Wykład IV gospodarka energetyczna
Wykorzystanie pary ciepła skraplania pary:
W racjonalnym gospodarowaniu energią cieplną zasadniczą rolę odgrywa problem pełnego wykorzystania ciepła skraplania pary wodnej, jak również zagadnienie wykorzystania skroplin (kondensatu) i zawartego w nich ciepła. Skropliny powinny bezwzględnie być zawrócone do kotła, ponieważ zwykła trzeba destylować.
Niedopuszczalna jest praca wymiennika ciepła z parą przelotową, tzn. przy niepełnym skropleniu pary, gdy z aparatu odprowadza się mieszaninę kondensatu (skroplin) i pary, której entalpia jest dużo wyższa od entalpii kondensatu wrzącego pod danym ciśnieniem.
Przy niepełnym skropleniu, zużycie pary w wymienniku jest większe niż wtedy, gdy para skrapla się całkowicie, mimo, ze wydajność cieplna wymiennika w obu przypadkach jest jednakowa ze względu na jednakową różnicę temperatur i jednakowe warunki skraplania pary.
Żeby w wymienniku zaszło pełne skroplenie pary w wymienniku odpowiada prawidłowo pracujący odwadniacz. To znaczy, że przepuszcza skropliny ale uniemożliwia wypływ pary bez skroplenia.
Jeśli odwadniacz przepuszcza część pary i wówczas ponosimy straty i za odwadniaczem mamy mieszaninę pary i cieczy, musimy więcej dostarczać pary.
Fotka 1 zużycie pary przy źle działającym odwadniaczu.
Pytanie które może być : Czy przeponowy wymiennik ciepła może pracować bez odwadniacza?
Może ale nie powinien ponieważ następuje wtedy większe zużycie pary.
W przemyśle mamy szereg wykorzystywanych odwadniaczy. Najczęściej:
-zwężkowe
-pływakowe
-termostatyczne
-termodynamiczne
Są to urządzenia bardzo ważne, ponieważ mają zapewnić przepływ skroplin i zablokowac przepływ pary.
Odwadniacz zwężkowy jest wyposażony w zwężkę, kryzę która ma tak dobrany otwór aby przepływały przez niego tylko skropliny, w minimalnym stopniu para wodna.
Idea zastosowania zwężki jako odwadniacza opiera się na znanej zależności obliczenia strumienia cieczy lub pary, przepływającego przez zwężkę:
M=alfa0*A*pierw 2ρ*delta p
Przykład: przy ciśnieniu pary grzejnej O,1 MPa
Gęstość pary 0,57
Ten odwadniacz powinien być stosowany tam gdzie mamy stały przepływ pary lub cieczy. We wzorze jedyna różnica gdy liczymy dla pary i cieczy to gęstość.
Odwadniacz pływakowy to nic innego jak regulator poziomu cieczy w zamkniętym zbiorniku.
Fotka 2 odwadniacz pływakowy taki półokrągły z grzybkiem dociskowym
Wada: Odpływ kondensatu i zawór jest narażony na zanieczyszczenie kamieniem kotłowym dlatego został zastąpiony innymi odwadniaczami.
Odwadniacz dzwonowy jest podobny do pływakowego ale ma odprowadzenie w części górnej.
Fotka 3 metalowy kubek odwrócony
Fotka 4 obraz pracy odwadniacza pływakowego
Pod pływakiem znajduje się ciecz i na pływak nie działa siła wyporu. W momencie gdy do zaworu dostaje się para wtedy dzwon zaczyna być wypierany przez parę i zamyka zawór
Odwadniacz termostatyczny opiera się na pewnym przechłodzeniu kondensatu. Mogą mieć różna konstrukcję.
Elementem sterującym może być kolumna płytek bimetalowych czyli dwóch metali o różnej rozszerzalności cieplnej połączone nierozłącznie ze sobą. W domu są one używane w żelazkach itp.
Fotka 5 i 6 zasada dzialania tego odwadniacza.
Na skutek ogrzewania jedna z tych płytek wygina się w jedną a druga w drugą stronę, wówczas powyginane unoszą grzybek do góry i przepływ jest niemożliwy.
Odwadniacz termodynamiczny-opiera się na zjawisku paradoksu hydrodynamicznego. Elementem sterującym jest metalowa płytka
Płytka porusza się do góry i w dół, ale inaczej niż to by się zdawało.
Paradoks- strumień mieszaniny pary i wody nie unosi jej do góry tylko przyciska do gniazda uniemożliwiając przepływ. Dzieje się tak, ponieważ strumień przepływającej cieczy ma ciśnienie statyczne i ciśnienie dynamiczne. Jeżeli jedna z nich maleje to druga rośnie, ponieważ suma musi być stała. Gdy para dostaje się nad płytkę wtedy rośnie ciśnienie statyczne i maleje dynamiczne gdzie statyczne przyciska płytkę do dołu.
Fotka 9 praca odwadniacza
Odwadniacz powinien być w niewielkiej odległości od wymiennika ciepła.
Fotka 10
Przed odwadniaczem mamy zawór i za też. Włączony jest tam króciec do badania skroplin. Dodatkowo zamontowane jest obejście które jest wykorzystanie wtedy gdy wymiennik musi pracować a odwadniacz ma być wymontowany.
WYKORZYSTANIE CIEPŁA ODPADOWEGO
Przy obróbce cieplnej produktów spożywczych często mamy do czynienia z ciepłem odpadowym. Jest to ciepło, które pozostaje w półproduktach po dokonanej obróbce cieplej. Ciepło odpadowe jest ciepłem zbędnym, bardzo często szkodliwym.
To ciepło może być wykorzystane np. do wstępnego ogrzewania produktu który jest przygotowywany do pasteryzacji. Przykład to np. wymienniki płytowe stosowane do pasteryzacji mleka, moszczy, wina piwa i innych.
W pasteryzatorze, obrabiany produkt przepływa najpierw przez sekcję regeneracji (wymiany) ciepła, gdzie ogrzewa się wstępnie odbierając ciepło produktowi spasteryzowaniu. To powoduje mniejsze zapotrzebowanie ciepła.
Wskaźnikiem skreślającym stopień wykorzystania ciepła odpadowego nazywamy współczynnikiem regeneracji:
Fokta 11 R=Q odzyskane \Q ogrzewania
Ciepło odzyskane to strumień masowy *ciepło właściwe *delta T
Fotka 12 wzór po skróceniu
Stosowanie regeneracji przynosi oprócz oszczędność ciepła przynosi również oszczędność wody niezbędnej do chłodzenia produktu do założonej temperatury końcowej.
Im większą ilość ciepła chcemy uzyskać tym większą powierzchnię musimy stosować. Jeżeli więcej ciepła odzyskujemy, tym koszty eksploatacyjne wymiennika maleją, ale koszty inwestycyjne wymiennika rosną.
Fotka 12 optymalny współczynnik regeneracji , analiza techniczno-ekonomiczną kosztów.
Sumę kosztów uzyskamy dodając wysokość y punktów dwóch krzywych.
Część II Dr hab. Inż. Dariusz Piotrowski
Energia elektryczna – energia układu ładunków elektrycznych nieruchomych (energia elektrostatyczna) lub ruchomych (energia elektrodynamiczna)
Energia elektryczna prądu elektrycznego to energia jaką prąd przekazuje przekazuje odbiornikowy.
Wykonującemu pracę lub zmieniającego ją na inną formę energii.
Energię elektryczną przepływającą lub pobierana przez urządzenie określa iloczyn natężnienia prądu płynącego przez odbiornik, napięcia itd.
Fotka 1 energia czynna bierna i pozorna
Energię zużytą przez urządzenie oblicza się mnożąc jego moc przez czas pracy. Moc jest wyrażana w KW lub W. Moc, jaka urządzenie pobiera podczas swojej pracy, jest podawana przez producenta w instrukcji, etykiecie elektrycznej lub tabliczki znamionowej
Własności energii elektrycznej:
-łatwość transportu, rozdziału i regulacji
-niezanieczyszczanie środowiska – duże elektrownie wytwarzające głównie energii cieplnej
-wysoka sprawność przetwarzania
Wady energii elektrycznej:
-trudność jej przechowywania, stosowanie akumulatorów przy małych pojemnościach i wydajnościach oraz ich wielkie rozmiary je wyklucza, ale elektrownie –szczytowo wypompowe które przepompują wodę wyżej gdy energii jest nadmiar.
Energia bierna Q var jest potrzebna do wytwarzania pola magnetycznego
Jeżeli energia bierna nam towarzyszy, przepływając przez sieć wywołuje szereg niepotrzebnych zjawisk, typu wzrost spadków napięcia, co powoduje obniżenie poziomów napiecia w sieci
-wzrost strat mocy i energii
-zmniejszenie możliwości przyłowem sieci dla mocy czynnej.
Fotka Wskaźniki
Ograniczenie poboru mocy biernej.
W przepisach regulujących warunki przyłączania do sieci elektroenergetycznej i dostawy energii określono, że warunkiem dotrzymania jakościowych standardów dostarczanej energii jest pobieranie mocy nie większej niż moc umowna przy współczynniku tgϕ nie większym niż 0,4 cos odpowiada wspoczynikowi oporu cosϕ 0,93.
O wyborze sposobu zasilania energią elektryczną decyduje głównie pewność zasilania. Zależy ona od wielkości strat ponoszonych przez zakład w przypadku przerwy w zasilaniu. Wielkość strat szacuje się w granicach 30-150 krotnego kosztu niedostarczonej energii elektrycznej. Straty te mogą być jeszcze większe w przypadku zamrażalni czy zakładów mięsnych.
Większość maszyn i urządzeń w przemyśle spożywczym wyposażona w silniki elektryczne o zróżnicowanych poborach mocy. Warunki pracy maszyn elektrycznych są często trudne, co powodowane jest wykonywaniem przez nie pracy w powietrzu o dużej wilgotności, w niskich i wysokich temperatur.
Zakłady branż spożywczych cechują:
-znaczne przestrzenne budowle
-duża liczba silników elektrycznych o niewielkich mocach
Zużycie energii elektrycznej powinno wynosić w browarze 8-12 kWh na hektolitr piwa – najlepsze dostępne techniki BAT
Głównymi użytkownikami energii elektrycznej w browarze są:
-pakowanie piwa
-maszynownia chłodnicza
-maszynownia sprężonego powietrza
-instalacja odzyski CO2
Typowymi przyczynami wysokiego zużycia energii w browarze SA:
-niska sprawność urządzeń elektrycznej
-słaba optymalizacja pracy urządzeń elektrycznych
-nieszczelności w instalacja sprężonego powietrza
-słaba optymalizacja pracy układu chłodzenia
-słaby nadzór nad procesami
Za instalacje powodujące największe zużycie ciepła i energii mleczarskich :
-linie do produkcji mleka skondensowanego
-mleka w proszku
-sprężarki urządzeń chłodniczych
-aeratory powierzchniowe do napowietrzania ścieków czyli oczyszczanie ścieków
Gospodarka elektryczna. Oszczędność elektryczna.
Do głównych czynników mających wpływ na racjonalne gospodarowanie energia elektryczna należą:
-konstrukcja maszyn i urządzeń
-jakość projektów i wynikająca z niego nominalna zdolność produkcyjna
- eksploatacja urządzeń
Ad1.
Konstrukcja maszyn i urządzeń- należy określić natężenie przepływu masy i energii przez maszynę lub aparat uwarunkowanego wymaganiami realizowanych procesów i operacji. Należy określić wydajności maszyny i aparatów, uwarunkowanej m.in. postacią konstrukcyjną, stanem obciążeń elementów roboczych itd.
Jakość produktu – w przypadku niewłaściwego dobrania urządzeń pod względem zapotrzebowania na energię/
Eksploatacja urządzeń – umiejętna obsługa urządzeń produkcyjnych umożliwia określenie określonych lub wyznaczonych parametrów procesu, niewłaściwa eksploatacja odbiorników energii wynika z braku aparatury kontrolno-pomiarowej, braku automatyki i z niedostatecznych kwalifikacji użytkowników.
Istnieje wiele przyczyn nadmiernego i nieuzasadnionego zużycia energii:
-Niedoskonałość termodynamiczna procesów przetwarzania energii
-obniżona sprawność odbiorników energii
-nadmierna materiałochłonność produkcji
-zwiększony udział wyrobów
Uwarunkowania projektowe:
Obliczenie zapotrzebowania na moc
Dostarczenie energii najczęściej odbywa się linią wysoko napięciową a potem jej przekształcenie
Grupy odbiorników pracują niejednocześnie i przy różnym wykorzystaniu mocy znamionowej:
Charakter obciążeń:
-ciągły
-dorywczy (silnik nie osiąga stałej temperatury pracy, ale po wyłączeniu przerwa jest wystarczająco długa, aby ostygł do temperatury otoczenia)
-przerywany silnik nie osiąga stałej temperatury ale przerwa nie jest wystarczająco długa by silnik ostygł do temp otoczenia.
Rodzaje pracy maszyn (PME) według obecnie obowiązująca norma w Polsce definiuje 10 trybów pracy gdzie trzy pierwsze są najczęściej wykorzystywane
S1- praca ciągła
S2 – praca dorywcza
S3 praca okresowa przerywana itd.
Zapotrzebowanie całego zakładu na moc można w praktyce obliczyć metodami orientalnymi.
Wśród metod obliczeniowych wyróżnia się metody :
-metoda współczynnika zapotrzebowania na moc która jest proporcjonalna do mocy zainstalowanej
-metoda wskaźnika zapotrzebowania na moc przypadającą na jednostkę produkcji- czyli zastosowanie tej metody wymaga znajmości jednostkowego zapotrzebowania na energie potrzebna do wyprodukowania jenostki
Ponad to w zakładzie musi też istnieć rezerwa mocy. Nie ma układów ani urzadzeń w których awaria byłaby wykluczona. Należy pamiętać ze w zakładzie może nastąpić przerwa w dostawie energii co wymaga zastosowanie urządzeń energii elektrycznej.
Rodzaj oraz wielkość rezerwy zależą od kategorii zakładu i klasy odbiorników en. Elektrycznej. Wśród odbiorników na terenie zakładu przemysłu jedynie oświetlenie bezpieczeństwa które posiada akumulatory i jeśli chodzi o jasność takiego oświetlenia powinno mieć 10% jasności normalnego oświetlenia.
Z punktu kosztów budowy najtańsza jest jendotranformatorowa lub dwu transformatorowa droższa.
Siec prądu przemiennego to sieć trójfazowa 3 x 400 V .
Fotka klasa fikcja rodzajów sieci rozdzielczej
Układ magistralny itd.
Sieć w zakładzie może obejmować również sieć prądu stałego z akumulatorów która nie tylko służy do zasilania oświetlenia awaryjnego ale także do sygnalizacji itp.
Wytyczne do projektów instalacji elektrycznych:
1. Dane w zakresie energetyki zasilania obejmujące
2. Dane dotyczące intalacji zmiennoprądowych zawierające:
-wykaz odbiorników energii elektrycznych dal poszczególnych budynków czy oddziałów z podaniem ich charakterystyki
-rezerwę mocy
-wytyczne dotyczące rodzaju oświeltnia łączenie z oświetleniem awaryjnym
3 Dant dotyczące inflacji stałoprądowych:
-pomieszczenie przewidziane dla central stałoprądowych
WYTYCZNE DO INTALACJI ENERGETYCZNEJ KOTŁOWNI
Zaczął pierdolić z prędkością światła przy jeszcze szybszym przewijaniem slajdów.
Niedaleko kotłowni powinien być przewidziany magazyn paliwa ciekłego lub gazowego stąd intalacja elektryczna powinna być odpowiednio do tego dostosowane.
W zakładzie przemysłu spożywczego en. Elektryczna jest wykzystywana na cele
-produkcyjne
-pozaprodukcyjne
Pozaprodukcyjne:
-kotłownie
-warsztaty
-oczyszczalnie
-oświetlenie
Osiadanie kurzu powoduje że oświetlenie spada o jakieś 50%
Między generatorem a odbiornikiem en. Elektrycznaj występuje kilka transformatorów. Straty mocy w sieci przeznaczonej do przesyłania określonej mocy przy małym współczynniku mocy znacznie większe.
Przewody sieci elektroenergetycznej muszą mieć większe przekroje a urządzenia rozdzielcze muszą być budowane na większe prądy znamionowe, co powiększa to nakłady inwestycyjne.
Współczynnik mocy cos ϕ można poprawiać w sposób naturalny lub sztuczny.
Naturalny to właściwy dobór silników o właściwości ej mocy i zamiana silników niedociążonych niedopuszczenie do pracy jałowej silników i transformatorów, przełączanie uzwojeń silników niedociążonych z trójkąta w gwiazdę bo w tych warunkach przyłożone prądy znamionowe powinny być niższe, staranny remont silników, zmiana transformatorów niedociążonych na transformatory o mniejszej mocy, instalowanie silników synchronicznych zamiast indukcyjnych ponieważ pracują one w sieci tak jak baterie kondensatorów.
-Sztuczny sposób poprawy współczynnika mocy zakłada się instalowanie baterii kondensatorów i kompensatorów wirujących, synchronizacje silników indukcyjnych lub pierścieniowych.
Kompensacja mocy biernej może być : indywidualna – przydacznie kondensatorów do indywidualnych silników elektrycznych słuszna tylko w w przypadku silników asynchronicznych dużych mocy,
-grupowa- wówczas gdy moce silników są zbyt małe a kompensacja indywidualna wywołałaby zbyt duże opory przepływu. Kondensatory są instalowane w punktach rozdzielczych sieci niskiego napięcia.
-centralna- polega na podłączeniu kondensatorów do szyn zbiorczych głównej stacji zasilającej. Podłączenie następuje po stronie wysokiego napięcia, gdy moc baterii przekracza 1 MVar.
Kierunki zmniejszenie energochłonności;
-zarządzanie energią, jaka pochodna audytu, w szczególności auto-audytu
-niskonakładowe działanie modernizacyjne
-inwestycje wysokonakładowe radykalnie zmniejszenie energochłonność
Audyt elektryczny jest to opracowanie określające zakres i parametry techniczne oraz ekonomiczne przedsięwzięcia modernizacyjnego instalacji elektrycznej i energoelektrycznej ze wskazaniem rozwiązania optymalnego, w szczególności z punktu widzenia kosztów realizacji tego przedsięwzięcia oraz oszczędności energii elektrycznej.
...
aneta1805