ТЕПЛОТЕХНИКА

ПОНЯТИЕ О ТЕРМОЭКОНОМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

Эксергетический анализ затрат эксергии и ее потерь не позволяет окончательно оценить ЭХТС, так как для этого необходимо учесть все виды затрат, т. е. провести технико-экономический анализ. В боль­шинстве случаев рекомендации термодинамического и технико-эконо­мического анализов существенно различаются. Например, анализ теплообменника показывает, что с термодинамической точки зрения надо свести к минимуму температурный напор, так как при этом эксергетические потери уменьшаются, но поверхность нагрева будет возрастать и поэтому экономически оптимальный вариант (минималь­ные суммарные приведенные затраты £3) будет при довольно боль­ших температурных напорах. Однако связь между термодинами­ческими и технико-экономическими параметрами ЭХТС существует и эксергетический метод анализа позволяет наиболее полно установить эту связь. Сочетание технико-экономичеекого анализа с термодина­мическим называется термоэкономикой.

При термоэкономическом анализе, как и при оптимизации ЭХТС, используются следующие эксергетические характеристики: т)ел,

Е - EriOJb Е Ецых_.

В ряде процессов химической технологии энергетические затраты являются определяющими. Так как в расчетах и анализе ЭХТС обычно используются реальные, основанные на опыте разности температур в теплообменниках, предельные значения температур и давлений, к. п. д. машин, гидравлические потери, потери теплоты через изоляцию и т. д., то неэнергетические затраты в основном учитываются автоматически. Все эти затраты изменяются в сравнительно ограниченных пределах, а это означает, что термоэкономический оптимум близок к термо­динамическому. Но даже когда оптимумы термоэкономического и эк - сергетического анализов не совпадают, эксергетический анализ сохра­няет свое определяющее значение в анализе ЭХТС. Эксергетический анализ показывает, как сократить энергозатраты, а термоэкономи­ческий анализ — до каких значений это сокращение экономически целе­сообразно.

В основу термоэкономического анализа ЭХТС положено понятие Стоимости эксергии, включающей все виды затрат в денежном выра­жении. Эксергетический же метод термодинамического анализа ЭХТС, как и ее термодинамическая оптимизация, учитывает только прямые, непосредственные затраты энергии. Другие виды затрат (как, например, расход материалов, также связанный с затратой энергии на их получение, транспорт и обработку) не учитываются. Однако целевая функция при анализе и оптимизации любой ЭХТС должна учитывать все виды затрат и поэтому в качестве такой функции в термоэкономи­ческом анализе используются приведенные затраты.

Обычно анализ ЭХТС проводится в два этапа: эксергетический и термоэкономический. Методы термоэкономического анализа подробно рассматриваются в специальной литературе.

§ 7.10. ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ (ВЭР) ХИМИЧЕСКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Одним из важнейших путей экономики топливно-энергетических ресурсов является использование вторичных энергоресурсов, которые неизбежно возникают в химическом производстве.

Под ВЭР погашается химически связанная теплота, физическая теплота и потенциальная энергия избыточного давления продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в тех­нологических агрегатах (установках, процессах), которые не использу­ются в самом агрегате, но могут быть частично или полностью исполь­зованы для энергоснабжения других агрегатов. Следует отметить, что энергетические отходы, используемые в самом агрегате-источнике ВЭР (регенерация теплоты), а также теплоты сгорания продуктов топливо - перерабатывающих агрегатов, к ВЭР не относятся. Под агрегатами - источниками ВЭР понимают агрегаты, в которых образуется ВЭР: промышленные печи, реакторы, холодильники, пароиспользующие уста­новки и т. д. Использование ВЭР для удовлетворения потребностей в Топливе, теплоте, электрической и механической энергии других агре­гатов и процессов называется утилизацией ВЭР.

Для удовлетворения потребностей в топливе и энергии ВЭР могут быть использованы в двух направлениях: либо непосредственно, без изменения вида энергоносителя, либо за счет выработки теплоты, холода, электроэнергии и механической работы в утилизационных уста­новках.

Количество ВЭР, образующихся в процессе производства в данном технологическом агрегате, называется выход ВЭР. Количество исполь­зуемой потребителем энергии, вырабатываемой за счет ВЭР в утили­зационных установках, называют использованием ВЭР. Количество топлива, которое экономится за счет использования ВЭР, называется Показателем экономии топлива за счет ВЭР. Отношение фактической экономии топлива за счет ВЭР к экономически целесообразной назы­вают коэффициентом утилизации ВЭР.

Горючими или топливными ВЭР являются горючие отходы техно­логических процессов химической и термохимической переработки углеродистого и углеводородного сырья, непригодные для дальнейшей технологической переработки.

Тепловые ВЭР - это физическая теплота отходящих газов техноло­гических агрегатов, основной, побочной, промежуточной продукции и отходов основного производства, физическая теплота рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических агрегатов и уста­новок, физическая теплота горячей воды и пара, отработанных в тех­нологических установках. К тепловым ВЭР относятся также попутная выработка теплоты (в виде пара и горячей воды) в технологических и энерготехнологических агрегатах.

Вторичный и отработанный водяной пар может использоваться как в виде тепловых ВЭР, так и в виде ВЭР избыточного давления.

ВЭР избыточного давления называют потенциальную энергию газов и жидкостей, покидающих технологический агрегат с избыточным давлением, которое необходимо снизить перед последующей ступенью использования этих веществ или при выбросе их в атмосферу.

Различают четыре основные направления использования ВЭР: 1) Топливное — горючие ВЭР непосредственно используются в качестве топлива; 2) тепловое — использование теплоты, вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках или непосредственно полу­чаемой в качестве ВЭР, а также выработка холода за счет ВЭР в абсорбционной холодильной установке (АХУ); 3) силовое — использо­вание электрической и механической энергии, вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках; 4) комбинированное — использование теплоты и электроэнергии, одновременно вырабатываемых за счет ВЭР в утилизационных ТЭЦ.

Экономия топлива Вж (т) за счет использования ВЭР вычисляется по следующим формулам.

1. При тепловом направлении использования ВЭР: а) при выработке теплоты или непосредственном использовании ВЭР

Вэк = Ь3твММца, (7.42)

Где Ьз = 0,0341/гьам — удельный расход условного топлива на выработку теплоты в замещаемой котельной установке (коэффициент 0,0341 — это коэффициент эквивалентного перевода ГДж в тонну условного топлива, равный 106/(<2у • 1000) = 106/(29 300 • 1000); г|зам - к. п. д. замещаемой ко­тельной установки; ти — выход ВЭР на единицу продукции, кг или м5; Д/і — перепад энтальпии энергоносителя при температуре на выходе из агрегата и при температуре окружающей среды Т0, кДж/кг; М — выход основной продукции за данный период; л> — условный к. п. д. утилизационной установки; о — коэффициент использования теплоты, выработанной в утилизационной установке;

Б) при выработке холода

Вж = B&Je, (7.43)

Где Qx — выработка холода за счет ВЭР за данный период, ГДж.

2. При топливном направлении использования горючих ВЭР

В-ж = b3meQWrya. (7.44)

3. При силовом направлении использования ВЭР

В Ж = ЬэтпМ/гсхТ1о, М мЛ г = B, W, (7.45)

Где Bj — удельный расход топлива на выработку электроэнергии в энергетической системе или на замещаемой установке; /тех - техниче­ская работа адиабатного расширения в утилизационной турбине, кДж/кг; Лог и Лм — относительный внутренний и механический к. п. д. турбины соответственно; т|Г — к. п. д. электрогенератора; W— выработка электро­энергии или механической работы в утилизационной установке за счет ВЭР.

По результатам расчета экономии топлива за счет использования ВЭР определяется коэффициент утилизации, характеризующий степень использования отдельных видов ВЭР на предприятии, по области и отрасли промышленности в целом.

При оценке направления и перспектив применения ВЭР необходимо Учитывать их качество, т. е. использовать эксергетический метод термо­динамического анализа, так как в противном случае могут быть допу­щены существенные ошибки.

В химической технологии горючие газообразные и жидкие ВЭР Сжигаются либо самостоятельно, либо в смеси с органическим топ­ливом (когда они сильно забалластированы) в топочных устройствах. Получающиеся в них газообразные продукты сгорания высокой темпе­ратуры в дальнейшем используются для обогрева технологических аппаратов, для получения пара в котлах-утилизаторах и, наконец, для получения холода в холодильных установках. Тепловые ВЭР исполь­зуются для непосредственного обогрева технологических аппаратов и машин, для выработки пара в котлах-утилизаторах и холода в холо­дильных установках. ВЭР избыточного давления используются в расши­рительных машинах, предназначенных для привода компрессоров, на­сосов и электрических машин или в детандерах для охлаждения газов или получения холода.