Энергетические процессы осуществляются на определенных агрегатах, которые можно подразделить на генераторы, преобразователи и приемники энергии. Энергетический баланс любого агрегата составляется из приходной и расходной частей. Эти части должны быть равны друг другу. В приходную часть энергобаланса входит подведенная энергия.
В этом уравнении все величины выражены в одинаковых единицах энергии.
В общем случае к подведенной энергии относятся:
1) энергия, которая вводится в агрегат одним или несколькими энергоносителями;
2) физическая энергия материальных компонентов процесса;
3) дополнительная энергия внутренних источников процесса, получаемая в результате различных химических и физических превращений веществ.
Например, в парогенератор и промышленную печь энергия вводится с химическим теплом топлива (энергоноситель), а в турбоагрегат — с теплом пара. К физической энергии материальных компонентов процесса можно, например, отнести физическое тепло кокса и парового дутья в доменной печи. Характерным примером дополнительной энергии внутренних источников процесса может служить тепло, выделяемое при экзотермических реакциях.
Полезной считается та часть подведенной энергии, которая используется на основной и связанные с ним сопутствующие физические процессы. Величина полезной энергии зависит от особенностей технологического процесса в агрегате и конструкции оборудования.
В балансах генераторов полезная энергия представляет собой выработанную энергию. Кроме того, в этих балансах к полезной относится и энергия, затраченная на регенеративные процессы. Например, в энергобалансе теплофикационного турбоагрегата полезная энергия включает: электроэнергию, выработанную турбогенератором; тепло отборного пара; тепло, затраченное в системе регенерации на подогрев питательной воды для парогенератора.
В преобразовательных установках полезной является энергия, отпущенная потребителям из системы преобразования.
В агрегатах потребителей (приемниках) полезная энергия затрачивается на механические, термические, химические н другие процессы. В некоторых энергоприемниках сопутствующие физические процессы являются неизбежными. К ним следует отнести расходы энергии на эндотермические реакции и другие физико-химические превращения материальных компонентов, участвующих в технологическом процессе. Например, в полезную энергию мартеновской печи включаются следующие расходы тепла: на расплавление и перегрев стали, эндотермические реакции (разложение известняка), нагрев и расплавление шлаков.
Энергетические потери в агрегатах можно разделить на две основные группы: потери от рассеяния энергии в окружающую среду; потери от недоиспользования энергии.
К первой группе относятся потери тепла: на излучение (охлаждение) агрегатов; через неплотности кладки парогенераторов, промышленных печей и трубопроводов; с утечками энергоносителя; с охлаждающей водой промышленных печей; трения во вращающихся и движущихся частях оборудования; на намагничивание железа и нагрев обмоток электрических машин и трансформаторов и т. п.
Во вторую группу входят потерн тепла: с отходящими газами парогенераторов и промышленных печей; от химической и механической неполноты сгорания топлива в топках парогенераторов; ь конденсаторах паровых турбин и с неиспользованным конденсатом теплообменников; с отходящим воздухом сушильных установок и т. п.
Потери энергии в энергобалансах делятся па составные элементы, например в тепловых балансах парогенераторов и промышленных печей — па потери с отходящими газами, с химическим недожогом и в окружающую среду. Такое деление позволяет проводить глубокий анализ энергетического процесса и намечать пути к сокращению потерь.
На величину суммарных энергетических потерь в агрегатах значительное влияние оказывают следующие факторы: технологические параметры процесса; техническое состояние оборудования; производительность или нагрузка; степень использования энергии при данной конструкции агрегатов; условия работы и качество эксплуатации.
Экономичность работы оборудования зависит от величины суммарных потерь. Поэтому необходимо изучение причин, вызывающих потерн, и определение их зависимости от нагрузки, что позволит принять меры к ликвидации излишних потерь. С этой целью все потери в энергетическом оборудовании разделяются на не зависящие от нагрузки (постоянные) и зависящие от нагрузки (переменные).
Не все потери в агрегатах являются полностью безвозвратными. Энергия, потерянная для данного агрегата, может быть использована в энергетических процессах других агрегатов. Такая энергия называется вторичным (побочным) энергетическим ресурсом.
В этом уравнении потери энергии являются невозвратными.
Возможный выход вторичных энергоресурсов определяется только на основе составления и анализа энергобалансов. Энергобалансы могут составляться за любой период времени. При изменении производительности или нагрузки агрегата абсолютные величины отдельных составляющих баланса не остаются однозначными. Изменяются также и соотношения между ними.
При постоянном режиме работы зависимости между отдельными составляющими баланса сохраняются однозначными.
В уравнениях баланса мощности однозначные зависимости между отдельными составляющими сохраняются при любых заданных значениях постоянной производительности (нагрузки) и условиях работы агрегата.
Многие агрегаты потребляют энергию (мощность) на собственные нужды во вспомогательных элементах и механизмах. Эти расходы являются потерями энергетического процесса. Они отличаются от рассмотренных выше прямых потерь не по существу, а по форме. В связи с выделением (учетом) расходов энергии (мощности) на собственные нужды агрегата следует различать составляющие балансов брутто и нетто. Подведенная или полезная энергия (мощность) брутто слагается из соответствующей энергии (мощности) нетто и расходов на собственные нужды агрегата. На собственные нужды может расходоваться энергия (мощность): подведенная к агрегату; полезная, выработанная самим агрегатом; выработанная агрегатами последующих стадий энергетического процесса (генерирующие установки); из независимого источника или сетей энергосистемы.
В процессе генерирования при разной размерности подведенной и полезной мощности или энергии величина £ равна физическому эквиваленту перевода выработанной мощности (энергии) в подведенную. В преобразовательных и передающих установках эта величина равна единице, так как преобразованная или переданная мощность (энергия) измеряется в тех же единицах, что н подведенная.
В связи с учетом собственного энергетического расхода агрегатов различают показатели экономичности брутто и нетто. Эти показатели определяются в соответствии с характерными случаями, рассмотренными в предыдущем параграфе главы Показатели экономичности агрегатов с выходом вторичных энергоресурсов также определяются на основе соответствующих балансов.
Энергетические характеристики агрегатов и их параметры
Задавайте вопросы нашему консультанту, он ждет вас внизу экрана и всегда онлайн специально для Вас. Не стесняемся, мы работаем совершенно бесплатно!!!
Также оказываем консультации по телефону: 8 (800) 600-76-83, звонок по России бесплатный!
Энергетические характеристики строятся на основе балансов мощностей агрегатов, составленных для ряда значений производительности. При этом за независимую переменную величину принимается производительность. Подведенная, потерянная и полезная мощности принимаются за функциональные переменные величины.
Энергетические характеристики можно строить как характеристики брутто, так и нетто. Наибольшее распространение получили характеристики агрегатов брутто.
При построении энергетических характеристик генераторов и преобразователей за независимую переменную величину принимается нагрузка или непосредственно полезная мощность агрегата.
Основные энергетические характеристики различных видов оборудования имеют свои особенности, связанные с их формами и свойствами, которые находят свое концентрированное отражение в энергетических характеристиках подведенной мощности. Характеристики подведенной мощности принято считать расходными энергетическими характеристиками.
Можно выделить три типичные формы характеристик подведенной мощности:
Наиболее распространенной формой энергетических характеристик подведенной мощности являются вогнутые.
Одним из постоянных параметров энергетических характеристик подведенной и потерянной мощности агрегата являются потери холостого хода. Они определяются отрезком на оси ординат при полезной мощности, равной нулю. В характеристиках подведенной мощности эту величину называют расходом холостого хода.
Производные энергетические характеристики агрегатов с вогнутыми характеристиками подведенной мощности имеют точки минимума или максимума, соответствующие экономической производительности. При экономической производительности агрегата обеспечивается минимум удельных потерь и удельного расхода и максимальная величина КПД. Этой производительностью определяется энергетически наивыгоднейший режим изолированно работающего оборудования.
Точку экономической производительности агрегата можно определить и непосредственно по энергетическим характеристикам подведенной и потерянной мощности.
При любой заданной производительности агрегата удельный расход и удельные потери представляют собой тангенсы углов наклона к оси абсцисс секущих, проведенных из начала координат к соответствующим точкам характеристик подведенной и потерянной мощности. Условию минимума удельного расхода и удельных потерь будут соответствовать наименьшие углы наклона секущих, т. е. касательные. Поэтому для нахождения экономической производительности достаточно провести из начала координат касательные к характеристикам подведенной и потерянной мощности.
В общем случае наличие точек экономической производительности не является обязательным для всех агрегатов с вогнутыми характеристиками подведенной мощности. Например, точка экономической нагрузки может отсутствовать при медленном возрастании потерянной мощности в зависимости от роста производительности. В этом случае удельные потери и удельный расход непрерывно снижаются, а КПД повышается вплоть до максимальной производительности. Энергетическая характеристика потерянной мощности по своей форме совпадает с характеристикой подведенной мощности. Но она обладает большей степенью кривизны и поэтому позволяет более точно оценивать экономичность работы. У многих агрегатов полезная мощность связана с производительностью прямой пропорциональной зависимостью. При этом энергетическая характеристика полезной мощности представляет собой прямую, выходящую из начала координат. В общем же случае зависимость полезной мощности от производительности может и не быть прямолинейной.
Из всех основных и производных энергетических характеристик наиболее широкое распространение получили характеристики подведенной мощности и удельного расхода.
Способы получения энергетических характеристик агрегатов
Для построения энергетических характеристик используются три основных способа: опытный, расчетный, комбинированной.
Каждый способ может иметь различные варианты построения характеристик. Выбор способа и варианта построения определяют следующие факторы: вид энергии и оборудования; характер производства и возможность проведения специальных испытаний; структура энергобаланса по отдельным составляющим и элементам; оснащенность техническими средствами; точность расчетных формул и нормативов.
Опытный способ базируется на специальных испытаниях оборудования и других опытных данных. Для испытаний создаются такие условия, которые обеспечивают оптимальные условия работы. К этим условиям относятся: исправное техническое состояние агрегатов перед испытаниями, что обеспечивается осмотром и проверкой; поддержание нормальных, технологических параметров процесса во время испытаний и высокое качество эксплуатационного обслуживания.
В период испытаний организуется: учет времени проведения испытаний и выпуска продукции; запись всех энергетических показателей; учет расхода топлива, энергии, сырья или продуктов обработки. На основе данных испытаний составляются балансы и строятся энергетические характеристики.
Одним из вариантов опытного метода являются полные испытания. Эти испытания проводятся при холостом ходе оборудования и нескольких значениях производительности агрегата. Для измерений используются в основном лабораторные приборы. Измеряется мощность, подведенная к агрегату, и все энергетические параметры. После испытаний проводится обработка данных и составление энергобалансов применительно к различной производительности агрегата. На основе этих балансов строятся энергетические характеристики. При полных испытаниях на опытной основе определяются постоянные и переменные потери. Постоянные потери практически равны потерям холостого хода. Полезную составляющую расхода энергии во многих случаях измерить не удается. Поэтому она рассчитывается по опытным данным о выпуске продукции и ее параметрах или же как остаточный член баланса. В некоторых случаях приходится вычислять и подведенную энергию (мощность).
При составлении балансов и энергетических характеристик необходимо учитывать погрешность измерений и последующих вычислений. Величина погрешности измерений зависит: от вида и метода измерений, класса точности приборов, точности отсчетов показаний.
Полные испытания позволяют получать детальные энергобалансы и точные характеристики агрегатов. Это является их положительной стороной. Но эти испытания имеют и свои отрицательные моменты, связанные с трудностью их организации и проведения. К ним относятся: большой объем подготовительной работы; необходимость применения специальных лабораторных приборов; привлечение большого числа наблюдателей и проведение для них специального инструктажа; создание специальных производственных условий для работы испытываемого оборудования или же их вывод из эксплуатации на время испытаний; длительное время на последующую обработку результатов испытаний.
В производственных условиях более доступны не полные, а сокращенные испытания. Эти испытания представляют собой второй вариант опытного способа. Сокращенные испытания сводятся к измерениям подведенной энергии или мощности при холостом ходе агрегата и под нагрузкой. По сравнению с полными сокращенные испытания связаны с меньшим объемом подготовительной работы и с более простой их организацией. В этом отношении они имеют следующие преимущества: отсутствие жестких требований к созданию специальных производственных условий на время испытаний; ограничение количества наблюдений; использование обычных технических приборов вместо лабораторных.
Но вместе с тем сокращенные испытания не дают достаточных материалов для получения детальных энергобалансов. Поэтому для построения энергетических характеристик необходимо: дополнить опытные данные отдельными специальными расчетами; провести, в случае необходимости, дополнительные разовые испытания при различной производительности оборудования; сократить до минимума вероятность возможных ошибок. Вероятность ошибок зависит: от оценки погрешности показаний технических приборов, знания и общей оценки физических закономерностей процесса в испытываемом оборудовании. Погрешность показаний технических приборов лежит в пределах до 5%, а иногда и более. Общая же погрешность с учетом неточностей измерений возрастает в еще большей степени. Поэтому для получения более точных данных следует увеличивать количество замеров.
Знание физических закономерностей процесса в тех или иных агрегатах позволяет правильно определять формы их энергетических характеристик и избегать излишних ошибок. При обработке результатов сокращенных испытаний эти обстоятельства нужно учитывать.
Третьим вариантом опытного способа является опытно-аналитический. В этом случае для построения энергетических характеристик используются данные энергетического учета. Общая схема получения характеристик: определение по данным учета фактических показателей производительности агрегата за те или иные периоды времени; расчет по учетным данным среднечасовой подведенной мощности и удельного расхода за те же отрезки времени; построение энергетических характеристик подведенной мощности и удельного расхода по полученным результатам.
Эти характеристики будут укрупненными и приближенными. По точности они уступают характеристикам, полученным в результате испытаний. Основной их недостаток заключается в том, что они отражают не прогрессивный, а фактически достигнутый уровень энергопроизводства или энергопотребления. Поэтому для приближения к прогрессивному уровню необходима специальная корректировка этих характеристик. Корректировка производится на основе анализа технического состояния оборудования и всех показателей его работы. При анализе вскрываются резервы снижения потерь и оцениваются организационно-технические мероприятия по повышению энергетической экономичности работы оборудования. Откорректированные характеристики и применяются в эксплуатационной практике. Опытно-аналитический метод не сложен и доступен для применения на любых предприятиях.
При расчетном способе все составляющие энергобалансов и энергетические характеристики определяются на основе соответствующих уравнений и формул, которые отражают функциональную зависимость отдельных элементов расхода энергии от технологических параметров работы оборудования. Для выполнения расчетов используются: паспортные технические характеристики агрегатов; технологические параметры процесса; удельные нормативы полезного потребления энергии и потерь; различные физические и эмпирические коэффициенты. Для построения энергетических характеристик расчетным способом необходимы достаточно полные и достоверные исходные данные. В противном случае погрешность будет очень велика. Расчетный способ применяется в тех случаях, когда невозможно применить опытный способ. Он используется для относительно небольших и неэнергоемких видов оборудования.
Комбинированный способ основан на получении балансов и характеристик путем сочетания опытных и расчетных данных. Эти данные взаимно дополняют друг друга. При этом производятся отдельные замеры или сокращенные испытания оборудования. Первый вариант этого способа предусматривает определение постоянных потерь опытным путем. Полезная энергия и переменные потери определяются расчетом. Во втором варианте балансы и характеристики получаются на основе параллельного сочетания опытных и расчетных данных. В этом случае имеет место взаимный контроль полученных результатов. При комбинированном способе производятся анализ и взаимная увязка полученных результатов.
Статью подготовила доцент кафедры социально-гуманитарных дисциплин Волгушева Алла Александровна. 
