автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Анализ и повышение эффективности промышленных систем воздухоснабжения

На правах рукописи

ЖАРОВ Дмитрий Владимирович

АНАЛИЗ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СИСТЕМ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

Москва, 2003г.

Работа выполнена на кафедре промышленных теплоэнергетических систем (ПТС) Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Калинин Николай Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Никифоров Александр Георгиевич

кандидат технических наук, доцент Субботин Владимир Иванович

Ведущая организация

Центр по эффективному использованию энергии

(ЦЭНЭФ)

Защита состоится «19» декабря 2003 г. в 15 час.00 мин. в аудитории Г-406 на заседании Диссертационного Совета Д 212.157.10 Московского энергетического института (Технического университета) по адресу: 111250, г.Москва, ул. Красноказарменная, д.17.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Энергетического института (Технического университета).

Автореферат разослан « !\» к,; 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.10 к.т.н., профессор

Кулешов Н.В.

<LCЮ.5-tX

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Энергосбережение является одной из важнейших проблем, в том числе и для такого энергоемкого процесса как производство сжатого воздуха. По опубликованным данным на привод компрессорных машин тратится от 14 до 16% общего потребления энергии, вырабатываемой на нужды промышленности.

Анализ работ в области энергосбережения при производстве сжатого воздуха показывает, что существующие методы оценки энергозатрат в системе основываются на расчете эффективности работы непосредственно самой компрессорной установки. Большинство работ по данной тематике направлены на анализ потерь в одном из элементов компрессора, как правило, определенного типа, и не охватывают характеристик и показателей всей системы воздухоснабжения (СВС). Чаще всего это потери в теплообменниках-охладителях воздуха или потери в проточной части компрессора. Данные методики и частные выводы не позволяют сделать полный анализ по распределению потерь в системе, т.к. не учитываются энергетические потоки между компрессорной установкой и потребителем.

Для выявления потенциалов энергосбережения необходимо проведение комплексного анализа системы воздухоснабжения целиком для разных типов компрессоров, позволяющего с помощью эксергетического баланса установить наиболее энергоемкие потери в системе и путем целенаправленных действий добиться их минимизации. Комплексный подход к решению данной задачи позволит увеличить общую эффективность системы, рассматривая ее как совокупность отдельных элементов (компрессор, коммуникации, вспомогательные элементы, потребитель), каждый из которых оказывает определенное воздействие на всю систему и определяет работоспособность и надежность всей системы в целом.

Повышение эффективности работы системы воздухоснабжения также возможно благодаря внедрению ряда энергосберегающих мероприятий, позволяющих снизить потери за счет использования дополнительных резервов экономии энергоресурсов.

Дель работы: Выявление возможностей повышения эффективности СВС при помощи комплексного термодинамического и технико-экономического анализа системы и ее элементов, разработка на этой основе путей снижения потерь в системе и предложений по реализации энергосберегающих мероприятий.

Научная новизна: Для оценки показателей эффективности СВС предложена и реализована термодинамическая и технико-экономическая оценка потерь в системе и ее элементах на основе эксергетического анализа, позволяющая определить структуру потерь в системе и приоритеты их снижения.

Произведен анализ влияния различных способов регулирования

производительности на показатели системы. Пол) -I даос? ЙВ НлЛьМя I е н и я

еНБЛИОТЕКЛ

с.п о»

КПД системы от угла поворота лопаток (одного из распространенных способов регулирования). Показано, что в диапазоне изменения угла поворота лопаток от О до 30° происходит снижение КПД системы на 15%.

Разработан новый способ повышения эффективности регулирования компрессорных машин путем подачи воздуха из байпасной линии на всас компрессора с предварительным охлаждением в расширительной машине, позволяющий понизить температуру воздуха на всасе, а, следовательно, увеличить эффективность сжатия.

Установлено, что при использовании тепла охлаждающей воды и энергии сжатого воздуха при байпасном регулировании для получения холода КПД системы возрастает на 10-11%.

Практическая ценность. Применение комплексного подхода для решения задачи повышения эффективности системы позволяет выявить область максимальных потерь и при помощи комплекса мероприятий добиться их минимизации. Использование перепускного воздуха с последующим расширением в турбомашине и подачей его на всас для общего снижения температуры позволит повысить КПД системы в случаях, где невозможно использование холода для технологических нужд.

Комплексная методика оценки потерь в системе воздухоснабжения и отдельных ее элементах, позволяющая учитывать распределение энергозатрат при производстве сжатого воздуха, может быть использована при проектировании и проведении анализа эффективности работы существующих СВС различными проектными и эксплуатационными организациями.

Материалы диссертации, подготовленные совместно с Н.В.Калининым, вошли в справочник «Промышленная теплоэнергетика», издание 3, том 4.

По материалам диссертации была подготовлена лабораторная работа по курсу «Нагнетатели», позволяющая осуществлять подбор нагнетателя в зависимости от начальных данных, а также изучить совместную работу нагнетателей и влияние различных способов регулирования на рабочую характеристику.

Автор защищает:

результаты анализа системы воздухоснабжения и оценки структуры потерь в зависимости от начальных параметров и конструктивной схемы производства сжатого воздуха;

предложенный способ повышения эффективности регулирования компрессорных машин путем подачи воздуха из байпасной линии на всас компрессора с предварительным охлаждением в расширительной машине;

результаты анализа путей повышения эффективности работы СВС за счет использования тепла охлаждающей воды и энергии сжатого воздуха при байпасном регулировании для получения холода;

полученные аналитические зависимости и результаты анализа оценки влияния различных способов регулирования на характеристики системы воздухоснабжения промышленных предприятий.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VIII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, 28 февраля - 1 марта 2002 г.), на IX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, 4-5 марта 2003 г.), опубликованы и представлены на I международной конференции по энергосбережению (г.Алжир, 25-26 мая 2003 г.)

Публикации Основные результаты выполненной работы были опубликованы в 4 статьях.

Структура и объем работы Диссертационная работа изложена на 146 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов по работе, списка литературы из 94 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечена актуальность работы, сформулирована цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе проведен обзор работ по данной тематике, касающихся повышения эффективности систем воздухоснабжения. Работы в данной области структурно можно разделить на две основные категории: работы по оценке потерь в проточной части компрессора, и работы, направленные на повышение эффективности одного из элементов системы. Их анализ позволяет оценить результаты, которых удалось добиться в процессе проведения разработок в данной области и определить направление дальнейших исследований.

Проведенный анализ работ позволяет сделать выводы, что основной интерес исследования вызывала какая-либо из подсистем СВС, при этом вся система воздухоснабжения не рассматривалась как единое целое. Полученные данные позволяют сделать вывод, что для повышения эффективности работы всей системы в целом необходимо сделать комплексный анализ, позволяющий учитывать все составляющие потерь в отдельных элементах системы (компрессор, коммуникации, вспомогательные элементы, потребитель), являющиеся неотъемлемой частью общих потерь в системе.

Во второй главе представлена методика оценки эффективности работы системы воздухоснабжения на базе эксергетического баланса, позволяющего учитывать различные составляющие потерь в системе: от недоохлаждения в

теплообменниках, от гидравлических сопротивлений в различных элементах системы, потери затраченной мощности привода и т.д.

С определенными допущениями данный анализ можно использовать для любых типов компрессоров.

Эксергетический баланс любой системы описывается уравнением:

= ¿А+4Я (1)

¡=] ы ¡=;

и

где ^ £1 - суммарная эксергия подводимая к системе;

1=1

ЛЕ - приращение эксергии в системе. Для стационарных процессов =0;

п

^ - суммарные потери эксергии в системе; ,

ы

п - число элементов системы.

Сопоставление величины внутренних и внешних потерь эксергии, определение соотношения между потерями, существующими в элементах и, следовательно, теоретически возможный приоритет их устранения можно произвести с помощью эксергетической диаграммы потоков. Эксергетическая диаграмма потоков позволяет наглядно проследить структурные особенности системы, механизм взаимодействия отдельных элементов.

Рис.1 Эксергетическая диаграмма потоков системы воздухоснабжения

Диаграмма потоков СВС, представленная на рис.1, достаточно типичная для любого промышленного потребителя и составлена в процентах от подведенной мощности. Целесообразно выделить основные потери в СВС:

X А = + DmK + Dco + De, + Dmp + Dpee (2)

'=<?

Dm - электромеханические потери в приводе; Dm, - внутренние потери в компрессоре, определяемые его КПД Dco- потери в системе охлаждения, состоящие из АР потерь от гидравлических сопротивлений в теплообменнике и AT потерь - от несовершенства теплообмена.

Dpez - потери в системе регулирования при вынужденной работе на частичных нагрузках, определяемых потребителем Dmp- суммарные гидравлические потери в трубопроводах Ди - потреи во вспомогательных элементах, таких как: влагоотделитель, устройство осушки, фильтр, теплообменник-охладитель.

Универсальная схема анализа системы воздухоснабжения представлена на рис.2. Данная схема является структурой алгоритма оценки эффективности работы систем воздухоснабжения и позволяет установить приоритеты устранения потерь в СВС.

Рис. 2. Универсальная схема анализа системы воздухоснабжения

Одними из основных видов потерь в СВС являются потери в теплообменниках-охладителя, которые возникают в результате недоохлаждния и гидравлических сопротивлений.

Удельное значение потерь эксергии в первом промежуточном охладителе в результате гидравлических потерь:

п-1

п-1

dp, =

п-1

■R-T,

(3)

где Р2 - давление после первой ступени компрессора (перед теплообменником), Па; Р3 - давление за теплообменником, Па; Р4 - давление за следующей ступенью компрессора, Па; п - показатель политропы, Т3 - температура воздуха на выходи из теплообменника, К.

Потери эксергии в теплообменниках, возникающие в результате

недоохлаждения воздуха, определяются из выражения:

d/io ~ евх евых + (Твх + Теых ) ■ Срвз

г \

1-Л-

т

вер у

(4)

где еех, евых> ТвХ! Тел1Х -эксергия и температура на входе и выходе из теплообменника; Г/ -температура атмосферного воздуха.

Общее уравнение эксергетического баланса выглядит следующим образом: Екомп Eco Екм ~ Dобщ + Епотр (5)

где Еобщ „ - эксергия, подводимая к системе, которая в свою очередь состоит из общей эксергии, подводимой к компрессору Екомт эксергии насоса охлаждения Есо, а также эксергии, подводимой к системе осушки.

Эффективность работы системы характеризует эксергетический КПД системы, который определяется из выражения:

7/е Ецотр/Едбщ дх

В третьей главе произведен анализ влияния различных способов регулирования производительности на показатели системы и анализ потерь в основных элементам системы.

I. Произведен анализ влияния различных способов регулирования производительности на показатели системы.

На основании проведенного анализа были получены зависимости, определяющие экономичность того или иного способа (зависимость изменения

КПД системы от диапазона регулирования). Это позволило получить характеристики в диапазоне возможных изменений расхода для данных способов регулирования.

В работе проведен подробный анализ регулирования производительности поворотом лопаток входного направляющего аппарата и диффузоров. Был произведен анализ изменение углов входа и выхода потока в зависимости от угла поворота лопаток, потери давления при изменении угла входа потока, работа сжатия по ступеням компрессора и влияние на КПД системы. Получены зависимости изменения КПД системы от угла поворота лопаток. Показано, что в диапазоне изменения угла поворота лопаток входного направляющего аппарата от 0 до 30° происходит снижение КПД системы на 15%.

На основании полученных результатов была полученные аналитические зависимости влияния различных способов регулирования производительности на характеристики системы воздухоснабжения. (Рис. 3).

Поворотные лопатки -»-Диффузоры Дросселирование

—в—Частотное регулирование —Ж—Регулирование сбросом

1,000

0,950

0,900

0,850

0,800

5 0,750 ьс

0,700 0,650 0,600 0,550 0,500

0,50 0,75 1,00 1,25

Производительность

Рис.3 Зависимости изменения КПД системы при различных способах регулирования производительности

И. Произведен анализ потерь в теплообменнике-охладителе, возникающих в результате недоохлаждения воздуха и увеличения гидравлического сопротивления т/о. Потери возникают вследствие загрязнения поверхности теплообменника в результате плохого качества охлаждающей воды.

Был произведен подробный анализ влияния различных негативных факторов на эффективность работы теплообменника - охладителя воздуха и получены характеристики изменения температур воздуха и охлаждающей воды в зависимости от степени загрязнения поверхности теплообмена.

III. Был произведен анализ влияния гидравлических сопротивлений и наличия утечек в системе на эффективность работы системы воздухоснабжения. Несмотря на то, что доля этих потерь (особенно потерь с утечками в системе) может достигать 50%, а в ряде случаев и 80%, эту задачу целесообразно отнести к области эксплуатационных, нежели научных проблем.

В четвертой главе были предложены пути повышения эффективности работы СВС за счет использования тепла охлаждающей воды и энергии сжатого воздуха при байпасном регулировании для получения холода предложены методы, способствующие увеличению эффективности работы СВС. В частности, было проанализировано несколько вариантов по использованию энергии сбросного воздуха при регулировании производительности.

Были предложены схемные решения с использованием энергии сжатого воздуха, подаваемого из байпасной линии в турбодетандер, где происходит его расширение с получением холода, который можно использовать как для собственных нужд, так и для передачи стороннему потребителю. Наибольший эффект дает схема с регенератором (Рис.4), в которой охлажденный воздух после его использования повторно применяется для охлаждения сжатого газа на входе в расширительную машину.

Эксергия утилизируемого тепла определяется из выражения:

Етш Qy,

г Т ^

J — 00

т

±ср У

(7)

где Тос - температура окружающей среды, К; Тср - средняя температура утилизируемой воды, К.

Проведенный анализ показал, что при данных исходных параметрах использование предложенной схемы позволяет повысить эксергетический КПД системы с 77э/=50,4% до г\з2 =52,3%

Значительный эффект дает утилизация теплоты воздуха при его охлаждении в промежуточных и концевом холодильниках. Использование теплоты возможно как в промышленных, так и в бытовых целях. В этом случае при совместной утилизации теплоты сжатого воздуха и энергии сбросного воздуха при расчетном режиме установки эксергетический КПД системы увеличивается с ?7э;=50,4% до г\э2 = 61,7%.

Разработан новый способ повышения эффективности регулирования компрессорных машин путем подачи воздуха из байпасной линии на всас компрессора с предварительным охлаждением в расширительной машине (Рис.5), после чего охлажденный воздух поступает на всас компрессорной установки. Результатом является общее понижение температуры воздуха на входе, и как следствие, уменьшение затрат энергии на сжатие.

Воздухозаборное устройство

Глушитель

Аккумулятор холода

Рис.4 Схема с утилизации тепла охлаждающей воды и использованием энергии воздуха для получения холода

Анализ эффективности понижения температуры воздуха на всасе компрессора был проведен при различных температурах окружающей среды и различных степенях сжатия.

Воздухозаборное устройство и фильтры

Глушетель

4-

Эл. двигатель

\

/ П01 / П02

\ /

Антипомпажный клапан

КО

1

Потребители

^-

Расширительная машина (турбодетандер, турбохолодильник)

Разгрузочная линия

_ Тормозной нагнетатель

—I (компрессор, вентилятор,

I-> генератор, масляный тормш)

-а ■а

Градирня

Рис.5 Схема с подачей холодного воздуха на всас компрессора

В итоге, при температуре окружающей среды 297°К и при регулировании производительности до 80% от номинальной, температура воздуха после смешения потока, поступающего от расширительной машины, составит 280К, а эксергетический КПД системы увеличится с т}э/=50,4% до 7]э2 =61,3%.

Одним из способов снижения потерь в системе, главным образом, возникающих в результате утечек, а также гидравлических потерь, является переход на децентрализованное снабжение сжатым воздухом отдельных потребителей или групп потребителей. Анализ показал, что в ряде случаев при помощи децентрализации можно получить значительный экономический эффект, особенно если некоторые потребители значительно удалены от компрессорной станции. В данной главе приводится оценка использования централизованной/децентрализованной системы воздухоснабжения. В работе был приведен анализ эффективности децентрализации на примере системы воздухоснабжения Машиностроительного завода г.Подольска. Снабжение основных 6 групп потребителей сжатым воздухом осуществляется централизованно от компрессорной станции. Для оценки потерь в системе был проведен гидравлический расчет системы воздухоснабжения предприятия. Проведенный анализ показал, что в данной ситуации наиболее экономичным является децентрализованное снабжение сжатым воздухом наиболее удаленной 3-й группы потребителей, и для нее был подобран индивидуальный винтовой компрессор и разработана новая децентрализованная схема воздухоснабжения завода.

Анализ показателей работы системы при максимальных потерях в ее элементах демонстрирует, что при наихудших показателях КПД системы может достигать 20-30%, т.е. удельный расход энергии по сравнению с расчетным паспортным режимом увеличивается в 3-4 раза (Рис. 6).

В Внутренние потери -15%

■ Потери в СО-20%

□ Потери от регулирования -20% В Гидравлические потери -10%

■ Потери из-за утечек -10%

НЭксергия воздухе, направляемого к потребителю • 25%

20%

Рис. 6 Структура распределения энергии в СВС при максимальных потерях

Повышение эффективности работы СВС можно добиться путем проведения комплексных мероприятий, направленных на уменьшение основных видов потерь:

Система охлаждения: повышение качества охлаждающей воды за счет использования реагентов для удаления солей жесткости, переход на замкнутый контур охлаждения, утилизации теплоты сжатия. При использовании теплоты сжатия цут, КПД системы возрастает и оценивается исходя из выражения:

т)е= (Ечут+ Есв)/Ик, гла (8)

где Едут - эксергия утилизируемого тепла;

Есв - эксергия сжатого воздуха, направляемого потребителю;

В результате реализации перечисленных мероприятий потери ЛЕсо могут быть снижены до 8-10%.

Регулирование: использование экономичного способа регулирования, использование энергии сжатого воздуха для получения холода в расширительной машине (при регулировании байпасным способом); так использование воздушного турбодетандера на сбросном потоке воздуха позволяет увеличить КПД системы.

г)е= (Еча+Есв У

где Ед0- эксергия холода;

В результате реализации перечисленных мероприятий потери ЛЕрег могут быть снижены до 5-10%.

Гидравлические сопротивления: выбор оптимального диаметра трубопроводов и оптимальной скорости движения воздуха, устранение дополнительных сопротивлений (резкое сужение диаметра, переходы, полуоткрытые задвижки и т.д.)

В результате реализации перечисленных мероприятий потери ЛЕр до 5%.

Утечки: ликвидация утечек В результате реализации данного мероприятия можно снизить потери ЛЕут до 3-5%

Таким образом, путем проведения данных мероприятий эффективность системы можно повысить до 65-70% (Рис.7). Достижение подобного результата возможна только благодаря комплексному подходу к решению данной задачи, позволяющему оценить всю систему в целом, определить структуру потерь в системе и приоритеты их снижения и при помощи целенаправленных действий добиться их минимизации.

■ Потери в СО -8%

□ Потери от регулирования - 5%

0 Гидравлические по~ери • 5%

5%

■ Потери из-за утечек - 3%

направляемого к потребителю -64%

Рис.7 Структура распределения энергии в СВС при минимальных потерях (

В пятой главе проведена экономическая оценка предложенных методов использования вторичных энергоресурсов (тепла охлаждающей воды и энергии сжатого воздуха при байпасном регулировании для получения холода) и децентрализации системы воздухоснабжения. Для этого на компрессорной станции предлагается установить следующее оборудование: теплообменник потребителя тепла, теплообменник потребителя холода, аккумулятор сжатого воздуха, аккумулятор холода, регенератор, расширительную машину. В результате проведенного анализа срок окупаемости проекта составил 15 месяцев. Анализ себестоимости производства сжатого воздуха показал, что при использовании теплоты сжатия и энергии воздуха из перепускной линии для получения холода снижаются затраты на производство сжатого воздуха и его себестоимость. Возможная экономия при использовании теплоты составляет 18%, при использовании холода - 4%.

В работе была приведена оценка эффективности децентрализации на примере системы воздухоснабжения Машиностроительного завода г.Подольска. В результате проведенных расчетов срок окупаемости проекта составил около 2 лет. Г

1. Предложенная методика оценки эффективности работы системы воздухоснабжения при помощи комплексного термодинамического и технико-экономического анализа системы и ее элементов на базе эксергетического анализа позволяет оценивать различные потоки энергии, распределенные в системе для определения наибольших энергозатрат. Использование данной методики для систем воздухоснабжения дает возможность определить структуру распределения потерь для определения основных направлений, имеющих

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

наибольший потенциал энергосбережения и с определенными допущениями возможно для любых типоразмеров компрессоров.

2. Разработанный новый способ повышения эффективности регулирования компрессорных машин путем подачи воздуха из байпасной линии на всас компрессора с предварительным охлаждением в расширительной машине (при использовании схемы с турбодетандером также есть возможность получения электроэнергии) повышает эффективность работы системы за счет увеличения эффективности сжатия путем понижения температуры всасываемого воздуха. В работе был произведен анализ эффективности использования данного способа при различных температурах окружающей среды и различных давлениях воздуха на выходе из КУ.

В результате проведенного анализа было установлено, что эффективность охлаждения с уменьшением температуры атмосферного воздуха меняется незначительно и применение данного способа возможно при любых периодах работы турбокомпрессора, как летом, так и зимой, хотя бесспорно, большую эффективность от использования данного способа можно добиться при более высокой температуре атмосферного воздуха. В диапазоне регулирования байпасным способом ДУ= 10-30% понижение температуры на всасе компрессора за счет подачи холодного воздуха позволит повысить КПД системы на 0,6-2,6%.

Основываясь на расчетах можно сделать выводы, что помимо основного использование данного способа дает следующий дополнительный эффект:

а) Получение дополнительной электроэнергии от турбодетандера

б) Подача более сухого воздуха с нагнетания компрессора позволит уменьшить относительную влажность воздуха на всасе турбокомпрессора, а, следовательно, повысить КПД.

в) Подача воздуха, прошедшего очистку в фильтрах - экономия на использовании дополнительных средств очистки.

3. Предложены пути снижения потерь в системе и разработаны новые схемные решения, позволяющие повысить эффективность работы системы воздухоснабжения за счет использования тепла охлаждающей воды и энергии сжатого воздуха для получения холода при регулировании байпасным способом. Установлено, что использование данных мероприятий позволит повысить КПД системы на 10-11%.

4. Разработана методика оценки влияния различных способов регулирования на характеристики системы, которая позволяет в зависимости от требований потребителя оценить эффективность применения того или иного способа регулирования нагнетателей. Результатом анализа также являются графические зависимости, определяющие влияние изменения угла установки лопаток входного

* 17 65 5

направляющего аппарата и диффузоров, полученные путем п]

5. Определено влияние различных негативных факторов н теплообменника-охладителя в системе охлаждения компрессорной установки. Для рассмотренного варианта произведена оценка влияния загрязнения поверхности теплообмена на основные показатели теплообменника и получены графические зависимости, характеризующие данный процесс.

6. Определена эффективность использования децентрализованной схемы воздухоснабжения промышленных предприятий. Для рассмотренного варианта произведен анализ данных и предложена новая эффективная схема снабжения сжатым воздухом удаленных потребителей.

7. Анализ показателей работы системы при максимальных потерях в ее элементах демонстрирует, что при наихудших показателях КПД системы может достигать в среднем 25% от общего количества энергии затраченной на производство сжатого воздуха. В результате реализации комплекса предложенных мероприятий по повышению эффективности работы СВС возможно повышение эффективности работы системы с 25% до 64%.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Жаров Д.В. Анализ показателей системы воздухоснабжения при различных способах регулирования компрессора. // 8-я международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика": Тез. докл. -М., 2002.-С.310. (на английском языке).

2. Жаров Д.В., Калинин Н.В. Анализ эффективности работы систем воздухоснабжения и мероприятия по ее увеличению. // Первая международная конференция по энергосбережению: Тез. докл. межд. конф. по энергосбережению 25-26 мая. -Алжир, 2003. -С.65.

3. Жаров Д.В., Самсонов A.A. Анализ состояния и оценка энергосберегающих мероприятий в системах воздухоснабжения. // 9-я международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика": Тез. докл. -М., 2003.-С.53.

4. Жаров Д.В., Самсонов A.A. Анализ эффективности работы систем воздухоснабжения и мероприятия по ее увеличению. // Вестник МЭИ. -2003.-

вычислительного эксперимента.

№10.-С.48.

Подписано в печать ОЗг. Тир. JОб п.л. Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Введение.

Глава 1. Анализ работ по повышению эффективности систем воздухоснабжения.

1.1 Анализ работ по общей оценке систем воздухоснабжения.

1.1.1 Целесообразность искусственного охлаждения воздуха (газа) на входе в ТК.

1.1.2 Повышение эффективности работы турбокомпрессорной станции за счет нормализации термодинамических параметров промежуточных воздухоохладителей.

1.2 Анализ работ по отдельным вопросам.

1.2.1 Влияние промежуточного охлаждения на рабочий процесс двухступенчатого компрессора.

1.2.2 Описание промышленных установок для комбинированного охлаждения сжатого воздуха в КУ.

1.3 Выводы по главе 1.

Глава 2. Оценка и анализ эффективности работы систем воздухоснабжения.

2.1 Термодинамический анализ СВС.

2.2 Эксергетический баланс СВС.

2.3 Эксергетические характеристики элементов СВС.

2.4 Анализ абсолютных и относительных потерь в СВС.

2.5 Выводы по главе 2.

Глава 3. Оценка элементов системы с возможным потенциалом увеличения эффективности их работы.

3.1 Оценка эффективности использования различных способов регулирования.

3.1.1 Регулирование поворотом лопаток входного направляющего аппарата.

3.1.2 Регулирование поворотом лопаток диффузора.

3.1.2 Регулирование дросселированием.

3.1.4 Оценка эффективности использования преобразователя частоты для регулирования производительности компрессора.

3.1.5. Определение эффективности других способов регулирования.

3.2 Оценка эффективности охлаждения воздуха.

3.1.1 Эффективность работы систем охлаждения.

3.2.1 Расчет промежуточного воздухоохладителя и анализ потерь в компрессорной установке.

3.2.1.1 Гидравлический расчет воздухоохладителя.

3.2.1.2 Анализ влияния изменения коэффициента теплопередачи на энергетические показатели системы охлаждения.

3.2.1.3 Определение зависимости влияния основных показателей системы охлаждения на эксергети-ческий КПД.

3.3 Потери с гидравлическими сопротивлениями.

3.4 Оценка потерь с утечками в системе.

3.5 Выводы по главе 3.

Глава 4. Предложения по повышения эффективности работы системы воздухоснабжения.

4.1 Использование энергии сжатого воздуха и теплоты охлаждающей воды.

4.1.1 Использование энергии сбросного воздуха для подачи его на всас компрессора. it 4.1.1.1 Зависимость изменения приращения КПД эффективности способа) от температуры атмосферного воздуха.

4.1.1.2 Зависимость изменения приращения КПД эффективности способа) от степени сжатия в компрессоре.

4.1.1.3 Увеличение общего КПД системы воздухоснабжения в зависимости от количества охлажденного воздуха, подаваемого на всас компрессора.

4.1.2 Использование теплоты охлаждающей воды.

4.2 Децентрализация системы воздухоснабжения.

4.2.1 Децентрализация снабжения потребителей сжатым воздухом от центральной компрессорной станции.

4.2.2 Централизация снабжения потребителей сжатым воздухом от центральной компрессорной станции.

4.2.3 Определение реальной потребности в сжатом воздухе третьей группы.потребителей.

4.3 Выводы по главе 4.

Глава 5. Технико-экономическая оценка эффективности предложенных мероприятий.

5.1 Технико-экономическая оценка использования теплоты сжатия и энергии сбросного воздуха.

5.1.1 Оценка увеличения эффективности работы СВС.

5.1.1.1 Использование тепла сжатия.

5.1.1.2 Использование энергии перепускного воздуха на получение холода.

5.2 Технико- экономическая оценка мероприятий по частичной децентрализации системы воздухоснабжения.

5.3 Выводы по главе 5.

Актуальность работы Энергосбережение является одной из важнейших проблем, в том числе и для такого энергоемкого процесса как производство сжатого воздуха. Сжатый воздух - один из самых распространенных энергоносителей на любом промышленном предприятии, а совокупность устройств, связанных с его обработкой и распределением, является достаточно сложной энергоемкой энергетической промышленной системой, от уровня совершенства которой зависят показатели технологических процессов, где используется сжатый воздух.

Система воздухоснабжения предназначена для централизованного обеспечения разнообразных промышленных потребителей сжатым воздухом требуемых параметров (давление, расход, температура, влажность) в соответствии с заданным графиком.

Доля первичной энергии для производства сжатого воздуха на различные нужды составляет от 5 до 90% от общего энергопотребления на производство технологического продукта.

Большое значение сжатого воздуха как энергоносителя определяется еще тем, что от надежности систем воздухоснабжения зависит и надежность, а в ряде случаев и безопасность осуществления технологического процесса.

Потери, возникающие в системе воздухоснабжения, снижают ее эффективность, что, в свою очередь, может повлиять на технологический процесс.

К потерям в системе воздухоснабжения можно отнести:

• Электромеханические и внутренние потери в компрессоре;

• Потери в системе охлаждения компрессора;

• Потери в системе регулирования;

• Потери во влагоотделителе;

• Потери в системе осушки сжатого воздуха;

• Потери, связанные с гидравлическим сопротивлением трубопроводов;

• Потери, связанные с утечкой воздуха через неплотности.

В связи с перечисленными выше факторами, возникают задачи усовершенствования систем воздухоснабжения. Исследования в этой области позволили выделить основные направления, такие как: техническое совершенствование конструкций элементов систем, реальный подбор оборудования, оптимизация режимов работы элементов и т.д.

Система воздухоснабжения промышленного предприятия включает в себя компрессорные и воздуходувные станции, трубопроводный и баллонный транспорт для подачи сжатого воздуха к потребителю, воздухосборники-ресиверы и распределительные устройства сжатого воздуха самого потребителя.

В зависимости от необходимых потребителям расхода воздуха и его давления станции оборудуются центробежными компрессорами с избыточным давлением воздуха 0,35 - 0,9 Мпа и единичной производительностью 250-7000 мЗ/мин или поршневыми соответственно с давлением 3-20 Мпа и единичной производительностью не более 100 мЗ/мин.

Коммуникации сжатого воздуха имеют радиальные и кольцевые участки. Последние применяют при компактном расположении потребителей, а также при повышенных требованиях к надежности обеспечения сжатым воздухом

Сжатый воздух на промышленных предприятиях используется по двум основным направлениям: технологическому (для выплавки стали и чугуна в металлургии, получения кислорода в воздухоразделительных установках и т.д.) и силовому (для привода различных машин и механизмов в машиностроении, горнодобывающей промышленности, кузнечном и других производствах).

На производство сжатого воздуха затрачивается около 5% общего расхода электроэнергии на металлургических заводах и до 25 - 30% на машиностроительных предприятиях и горнодобывающей промышленности. При использовании электрического привода компрессоров удельный расход энергии на производство 1000 мЗ сжатого воздуха составляет от 80 до 140 кВт*ч (в зависимости от давления сжатого воздуха, типа компрессорных машин, условий охлаждения и т.д.). При паровом приводе компрессоров удельный расход условного топлива на производство 1000 мЗ сжатого воздуха составляет 17 — 20 кг.

Компрессорные станции включают в свой состав устройства для забора воздуха, очистки его от пыли, компрессоры, приводные двигатели, теплообменники охлаждения, вспомогательное оборудование, предназначенное для дополнительной обработки воздуха (осушки, очистки, изменения давления, аккумуляции). На компрессорной станции могут размещаться только компрессоры с электроприводом (обычно для машиностроительных предприятий) или компрессоры с паротурбинным приводом (обычно для агрегатов доменного дутья). Находят применение и комбинированные паровоздуходувные и электрические станции ТЭЦ-ПВС.

В общем случае состав компрессорной установки можно представить на схеме.

Рис.1 Принципиальная схема компрессорной установки 1- воздухозаборное устройство; 2 - фильтр; 3 - буфер; 4 - ступень компрессора; 5 -промежуточный охладитель; 6 — промежуточный влагомаслоотделитель; 7 — концевая ступень; 8 - концевой охладитель; 9 - ресивер (воздухосборник); 10

- сеть (потребитель).

Очевидно, что в каждом устройстве компрессорной установки возможна экономия энергии. Если рассмотреть наиболее значимые элементы установки, то к ним можно отнести ступени объемных компрессоров (секции - турбокомпрессоров), системы охлаждения и сеть, соединяющую компрессорную станцию с потребителем.

Путь снижения затрат на сжатие в ступени (секции) компрессора определяет удельная работа цикла /. При необходимости обеспечения требуемого повышения давления п = Р2/Р1 снижение работы цикла возможно только за счет уменьшения температуры всасывания Tj и значения политропы сжатия п.

Работа цикла компрессора имеет наименьшее значение при изотермном сжатии {п=1). Для приближения к изотермному процессу сжатия применяют, как правило, многоступенчатое сжатие с промежуточным межступенчатым охлаждением. В идеальном случае теплота отводимая от компрессора равна работе сжатия, т.е. теплота охлаждения представляет собой вид энергии, которая может быть утилизирована.

Понижение температуры всасывания позволяет уменьшать затраты на привод компрессора, но этот способ практического воплощения не нашел, (увеличение температуры всасываемого компрессором воздуха на каждые 4°С увеличивает расход энергии на 1%). В тех случаях, когда влажность газа не имеет существенного значения, для уменьшения температуры применяют простой способ - впрыск воды. Вода, испаряясь, снижает температуру газа.

Влияние вида процесса на затраты энергии демонстрирует рис.2. Площадь 0-1-2-4 эквивалентна работе цикла компрессора. Здесь хорошо видно, что наименьшие затраты энергии имеет цикл с изотермным процессом сжатия (п=1). Технически обеспечить изотермное сжатие практически невозможно, поэтому, как уже указывалось, применяется многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением, как приближение к изотермному процессу.

PA

T A

2'V/ P2 V S

Puc.2 Кривые процессов сжатия

Производство сжатого воздуха - нерациональный с точки зрения энергоэффективности процесс в принципе. Более 80 % электроэнергии, расходуемой для производства сжатого воздуха, теряется в виде тепла, остальная часть расходуемой электроэнергии преобразуется в полезную энергию сжатого воздуха.

В практике российских и большинства зарубежных предприятий до последнего времени использовалась централизация воздухо- и газоснабжения. Как всякое техническое решение оно имеет положительные и отрицательные качества.

Наибольшие проблемы возникают при необходимости регулирования производительности.

Компрессоры должны с максимальным КПД обеспечить необходимый расход и напор воздуха у потребителя. При оптимальном выборе типа и количества компрессоров и регулировании режимов их работы необходимо иметь в виду, что рабочая точка нагнетателя определяется видом напорной характеристики нагнетателя и характеристики сети. Рабочее значение расхода и напора определяется пересечением характеристик нагнетателя и сети.

Как правило, рабочая точка не обеспечивает заданные напор и расход. Поэтому в практике инженерного проектирования выбираются компрессоры, обеспечивающие необходимый расход с превышением напора. Это изначально предполагает повышенный расход энергии на привод компрессоров и более напряженные по механическим нагрузкам режимы работы.

Существует несколько способов регулирования производительности компрессоров. Наиболее распространенные в практике: дросселирование; байпассирование и изменение числа оборотов двигателя. Первые два особенно популярны в России в силу их сравнительной простоты и дешевизны реализации. Но эти два способа регулирования неэкономичны и не позволяют обеспечить одновременное выполнение соответствия заданным значениям величин напора и расхода. Самым экономичным способом регулирования является изменение числа оборотов двигателя. В этом случае с достаточной точностью можно считать, что сохраняется подобие режимов и, следовательно, не изменяется кпд. До настоящего времени частотное регулирование не нашло должного распространения в нашей стране из-за сравнительно высокой стоимости частотных регуляторов - практически равной стоимости самого двигателя. В условиях прежних низких цен на электрическую энергию установка частотных регуляторов была не выгодна. Но со стремлением внутренних цен на энергоносители к мировому уровню установка подобных регуляторов становится выгодной.

Для выявления потенциалов энергосбережения необходимо проведение комплексного анализа системы воздухоснабжения целиком для разных типов компрессоров, позволяющего с помощью эксергетического баланса установить наиболее энергоемкие потери в системе и путем целенаправленных действий добиться их минимизации. Комплексный подход к решению данной задачи позволит увеличить общую эффективность системы, рассматривая ее как совокупность отдельных элементов (компрессор, коммуникации, вспомогательные элементы, потребитель), каждый из которых оказывает определенное воздействие на всю систему и определяет работоспособность и надежность всей системы в целом.

Повышение эффективности работы системы воздухоснабжения также возможно благодаря внедрению ряда энергосберегающих мероприятий, позволяющих снизить потери за счет использования дополнительных резервов экономии энергоресурсов.

Цель работы: Выявление возможностей повышения эффективности СВС при помощи комплексного термодинамического и технико-экономического анализа системы и ее элементов, разработка на этой основе путей снижения потерь в системе и предложений по реализации энергосберегающих мероприятий.

Научная новизна: Для оценки показателей эффективности СВС предложена и реализована термодинамическая и технико-экономическая оценка потерь в системе и ее элементах на основе эксергетического анализа, позволяющая определить структуру потерь в системе и приоритеты их снижения.

Произведен анализ влияния различных способов регулирования производительности на показатели системы. Получена зависимость изменения КПД системы от угла поворота лопаток (одного из распространенных способов регулирования). Показано, что в диапазоне изменения угла поворота лопаток от 0 до 30° происходит снижение КПД системы на 15%.

Разработан новый способ повышения эффективности регулирования компрессорных машин путем подачи воздуха из байпасной линии на всас компрессора с предварительным охлаждением в расширительной машине, позволяющий понизить температуру воздуха на всасе, а, следовательно, увеличить эффективность сжатия.

Установлено, что при использовании тепла охлаждающей воды и энергии сжатого воздуха при байпасном регулировании для получения холода КПД системы возрастает на 10-11%.

Практическая ценность. Применение комплексного подхода для решения задачи повышения эффективности системы позволяет выявить область максимальных потерь и при помощи комплекса мероприятий добиться их минимизации. Использование перепускного воздуха с последующим расширением в турбомашине и подачей его на всас для общего снижения температуры позволит повысить КПД системы в случаях, где невозможно использование холода для технологических нужд.

Комплексная методика оценки потерь в системе воздухоснабжения и отдельных ее элементах, позволяющая учитывать распределение энергозатрат при производстве сжатого воздуха, может быть использована при проектировании и проведении анализа эффективности работы существующих СВС различными проектными и эксплуатационными организациями.

Материалы диссертации, подготовленные совместно с Н.В.Калининым, вошли в справочник «Промышленная теплоэнергетика», издание 3, том 4.

По материалам диссертации была подготовлена лабораторная работа по курсу «Нагнетатели», позволяющая осуществлять подбор нагнетателя в зависимости от начальных данных, а также изучить совместную работу нагнетателей и влияние различных способов регулирования на рабочую характеристику.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VIII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, 28 февраля - 1 марта 2002 г.), на IX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, 4-5 марта 2003 г.), опубликованы и представлены на I международной конференции по энергосбережению (г.Алжир, 25-26 мая 2003 г.)

Публикации Основные результаты выполненной работы были опубликованы в 4 статьях.

Структура и объем работы Диссертационная работа изложена на 146 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов по работе, списка литературы из 94 наименований.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложенная методика оценки эффективности работы системы воздухоснабжения при помощи комплексного термодинамического и технико-экономического анализа системы и ее элементов на базе эксергетического анализа позволяет оценивать различные потоки энергии, распределенные в системе для определения наибольших энергозатрат. Использование данной методики для систем воздухоснабжения дает возможность определить структуру распределения потерь для определения основных направлений, имеющих наибольший потенциал энергосбережения.

2. Разработанный новый способ повышения эффективности регулирования компрессорных машин путем подачи воздуха из байпасной линии на всас компрессора с предварительным охлаждением в расширительной машине (при использовании схемы с турбодетандером также есть возможность получения электроэнергии) повышает эффективность работы системы за счет увеличения эффективности сжатия путем понижения температуры всасываемого воздуха. В работе был произведен анализ эффективности использования данного способа при различных температурах окружающей среды и различных давлениях воздуха на выходе из КУ.

В результате проведенного анализа было установлено, что эффективность охлаждения с уменьшением температуры атмосферного воздуха меняется незначительно и применение данного способа возможно при любых периодах работы турбокомпрессора, как летом, так и зимой, хотя бесспорно, большую эффективность от использования данного способа можно добиться при более высокой температуре атмосферного воздуха.

В диапазоне регулирования байпасным способом AV= 10-30% понижение температуры на всасе компрессора за счет подачи холодного воздуха позволит повысить КПД системы на 0,6-2,6%. Основываясь на расчетах можно сделать выводы, что помимо основного использование данного способа дает следующий дополнительный эффект: а) Получение дополнительной электроэнергии от турбодетандера б) Подача более сухого воздуха с нагнетания компрессора позволит уменьшить относительную влажность воздуха на всасе турбокомпрессора, а, следовательно, повысить КПД. в) Подача воздуха, прошедшего очистку в фильтрах — экономия на использовании дополнительных средств очистки.

3. Предложены пути снижения потерь в системе и разработаны новые схемные решения, позволяющие повысить эффективность работы системы воздухоснабжения за счет использования тепла охлаждающей воды и энергии сжатого воздуха для получения холода при регулировании байпасным способом. Установлено, что использование данных мероприятий позволит повысить КПД системы на 10-11%.

4. Разработана методика оценки влияния различных способов регулирования на характеристики системы, которая позволяет в зависимости от требований потребителя оценить эффективность применения того или иного способа регулирования нагнетателей. Результатом анализа также являются графические зависимости, определяющие влияние изменения угла установки лопаток входного направляющего аппарата и диффузоров, полученные путем проведения вычислительного эксперимента.

5. Определено влияние различных негативных факторов на работу теплообменника-охладителя в системе охлаждения компрессорной установки. Для рассмотренного варианта произведена оценка влияния загрязнения поверхности теплообмена на основные показатели теплообменника и получены графические зависимости, характеризующие данный процесс.

6. Определена эффективность использования децентрализованной схемы воздухоснабжения промышленных предприятий. Для рассмотренного варианта произведен анализ данных и предложена новая эффективная схема снабжения сжатым воздухом удаленных потребителей.

7. Анализ показателей работы системы при максимальных потерях в ее элементах демонстрирует, что при наихудших показателях КПД системы может достигать в среднем 25% от общего количества энергии затраченной на производство сжатого воздуха. В результате реализации комплекса предложенных мероприятий по повышению эффективности работы СВС возможно повышение эффективности работы системы с 25% до 64%.

1. Рахмилевич 3.3. Компрессорные установки. -М.:Химия, 1989. -45-48 с.

2. Рахмилевич 3.3. Испытания и эксплуатация энерготехнологического оборудования. -М.: Машиностроение, 1982. -67 с.

3. Черкасский В.М., Калинин Н.В. Нагнетатели и тепловые двигатели. -М.: Энергоатомиздат, 1997. -68-70 с.

4. Мастепанова A.M., Коган Ю.Н. Повышение эффективности использования энергии в промышленности Дании. -М.: Нефтяник, 1999г. -21 с.

5. Назаренко У.П. Экономия электроэнергии. -М.: Энергия, 1976. -С.70.

6. Конспект лекций по курсу промышленные турбокомпрессорные установки. / Под ред. Сазанова Б.В. -М.: МЭИ, 1961.-34-36 с.

7. Селезнев К.П. Теория и расчет турбокомпрессоров. -JL: Машиностроение. 1986. -112 с.

8. Мисарек Д.М. Турбокомпрессоры. -М.: Машиностроение, 1968. -126 с.:ил.

9. Карабин А.И. Сжатый воздух. -М.: Машиностроение, 1964. -с. 164-171.

10. Промышленная теплоэнергетика. Справочник./ Под ред. Григорьева В.А.-2-е изд., -М.: Энергоатомиздат, 1991. -254с.

11. Павлов К.Ф. Экономия энергетических ресурсов в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1982.-464с.

12. Анчарова Т.В., Гамазин С.И., Шевченко В.В. Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях. -М.: Высшая школа, 1990. -28-37 е., ил.

13. Методические рекомендации по диагностике технического состояния центробежных компрессоров. / А.В. Демин. -Черкассы: Отделение НИИТЕХИМа, 1986. -С.352

14. Г.П.Минин Г.П., Ю.В.Копылов Ю.В. Справочник по электропотреблению в промышленности. -М.: Энергия, 1978. -127-133 с.

15. Шински Ф. Управление процессами по критерию экономии энергии. -М.: Мир, 1981.-64 с.

16. Шерстюк А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры. -М.: Высшая школа, 1972.-56-70 с.

17. Шерстюк А.Н. Компрессоры. -М.: Госэнергоиздат, 1959. -31 с.

18. Рис В.Ф. центробежные компрессорные машины. -JL: Машиностроение, 1981.408 с.

19. Калинушкин М.П. Вентиляторные установки. -М.: Высшая школа, 1979. -40 с.

20. Герман A.JL, Вахромеев Б.А. Монтаж и эксплуатация лопастных насосов. -М.: Машгиз, 1961. -с. 170-175.

21. Семидубский М.С. Насосы, компрессоры, вентиляторы. -М.: Высшая школа, 1966 . —с.104-113.

22. Епифанова В.И. Компрессорные и расширительные машины радиального типа -М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 1998 . -87 с.

23. Ромоданов А. А. Опыт эксплуатации преобразователей частоты Реутовской теплосети. // Энергосбережение. -2001. -№6. -С.20-21.

24. Бирюков Б.В. Повышение эффективности газотурбинного привода нагнетателей природного газа на компрессорных станциях. Дис. . канд. техн. наук. / Краснодарский Политехнический институт. -Краснодар, 1998.-26 с.

25. Галустов B.C. Разработка и создание поршневых компрессорных и расширительных машин с сухим картером, ис. .канд. техн. наук. / Санкт-Петербургский государственный университет. -Санкт-Петербург, 2001. — 45 с.

26. Попов В. А., Лисин В. Р., Корнюшенко М. Н., Сабхангулов Н. С., Яргин В. П., Банников А. М., Патрик А. А. Повышение эффективности производства сжатого воздуха и работы системы воздухоснабжения // Промышленная теплоэнергетика. —1999. -№9. -45 с.

27. Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения. М.: Энергоатомиздат, 1988. 89 с.

28. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. -М.: Энергия, 1973. 56-57 с.

29. Чечеткин А.В., Занелюнец И.А. Теплотехника. -М.: Высшая школа, 1986. -56-58 с.

30. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. -М.: Высшая школа, 1988.-С. 125.

31. Берман Я.А., Маньковский О.Н., Марр Ю.Н. Системы охлаждения компрессорных установок. -JL: Машиностроение, 1984. —232 -240 с.

32. Эксергетические расчеты технических систем: Справочное пособие/ Бродянский В.М., Верхивкер Г.П., Карчев Я.Я. и др. Под ред. Долинского

33. A.А., Бродянского В.М. -Киев.: Наука, 1998. -254 с.

34. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. -М.: Высшая школа, 1968. -78 с.

35. Кабанова И.А., Калинин Н.В., Никифоров А.Г. Оценка экономии мощности в ЦКУ на основе уточненной методики определения коэффициента полезного действия. // Вестник МЭИ. -1995. -№4. —.34 с.

36. Мареев А.А., Калинин Н.В. Определение экономической эффективности утилизации тепла сжатия в системах компримирования газов. // Промышленная энергетика. -1998 . -№9. -18-20 с.

37. Учебное пособие по курсу "Системы производства и распределения энергоносителей"./ Под ред. Борисова Б.Г., Калинина Н.В., Михайлова

38. B.А.; Ред. Германа В.А. -М.: МЭИ, 1989. -34 с.

39. Кабанова И.А. Совершенствование методов анализа систем воздухоснабжения промышленных предприятий на основе математического моделирования и использования. Дис. . канд. техн. наук./ Московский энергетический институт, -М: 1994. — 85-89с.

40. Тепловые и гидравлические расчеты теплообменного оборудования компрессорных установок: Учебное пособие./ Под ред. Парфенова В.П. -Омск: ОмГТУ, 1994. -90 с.

41. Январев И.А. Исследование теплообменных систем для комбинированного охлаждения сжатых газов в компрессорных установках. Дис. . канд. техн. наук./ Омский государственный технический университет. -Омск , 1995. —26 с.

42. Основы расчетов и оптимизации комбинированных систем охлаждения компрессорных установок. Учебное пособие./ Под ред. Парфенова В.П. — Омск: ОмГТУ, 1996. -12-15\ с.

43. Миняев Ю.Н. Энергосбережение при производстве и распределении сжатого воздуха на промышленных предприятиях. Дис. . канд. техн. наук /Уральская государственная горно-геологическая академия — Екатеринбург, 2002. -^5-46 с.

44. Талдыкин Ю.А. Повышение эффективности работы крупных турбокомпрессорных станций алюминиевой промышленности. Дис. . канд. техн. наук / -Красноярск, 1997. -32-33 с.

45. Грищенко В.И. Научные основы создания теплохладоэнергетических агрегатов на базе турбокомпрессорных машин. Дис. . канд. техн. наук / -Омск, 1994.-91 с.

46. Каминский А.И. Газодинамический расчет проточной части турбокомпрессора Дис. . канд. техн. наук /Хабаровский политехнический институт. -Хабаровск, 1985. -152с.

47. Живица В.И. Повышение эффективности работы промежуточных охладителей компрессорных установок. -М.:ЦНИИТЭИмясомолпром, 1981.345-357 с.

48. Бондаренко Г.А., Довженко В. Н., Еременко Е. Н. Регулирование режима работы центробежных компрессорных установок -М.: ЩШТИхимнефтемаш , 1982. -26 с.

49. Бахмат Г.В., Еремин Н.В., Степанов О.А. Аппараты воздушного охлаждения газа на компрессорных станциях. -СПб.: Недра., 1994. 265268 с.

50. Ситдиков Р.Х., Сафин А.Х., Гильченок А.Н. Компрессорное оборудование с воздушным охлаждением. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983. 78 с.

51. Проектирование систем воздухоснабжения промышленных предприятий. Учебное пособие / Под .ред. Трубаева П.А., Беседина П.В., Гришко Б.М. -Белгород: Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов, 2002. 101 с.

52. Михушкин В.Н., Юдин А.Ф., Якубович Д.М. Подготовка сжатого воздуха низкого давления в промышленности. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. — 131-132 с.

53. Филиппов И.В. Работа винтовых компрессоров при изменении параметров воздуха на всасывании и нагнетании. Дис. . канд. техн. наук /Северо-Кавказский горно-металлургический институт. -Владикавказ, 1990. 44 с.

54. Шнепп В.Б. Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин. -М.: Машиностроение, 1995. 22-24 с.

55. Шелковский Б.И., Патыченко А.С., Захаров В.П. Утилизация и использование вторичных энергоресурсов компрессорных станций. М. Недра, 1991.

56. Ракицкий Л.Б., Примаченко Д.В., Лень Л.Н., Сандлер В.Л. Повышение энергетических показателей электродвигателей компрессоров. -Киев: ИЭД, 1989.-226-227 с.

57. Саух С.Е., Гершгорин А.Е. Моделирование режимов работы многоцеховых компрессорных станций. -Киев: ИПМЭ, 1989. 38 с.

58. Повышение эффективности, надежности и долговечности компрессоров и компрессорных установок. // Тез. докладов научной конференции Казанского химико-технологического института им. С.М. Кирова. -Казань, 1987.-С 35.

59. Оптимизация режимов работы компрессорных станций промышленных предприятий: Учебное пособие / Стогней В.Г., Бараков А.В. -Воронеж: Воронежский политехнический институт, 1987. -457-464 с.

60. Повышение эффективности, надежности и долговечности компрессоров и компрессорных установок // Материалы конференции -Л.: Ленинградский политехнический институт, 1983. -65 с.

61. Регулирование, испытания и конструкции компрессорных и расширительных турбомашин радиального типа: Учебное пособие по курсу "Компрессорные и расширительные турбомашины" / Чистяков Ф.М.; Под ред. В. И. Епифановой -М.: МВТУ, 1983. -90 с.

62. Теория центробежных и осевых компрессоров и вентиляторов: Учебное пособие / Кулагин В.А., Стрижак Л .Я. -Красноярск: Красноярский политехнический институт, 1982. -174 с.

63. Повышение эффективности холодильных и компрессорных машин: Межвузовский сборник научных трудов / Под ред. В.И. Гриценко. -Омск: Омский политехнический институт, 1982. -82 с.

64. Расчет элементов центробежных компрессорных машин: Учебное пособие по курсу "Компрессорные и расширительные турбомашины" / Чистяков Ф.М.; Под ред. В. И. Епифановой -М: МВТУ, 1982. -42-29 с.

65. Воропай П.И Повышение эффективности использования компрессоров в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1982. -98-110 с.

66. Евдокимов В.Е., Корсов Ю.Г., Репринцпев А.И., Столяров А.А. Конструктивные и газодинамические особенности современных центробежных компрессоров. -М.: НИИЭинформэнергомаш, 1981. -74 с.

67. Васильев Ю.Н., Смерека Б.М. Повышение эффективности эксплуатации компрессорных станций -М.: Недра, 1981. —33 с.

68. Печенкин С.И. Разработка эффективных методов и алгоритмов управления компрессорной установкой на примере процесса производства карбамида. / Дис. канд. техн. наук. -М., 2001. -120-121 с.

69. Заец А.Ф. Разработка методов оценки работоспособности трубопроводов компрессорных станций при наличии дефектов / Дис. . канд. техн. наук. -М., 1998.-48-53 с.

70. Ломова О.С. Совершенствование межступенчатого охлаждения сжимаемого воздуха в поршневых компрессорах с использованием контактных теплообменников / Дис. . канд. техн. наук. -Омск, 1999. —55 с.

71. Парфенов В.П. Комбинированные системы охлаждения компрессорных установок: Научные основы создания, моделирования и оптимизации. / Дис. . канд. техн. наук. -СПб., 1992. -134с.

72. Системы производства и распределения сжатого воздуха промышленных предприятий: Учебное пособие по курсу "Система пр-ва и распределения энергоносителей промышленных предприятий"/ Тверской А.К. -Саратов, Саратовский политехнический институт, 1989. -61 с.

73. Жилкин А.Н. Тепломассоперенос в пластинчато-ребристых теплообменниках компрессорных установок при отрицательных температурах охлаждающего воздуха /Дис. . канд. техн. наук —СПб: Ленинградский государственный технический университет, 1991. -45-48 с.

74. Смородин С.С., Верстаков Г.В. Шахтные стационарные машины и установки. -М.: Недра, 1975. -263 с.

75. Теплотехнический справочник /Под ред. Юренева В.И., Лебедева П.Д. М.: Энергия, 1975. -324-328 с.

76. Чистяков Ф.М., Игнатенко В.В., Романенко Н.Т., Фролов Е.С. Центробежные компрессорные машины. М.: Машиностроение, 1969. -21 с.

77. Тарасов В.М. Эксплуатация компрессорных установок. -М.: Машиностроение, 1987.-154-155 с.

78. Фролов П.П., Дмитриев В.Т., Миняев Ю.И. Повышение эффективности работы стационарных компрессорных установок Качканарского ГОКа. -Свердловск, 1976. —31 с.

79. Федоров Ю.И., Дегтярев В.И. Повышение технико-экономических показателей центробежных компрессоров // Горные машины и автоматика. -1976. №5, - С. 25-26.

80. Хашпулян М.М. Технико-экономические показатели современных компрессоров и установок. -М.: Недра, 1974. -69с.

81. Центробежные компрессорные машины конструкции и изготовления НЗЛ. Номенклатура типоразмеров, основные параметры / / Невский машиностроительный завод. Л.: ЦОКБТиГ, 1973. —138 с.

82. Штерн Л.Я., Бейзеров С.М., Плавник В.Г. Регулирование и автоматизация воздуховодных и компрессорных станций. М.:Металлургиздат, 1963. -365 с.

83. Шварц В. А. Характеристики трубчатых оребренных поверхностей теплоообмена// Энергомашиностроение.-1963. -№ 9.-С. 22-28.

84. Ястребова Н.А., Кондаков А.И., Спектор Б.А. Техническое обслуживание и ремонт компрессоров. -М.: Машиностроение, 1991. — 45-49 с.

85. Бахмат Г.В., Еремин Н.В., Степанов О.А. Аппараты воздушного охлаждения газа на компрессорных станциях. -СПб: Недра, 1994.-231 с.

86. Шнепп В.В. Конструкция и расчет центробежных компрессоров. М.: Машиностроение, 1995. - 95 с.

87. Белов И.А., Кудрявцев Н.А. Теплоотдача и сопротивление пакетов труб. -Д.: Энергоатомиздат, 1987. —11-12 с.

88. Improving Compressed Air System Performance. Lawrence Berkeley National Laboratory, Washington, D.C., Resource Dynamics Corporation, Vienna, 1998. -p. 34-42.

89. Bake B. Pressure Change Leak Detection // AICHE Journal. -1998. -№5. -p.90

90. Paul Tashian. Successful leak detection using ultrasonic // Power Engineering -2003. -№2. — p.32.

91. Talbott E.M. Compressed Air Systems: A Guidebook on Energy & Cost Savings // Power Engineering. -2002. -№8. p.220.

92. Методические материалы для энергоаудита: Методическое пособие / Вакулко А.Г., Данилов O.JI. -М.: Амипресс, 1999. 43 с.

93. Проектирование компрессорных станций с использованием автоматизированного банка данных: Учебное пособие / Кабанова И.А., Калинин Н.В., Михайлов В.А., Никифоров А.Г., Силейкин М.В. -М.: Издательство МЭИ, 2002. -21 с.

94. Мареев А.А. Повышение эффективности систем обеспечения потребителей сжатыми газами на базе комплексной оптимизации по внешним и внутренним факторам. Дис. . канд. техн. наук / -М.: МЭИ, , 1992.-С. 20-24.

95. Обработка данных диагностики турбокомпрессора К-250-61-1п/п Наименование величин Обозначение Размерность Формула Режимы 1 2 3 летний зимний1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

96. Степень повышения давления в первой секции Sl Phi/PbcI 2,06 2,13 2,16 2,26 2,13

97. Степень повышения давления во второй секции Е2 Рн2/Рвс2 1,69 1,77 1,84 1,8 1,77

98. Степень повышения давления в третьей секции е3 Рнз/Рвсз 1,4 1,48 1,58 1,45 со

99. Степень повышения давления в компрессоре ек Рнз/Р вс1 6,88 7,86 8,84 7,86 7,83

100. Абсолютное атмосферное давление воздуха Ра ата В/735,6 1,020 1,020 1,020 1,018 1,022

101. Номинальная производительность компрессора Qh м3/час 15000 15000 15000 15000 15000

102. Весовой расход воздуха G кг/час опрЧрл/ррасч) 18000 17400 16800 17230 17510

103. Производительность компрессора в нормальных м3 Од нм33/час G/1,205 14940 14400 13900 14300 14530

104. Номинальная мощность N кВт 1750 1750 1750 1750 1750

105. Мощность потребляемая электродвигателем NM кВт V3 UI cos ф 1715 1725 1746 1735 1721

106. Мощность на валу компрессора Nk кВт NM Г|эл Т|пер 1514 1524 1542 1532 1520

107. Изотермическая работа компрессора Lh3 Дж 2300 РН1Д8К 19650 20986 22182 20956 20992

108. Изотермическая мощность компрессора NH3 кВт G*L„3 /3600*102 963 994 1015 983 10081 2 3 4 5 6 7 8 9 10

109. Изотермический КПД компрессора Лиз N„3/Nk 0,64 0,65 0,66 0,64 0,66

110. Удельный расход электроэнергии, отнесенный к Qa AW кВт*ч/1000 ЬИЗ/3,6*Г| из Л эл Л пер 96,7 101,9 105,7 103,2 100,6

111. Безразмерная величина X t„-tBC/TH 0,221 0,226 0,232 0,212 0,197

112. Политропический КПД Лп ((к-1)/к)* (1п8 /1п(1+х) 0,93 0,94 0,92 0,93 0,94

113. Температура воды на охлаждение в компрессор tw °c 13 13 13 20 10

114. Температура воды после холодильника №1 twl °c 26 28 29 29 20

115. Температура воды после холодильника №2 t\vl °c 27 28 30 29 20

116. Поверхность охлаждения холодильника F m2 100 100 100 100 100

117. Расход охлаждающей воды на компрессор Gw м3/час 170 170 170 170 170

118. Недоохлаждение воздуха в холодильнике №1 5tn.ol °C tec2"tw 27 28 29 23 28

119. Недоохлаждение воздуха в холодильнике №2 Stn.o2 °C 26 28 29 23 28

120. Эффект охлаждение (КПД) холодильника №1 MVol 1h1~1bc2/1h1"1w 0,67 0,67 0,67 0,71 0,66

121. Эффект охлаждение (КПД) холодильника №2 Vn.02 th2-tbc3/th2-tw 0,75 0,74 0,75 0,79 0,73

122. Замеры режимов работы турбокомпрессора К-250-61-1п/п Наименование величин Обозначение Размерность Режим работы (давление в сети) 1 2 3 летний зимний1 2 3 4 5 6 7 8 9

123. Дата проведения замеров - 16.04.00 16.04.00 16.04.00 7.08.00 02.03.00

124. Степень открытия дроссельной заслонки Ч> % 100 100 100 100 100

125. Барометрическое давление атмосферного воздуха В мм. рт. ст. 750 750 750 749 752

126. Относительная влажность атмосферного воздуха ф % 67 67 67 67 71

127. Температура атмосферного воздуха ta °c 13 13 13 22 -8

128. Температура воздуха во всасывающем патрубке tBcl °c 15 15 15 24 -5

129. Температура воздуха после первой группы колес tHl °c 97 99 101 100 96

130. Температура воздуха после первого воздухоохладителя tBc2 °C 40 41 42 43 39

131. Температура воздуха после второй группы колес t„2 °C 117 120 127 130 115

132. Температура воздуха после второго воздухоохладителя tec3 °C 40 41 42 43 38

133. Температура воздуха после третьей группы колес t„3 °c 96 99 102 104 95

134. Давление воздуха после первой группы колес P„i ати 2,1 2,2 2,3 2,2 2,2

135. Давление воздуха после первого воздухоохладителя Рвс2 ати 2,0 2,1 2,2 2,1 2,11 2 3 4 5 6 7 8 9

136. Давление воздуха после второй группы колес Р„2 ати 4Д 4,5 4,8 4,6 4,5

137. Давление воздуха после второго воздухоохладителя РвсЗ ати 4,0 4,4 4,7 4,5 4,4

138. Давление воздуха после третьей группы колес РнЗ ати 6,0 7,0 8,0 7,0 7,000

139. Характеристика тракта всасывания турбокомпрессора К-250-61-1ti =24 °С t2 =43 °С t3 =43 °С

140. Летний t„,= 100 °С tji2= 130 °с t„3= 104 °С

141. U =20 °С tB =20 °С tB =20 °СtBi= 29 °С tB2= 29 °С tB3 = 29 °Сt, =-5 °С t2 =39 °С t3 =38 °С

142. Зимний t„i= 96 °С tH2= 115 °С t„3= 95 °СtB = 10 °С tB = 10 °с tB = 10 °сtBi= 20 °С t„2= 20 °С tB3 = 20 °С

143. Регулирование угла входа потока лопатками направляющего аппаратаа,=110° а,=100° а,=90° а,=80° а 1=70° а,=60°

144. W, м/с 190,88 178,81 165,56 151,14 135,59 119,28р. 32 34 37 42 47 571. Pi 5 3 0 -5 -10 -20

145. Aw, м/с 28,61 23,93 0 -23,93 -47,59 -94,09

146. Ар, Па 485 340 0 340 1342 52461. Cti 2 0,5 0 -0,5 -2 -4сс2 29 27,5 27 26,5 25 231., Дж/кг 5024-Ю4 4869-Ю4 4662-Ю4 4449-Ю4 4289-Ю4 4154-Ю4

147. V, м3/мин 294,32 257,49 246,68 237,65 203,66 164,000,561 0,612 0,616 0,609 0,548 0,467