8262

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Ю. Чадов

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим и семинарским занятиям по дисциплине «Повышение энергетической и экологической эффективности систем теплогазоснабжения»

для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство профиль Энергосбережение и повышение энергетической эффективности зданий

Нижний Новгород

2022

1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Ю. Чадов

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим и семинарским занятиям по дисциплине «Повышение энергетической и экологической эффективности систем теплогазоснабжения»

для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство профиль Энергосбережение и повышение энергетической эффективности зданий

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

2

УДК 620.9:662.6

Чадов А.Ю. Повышение энергетической и экологической эффективности систем теплогазоснабжения : учеб. - метод. пос. /А.Ю.Чадов; Нижегородский государственный архитектурно - строительный университет. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2022. – 36 с; ил. – Текст: электронный

Представлена информация по способам повышения энергетической и экологической эффективности котельных установок, приведены указания по содержанию и последовательности выполнения практических и семинарских занятий по дисциплине «Повышение энергетической и экологической эффективности систем теплогазоснабжения», даны рекомендации по выполнению самостоятельной работы.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для проведения практических, семинарских занятий, выполнения индивидуальных заданий и курсовой работы по направлению подготовки 08.04.01 Строительство профиль Энергосбережение и повышение энергетической эффективности зданий.

.

© А.Ю.Чадов, 2022

© ННГАСУ, 2022

3

4

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Основными целями освоения учебной дисциплины «Повышение энергетической и экологической эффективности систем теплогазоснабжения » являются:

-формирование фундаментальных знаний и практических навыков в выборе и обосновании перспективных энергосберегающих и экозащитных технологий применительно к котельным установкам;

-выполнение расчетов энергоэффективного и экозащитного оборудования оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

-проблемы в области развития энергетического комплекса и охраны окружающей среды от выбросов и сбросов котлов;

-основные направления повышения энергоэффективности процессов выработки тепловой энергии и экологической безопасности;

-перспективное оборудование котельной и проблемы использования различных топливных смесей на основе горючих отходов производства;

-эффективные тепловые схемы котельных установок и комплексные схемы очистки выбросов и сбросов котельной

Уметь:

- выбрать перспективные направления совершенствования топливноэнергетических и природоохранных систем;

-выполнить определение КПД котлоагрегата на основе инструментальных замеров параметров топливосжигающего оборудования;

-выбрать энерго-ресурсосберегающие технологии и экозащитное оборудование применительно к котельным;

-рассчитать теплотехнические и эксплуатационные характеристики традиционных топлив и топливных смесей с добавлением отходов производства;

-выполнить схемные решения энергосберегающих технологий и систем очистки выбросов и сбросов

Владеть:

-информацией об основных составляющих энергоэффективности процессов выработки тепловой энергии и экологической безопасности;

-методикой проведения режимно-наладочных испытаний котлов и методикой расчета показателей котла по результатам инструментальных замеров;

-методикой расчета энерго-ресурсосберегающих технологий и экозащитного оборудования;

-традиционной методикой расчета теплотехнических характеристик топлива (топливных смесей) и методикой с использованием обобщенных характеристик топлива и продуктов сгорания;

-методиками проектирования технологического и экозащитного оборудования котельных установок

Данная дисциплина позволит студентам систематизировать полученные теоретические знания, укрепить практические навыки расчета и обоснования энергоэффективного и экозащитного оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

5

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

1.Направления совершенствования топливно-энергетических систем выработки и транспортировки теплоты

Проблемы топливноэнергетического комплекса, включая котельные установки. Анализ воздействия котельных установок на окружающую среду. Способы совершенствования тепловых схем котельных. Направления повышения экологической безопасности.

2. Энергоэффективность выработки тепловой энергии

Понятие «Энергоэффективность» применительно к котельным установкам. Составляющие энергетического баланса котельной установки. КПД брутто котельного агрегата. КПД нетто котельной установки. Способы регулирования отпуска теплоты.Способы повышения КПД котельной и коэффициента использования топлива (КИТ). Удельные показатели выработки тепловой энергии

3. Расчет энергосберегающих технологий и оборудования

Тепловой и конструктивный расчет конденсационного теплообменника калориферного типа. Разработка технических решений по переводу котельной в мини-ТЭЦ. Вовлечение в топливный баланс горючих промышленных отходов. Расчет теплотехнических и эксплуатационных характеристик топливных смесей на базе отходов нефтехимического комплекса. Разработка мероприятий по эффективному сжиганию топливных смесей. Технико-экономическое обоснование энергосберегающих технологий

4. Экологическая безопасность котельной установки

Экологическая оценка котельной установки. Расчет массы вредных веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух. Расчет распределения вредных выбросов в атмосферном воздухе. Расчет ПДВ. Выбор природоохранных комплексов для снижения негативного воздействия котельной на воздушный бассейн. Расчет сбросов в водный бассейн. Выбор метода снижения негативного воздействия котельной на водный бассейн. Выбор мероприятий по снижению шума. Расчет степени повышения экологической безопасности котельной установки в результате использования природоохранных технологий

1.3 Порядок освоения материала

Студенты предварительно знакомятся с программой курса; в качестве раздаточного материала выдается «Перечень практических занятий», озвучивается основной и дополнительный список рекомендуемой литературы, включающий учебники, учебные пособия по дисциплине, выдается задание на КР.

В течение курса со студентами проводятся семинары - дискуссии, индивидуальные и групповые консультации по вопросам выполнения индивидуальных расчетных заданий.

Весь часовой объем курса делится на академический (аудиторный) и самостоятельный. Основными формами реализации дисциплины являются практические занятия, а также формы самостоятельной работы: подготовка к семинарам - дискуссиям, практическим занятиям, выполнение КР, подготовка к экзамену.

6

2. Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям

2.1.Общие рекомендации по проведению практических занятий

В соответствии с рабочей программой курса предусмотрено 36 часов практических занятий. Практические занятия в аудитории состоят из семинаров-дискуссий , на которых рассматриваются научные основы изучаемых процессов и учебных занятий по расчету и обоснованию энергоэффективного и экозащитного оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

Практические занятия направлены на освоение теоретических знаний и выработку умений и навыков самостоятельного решения технических задач по предлагаемым темам. Выдаваемый студентам «Перечень практических занятий» позволяет сориентировать студентов в направлении поиска информации по конкретной теме семинара-дискуссии, поиску технических решений по индивидуальным заданиям.

Предлагается широкий спектр литературных источников, позволяющий расширить возможности студентов при самостоятельной подготовке к семинару-дискуссии, выполнению индивидуальных заданий, РГР и экзамену. Кроме того, студентам необходимо знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях. При этом необходимо учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Желательно готовить конспекты по изучаемым темам. Это особенно относится к тематике семинарских занятий, на которых производится дискуссия по предложенной тематике, в ходе которой студенты отвечают на вопросы, представленные в разделе 2.2. При этом студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при выполнении расчетно-графической работы.

Впроцессе проведения практических занятий используются различные методики

иформы работы: экспресс-опрос, семинар-дискуссия, демонстрация разработанных схем

итехнических решений на доске, тестирование, обучающие игры. Обязательно используются наглядные пособия.

На практических занятиях осуществляется текущий контроль работы обучающихся, включая контроль выполнения индивидуальных заданий.

2.2. Вопросы по тематике семинаров-дискуссий

Подготовка к семинарским занятиям призвана сформировать у студентов навыки самостоятельного анализа информации по теме, умение дать по тому или иному техническому решению или проблеме аргументированный ответ, умение ориентироваться в литературных источниках, формулировать собственные оценки, выводы, мнения по предложенной тематике.

Важной функцией семинарских занятий является углубление знаний, полученных в процессе подготовки к семинарудискуссии, их закрепление и применение при подготовке к выполнению индивидуальных заданий.

Семинарские занятия включают в себя такие формы учебной деятельности как устные выступления с докладами и их обсуждения, экспресс-опрос по теме и анализ особенностей решения обсуждаемой технической проблемы.

Особенно высоко оценивается выполнение презентаций по предложенной темати-

ке.

7

Таким образом, семинарские занятия как активная форма изучения темы, являются оптимальным средством контроля учебной деятельности студентов, а итоговые оценки, полученные на семинарских занятиях, влияют на результаты промежуточной аттестации.

Семинары-дискуссии проводятся в соответствии с рабочей программой на занятиях №1,2,3,6,7,11,14,15,16,17. Ниже приведены темы семинарских занятий и вопросы для обсуждения в аудитории.

Занятие №1

Тема: Состояние топливноэнергетического комплекса и проблемы в области охраны окружающей среды

В процессе семинарского занятия проводится экспресс-опрос по проблемам топливноэнергетического комплекса, включая котельные установки, и воздействию процессов горения на окружающую среду на основе знаний, полученных в рамках учебного плана бакалавриата.

Необходимо обсудить ответы на следующие вопросы:

-является ли достаточной эффективность использования топлива в котельных в настоящее время?

-охарактеризуйте потери теплоты в котельной при использовании органического топлива различных видов;

-приведите способы повышения эффективности использования топлива в котельной

установке, изученные в рамках учебного плана бакалавриата;

-назовите варианты использования отработанной теплоты, примененные Вами при разработке тепловой схемы котельной;

-перечислите виды негативного воздействия технологических процессов котельной на окружающую среду;

-какие вредные вещества выбрасываются с продуктами сгорания топлива в атмосферный воздух?

-каковы источники загрязнения водного бассейна технологическими процессами котельной?

-какое оборудование котельной требует защиты от шумового воздействия?

Занятие № 2

Тема: Направления совершенствования топливно-энергетических систем выработки и транспортировки теплоты

Входе дискуссии подробно анализируются процессы выработки тепловой энергии

сиспользованием органического топлива в котельной

Рассматривается тепловая схема котельной и определяются способы повышения эффективности используемого оборудования и снижения тепловых потерь на собственные нужды котельной [1- 8].

Особое внимание уделяется вопросам повышения возврата конденсата в паровых котельных, использования энергетических потерь пара в паровой гребенке, недопущения

8

явлений кавитации в питательных насосах; применительно ко всем котельным - необходимости устранять неплотности во фланцевых соединениях, в арматуре, утечки из вентилей нижних точек и предохранительных клапанов и др.

Необходимо использовать способы эффективного регулирования при выработке, транспортировке и потреблении тепловой энергии, а именно:

-соблюдать оптимальные режимы эксплуатации котлов на основе выполнения наладочных работ и эксплуатационных испытаний с составлением режимных карт;

-систематически проводить анализ технико-экономических показателей работы теплогенерирующей установки и вспомогательного оборудования;

-использовать передовые технологии сжигания топлив: сжигание твердого топлива в псевдоожиженном слое или в камерных топках; сжигание обводненного мазута в виде во- до-мазутной эмульсии и др.

-поддерживать гидравлическую устойчивость систем транспортировки теплоносителя к потребителю;

-сокращать потери теплоносителей в тепловой сети путем использования предизолированных труб и перспективной изоляции стыков [7]; -не допускать длины теплотрасс, превышающей оптимальный радиус действия источника теплоты;

-использовать способы эффективной тепловой защиты зданий и сооружений.

Занятие №3

Тема: Определение энергоэффективности выработки тепловой энергии в котельной путем проведения режимно-наладочных испытаний

В ходе дискуссии по предложенной теме изучаются этапы проведения режимноналадочных испытаний [3,9], анализируются результаты работы котла на различных тепловых нагрузках и с различным коэффициентом избытка по газовому тракту котлоагрегата. Анализируются параметры работы котлоагрегата (котла) при каждой тепловой нагрузке и КПД котлоагрегата(котла).

Студенты изучают содержание режимных карт (см. таблицу 1.), выполненных на основе инструментальных замеров; проводят расчет КПД по формулам, приведенным в [1и удельный расход топлива на 1 ГДж теплоты.

Таблица 1. Режимная карта парового котла ДКВр-10/13; топливо-природный газ

9

Занятие № 6

Тема: Способы реконструкция котельной в мини-ТЭЦ

В ходе дискуссии студенты рассматривают методы выработки автономной электрической энергии на базе проектируемых или реконструируемых котельных с целью их реконструкции в мини-ТЭЦ [7, презентация].

Изучаются три вида электрогенераторов - паровые и газовые турбины, поршневые генераторы. Анализируются преимущества и недостатки каждого из видов электрогенерирующих установок и их конструкции.

По результатам изучения студенты должны ответить на следующие вопросы:

-какие виды мини-ТЭЦ наиболее распространены?

-в чем заключается реконструкция паровой котельной в мини-ТЭЦ?

-докажите преимущество перегретого пара как энергоносителя в паровых турбинах;

-назовите преимущества и недостатки паротурбинных мини-ТЭЦ;

- каковы характеристики паровых турбин малой мощности и основные предприятия – производители паровых турбин?

- приведите термодинамические процессы в паровой турбоустановке.

- сопоставьте тепловые процессы в конденсационной и противодавленческой турбинах. - в чем заключается корректировка тепловой схемы паровой котельной?

- назовите принцип работы поршневых двигателей, используемых для автономной выработки электроэнергии в стационарных котельных установках;

-какой из видов топлива наиболее рационально использовать в поршневых двигателях?

-каков принцип работы газо-поршневого двигателя?

-приведите характеристики термодинамического цикла поршневого двигателя;

-с какой целью утилизируется теплота уходящих газов газо-поршневого агрегата;

-назовите способы утилизации теплоты уходящих газов газо-поршневого агрегата;

-приведите оборудование для утилизации теплоты уходящих газов газо-поршневого агрегата;

-какие изменения в тепловой схеме водогрейной котельной должны быть сделаны при использовании поршневых агрегатов для производства электроэнергии?

10