8311

М И Н О Б Р Н А У К И Р О С С И И Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Н.Т. Пузиков, Е.А. Лебедева

ЭНЕРГО - И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЯХ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению расчетно-графических работ)

для обучающихся по дисциплине «Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и теплотехнике» по направлению подготовки 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника

профиль Тепломассообменные процессы и установки

Нижний Новгород

2022

М И Н О Б Р Н А У К И Р О С С И И Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Н.Т. Пузиков, Е.А. Лебедева

ЭНЕРГО - И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЯХ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению расчетно-графических работ)

для обучающихся по дисциплине «Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и теплотехнике» по направлению подготовки 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника

профиль Тепломассообменные процессы и установки

Нижний Новгород

ННГАСУ

2022

2

УДК 620.9:662.6 (0,75)

Пузиков Н.Т. Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и теплотехнике: учебно-методическое пособие/ Н.Т. Пузиков, Е.А. Лебедева;

Нижегородский государственный архитектурно - строительный университет. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2022. – 15 с; ил. – Текст: электронный .

Представлена информация о современных достижениях в области энерго- и ресурсосбережения, приведено содержание лекционных занятий, даны указания по содержанию и последовательности выполнения практических занятий по дисциплине «Энерго - и ресурсосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях», даны рекомендации по выполнению индивидуальных заданий.

Предназначено для по подготовки к лекциям, практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению расчетнографических работ) для обучающихся по дисциплине «Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и теплотехнике» по направлению подготовки 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника профиль Тепломассообменные процессы и установки

© Н.Т.Пузиков, 2022 © ЕА.Лебедева, 2022

© ННГАСУ, 2022

3

4.3Печатные и электронные издания и методические материалы, используемые для освоения дисциплины

4

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения дисциплины Б.1.В.07. Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и теплотехнике являются подготовка специалистов, способных ставить и решать задачи в области энерго- и ресурсосбережения в промышленности и на объектах жилищно-коммунального хозяйства, приобретение студентом знаний и навыков по решению проблем в области энерго- и ресурсосбережения на объектах теплоэнергетики, теплотехники и теплотехнологии

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

-классификацию, основное оборудование энерго- и ресурсосберегаающих технологий, повышающих эффективность энергосберегающих технологий в области теплоэнергетики и теплотехники

- нормативно-технические документы регулирующие деятельность в области энерго-и ресурсосберегающих технологий в сфере теплоэнергетики и теплотехники

-проблемные ситуации в современной теплоэнергетике, теплотехнике, теплотехнологиях; современные и перспективные решения систем энерго-ресурсо- сбережения, включая мероприятия по технике безопасности технологического оборудования

Уметь:

-разрабатывать проекты с использованием энерго-и ресурсосберегающих технологий в области теплоэнергетики и теплотехники

-разрабатывать проекты с использованием энерго-и ресурсосберегающих технологий в области теплоэнергетики и теплотехники

-выбирать и обосновать оптимальные пути решения модернизации технологического оборудования с позиции улучшения эксплуатационных характеристик оборудования, повышения его экологической безопасности разработать комплекс мероприятий по безаварийной эксплуатации технологического оборудования

Владеть:

-способностью генерировать прогрессивные идеи и доказывать их ценность, определять негативные последствия технологических операций, совершаемых при нарушении технологического процесса или при модернизации оборудования;

-способностью выявлять приоритетные направления исследований, ставить цели и определять задачи исследований, а также последовательность их выполнения; создавать критерии оценки, оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы;

-информацией о современном состоянии проблемы энерго-ресурсосбережения, комплексом методик по определению энергетической эффективности технологических систем, включая энергетические; критериями оценок эффективности;

-выбирать и обосновать оптимальные пути решения модернизации технологического оборудования с позиции улучшения эксплуатационных характеристик оборудования, повышения его экологической безопасности разработать комплекс мероприятий по безаварийной эксплуатации технологического оборудования

.

Данная дисциплина позволит студентам систематизировать полученные

5

теоретические знания в области разработки энергосберегающих систем применительно к энергетическим установкам; выявить наиболее неэффективные технологии топливноэнергетического комплекса; укрепить практические навыки расчета и обоснования энерго

– и ресурсосберегающих технологий, выбора энергосберегающего оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

Табл.1. Объём дисциплины и виды учебных занятий

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

Раздел 1. Энерго-ресурсосберегающие технологии в теплоэнергетике. Общие сведения.

Федеральный закон «Об энергосбережении». Энергоресурсы и перспективы развития. Методы оценки эффективности использования энергоресурсов. Классификация ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий. Перспективные направления развития энергоресурсосберегающих технологий Выбор исходных данных для расчетно-графической работы

Классификация ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий.

Раздел 2. Проблемы и перспективы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

Использование солнечной энергии с целью замещения органического топлива. Перспективные гелиоустановки. Схема гибридной солнечной установки для получения тепловой и электрической энергии. Фотоэлектрические элементы. Преимущества, недостатки. Основы расчета. Перспективные способы использования геотермальной энергии. Проблемы использования ветровой и солнечной энергии.

Раздел 3. Эффективные способы энерготехнологического комбинирования

6

технологических процессов.

Комплексное ступенчатое использование теплоты уходящих газов. Виды теплоутилизационного оборудования. Теплотехнические и эксплуатационные характеристики энергосберегающего оборудования. Основы расчета.

Раздел 4. Перспективы комплексного использования отходов производства и потребления для получения тепловой и электрической энергии.

Совершенствование топочных камер котлов и газогенераторов для утилизации отходов. Использование энергетического потенциала отбросных газов и отходов в качестве топлива для когенерационных установках на базе промыщленных котельных.

Раздел 5. Технико-экономическое обоснование повышения энергоэффективности и экологической безопасности теплоэнергетических установок за счет использования энергосберегающих технологий.

Способы технико-экономического обоснования энергосберегающего оборудования и установок. Расчет окупаемости возобновляемых источников энергии. Расчет экологических показателей энерго- и ресурсосберегающих технологий

1.3 Порядок освоения материала

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

В течение курса со студентами проводятся лекции, практические занятия, семинары - дискуссии, индивидуальные и групповые консультации по вопросам выполнения индивидуальных расчетных заданий и выполнению курсовой работы.

Весь часовой объем курса делится на академический (аудиторный) и самостоятельный. Основными формами реализации дисциплины являются лекции, практические занятия, включающие семинары-дискуссии, а также формы самостоятельной работы: подготовка к лекциям, семинарам - дискуссиям, практическим занятиям, выполнению курсовой работы, подготовка к промежуточной аттестации (зачету).

7

2. Методические рекомендации по подготовке к лекционным занятиям

2.1.Общие рекомендации по проведению лекционных занятий

Лекции позволяют в максимально сжатые сроки представить значительный объем структурированной информации. Лекционные материалы по курсу «Энерго – и ресурсосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях» имеют проблемнотематическую структуру и выстраиваются по принципам систематичности, последовательности и научности. Это дает возможность сформировать необходимые экологические знания, соответствующие уровню современной науки, обеспечить создание верных представлений о воздействии теплоэнергетических технологий на окружающую среду и способах его нейтрализации.

Лекция - форма учебного занятия, цель которого состоит в рассмотрении теоретических вопросов излагаемой дисциплины в логически выдержанной форме. Важно понять, что лекция не является копией учебника, а скорее – обобщением многочисленной литературы, авторской разработкой, которая отражает опыт преподавателя его представления о том, что студент должен знать.

Правильно законспектированный лекционный материал позволяет студенту создать устойчивый фундамент для самостоятельной подготовки, дает возможность получить и закрепить полезную информацию. Именно на лекции создаются основы для эффективной и плодотворной работы с информацией, которая требуется студенту, как в профессиональной, так и в повседневной жизни.

Восприятие лекции, и ее запись – это процесс постоянного сосредоточенного внимания, направленного на понимание рассуждений лектора, обдумывание полученных сведений, их оценку и сжатое изложение на бумаге в удобной для восприятия форме. То есть, самостоятельная работа студента на лекции заключается в осмыслении новой информации, и ее краткой рациональной записи. Правильно записанная лекция позволяет глубже усвоить материал, успешно подготовиться к практическим занятиям, зачетам и экзаменам.

2.2. Содержание лекционных занятий

Тема: Методы оценки эффективности использования энергоресурсов

Эффективность использования энергоресурсов определяется [8]: степенью преобразования их энергетического потенциала в конечную продукцию, в том числе теплоту, используемую на бытовые и промышленные нужды.

Эффективность применения энергоресурсов оценивается коэффициентом их полезного использования ( эр):

где ир – коэффициент извлечения потенциального запаса энергоресурса;пр - коэффициент преобразования энергоресурса;пи – коэффициент полезного использования энергии.

Коэффициент извлечения потенциального запаса энергетического ресурса ( ир)

8

равен отношению всего количества извлекаемого ресурса к его потенциальному запасу. Он определяется уровнем развития техники и технологий добычи топлив и составляет: для месторождений природного газа – 80%, нефти – от 30 до 40%, углей – 40% и ниже.

Коэффициент преобразования ( пр) энергоресурса равен отношению количества энергии, полученной в процессе преобразования, к подведенной энергии. Таким образом, степень преобразования химической энергии органического топлива в тепловую энергию при его полном сжигании (q3 = 0) определяется тепловыми потерями (q5) в окружающую среду. Современные топочные устройства позволяют обеспечить степень такого преобразования, равную 97-99% в крупных энергетических установках и 95-97% - в установках малой мощности.

Коэффициент полезного использования энергии ( пи) равен отношению количества использованной полезной энергии к израсходованной. Например, преобразование тепловой энергии продуктов сгорания в тепловую энергию рабочего тела (теплоносителя – водяного пара, горячей воды и др.) связано с потерями теплоты q2 - c уходящими газами. Наибольшее значение ( пи=90-92%) имеют энергетические и промышленные котлы. Преобразование тепловой энергии продуктов сгорания в другие виды энергии, например, механическую (вращение вала паровой турбины или вала двигателя внутреннего сгорания) связано с большими потерями теплоты: пи = 30-45% (паровая турбина); пи= 23-30% карбюраторный двигатель. Большие потери теплоты с уходящими газами имеют промышленные печи без утилизаторов теплоты.

В целом по стране степень полезного использования энергоресурсов [8] не превышает

36% .

Анализ потерь теплоты показывает, что для снижения потерь энергоресурсов необходимо:

-повышение коэффициента извлечения топлива из недр (необходимы новые, более эффективные технологии глубокого извлечения);

-повышение эффективности преобразования энергии, то есть сжигания топлива в котлах и печах;

-более глубокое использование полученной теплоты, то есть снижение потерь теплоты при транспортировке и потреблении.

Ниже наиболее подробно рассмотрены методы повышения эффективности сжигания топлива в котлах, более глубокое использование полученной теплоты и снижение потерь теплоты при транспортировке и потреблении.

Тема: Перспективные направления развития энерго-ресурсосберегающих технологий

Для оценки энергетической эффективности, технического уровня и качества эксплуатации теплогенерирующих установок служит система технологических и экономических показателей. Приводятся количественные и качественные показатели эффективности использования топлива в теплогенерирующих установках, анализируются потери теплоты и определяется себестоимость производимой тепловой энергии.

Анализируется современное состояние систем выработки, транспортировки и потребления тепловой энергии в России на основе знаний, полученных в рамках учебного плана бакалавриата. Для этого в ходе лекции производится экспресс-опрос по следующим вопросам:

9

электрической энергии? Приведите преимущества и недостатки схем и обозначьте направления повышения энергоэффективности.

3.Назовите основные характеристики котлов и котельных установок. Каковы свойства и параметры теплоносителей в различных тепловых схемах?

4.Каковы критерии оценки эффективности использования топлива? Назовите основные экономические показатели котельной установки.

5.Является ли достаточной эффективность использования топлива в котельных в настоящее время?

6.Охарактеризуйте потери теплоты в котельной при использовании органического топлива различных видов.

7.Приведите способы повышения эффективности использования топлива в

котельной установке, изученные в рамках учебного плана бакалавриата.

теплоносителей к потребителю; 10. Как, на Ваш взгляд, может повысить энергозащищенность зданий и сооружений?

Далее рассматриваются способы повышения эффективности выработки тепловой энергии за счет снижения потерь теплоты в источниках систем теплоснабжения, при транспортировке теплоносителей и потреблении тепловой энергии.

Тема: Перспективы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

Источниками энергии являются вещества, энергетический потенциал которых достаточен для последующего преобразования их энергии в другие ее виды с целью последующего целенаправленного использования [1,8].

Анализируется классификация источников энергии, особо выделяются возобновляемые источники энергии и вторичные источники энергии.

Приводится характеристика возобновляемых источников энергии (солнце, ветер, геотермальные воды (пар), водные ресурсы и др.) анализируются их геологические ресурсы в мире и России, уровень использования в разных странах, причины недостаточного применения в нашей стране.

Приводится характеристика вторичных источников энергии, к которым относятся: горючие газы технологических процессов (нефтезаводские газы, доменный газ, попутные газы нефтедобычи и др.), отработавшие пар и конденсат, уходящие газы котлов и печей, горючие отходы технологических процессов.

Особое внимание уделяется перспективам использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии с целью замещения органического топлива.

Анализируются направления совершенствования действующих и реконструируемых теплоэнергетических установок, заложенные в «Энергетической стратегии России до

2035г.»[1]

Приводятся схемы ресурсосберегающих технологий и рассматриваются некоторые

10