Файл: Снижение затрат на энергоресурсы собственных нужд котельных.docx

Снижение затрат на энергоресурсы собственных нужд котельных

Содержание

Введение

Актуальность темы работы определена тем, что формирование затрат производства является ключевым в деятельности предприятия. В данной работе рассматривается процесс формирования и поиск резервов снижения затрат на энергоресурсы собственных нужд котельных – на примере котельной Сакмарской ТЭЦ.

Процесс теплоснабжения можно условно разделить на три этапа:

1. 
   Выработка тепловой энергии – производится на теплоисточнике (ТЭЦ, котельная);
   
2. 
   Передача тепловой энергии – производится в основном с использованием воды или пара по тепловым и паровым трубопроводам;
   
3. 
   Потребление тепловой энергии – непосредственно у потребителя (через теплообменные аппараты или посредством открытого водоразбора).
   

Тепловая энергия – весьма специфичный товар. Спрос на него неэластичен. Она может быть заменена субститутом (от англ. Substitution – замещение) – электрической энергией, используемой в электрических котлах. Данный товар нельзя накопить в большом объеме и долгое время хранить. Он является основным товаром котельных и от него не может отказаться потребитель.

---

При централизованном теплоснабжении невозможно создания широко распространенного рыночного обмена – купли-продажи. Здесь невозможно выполнение главного условия рынка – свободы составления условий контракта. Производство и передача тепловой энергии относится государством к сфере естественных монополий. Согласно законодательству, цену (тариф) на него устанавливает государство посредством решений органов исполнительной власти субъектов РФ в области государственного регулирования тарифов.

При определении себестоимости тепловой энергии

В действующих условиях, при использовании метода экономически обоснованных затрат, тарифы рассчитываются на основе размера необходимой валовой выручки организации, осуществляющей регулируемую деятельность, от реализации продукции и расчетного объема производства соответствующего вида продукции за расчетный период регулирования. Таким образом, стоимость тепловой энергии усредняется по году и не отражает её рыночную величину в зависимости от спроса. При усреднении стоимости на товар у потребителя не возникает потребности в оптимизации графика потребления, объемов заявленной нагрузки, систем коммерческого учета теплоэнергии в зависимости от времени, характера и продолжительности потребления. Энергосистема, не имея методологической базы определения себестоимости теплоэнергии в динамично меняющихся условиях, принятой на государственном уровне, вынуждена содержать, а потребитель оплачивать излишние мощности.

Целью данной работы является:

Изучение процесса управления затратами в энергетике и его совершенствование, поиск резервов снижения себестоимости тепловой энергии

Задачами данной работы являются:

1. 
   Рассмотрение факторов, определяющих себестоимость тепловой энергии;
   
2. 
   Выявление перерасхода ресурсов, используемых в теплоснабжении;
   
3. 
   Определение стоимости продукции исходя из принципа маргинальных (предельных) издержек;
   
4. 
   Расчет ожидаемых результатов при применении метода ценообразования по предельным издержкам.
   

---

---

Глава I. Теоретические основы снижения затрат на энергоресурсы

тепловая энергия себестоимость

1.1 Снижение потерь теплоты с уходящими газами
Основными потерями в котельных установках являются потери с теплотой отходящих газов [17]. Потери теплоты с уходящими газами (q₂) в котлах без хвостовых поверхностей, работающих с _опт, могут достигать 25 %. Мероприятия, способствующие уменьшению потерь q₂, следующие.

1. Установка водяного питательного поверхностного экономайзера (экономайзера и воздухоподогревателя) – экономия газа 4-7 %, теплофикационного – 6-9 %, контактного – 10-15 % в зависимости от температуры уходящих газов. Запишем выражение для потерь теплоты с уходящими газами в упрощенном виде (без учета теплоты вносимой холодным воздухом)
(172)
и рассчитаем изменение потерь при увеличении (уменьшении) температуры уходящих газов на ∆t_ух
. (173)
Для природного газа V⁰ ≈ 9,7 м³/м³; м³/м³; МДж/м³. При средней теплоемкости продуктов сгорания с_г = 1,5 кДж/м³ и коэффициенте избытка воздуха  = 1,2 отношение . Таким образом увеличение (уменьшение) температуры уходящих газов на 20 ºС приводит к изменению КПД на 1 %. При больших избытках воздуха влияние изменения температуры уходящих газов более существенно.

2. Работа котлоагрегата с оптимальным коэффициентом избытка воздуха  = _опт. Увеличение коэффициента избытка воздуха в топке выше оптимального приводит к снижению температуры в топке и уменьшению температурного напора, кроме того, увеличивается расход электроэнергии на привод вентилятора и дымососа. Из выражения (172) следует, что при изменении коэффициента избытка воздуха на ∆ потери теплоты с уходящими газами меняются на
. (174)
При температуре уходящих газов в диапазоне 120-170 ºС увеличение ∆ на 0,1 приводит к увеличению q₂ на 0,5-0,7 %.

3. Увеличение плотности газоходов приводит к уменьшению присосов воздуха по тракту котла. Увеличение присосов воздуха по газовому тракту котел – дымосос на 10 % приводит к перерасходу газа на 0,5 %, повышению расхода электроэнергии на привод дымососа на 4-5 %.

Рассмотрим эффективность установки воздухоподогревателей. Котлы марки КВГМ, как правило, не укомплектованы воздухоподогревателями, что обусловливает в некоторых случаях повышенное значение температуры уходящих газов. Расчетное значение температуры уходящих газов у котла КВГМ-180 составляет 175 °С. Простой срок окупаемости проекта при установке за котлом воздухоподогревателя рассчитывается следующим образом. При известных значениях расхода топлива В₁, температуры уходящих газов t_ух, коэффициенте избытка воздуха _ух и КПД котлоагрегата  рассчитывают значения потерь теплоты с уходящими газами

. (175)
При установке воздухоподогревателя за котлом температура газов снизится до значения . При этом уменьшатся потери теплоты с уходящими газами до значения
(176)
и возрастет КПД котельного агрегата
. (177)
Это приводит к снижению расхода топлива:
(178)
что позволяет рассчитать годовую экономию топлива как
, (179)
где h – число часов работы котлоагрегата в течении года; Ц_т – стоимость природного газа.

Количество теплоты, отданное продуктами сгорания, определятся выражением
. (180)
Площадь поверхности теплообмена определится из выражения
, (181)
где температурный напор рассчитывается как
, (182)
а коэффициент теплопередачи  по критериальным формулам при предварительно заданной скорости движения газа и воздуха в диапазоне 7 -15 м/с. После определения площади поверхности теплообмена уточняются конструктивные характеристики воздухоподогревателя, а именно: число труб, длина, шаги между трубами  и уточняется значение коэффициента теплопередачи. Обычно воздухоподогреватель изготавливают из труб 40×1,5, шаги между трубами при шахматном их расположении составляют 40-45 мм и 45-60 мм. Для котлов малой мощности используют трубы меньшего диаметра. После уточнения конструктивных характеристик: общего числа труб n, поперечного и продольных шагов, свободного сечения для прохода газа и воздуха  уточняют значения скоростей газа и воздуха. Затем определяют уточненное значение площади поверхности воздухоподогревателя F и его длину . При известной массе металла и стоимости одного килограмма Ц_м ориентировочные затраты на изготовление и монтаж воздухоподогревателя составят З_вп≈2МЦ_м. На рис. 73 представлены расчеты годовой экономии топлива и затраты на монтаж (в ценах 2006 г.) воздухоподогревателя для котла КВГМ – 180 при различной температуре уходящих газов. Уменьшение температуры продуктов сгорания вплоть до 110 °С окупается практически за один год З_вп ≈ Э_т. При охлаждении продуктов сгорания до более низких температур возникают дополнительные затраты, связанные с обеспечением надежной работы дымовой трубы.


Рис. 73. Годовая экономия топлива и затраты на монтаж воздухоподогревателя для котла КВГМ – 180
1.2 Потери теплоты с химической неполнотой сгорания
Они должны быть сведены к нулю за счет правильного выбора горелок, качества изготовления и монтажа, проведения наладки работы горелок и топочных туннелей.
1.3 Потери теплоты в окружающую среду
Для снижения расхода газа из-за потерь теплоты в окружающую среду следует тщательно выполнять и поддерживать в исправном состоянии ограждения котла, изоляции оборудования, трубопроводов, задвижек, фланцев и т.д.; при этом температура на поверхности обмуровки не должна превышать 55 С при температуре окружающего воздуха 25 С.
1.4 Работа котельной установки в режиме пониженного давления
Работа котельной установки в режиме пониженного давления характеризуется следующим:

а) уменьшение давления пара в барабане котла приводит к снижению степени сухости пара, особенно существенно при р_к  0,5р_н. Кроме того, увеличение влажности пара может приводить к гидравлическим ударам в сетях и паропотребляющем оборудовании, увеличению времени технологических процессов, а в некоторых процессах и к браку продукции;

б) снижение давления пара и уменьшение температуры насыщения увеличивает температурный напор и приводит к более глубокому охлаждению продуктов сгорания, что несколько повышает КПД котла.
1.5 Температура питательной воды t_в
Она оказывает существенное влияние на экономичность работы котлоагрегатов. Для котлов с р_н = 14 кгс/см² увеличение температуры воды на входе в барабан котла t_в.б на каждые 10 С дает экономию газа на 1,7-2,2 % при условии сохранения постоянного значения КПД за счет дополнительных мероприятий. Расход природного газа на выработку пара может быть рассчитан из уравнения прямого баланса котлоагрегата
, (183)
где D – паропроизводительность котельной; i и i_пв – энтальпии насыщенного пара и питательной воды.

При температуре питательной воды 105-110 ºС, КПД, равном 90 %, и энтальпии насыщенного пара при давлении 14 кгс/см², равной 2788 кДж/кг, расход природного газа на выработку одной тонны пара составит м³/т. Повышение температуры питательной воды (при условии сохранения постоянных значений давления пара, производительности и КПД) можно оценить из уравнения прямого баланса котла (183)
. (184)
Увеличение температуры питательной воды на 10 ºС приводит к уменьшению удельного расхода газа на м³/т, или на (1,5/70)100 % ≈ 2 %.

Но увеличение температуры питательной воды приводит к увеличению температуры уходящих газов, особенно когда экономайзер является последней по ходу газов поверхностью, что приводит к снижению КПД. Потому положительный эффект от повышения температуры питательной воды может быть достигнут только при одновременном проведении мероприятий по снижению температуры уходящих газов. Так, например увеличение температуры питательной воды и установка теплофикационного экономайзера за паровым котлом дает суммарный положительный эффект.
1.6 Возврат конденсата в котельную
В практике эксплуатации паровых систем теплоснабжения недостаточное внимание уделяется сбору и возврату конденсата в котельную, а это приводит к значительному перерасходу топлива. Перерасход газа (В, м³/ч) в котельной только за счет замещения физической теплоты невозвращенного от потребителя конденсата может быть рассчитан по формуле
, (185)
где D – паропроизводительность котельной, т/ч;   доля возврата конденсата, доли единицы; D(1- ) – количество конденсата, невозвращенное в котельную, в том числе и от расхода пара на собственные нужды, т/ч; i_к и i_с.в – действительная энтальпия конденсата в котельной и энтальпия сырой (исходной) воды, кДж/кг. При полном невозврате конденсата φ = 0 удельный перерасход топлива составит
, (186)
что составляет 10/70·100 ≈ 15 % от расхода топлива на выработку пара.
1.7 Использование тепловой энергии непрерывной продувки котлов
При избыточном давлении пара =1,6-1,3 МПа, наиболее распространенном в отопительно-производственных котельных, каждый процент продувки, если тепловая энергия ее не используется, увеличивает расход топлива примерно на
, (187)
что составляет 0,24/70·100 = 0,34 % от расхода топлива на выработку пара.

При максимальной допустимой расчетной продувке 10 %, установленной нормами для котлов с давлением до 1,4 МПа, и без использования тепловой энергии продувочной воды потери топлива могут превысить 3,5 % общего расхода топлива.


Рис. 74. Схема установки сепаратора и охладителя непрерывной продувки:

1 – барабан котла; 2 – сепаратор непрерывной продувки;

3 – теплообменник-охладитель сепарированной воды; 4 – деаэратор
Для использования тепловой энергии непрерывной продувки устанавливают сепаратор и теплообменник (рис. 73). Экономия топлива на каждую тонну выработанного пара при использовании тепловой энергии продувочной воды с установкой сепаратора и теплообменника составит:
, (188)
где Р – процент продувки;  удельная энтальпия сепарированного пара, кДж/кг;  удельная энтальпия сепарированной воды, кДж/кг;  доля сепарированного пара, которая рассчитывается по выражению
, (189)
где i  энтальпия продувочной воды. При давлении в котле 1,4 МПа и давлении в сепараторе, близком к атмосферному, доля сепарированного пара составляет 0,17-0,2.

Степень использования тепла продувочной воды может быть охарактеризована коэффициентом использования . При установке сепаратора и теплообменника  определяется по формуле
. (190)
Если установлен только сепаратор, при расчете по этой формуле принимают т.е. второй член в числителе равен нулю.
1.8 Режимы работы котельного оборудования
Большие, легкодоступные, практически не требующие затрат резервы экономии газа и электроэнергии заключены в оптимальном распределении нагрузок между котлами, работающими на общего потребителя.

С уменьшением нагрузки ниже номинальной (рис. 75) уменьшается температура уходящих газов, а значит, падают потери теплоты с уходящими газами. При малых нагрузках уменьшаются скорости истечения газа и воздуха, ухудшается их смешение и могут возникнуть потери с химической неполнотой сгорания. Абсолютные потери теплоты через обмуровку остаются практически неизменными, а относительные (отнесенные на единицу расхода топлива) естественно возрастают. Это приводит к тому, что при пониженных нагрузках имеется максимальное значение КПД (рис. 76). Значение нагрузки котла, при которой КПД достигает максимума, зависит от множества факторов, основными из которых являются вид топлива, тип котла и его номинальная мощность.

На основании режимных карт для каждого котлоагрегата может быть построена расходная характеристика, представляющая собой графическую зависимость расхода топлива от количества выработанного пара или тепловой энергии. Характеристика должна быть определена экспериментально при работе котлоагрегата при исправном состоянии оборудования. Расходные характеристики котлоагрегатов, приведенные на рис. 77, можно выразить в виде функциональных зависимостей: и , где ,  часовой расход топлива соответственно котлами №1 и №2; ,  паро- или теплопроизводительность этих котлов.


Рис. 75. Изменение потерь с уменьшением нагрузки котла:

1 – потери теплоты с уходящими газами; 2 – потери теплоты с химической неполнотой сгорания; 3 – потери теплоты через ограждения

Суммарная выработка пара (тепловой энергии) в единицу времени двумя котлами составляет . Если котел №1 загружен до значения , то загрузка котла №2 составит . Следовательно, и .

Суммарный расход топлива на два котла составит:
. (191)


Рис. 76. Изменение КПД при уменьшении нагрузки котла
Для того чтобы расход топлива был наименьшим (оптимальным), необходимо, чтобы первая производная суммы в правой части уравнения, взятая по нагрузке любого из котлов, равнялась нулю, а вторая производная была положительной. Таким образом, условие минимума суммарного расхода топлива можно получить в результате дифференцирования вышеприведенного выражения, например, по , т.е.
. (192)


Рис. 77. Расходные характеристики котлоагрегатов
Производная может быть определена из условия , следовательно, . Разделив последнее выражение на , получим или . Подставляя в правую часть выражения , получаем
. (193)
Это выражение показывает, что для получения минимального суммарного расхода топлива каждый из котлов должен нести такую нагрузку, при которой наклон касательной к характеристике одного агрегата равен наклону касательной к характеристике другого агрегата, или .

Заменив производные в выражении отношениями и , получим условие минимального суммарного расхода топлива в котельной в виде
. (194)
Величину, характеризующую удельный прирост расхода топлива и , отнесенный к дополнительной производительности котлов и , принято называть относительным приростом расхода топлива.

Если котлоагрегаты одинаковы, то у них общая характеристика , т.е. для выработки одного и того же количества пара (тепловой энергии) каждым котлом потребуется одинаковый расход топлива . Следовательно, между одинаковыми котлоагрегатами суммарная нагрузка должна распределяться поровну.
1.9 Перевод паровых котлов на водогрейный режим
Перевод паровых котлов на водогрейный режим имеет как недостатки, так и преимущества.

При переводе всех котлов паровой котельной на водогрейный режим необходима установка вакуумного деаэратора вместо атмосферного, надежность работы которого в условиях разбалансировки тепловой сети крайне низка. При низкой температуре обратной сетевой воды и отсутствующих насосах рециркуляции, как правило, не удается подогреть воду перед вакуумным деаэратором до требуемой температуры.

При переводе котла на водогрейный режим уменьшается температура воды на вводе в котел со 105 до 70 ºС, а также увеличивается температурный напор, поскольку средняя температура теплоносителя снижается от температуры насыщения при давлении в котле (194 ºС) до средней температуры воды в водогрейном котле (100 ºС). Обе эти причины приводят к снижению температуры уходящих газов и, как следствие, к некоторому повышению КПД котла.

---

1.10 Оптимизация работы насосного и тягодутьевого оборудования
В целях обеспечения надежности, как правило, тягодутьевое оборудование устанавливается с большим запасом мощности. Это приводит к тому, что дымососы и вентиляторы работают далеко от области максимальных значений КПД. Достаточно простым и малозатратным мероприятием является замена существующего двигателя на электродвигатель с меньшим числом оборотов.

Наибольшие затраты электроэнергии в котельных приходятся на привод сетевых насосов. При этом следует выделить следующие особенности: должна быть тщательно проанализирована гидравлика сети, в которой не должно быть участков, где скорость воды много больше 1 м/с; при качественном регулировании тепловой нагрузки сеть должна быть шайбирована, чтобы исключить перераспределение нагрузок между потребителями; характеристики насосов должны быть согласованы с характеристикой тепловой сети. И, наконец, должна быть предусмотрена возможность работы с пониженным расходом воды в летний период, для чего обычно устанавливают дополнительные насосы.

---