A LVII-es energetikai törvényben meghatározott auditori vizsga felkészítő anyaga II. Szakmai alap- és szakismeretek, gyakorlati alkalmazásuk

Átírás

1 A LVII-es energetikai törvényben meghatározott auditori vizsga felkészítő anyaga II. Szakmai alap- és szakismeretek, gyakorlati alkalmazásuk 6. Hőtermelés, szállítás, tárolás 8. Ipari gőz-, és kondenz-rendszerek 9. Sűrített levegő rendszerek dr. Zsebik Albin 2017.

2 Bevezetés: Az energia értéke

3 Az érték legáltalánosabb megfogalmazásban valami-nek az a tulajdonsága, amely a társadalom és az egyén számára való fontosságát fejezi ki. A pénz értéke annak a viszonynak a kifejezése, hogy a pénz milyen árumennyiséggel fejezhető ki. Az energia értéke a felhasználhatóságát, a tetsző-leges energiaformává való átalakíthatóságát jellemzi.

4 Exergia és anergia Legyen az energia (W) tetszőleges formává, így munkává is alakítható része az exergia (E) (ex ergon = a munka ami kinyerhető), a nem átalakítható része anergia (A). W = E + A Hővel (hőenergiával) kapcsolatban is megállapítha-tó, hogy két egymástól elkülönített részre bontható és korlátoltan alakítható át.

5 A hő exergiatartalma a hőnek a Carnot körfolyamat hatásfokával vett szorzata e q = (1 T k T ) q ahol T a hőhordoző (munkaközeg) ún. termodinamikai átlaghőmérséklete, T k a környezet hőmérséklete. A hő anergiája ennek figyelembevételével: a q = ( T k T ) q A hő exergiája ( munkavégző képessége) annál nagyobb, minél magasabb a T és minél alacsonyabb T k, azaz a hő annál értékesebb minél magasabb hőmérsékleten áll rendelkezésre.

6 A hő értéke A hő értéke (munkavégző képessége (exergiája)) annál nagyobb, minél magasabb hőmérsékleten áll rendelkezésre. A táblázat 100 kj/kg hő értékét mutatja (eq, exergia) különböző rendelkezésre állási hőmérsékleten (t), t k =15 C környezeti hőmérséklet esetén. A rendelkezésre állási A hő értéke Alkalmazási terület hőmérséklet t [ C] eq [kj/kg] 15 0,0 Nem hasznosítható 60 13, ,8 Egyedi és távfűtés , , ,2 Hagyományos erőművek , , ,3 Gáz/gőz közegű erőművek ,4

7 Közvetlen hő- és villamosenergia termelés kazánban és hagyományos kondenzációs erőműben Olaj vagy földgáz 159 % 100 % Kondenzációs erőmű e =36 % 34 % 59 % Fűtőmű 53 % th =90 % % Veszteség

8 Kapcsolt hő- és villamosenergia termelés fűtőerőműben Olaj vagy földgáz 100 % 100 % Fűtőerőmű e =35 % th =55 % 34 % 53 % % Veszteség

9 Energia veszteségek Az energiaveszteségek különböző szempontok szerint csoportosíthatóak: az egyik csoportosítás szerint a veszteségek lehetnek minőségi és mennyiségi veszteségek a másik csoportosítás szerint közvetlen és közvetett veszteségek

10 A hő- és villamosenergia-termelés és a tüzelőanyag-költségek közötti kapcsolat

11 A távhőszolgáltatás energiafolyam ábrája a hálózati veszteségekkel

12 Hőcsere exergia folyamábrája (minőségi veszteség)

13 6.1. Kazánok veszteségei, csökkentésük lehetőségei, kazánok illesztése a fogyasztói rendszerhez, készenléti veszteség, tüzeléstechnikai hatásfok, kazánhatásfok, kazán éves hatásfok.

14 A füstgáz összetevők és a kazánhatásfok kapcsolata K=0,9 fűtőértékre vonatkoztatva, földgáz esetén η = Q hasznos Q be = 1 Q veszt. Q be Q hasznos - hasznos hő Q be - bevitt hő Q veszt. - veszteség Veszteség: Füstgázveszteség Gáznemű elégetlen Szilárd elégetlen Sugárzási + konvektív hőveszteség Salakhő Segédberendézesek önfogyasztása

15 Adott egy földgáztüzelésű kazán. Mérési eredmények alapján az alábbi adatok állnak rendelkezésre. Mekkora a légfelesleg? Füstgáz hőmérséklet: 250 C Oxigén-tartalom: 5,5 % Éves földgázfelhasználás: m 3 /év Földgáz ár: 32,50 Ft/m 3 1. Ábráról leolvasva a kazánhatásfoka: 79,2 %. 2. Korrekció elvégzése: 79,2 % = 88% 0,9 3. Légfelesleg: λ = 21 = 1,35 %, földgáz-tüzelésnél ez magas. Cél λ 21 O 2 legyen 1,1.

16 Füstgázveszteség, % ,2 1,4 1,6 Légfeleslegtényező Füstgázhőmérséklet, C

17 Betonalap egy 3. kazán telepítésére

18 Fűtőközeg hőmérséklete, C tse, C 70 tsv, C % terhelés Referencia hatásfok, 96% 10 0 teljes terhelés Külső levegő hőmérséklete, C t kazán be

19 Fűtőközeg hőmérséklete, C A 90/70 C névleges hőmérsékletű fűtési rendszerben az előremenő és visszatérő fűtőközeg hőmérsékletének feltételezett változása Hőmérséklet alapjel beállítás Javasolt alapjel tse, C 80 tsv, C Külső levegő hőmérséklete, C

20 6.2. Hulladékhő hasznosítása

21 Gázmotor füstgáz hőjének hasznosítása 170 C-os füstgáz a környezetbe távozik

22 Hőmérséklet, (t), C Füstgáz lehülés, 6,5 kg/s 380 kw, névleges hűtőteljesítményű melegvizes abszorpciós hűtőgép / 60 -as fűtési rendszer 4,2 kg/s tömegáram. 50 / 12 -es HMV rendszer 0,42 kg/s tömegáram Q _absz Q _fűtés Q _HMV Hőteljesítmény, (Q), kw A teljes hasznosítható hőteljesítmény 952 kw.

23 6.3. Hőszállítás/távhőszolgáltatás esetén a fűtőközeg kiválasztása, a hőhordozó közeg mennyiségének meghatározása, a vezetékek átmérőjének meghatározása, az elosztóhálózat topológiája, a nyomásviszonyok változása a vezetékekben, nyomásábrák, szolgáltatói és fogyasztói hőközpontok, a szivattyúzás és hőveszteség költségének számítása.

24 Fűtőközeg kiválasztása Melegvíz max 110 C Forróvíz C ( C) Vízgőz Fogyasztói igény Az egész rendszerre kiterjedő gazdasági elemzés

25 Forróvíz előnyei a gőzzel szemben Nagyobb fajlagos villamosenergiatermelés A kondenzátum a hőforrásban marad Egyszerűbb hőközpont szabályozás Nincs kondenzátumveszteség Nagyobb a hőtárolás lehetősége

26 Forróvíz hátrányai a gőzzel szemben Nagyobb szivattyúzási munka a kondenzátum visszaszállításához képest A megtermelt villamos energia ezt pótolja Több víz szükséges a hő szállításához Kisebb meghibásodások esetén a gőzrendszer üzemben tartható

27 Víz és gőz áramlása a vezetékben Adott hőáram szállításához szükséges hőhordozó közeg mennyisége Q m h mc t m Q h Q c t hasznosítható fajlagos entalpia hasznosítható hőmérsékletkülönbség h t

28 A nyomás és a túlhevítés hatása a gőz szállítóképességére C C 240 C A telített gőz entalpiája foj-tással csak kis mértékben változik C 200 C 180 C 160 C 140 C Telített gõz nyomásváltoztatás hőmérsékletváltoztatás 4-5% 1-2% A túlhevítés hatására kis mértékben nő az etalpia, de nőnek a veszteségek is A kondenzvíz hőmérsékle-tének csökkentése akár % -al növelheti az ental-piakülönbséget p bar

29 Túlhevített gőz szállítása Nő a hasznosítható hőtartalom, de csökken a gőzáram A hőveszteség a hőmérsékletkülönbség változásával arányos 1,4 q t t 0,,,, q t t 0 q,, q 1,3 1,2 1,1 1 Q h g,,,, Q h g v v,, Q,, Q 0,9925 0,985 0,9775 0, t g t,,

30 8.1. Fogyasztói hőközpontok

31 Soros kapcsolású hőközpont ágáramai és a kialakuló hőmérsékletek

32 Párhuzamosan kapcsolt hőközpont ágáramai és a kialakuló hőmérsékletek

33 Párhuzamosan kapcsolt hőközpont ágáramai és a kialakuló hőmérsékletek 29 C

34 8.3. Gőzrendszer veszteségek csökkentésének lehetőségei

35 Energiamegtakarítási lehetőségek: 1. Vizsgáljuk meg, hogy van-e a hálózaton szivárgás. Egy 3 mm-es szivárgási pont, mely egy 7 bar nyomású gőzt szállító csővezetéken helyezkedik el liter olajnak megfelelő hőveszteséget jelenthet évente. 2. A kondenzátum újrahasznosítása. 1 baron a kondenzátum a gőz teljes energiatartalmának 18%-át, míg 14 baron a 30%-át jelenti. 3. Vezetékek, szerelvények és a berendezések megfelelő szigetelése. Egy leszigeteletlen karimás kötés hővesztesége megfelel 0,6 méter hosszú cső hőveszteségének. Gőzrendszerek megfelelő szigetelésével W/m 2 -re lehet csökkenteni a veszteséget. (pl.: Δt = 50 C esetén szigeteletlen esetben 581 W/m 2.

36 4. A sarjú gőz hasznosítása. A sarjú gőzt fel lehet használni direkt módon is különféle technológiai folyamatokhoz, ezzel is csökkentve a fő gőzfelhasználást. 5. A gőzrendszer veszteségeit a felhasználás módjának megváltoztatásával is lehet csökkenteni. Mindig annyi gőzt használjunk fel, ami ténylegesen szükséges és soha ne többet. Meg kell vizsgálni, hogy a felhasználási technológia milyen állapotban van, kell-e karbantartani, korszerűsíteni.

37 Energiafolyam-ábra Mennyi lesz a földgáz költség megtakarítás, ha az alábbi energiafolyam ábra szerinti gőzrendszeren a veszteséget 22 %-al csökkentik, de az egyéb tételek változatlanul maradnak, ill. elhanyagoljuk 12 % 5 % 78 % Jelenleg gőzre 780 gnm 3 Jövőben 780-(780 22%) = 608 gnm 3 Megtakarítás: 5 % gnm 3 K=172 32, eFt/nap

38 9.1. A sűrített levegő szolgáltatással szemben támasztott követelmények

39 A fogyasztói igények biztonságos kielégítése az elsődleges feladat! IGÉNY = MINŐSÉG + MENNYISÉG + NYOMÁS MINŐSÉG: A szennyezett levegő növeli a működési költséget. Károsodnak a tömítések, eltömődés. KARBANTARTÁS! Megnőhet a selejt termékek aránya. MENNYISÉG: Nagy a kompresszor teljesítménye: sokat üzemel üresjáratban. Kevés a kompresszor teljesítménye: nem biztosítja az igényelt nyomást, és ez a fogyasztók teljesítményének csökkenését eredményezheti. NYOMÁS: Magas nyomásszint = magas szivárgási veszteség és sűrítési energiaigény Befolyásolja a fogyasztók teljesítményét és levegőfogyasztását, a kompresszorok energiafogyasztását. A SZÜKSÉGESNÉL NAGYOBB NYOMÁSRA NE TÖRTÉNJEN KOMPRIMÁLÁS!

40 A kompresszor teljesítményigénye, % Légszerszám teljesítmény, % A kompresszor, és a légszerszám teljesítménye a túlnyomás függvényében 120 A légszerszám névleges teljesítménye és teljesítményének változása % csökkenés % csökkenés 20 % csökkenés A kompresszor teljesítményigényének változása A légszerszám teljesítménye 80% ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 Túlnyomás, bar 0

41 9.2. A sűrített levegő rendszer általános felépítése, a rendszer elemei

42 Alrendszerek Előállítás Kompresszorok, hűtve szárítók, hővisszanyerők Elosztás Csövek, armatúrák, puffertartályok Fogyasztás Technológiai berendezések

43 9.4. Jellemző problémák sűrített levegős rendszereknél. A hálózaton fellépő mennyiségi veszteségek okai, a szivárgások megkeresésének módja, mennyiségi veszteségek meghatározása

44 Elfogadható/megfelelő az az elosztó rendszer, ahol: a mennyiségi veszteség max. 5%, a nyomásesés a kompresszortelep és legtávolabbi teljes hálózaton max. 1,0 bar, a minőségben nincs változás. Leggyakoribb okok: Nyitva maradt armatúrák. Csatlakozások, armatúrák tömítetlensége. Berendezések szükségtelenül bekapcsolva maradnak. Az elkerülhető szivárgások sokfélék és változatosak: szerelési hibák, mechanikai sérülések, Általános helytelen kezelés, kémiai behatások.

45 A mennyiségi veszteségeket többféle módon lehet meghatározni tartály kiürülése alapján, kompresszor terhelés alatti üzemidejéből, szivárgási helyek meghatározásával. Kompresszor terhelés alatti üzemidejéből: Teljes elvételi szünet esetén a kompresszor által a hálózati nyomás tartására megtermelt sűrített levegő a hálózati mennyiségi veszteségek pótlásához szükséges. Szivárgási helyek meghatározásával: A hálózati nyomást a maximumra emeljük, és sűrített levegő vezetékek mellett bejárjuk az üzemet. Az erős sziszegő hang tömítetlenséget jelez. Ökölszabály: a meglévő rendszerekben felfedezhető szivárgások 20 %- a okozza az elkerülhető költségek 80 %-át.

46 A telephelyen található sűrített levegő rendszer veszteségfeltárása során Ön 1 darab 6 mm nagyságú szivárgást észlelt. A telephelyen működő rendszer 6 bar-os. Az alábbi hibák elhárításával mekkora lehet az évenkénti megtakarítás, ha a villamosenergia ára 28 Ft/kWh (p vill ),a kompresszorok kihasználtsága(ξ) 80%? 1. A kompresszorok üzem ideje: t üzem = ξ 8760h/év = 7008 h/év 2. Diagramról leolvasva: 6 mm => 10 kw többlet teljesítmény-igény 3. Energiaigény (E): t üzem P többlet = 7008h 10 kw = kwh 4. Költség: p vill E = 28 Ft kwh kwh 1, 96 MFt/év

47 Levegőveszteség, és többlet teljesítmény-igény a lyuk méret függvényében Többlet teljesítmény-igény, kw

48 9.5. Hulladékhő hasznosítás a sűrített levegő rendszerekben

49

50

51 Hűtőlevegő csatorna a környezet felé Megépítendő csatorna Bevezetés lehetősége Nyomdacsarnok Meglevő csatorna Kompresszor helyiség

52 Adott egy 30 kw-os és egy 18 kw-os léghűtésű kompresszor. A veszteségfeltárás során megállapították, hogy a kompresszorok hulladékhőjét a közeli csarnok fűtésére lehetne alkalmazni. A kompresszorokba bevezetett villamosenergia 72%-a hőként hasznosítható. A kisebbik kompresszor 25 %-os teljesítményen működik. Fűtési szezonban a kompresszorok 1944 órát üzemeltek. Mekkora az elérhető tüzelőanyag megtakarítás, és ennek a költsége? A földgáz fűtőértéke 34 MJ/Nm 3, ára 3250 Ft/GJ kW + 0,25 18 kw kw 1944 h = kwh év GJ év 3250 Ft GJ 0,72 25 kw Ft/év GJ 175 év 5100 Nm3 év

53 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!