8311
.pdfМ 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
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1. |
Общие положения |
5 |
|
|
|
1.1 |
Цели изучения дисциплины и результаты обучения |
5 |
1.2 |
Содержание дисциплин |
6 |
1.3 |
Порядок освоения материала |
7 |
2. |
Методические рекомендации по подготовке к лекционным занятиям |
8 |
2.1. |
Общие рекомендации по проведению лекционных занятий |
8 |
2.2. |
Содержание лекционных занятий |
8 |
3. |
Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям |
17 |
3.1 |
Общие рекомендации по проведению практических занятий |
17 |
3.2 |
Содержание практических занятий |
18 |
4. |
Методические рекомендации по организации самостоятельной работы |
20 |
4.1 |
Общие рекомендации для самостоятельной работы |
20 |
4.2 |
Темы для самостоятельного изучения |
21 |
4.3Печатные и электронные издания и методические материалы, используемые для освоения дисциплины
5. |
Методические рекомендации по выполнению курсовой работы |
23 |
6. |
Методические рекомендации по подготовке к промежуточной аттестации |
25 |
|
Приложение А |
30 |
|
Приложение Б |
31 |
|
Приложение В |
32 |
|
Приложение Г |
34 |
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
|
|
|
|
Учебных часов |
|
|
Курсовая работа (кр), |
|
||
|
|
|
|
|
|
курсовой проект (кп), |
|
|||
|
Зачётныхединиц |
|
|
|
|
|
Часы |
|
|
|
|
|
Аудиторная работа |
|
|
реферат(р), контрольная |
|
||||
Семестр№ |
|
|
контактной |
|
|
|||||
|
|
|
|
Самостоятел |
|
работа (к), графическая |
Форма |
|||
|
|
|
|
работы |
Часы |
|||||
|
|
|
|
ьная работа |
работа (гр), расчётная |
промежуточ |
||||
|
|
|
|
обучающего |
практической |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
и |
работа (рр), расчётно- |
ной |
||
|
|
Всего |
|
|
Практ. |
ся с |
подготовки |
|||
|
|
Лекц. |
Лаб. |
промежуточ |
графическая работа (ргр), |
аттестации |
||||
|
|
|
|
|
Семин. |
ная |
преподавате |
|
тест (т), реферативно- |
|
|
|
|
|
|
|
лем |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
аттестация |
|
практическая работа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(рпр) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1 |
2 |
72 |
16 |
0 |
16 |
40 |
33.13 |
- |
ргр |
зачет |
Ито |
2 |
72 |
16 |
0 |
16 |
40 |
33.13 |
- |
|
|
го: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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):
эр = ир + пр + пи |
(2.1) |
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
1. |
Какие способы производства тепловой и электрической энергии Вы знаете? |
2. |
Каковы различия в схемах раздельного и совместного производства тепловой и |
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.
8. |
Назовите варианты использования отработанной теплоты, примененные Вами |
|
при разработке тепловой схемы котельной. |
|
|
9. |
Приведите основные проблемы, возникающие |
при транспортировке |
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