по стране по итогам 2018 г. на выработку 1 кВт·ч электроэнергии затрачено = 306,2 г условного топлива, а средневзвешенный расход условного топлива на отпускаемую тепловую энергию от ТЭС составил b =157,9 килограмма условного топлива на гигакалорию (данные Министерства энергетики России по итогам 2018 г.)
Эти удельные расходы соответствуют средним по стране КПД при производстве электрической и тепловой энергии. Однако при планировании и внедрении энергосберегающих мероприятий принято, что 1000 кВт • ч электроэнергии соответствует bЭ = 0,3445 т условного топлива, а 1 Гкал теплоты соответствует bQ = 0,1486 кг условного топлива
т у. т. /1000 кВт ч
т у. т. /Гкал

2.6 Средневзвешенные значения удельных расходов топлива на производство тепловой и электрической энергии
При вычислении энергопотребления объекта в условном топливе нужно использовать данные энергосистемы, а если их нет — то средние по стране значения.
— массовые эквиваленты теплоты и электрической энергии в условном топливе, т у. т.;
Q, Э — теплота, Гкал, и электрическая энергия, тыс. кВт∙ч;
— удельные расходы условного топлива на выработку единицы теплоты, т у.т/Гкал, и электрической энергии, т у.т/(тыс. кВт·ч).

2.7 Единицы измерения количества энергии

Задача 2.1 для самостоятельного решения
Другой универсальной мерой потребления топлива и энергии является нефтяной эквивалент. Это понятие чаще встречается в зарубежной литературе. За нефтяной эквивалент принята 1 т топлива с теплотой сгорания 10 000 ккал/кг (41,9 МДж/кг), близкой к теплоте сгорания сырой нефти, которая составляет 10430—11026 ккал/кг (43,7—46,2 МДж/кг).
При этом 1 т в нефтяном эквиваленте соответствует 1,43 т условного топлива
Задача 1.1. Пользуясь понятием нефтяного эквивалента, заполнить столбец в таблице

2.8 Понятие первичного условного топлива
Первичное условное топливо. При использовании энергетических ресурсов нужно иметь в виду, что их производство также связано с затратами энергии, которая должна быть использована на добычу топлива, его транспортировку потребителю, подготовку или переработку.
При анализе энергетической эффективности производственных объектов в масштабах региона и страны необходим учет полных затрат энергии на получение продукции.
Поэтому помимо понятия условного топлива вводится понятие затрат первичного топлива на производство продукции. Последние обычно выражаются в условном топливе и называются затраты первичного условного топлива на производство продукции, в которых учитываются ранее указанные затраты энергии, с единицей измерения «тонна первичного условного топлива» (т п.у.т.)

Табл. 1

Пример 2.2
Определите потребности предприятия в условном и в первичном условном топливе.
Промышленное предприятие в течение года потребляет: природного газа
Lr = 20 • 106 м3
Вм = 1,2 • 103 т
Ву= 90 • 103 т
= 7950 ккал/м3
=10 000 ккал/кг
= 4500 ккал/кг

Пример 2.2
Для определения расхода энергии в первичном условном топливе следует пересчитать расходы топлива, выраженные в натуральных единицах, на условное топливо:

Пример 2.2
Используя коэффициенты пересчета различных видов топлива, выраженных в условных единицах, на первичное условное топливо Табл. 2, получим
Табл. 2

2.9 Калькулятор перевода расхода натурального топлива в расход условного топлива

Калькулятор перевода расхода натурального топлива в расход условного топлива

Калькулятор перевода расхода натурального топлива в расход условного топлива

Пример 2.3
Допустим, получение одного и того же количества продукции возможно с помощью применения двух различных технологических процессов. В первом случае для производства используется 1,585 т энергетического угля (Qрн= 18,5 МДж/кг), во втором — 880 м3 природного газа (Qрн = 33,33 МДж/м3).
Если перевести эти расходы на условное топливо, кг у.т., получим
В том и в другом случае для выработки продукции требуется 1 т у.т. Однако условное топливо не позволяет учесть дополнительные затраты на выработку энергоресурсов.
Рассчитаем затраты в первичном условном топливе, использовав коэффициенты перерасчета из табл. 1.5. Затраты составят соответственно:

Табл. 2 Коэффициент пересчета условного топлива в первичное условное топливо

Пример 2.3
Рассчитаем затраты в первичном условном топливе, использовав коэффициенты пересчета из табл. 2 Затраты составят соответственно, т п.у.т:
Рассчитаем затраты в первичном условном топливе, использовав коэффициенты пересчета из табл. 1, т п.у.т
Некоторое отличие полученных результатов с использованием табл. 1 и табл. 2 связано с тем, что коэффициенты пересчета в табл.2 приводятся при осредненных значениях теплоты сгорания топлива, в то врем как в табл. 1.приведены данные для указанных значений теплоты сгорания.
Вывод. Для указанных условий выгоднее использовать в качестве топлива уголь.

Пример 2.4 для самостоятельного решения
Промышленное предприятие
потребляет в год 5⋅105 нм3 природного газа (Qнр=35 МДж/нм3), 5 т дизельного топлива (Qнр=40 МДж/кг ), 106 кВт ⋅ч электрической энергии из сети, 1000 Гкал тепловой энергии из тепловой сети.
Потребность в энергоресурсах предприятия (в условном топливе)?

2.10 Энергетический баланс потребителя ТЭР

2.10 Энергетический баланс потребителя ТЭР
Энергетические балансы составляются с целью определения потребности в топливно-энергетических ресурсах (ТЭР), анализа и оценки эффективности их использования в стране, в отдельном регионе, в отрасли народного хозяйства, на предприятии, в технологической установке и на других объектах, потребляющих ТЭР.

2.10 Энергетический баланс потребителя ТЭР
Энергетический баланс по физической сути представляет собой частное выражение фундаментального закона сохранения энергии, означающее равенство между суммарной подведенной энергией и суммарной полезной и потерянной энергией.

2.10 Энергетический баланс потребителя ТЭР
Полезная энергия — это количество энергии, теоретически необходимое для реализации различных процессов, проведение которых требует затрат энергии
Потери энергии — это разность подведенной и полезной энергии.
Различают производительные потери, которые технологически неизбежны и нормируются,
и непроизводительные потери, которые возникают в результате неправильной эксплуатации оборудования при добыче, транспортировке, хранении, преобразовании и конечном потреблении энергоресурсов. Последние потери могут быть устранены в результате применения организационных или технологических энергосберегающих мероприятий.

2.10 Энергетический баланс потребителя ТЭР
Энергетические балансы составляются для потребителей ТЭР. Среди потребителей ТЭР в зависимости от масштаба рассматриваемого объекта можно выделить:
экономика страны в целом;
отрасли экономики страны;
энергопотребляющие объекты, объединенные по территориальному или производственно-отраслевому признаку;
общественные, административно-бытовые и жилые здания;
промышленные, энергетические (электростанции, котельные и т.д.) и транспортные предприятия, объекты сельского хозяйства в целом;
отдельные цеха предприятий;
технологические линии;
установки и аппараты.

2.10 Энергетический баланс потребителя ТЭР
Энергетические балансы могут составляться по суммарному потреблению всех видов энергоресурсов (топливо, электрическая и тепловая энергия и др.). Такие балансы называются сводными. Сводные энергетические балансы отражают равенство приходной и расходной частей всех видов энергетических ресурсов. Частные энергетические балансы составляются по одному из видов энергоресурсов, например по электроэнергии.

2.10 Энергетический баланс потребителя ТЭР

2.10 Тепловые балансы системы теплоснабжения, источника тепловой энергии, тепловой сети
Система теплоснабжения представляет совокупность источника тепловой энергии, тепловой сети транспорта и распределения энергии с теплоносителем и потребителя.
Последовательно рассмотрим тепловые балансы для источника (ТЭЦ, котельная), тепловой сети и потребителя тепловой энергии.
Тепловые балансы представим в укрупненном виде, не детализируя составляющие тепловых потерь для каждого из рассматриваемых объектов.
Для оценок тепловых потерь используем понятие коэффициента полезного действия (КПД).
Тепловые балансы составляем в единицах количества тепловой энергии (Дж, кал), полагая известным расход топлива на источнике и теплоту сгорания натурального топлива. Все составляющие баланса представим в долях от располагаемой энергии, представляющей собой энергию сжигаемого на источнике топлива.
Представить баланс в условном топливе не представляется сложной задачей. Достаточно поделить все составляющие баланса на теплоту сгорания условного топлива.

Тепловой баланс источника (ТЭЦ,котельной)

Тепловой баланс котельной. КПД брутто

Тепловой баланс котельной. КПД нетто

Баланс тепловой сети

Тепловой баланс потребителя
Потребитель
Qпол
Qпотр

Тепловой баланс системы теплоснабжения
Источник
Тепловая сеть
Потребитель
Qвыр
Qвыр
Qотп
Qпотр
Qпотр
Qпол

Тепловой баланс системы теплоснабжения

К примеру 2.5
ТЭЦ
Технологический процесс
Электроэнергия
Мазут
ВЭС
ВТЭ
ВЭ
ВЭС
ВМ
ВТ
ВТЭЦ

Расходная часть энергетического баланса. т у.т./год
Приходная часть энергетического баланса. т у.т./год
Энергетический баланс, т у.т./год
Потребление мазута
в условном топливе, т у.т./год
Потребление электроэнергии из сети
в условном топливе, т у.т./год

К примеру 2.5

К примеру 2.5
Расход
Поступление
/Гкал

Удельный расход условного топлива на выработку и отпуск тепловой энергии электрической энергии. Расход топлива на выработку и отпуск тепловой энергии и электрической энергии за период.

2.11 Удельный расход условного топлива
Удельный расход условного топлива, кг у.т., на выработку 1 ГДж тепловой энергии вычисляют по формуле
Если надо рассчитать расход условного топлива, кг у.т., при выработке 1 Гкал тепловой энергии, используют формулу
кг у.т./ГДж
кг у.т./Гкал
КПД (брутто) источника (котельной, ТЭЦ) без учета расхода теплоты на собственные нужды котельной

2.11 Удельный расход условного топлива
Удельный расход условного топлива, кг у.т./ГДж или кг у.т./Гкал, на отпуск тепловой энергии, можно определить по формулам соответственно
— КПД (нетто) источника (котельной, ТЭЦ) с учетом расхода теплоты на собственные нужды котельной

2.12 Потребность в условном топливе для котельной
Потребность в условном топливе для котельной, т у.т., находят умножением общего количества вырабатываемой теплоты Qвыр, на удельную норму расхода условного топлива для выработки 1 ГДж (Гкал) теплоты
Потребность в условном топливе на производство тепловой энергии, отпускаемой с коллекторов котельной Qотп , т у.т., определяют по формуле
Bу = Qвыр∙bвыр10–3,
Ву = Qотпbотп∙10–3,

кг у.т./Гкал
кг у.т./ГДЖ
кг у.т./Гкал
кг у.т./ГДЖ
2.13 Выработка, отпуск тепловой энергии источником и КПД источника

кг у.т./103 кВт ч
2.14 Выработка, отпуск электрической энергии источником и КПД источника
кг у.т./103 кВт ч

Пример 2.6

Пример 2.7

Пример 2.7

Пример 2.8

Пример 2.9
Полезная тепловая нагрузка потребителя составляет 1 Гкал/ч. КПД нетто источника тепловой энергии ηи=0,8. Для выработки тепловой энергии на источнике используется природный газ с рабочей низшей теплотой сгорания Qнр=8353 ккал/нм3.
Потери в тепловой сети составляют 15%. Потери у потребителя равны 10%.
Система работает 5000 часов в году.
Насколько снизится годовое потребление топлива на источнике, если потери теплоты в тепловой сети в результате реализации энергосберегающих мероприятий уменьшатся на 5%?

Полезная нагрузка потребителя
Часовой расход топлива в нм3/ч
Годовой расход топлива нм3/год
при существующих потерях в сети
Годовой расход топлива нм3/год
при сниженных потерях в сети
Пример 2.9

Пример 2.9
Полезная тепловая нагрузка потребителя составляет 1 Гкал/ч=106 ккал/ч. КПД нетто источника тепловой энергии ηи=0,8, ηп=0,9, ηтс=0,85 (после энергосберегающих мероприятий ηтс=0,9 )
Разница в годовом расходе топлива на источнике при уменьшении потерь в сети составит, нм3/год

Пример 2.9
Полезная тепловая нагрузка потребителя составляет 1 Гкал/ч=106 ккал/ч. КПД нетто источника тепловой энергии ηи=0,8, ηп=0,9, ηтс=0,85 (после энергосберегающих мероприятий ηтс=0,9 )
Разница в годовом расходе условного топлива на источнике при уменьшении потерь в сети составит, т у.т./год