Повышение энергетической эффективности промышленных систем воздухоснабжения посредством оптимального сочетания централизованного и децентрализованного распределения Жучков Александр Валерьевич

Расчет магистральных воздухопроводов 62

3. Автоматизированный метод структурной оптимизации СВС 64

Пример успешного проведения реконструкции СВС для предприятий группы "Б", путем снижения затрат на транспорт энергоносителя при неизменной централизованной структуре СВС 84

Пример успешного проведения реконструкции СВС для предприятий группы "В", путем проведения частичной децентрализации 88

Типичный пример результатов проведения децентрализации, без систематизированного подхода к решению данной задачи 95

2. Типичный пример результатов проведения децентрализации, без систематизированного подхода к решению данной задачи 95

3. Типичный пример результатов проведения децентрализации с использованием автоматизированной методики определения оптимальной степени децентрализации 102

4. Обобщенные результаты практической реализации и исследования

2. Анализ тенденции изменения полученных результатов выбора оптимальной степени децентрализации СВС при различном прогнозе изменения тарифов на электроэнергию 116

   ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

   Кдц - степень децентрализации системы воздухоснабжения;

   т - количество источников воздухоснабжения, шт.;

   п - количество потребителей сжатого воздуха, шт.;

   V,- - величина потребности в сжатом воздухе [ - го потребителя, м /мин.;

   - суммарная величина потребности в сжатом воздухе 1 - ых потребителей, м³/мин;

   Р - давление воздуха, Бар;

   СВС - система воздухоснабжения;

   Т_а - температура окружающей среды, К;

   Ээ.сист - эксплуатационные затраты СВС за год эксплуатации, Руб/год; Эх^ДЦ - затраты электроэнергии на привод локально установленного компрессора, Руб/год;

   3_Р^СИСТ - расчетные капитальные затраты в СВС, Руб/год;

   Зист^ДЦ ~ расчетные капитальные затраты в локальный источник

   воздухоснабжения, Руб/год;

   Зист* ~ расчетные капитальные затраты в источник воздухоснабжения при централизованном воздухоснабжении, Руб/год;

   Зсети - расчетные капитальные затраты в магистральные воздухопроводы, Руб/год;

   Энут ~ затраты электроэнергии на восполнение утечек на участке магистрального воздухопровода, Руб/год;

   Эохл ~ затраты электроэнергии на охлаждение компрессора, Руб/год;

   Этп~ затраты электроэнергии на компенсацию гидравлических потерь, Руб/год;

   АР- потери давления на магистральном воздухопроводе, Па;

   Я - коэффициент трения воздуха;

   Ь - длина расчетного участка воздухопровода, м;

   р_сж - плотность сжатого воздуха, кг/м³;

   Р_сж - абсолютное давление на расчетном участке, Па;

   Я - универсальная газовая постоянная, Дж/кг*К;

   Т_сж - температура сжатого воздуха, К;

   м> - скорость воздуха в нагнетательном трубопроводе, м/с;

   V - кинематическая вязкость воздуха, м/с;

   с1_сж - диаметр рассматриваемого воздухопровода, мм;

   Кж - расход воздуха проходящий по расчетному воздухопроводу, м /мин;

   У_н - расход воздуха при нормальных условиях, м /мин;

   р_сж - плотность сжатого воздуха при нормальных условиях, кг/м³;

   Введение к работе

   Актуальность работы. В настоящее время актуальность энергосбережения не вызывает сомнений. Это связано с комплексом различных факторов, одним из которых является возможность исчерпания невозобновляемых источников энергии.

   При реконструкции или новом строительстве системы энергообеспечения предприятия, необходимо определять экономическую целесообразность выбора структуры распределения энергоносителя, подбор и месторасположения оборудования.

   Распределение таких энергоносителей, как газ и электроэнергия осуществляется централизованным способом. Для теплоснабжения и воздухоснабжения можно рассматривать различные варианты генерации, распределения и использования, т.к. имеется техническая возможность их производства непосредственно на предприятии. Для сжатого воздуха в нашей стране в основном применяется централизованная схема распределения, но в настоящее время все более актуальными становятся локальное и частично- децентрализованное воздухоснабжение.

   Локальное воздухоснабжение, широко распространенное за рубежом, имеет ряд положительных аспектов по сравнению с централизованным. Это:

   возможность сократить утечки в магистральных воздухопроводах

   снижение гидравлических потерь на транспорт энергоносителя

   возможность более четкого соответствия потребности и производства

   повышения качества воздуха

   возможность применять компрессоры с воздушным охлаждением

   Но при этом существуют и некоторые проблемы, избежать которые позволяет разработанный автором подход к решению задачи оптимизации СВС.

   Существующие методики проектирования и выбора структуры СВС не в полной мере учитывают важные экономические факторы эксплуатации, а использование компрессоров с водяным охлаждением подразумевает выбор оптимального варианта из различных комбинаций централизованных схем воздухоснабжения и исключает возможность рассмотрения альтернативных централизованной схем распределения энергоносителя, что стало возможно в настоящее время ввиду широкого распространения новых типов компрессорного оборудования.

   С появлением компрессоров охлаждаемых воздушным способом и имеющим достаточно высокую производительность, в совокупности с широким распространением автономных систем управления, появилась возможность выбора между централизованной или децентрализованными схемами воздухоснабжения исходя из экономической целесообразности их внедрения и эксплуатации.

   Решение задачи выбора оптимальной структуры системы воздухоснабжения на практике часто решается без четкого обоснования, что приводит к снижению энергетического эффекта от децентрализации, вплоть до отрицательных результатов.

   Определение условий, при которых выгодно использование локальной, централизованной или частично децентрализованой системы воздухоснабжения является важной и требующей решения задачей. При этом, работам посвященным экономическому анализу при выборе структуры системы воздухоснабжения в нашей стране уделялось недостаточное внимание и в настоящее время этот вопрос стал чрезвычайно актуален.

   Целью диссертационной работы является повышение энергетической эффективности промышленных систем воздухоснабжения и снижение эксплуатационных затрат на производство и распределение сжатого воздуха на основе разработки и выбора оптимальных схемно-параметрических решений СВС в совокупности с использованием возможностей современного технологического оборудования.

   Для этого требуется:

   разработать метод структурной оптимизации СВС промышленных предприятий на основе рационального сочетания централизованного и локального способа распределения сжатого воздуха.

   разработать метод сравнения различных схемных решений структуры СВС на основе обобщения данных по оборудованию и материалам, используемых для решения задачи комплексного подхода к реконструкции СВС.

   Научная новизна. Разработан метод структурной оптимизации на основе минимизации эксплуатационных расходов и капитальных затрат промышленных систем воздухоснабжения, включающих централизованные или локальные источники, потребители сжатого воздуха, а также традиционные системы охлаждения компрессоров, магистральные и внутрицеховые воздухопроводы, применимый как для нового строительства, так и для реконструкции существующих систем воздухоснабжения.

   Выявлена целесообразность и возможность отказа от водяного способа охлаждения путем использования компрессоров с воздушным охлаждением, позволяющая рассматривать все варианты размещения компрессорного оборудования, в том числе в зоне расположения потребителей, без ограничений связанных с особенностями транспорта охлаждающей воды и расположения градирен.

   Разработан метод сравнения различных схемных решений структуры СВС путем использования в расчетах в качестве источника воздухоснабжения компрессора с обобщенными характеристиками, позволяющий снизить влияние типа используемого оборудования на результат анализа различных структур СВС.

   Получена и математически выражена сравнительная характеристика потребляемой и удельной мощности, стоимостных показателей, затрат на охлаждение компрессоров от производительности, на основе разработанной базы данных по оборудованию и материалам, применяемым при реконструкции

   свс.

   Практическая ценность. Разработанный метод и полученные результаты, позволяет выбрать рациональную структуру СВС ПП, на основе минимизации эксплуатационных и капитальных затрат.

   Представленный метод и полученные результаты работы могут быть использованы при проектировании и модернизации систем воздухоснабжения предприятий, а также проведения энергоаудиторских обследований.

   Результаты исследования показывают, что использование воздушного охлаждения вместо водяного существенно снижает ущерб окружающей среде, исключает затраты на водоподготовку и позволяет полезно использовать тепло сжатия.

   Установленное влияние изменения тарифов на электроэнергию и стоимости оборудования на экономический эффект от мероприятий структурной оптимизации СВС могут быть использованы для оценки реальной картины СВС предприятия с точки зрения ее реальной эффективности в современных условиях.

   Отдельные разделы диссертации использованы в практических занятиях и лекционном курсе «Технологические энергоносители и энергосистемы».

   Материалы диссертации вошли в отчет о научно-исследовательской работе "Повышение энергетической эффективности промышленных систем воздухоснабжения посредством оптимального сочетания централизованного и децентрализованного распределения". Шифр работы 2370040 ПТС. УДК 620.91/.98 (047.2),-М., 2005.

   Достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы обоснована использованием методологии системного подхода в промышленной теплоэнергетике, фундаментальных законов технической термодинамики и газодинамики, достоверных справочных данных, апробированных методов математического моделирования, совпадением полученных теоретических и практических результатов.

   Автор защищает:

   разработанный метод выбора оптимальной структуры СВС на основе минимальных эксплуатационных расходов и капитальных затрат, позволяющий также оперативно оценивать состояние показателей энергоэффективности СВС предприятия при изменении цен на оборудование и тарифов.

   разработанную сравнительную характеристику стоимостных и технических параметров компрессорного оборудования полученную на основе обобщенного анализа характеристик наиболее распространенных моделей компрессоров.

   выявленную целесообразность и возможность отказа в ряде случаев от водяного охлаждения компрессоров, путем внедрения компрессорного оборудования с воздушным охлаждением.

   результаты анализа внедрения локальных и частично децентрализованных схем СВС с целью повышения энергетической эффективности СВС.

   Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XIX, XX, XXI, XXII, XXIII международных научно- технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2003 г, 2004 г., 2005 г., 2006 г., 2007 г.); опубликованы и представлены на второй всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение-теория и практика» (г.

   Москва, 2004 г.); IV Межрегиональной конференции-выставке по энергосбережению (г. Киров, 2004 г.); Научно-технической конференции "Современная машиностроительная и энерготехническая продукция - основ стабильности и экологической безопасности производств в топливно - энергетическом комплексе" (Федеральное агентство по энергетике, г. Москва, 2005 г.); 5-ой Всероссийской научно - практической конференции «Ресурсосбережение и экологическая безопасность» (г. Смоленск, 2006.); Материалы работы использованы рядом промышленных предприятий при реконструкции систем воздухоснабжения.

   Публикации. Основные результаты диссертации были изложены в 23 печатных работах.

   Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 141 странице машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов по работе, списка литературы из 84 наименований и 12 приложений.

   Похожие диссертации на Повышение энергетической эффективности промышленных систем воздухоснабжения посредством оптимального сочетания централизованного и децентрализованного распределения

   

   Анализ и повышение эффективности промышленных систем воздухоснабжения Жаров Дмитрий Владимирович

   Повышение эффективности систем охлаждения технических масел компрессорных станций и когенерационных установокВоропаев, Андрей Николаевич

   Повышение эффективности систем централизованного теплоснабженияКолосов, Михаил Викторович

   

   Повышение эффективности систем централизованного теплоснабжения при формировании диспетчерского графика тепловых нагрузок с учетом нестационарных процессовЖуков, Денис Владимирович

   

   Повышение эффективности систем энергообеспечения промышленных предприятий с использованием технологии газификации угляТимофеева, Светлана Сергеевна

   

   Повышение эффективности систем теплоснабжения на основе мониторинга тепловых потерь и оптимизации параметров тепловой изоляцииКорягин, Алексей Николаевич

   

   Повышение эффективности эксплуатации систем теплоснабжения на основе модификации теплообменных поверхностей с использованием поверхностно-активных веществЛукин Максим Васильевич

   

   Повышение энергетической эффективности систем тепло и электроснабжения объектов Кыргызстана на основе солнечных гибридных коллекторовКадыров, Чолпонбек Аманович

   

   Совершенствование теплообменных аппаратов водяных систем теплоснабжения повышением энергетической эффективностиЮркина Мария Юрьевна

   

   Повышение энергетической эффективности теплотехнологических систем предприятий нефтяной промышленностиМарфин Евгений Александрович