Тема 4. Енергетичні показники і характеристики агрегатів.

4.1. Енергетичний баланс агрегату та його структура.

4.2. Показники енергетичної економічності агрегатів.

4.3. Показники використання устаткування і енергетичні характеристики елементів промислового виробництва.

4.1. Енергетичні процеси здійснюються за допомогою таких агрегатів, які можна розділити на генератори, перетворювачі та приймальники енергії. Енергетичний баланс будь-якого агрегату складається з прибуткової частини та видаткової частини. Ці частини повинні дорівнювати одне одному.

,

де –підведена енергія;

– втрати енергії;

– корисно використана енергія.

До прибуткової частини входить підведена енергія, до якої відносяться:

• енергія, яка вноситься в агрегат енергоносієм;

• фізична енергія матеріальних компонентів процесу;

• додаткова енергія внутрішніх джерел процесу, яку отримують при різних хімічних та фізичних перетворень речовин.

Наприклад, у парогенератор і промислову піч енергія вводиться з хімічним теплом палива (енергоносій), а у турбоагрегат – із теплом пари. До фізичної енергії матеріальних компонентів процесу можна віднести фізичне тепло коксу та парового дуття у доменній печі. Характерним прикладом додаткової енергії внутрішніх джерел процесу може слугувати тепло, яке виділяється при екзотермічних реакціях.

Корисною є та частина підведеної енергії, яку використовують для основних і супутніх фізичних процесів. У балансах генераторів корисна енергія – це вироблена енергія. Крім того, у цих балансах до корисної відноситься і енергія, яка витрачена на регенеративні процеси. Наприклад, в енергобалансі теплофікаційного турбоагрегату корисна енергія включає: електроенергію, яка вироблена турбогенератором; тепло відбірної пари; тепло, яке витрачене в системі регенерації на підігрівання живильної води для парогенератора. У перетворювальних установках корисною є енергія, яка відпущена споживачам із системи перетворення. У приймальниках споживачів корисна енергія витрачається на механічні , термічні, хімічні та інші процеси.

Енергетичні втрати в агрегатах можна розділити на дві групи: втрати від розсіяння енергії у навколишнє середовище та втрати від недовикористання енергії.

До першої групи відносяться втрати тепла:

• на випромінювання (охолодження) агрегатів;

• через нещільність кладки парогенераторів, промислових печей та трубопроводів;

• через витік енергоносія;

• з охолоджуючою водою промислових печей;

• від тертя при русі частин устаткування;

• на магнічення заліза та нагрівання обмоток електричних машин і трансформаторів.

До другої групи відносяться втрати тепла:

• з газами, які відходять від парогенераторів і промислових печей;

• від хімічної та фізичної неповноти згоряння палива в топках парогенераторів;

• у конденсаторах парових турбін і з невикористаним конденсатом теплообмінників;

• з повітрям, яке відходить від сушильних установок.

При постійному режимі роботи залежність між окремими складовими балансу зберігаються однозначними. В цьому випадку рівняння балансу енергії може бути замінено рівнянням балансу потужності:

,

де N- підведена потужність,

- втрати потужності,

- корисно використана потужність.

На величину сумарних втрат в агрегатах значно впливають наступні фактори: технологічні параметри процесу, технічний стан устаткування, продуктивність або навантаження, ступінь використання енергії при даній конструкції агрегату, умов роботи та якості експлуатації.

4.2. Енергетична оцінка економічності роботи агрегатів здійснюється за показниками балансів потужності або енергії. За показниками балансу потужності оцінюється економічність роботи в режимі постійного навантаження, а за показниками балансу енергії – в режимі змінного навантаження. Показники енергетичної економічності розділяються на абсолютні та відносні (питомі). Використання абсолютних показників пов’язано з неможливістю співставлення показників різного за типом устаткування та складністю оцінки економічності однотипного устаткування при різному навантаженні. Тому в практиці експлуатації широке розповсюдження отримали питомі показники енергетичної економічності.

Основними питомими показниками є:

1) питомі сумарні втрати підведеної потужності або енергії:

або

2) питоме витрачання:

або

де - продуктивність (навантаження) агрегату;

- випуск продукції.

3) коефіцієнт корисної дії агрегату (ККД):

або

У генеруючи, перетворювальних та передавальних установках продуктивність (випуск продукції) це корисна потужність (енергія):

та

У зв’язку з урахуванням свого енергетичного витрачання агрегатів розрізняють показники економічності брутто і нетто. ККД брутто завжди більше ККД нетто. Питомі витрачання брутто менше питомих витрачань нетто.

Енергетичні характеристики агрегатів будують на підставі балансів потужностей агрегатів. За незалежну змінну величину приймається продуктивність. Підведена, втрачена, корисна потужність приймаються за функціональні змінні величини. Енергетичні характеристики можна будувати брутто і нетто. Найбільше розповсюдженні характеристики агрегатів брутто. Енергетичні характеристики розділяють на основні та похідні.

Основні енергетичні характеристики різних видів устаткування мають свої особливості, які знаходять своє відображення в енергетичних характеристиках підведеної потужності. Характеристики підведеної потужності прийнято називати енергетичними характеристиками витрачання. Можна виділити три типові форми характеристик підведеної потужності: зігнуті, випуклі, прямолінійні. Найбільш розповсюджені зігнуті. На рис.4.1. та 4.2. представлені основні та похідні характеристики агрегатів.

4.3. Продуктивність устаткування характеризується показниками випуску продукції, віднесеними до ефективного, операційного, календарного часу роботи:

, ,

де А_э, А₀, А_к- годинна продуктивність за ефективний, операційний, календарний час роботи агрегату.

На продуктивність устаткування за ефективний час впливають два фактори: величина одночасного завантаження продуктами обробки та швидкості протікання технологічних процесів.

При постійному режимі навантаження випуск продукції за один операційний цикл (z) і ефективний час роботи у кожному циклі (τе) будуть постійними. Тоді годинна продуктивність устаткування за ефективний час визначиться так:

Якщо цикли нерівномірні за часом або за навантаженням (змінний режим), то годинна продуктивність за ефективний час визначається як середня величина.

Годинна ефективна продуктивність досягає максимальної величини при оптимальних значеннях технологічних параметрів роботи та завантаження устаткування. Якщо віднести продуктивність за ефективний час до її максимального значення, то можна визначити відносне або інтенсивне завантаження агрегатів. Це відношення буде технологічним коефіцієнтом завантаження устаткування:

Продуктивність устаткування безперервної дії за операційний час буде дорівнювати ефективній:

Операційна продуктивність устаткування періодичної дії при постійному режимі роботи:

При змінному режимі роботи ця продуктивність визначиться як середня величина.

Операційна продуктивність агрегатів періодичної дії повязана з ефективною та максимальною продуктивністю:

Середні показники підведеної потужності дорівнюють:

Відносні показники це питомі витрачання енергії за ефективний (dе), операційний (d₀) або календарний (d_к) час:

, , .

Витрачання енергії за операційний час буде мати різну структуру для устаткування безперервної та перервної дії.

Для оцінки енергетичної економічності роботи устаткування безперервної дії при різних значеннях постійної продуктивності застосовують енергетичні характеристики підведеної потужності та питомого витрачання, які відносять до ефективного часу роботи.

Для устаткування періодичної дії можливо будувати тільки характеристики, які показують залежність витрачання енергії за повний цикл від випуску продукції за той же цикл. Ці характеристики будуть відображати залежність середньої підведеної потужності і середнього питомого витрачання від середнього динної продуктивності за операційний час:

та