Файл: Конспект лекций для студентов специальности 5В071700 Теплоэнергетика Алматы 2014 алматинский университет.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.11.2023

Просмотров: 207

Скачиваний: 8

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2.3 Сжатый воздух
Сжатый воздух как энергоноситель используется практически во всех отраслях народного, а также на промышленных предприятиях.
Оценка применения сжатого воздуха и затрачиваемой доли электроэнергии на его производство, от общего ее потребления в некоторых отраслях промышленности приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2- Доля электроэнергии на производство сжатого воздуха

Отрасль производства
Доля,%
1
Производство тарного стекла
20 2 машиностроение
12 3
Производство продуктов питания и напитков
9 4
Производство резины и пластмасс
10 5
Производство химикатов
8
Применение сжатого воздуха позволяет механизировать ряд трудоемких технологических процессов в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. На производство сжатого воздуха по различным оценкам

11 затрачивается до 10% общего потребления электроэнергии. При этом потери сжатого воздуха на пути от его источника до конечного потребителя достигают 25÷30%.
В то же время, в таких отраслях промышленности, как угольная, черная и цветная металлургия, химическая и нефтехимическая промышленность при меньшей доле затрат электроэнергии на производство сжатого воздуха в общем балансе электропотребления абсолютные значения затрат весьма велики. Следует отметить, что производство сжатого воздуха, с точки зрения энергетической эффективности является невыгодным. За счет значительных потерь от источника сжатого воздуха, как потребителя электроэнергии
(привод компрессора), до конечного потребителя стоимость сжатого воздуха примерно в 50 раз превышает цену ископаемого топлива и в 15 раз – цену на электроэнергию. Фактически в конечной точке потребления сжатого воздуха используется лишь 10% затраченной энергии.
Заводы по изготовлению компрессоров СНГ (Россия, Украина и др.) предлагают широкую линейку компрессорного оборудования нового поколения, которое позволяет вдвое уменьшить расход электроэнергии на производство одного кубометра сжатого воздуха. Оценку модернизации компрессорного парка промышленных предприятий можно привести с помощью следующих данных. Около 30 процентов всей электроэнергии, в любой стране, расходуется на производство сжатого воздуха. В некоторых отраслях эти затраты составляют больше 50 процентов общего объема затрат электроэнергии. Например, для угольной промышленности этот показатель составляет около 70 процентов. Экономия во многих случаях может быть достигнута не только за счет высокой производительности новых компрессоров, но и за счет оптимального подбора их по мощности. Кроме того, компрессоры производства СНГ дешевле западноевропейских и японских в 2-2,5 раза, при этом стоимость сервисного обслуживания не превышает 10 процентов от стоимости самого оборудования в год. У некоторых европейских компаний этот показатель доходит до 30 процентов.
На казахстанском рынке компрессоры очень востребованы - особенно с учетом начавшейся в нашей стране модернизации промышленных предприятий, с развитием горнометаллургических производств. Много энергии расходуется на производство сжатого воздуха на железной дороге, в строительной индустрии. Экономический эффект от модернизации компрессорного парка предприятия получают в течение 3-5 лет.
2.4 Искусственный холод
Многие технологические процессы могут протекать при более низких температурах, чем температура охлажденной воды или окружающего воздуха.
В таких случаях применяется искусственный холод, вырабатываемый с помощью холодильных машин или установок.


12
Производство искусственного холода заключается в том, что от тел с низкой температурой отнимается тепло и передается телам, обладающим более высокой температурой, обычно воде или окружающему воздуху.
Для отнятия тепла от тел с низкой температурой применяют, как правило, промежуточные рабочие тела – холодильные агенты. Необходимое понижение температуры холодильного агента достигается проведением различных физических процессов. Из них наиболее широко применяют испарение жидкого холодильного агента при пониженном давлении. Так, например, испарением жидкого аммиака при давлении 0,412 атм достигается
- 50ºС; испарением жидкого этана при давлении 0,54 атм достигается температура - 100ºС; а испарением жидкого азота – температура до - 200ºС.
Современная техника низких температур условно разделяется на две части, которые отличаются друг от друга только температурным диапазоном работы:
- криогенная техника;
- холодильная техника.
Холодильная техника используется для получения холода с температурой выше 120 К (от +7 до –153

С). Этот холод применяется в самых различных целях. Особняком стоят комбинированные холодильно- теплонасосные установки. Они позволяют одновременно с выработкой холода получать теплоту потребительских параметров. Обычно не выше 120-
180

С. Более высокие температуры экономически целесообразнее получать за счет сжигания органического топлива.
Комбинированные холодильно-теплонасосные установки этого типа очень перспективны. Их использование может дать большой экономический эффект. Например: во дворцах спорта - одновременное получение искусственного льда и подогрев воды в плавательном бассейне; на молочных фермах – охлаждение молока (до 4

С) и нагрев воды за счет этой теплоты до
60-80

С.
Наиболее крупными потребителями искусственного холода являются химическая, нефтехимическая и газовая промышленности. Особенности технологий определяют повышенные требования к холодильному оборудованию:
- большие холодопроизводительности;
- высокая надежность;
- длительный ресурс непрерывной работы;
- возможность использования дешевых хладагентов (продукты собственных технологий);
- возможность использования вторичных энергоресурсов;
- максимальная автоматизация и другие.
В упомянутых отраслях используется холод с температурой от +5 до -
110

С. Единичные мощности агрегатов составляют от единиц до десятков мегаватт. Крупными потребителями холода являются также системы


13 кондиционирования воздуха, пищевая, машиностроительная и металлургическая промышленности, строительство, производство сухого и водяного льда, водоопреснительные и водоочистительные установки, медицина.
2.5 Продукты разделения воздуха
Атмосферный воздух используется для получения кислорода, азота, аргона и некоторых других газов. Воздух представляет собой смесь всех этих газов, и для получения их в чистом виде воздух необходимо разделить на составляющие. Самым экономичным методом разделения воздуха является метод низкотемпературной ректификации.
Применение основных продуктов разделения воздуха, кислорода и азота, является одним из важных направлений технического прогресса в ряде отраслей промышленного производства. Это черная и цветная металлургия, химическая, нефтехимическая и пищевая промышленность, энергетика, медицина, машиностроение. Использование этих продуктов позволяет интенсифицировать технологические процессы в этих отраслях.
Аргон применяют как защитную среду для расплавленных металлов от окисления при плавке, разливе и электросварке нержавеющих сталей, титана, магния, алюминия. При плазменно-дуговой резке легированных сталей, сплавов алюминия, меди. При получении чистых металлов – титана, циркония, ниобия, молибдена.
Широко используется аргон в электроламповой промышленности для заполнения ламп накаливания и газоразрядных ламп. Лампы накаливания с аргоном имеют повышенные срок службы и светоотдачу. Аргон препятствует диффузии вольфрама, помутнению колб, уменьшают тепловые потери, так как позволяют повысить температуру нити накаливания.
В полупроводниковой промышленности аргон используется как защитная среда при производстве монокристаллов титана, бария, кремния и других полупроводниковых материалов.
3 Лекция №3. Системы производства и распределения сжатого
воздуха
План
лекционного
занятия: системы воздухоснабжения промышленных предприятий. Потребители сжатого воздуха на предприятиях различных отраслей промышленности (металлургии, химии). Требования к качеству и надежности подачи воздуха.
Цель лекции: изучение структуры систем воздухоснабжения и потребителей сжатого воздуха.


14
3.1 Системы воздухоснабжения промышленных предприятий
Система производства и распределения сжатого воздуха или система воздухоснабжения состоит из источника сжатого воздуха (компрессорной станции), коммуникаций для его транспортировки и потребителей. Основное назначение системы является подача к потребителю воздуха с определенными параметрами и свойствами, которые устанавливаются, исходя из особенностей использования его различными потребителями.
Коммуникации для транспортировки сжатого воздуха называются воздуходувными станциями. Воздуходувные станции
- это комплекс механизмов и оборудования, обеспечивающий сжатым воздухом (газом) технологические процессы промышленного производства. Назначение воздуходувной станции – это обеспечить потребителей сжатым воздухом по производительности (Q, м³/ч), по напору (Н, м) и давлению (р, МПа).
Сжатый воздух как энергоноситель имеет определенные преимущества перед другими. Например, по сравнению с водяным паром более транспортабелен вследствие малых тепловых потерь. Следующие свойства воздуха облегчают его потребление на производстве:
- имеется в неограниченных количествах;
- прозрачен, не имеет вредных свойств;
- не конденсируется.
На промышленном производстве сжатый воздух наряду с электричеством, паром, гидравлической и механической энергией широко используется для механизации и автоматизации производственных процессов.
Машины для сжатия и перемещения воздуха называются газодувными или компрессорными машинами. В дальнейшем будем употреблять термин
«компрессорные машины» или просто компрессоры.
3.2 Потребители сжатого воздуха на предприятиях различных
отраслей промышленности (металлургии, химии)
Сжатый воздух используется практически на любом предприятии для самых разнообразных целей. Сжатый воздух используется в двух направлениях: силовом
(для совершения механической работы); технологическом (для осуществления химических реакции в различных процессах).
В силовом направлении с помощью сжатого воздуха осуществляется:
- привод различных пневмомеханизмов, пневмоинструментов, пневмотранспорта;
- движение пневматических систем измерения, контроль и регулирование на взрывоопасных производствах
(химическая промышленность, горнодобывающая и др.).


15
В технологическом направлении с помощью сжатого воздуха осуществляются:
- ректификация или получение газов, из которых состоит воздух (азот, кислород и инертные газы);
- химические реакций окисления, горения, сушки и т.п.;
Воздух для технологических целей не является энергоносителем.
Он является исходным продуктом (или компонентом) для получения новых веществ (продуктов). Потребителями сжатого воздуха как энергоносителя (пневмоприемниками) являются механизмы и устройства, использующие воздух для различных производственных операций и технологических процессов.
По способу преобразования энергии сжатого воздуха все пневмопотребители можно разбить на три группы.
1-я группа. Устройства для преобразования потенциальной энергии сжатого воздуха в механическую работу: а) с продольно-возвратным движением рабочего органа. Это молоты, отбойные и клепальные молотки, трамбовки вибраторы, подъемники, толкатели, долбежные машины и т.п.; б) с вращательным движением рабочего органа. Это устройства с турбинным или поршневым приводом: сверлильные, шлифовальные
(фортуны), отрезные полировальные, винтозавертывающие и другие машины.
2-я группа. Устройства для преобразования потенциальной энергии в кинетическую. Это различные обдувные устройства (песко- и дробеструйные установки), эжекторы, форсунки, краскораспылители, пульверизаторы, пневмотранспортные установки и др.
3-я группа. Устройства, использующие сжатый воздух без преобразования его энергии. Это различные пневматические приспособления: поддержки, патроны, зажимы, устройства регулирования и автоматизации, мерные устройства и т.д.
По назначению и способу применения различают две основные группы пневмоприемников: а) пневмоинструменты; б) пневмооборудование.
К пневмоинструментам относятся устройства, предназначенные для механизации производственных процессов (замена ручного труда). Это переносной агрегат, приводимый в действие пневмодвигателем.
Пневмоинструменты отличаются кратковременными режимами работы.
Пневмооборудование – это, как правило, стационарные установки с длительными режимами работы.

16
3.3 Требования к качеству сжатого воздуха
В связи с разнообразием функций, выполняемых сжатым воздухом на предприятиях, к его качеству предъявляются определенные требования.
Основными показателями качества сжатого воздуха являются давление, влажность и чистота воздуха от загрязнений механическими примесями.
Номинальное давление и колебания давления воздуха, не должны выходить за пределы определенных значений, так как только при соблюдении их заводы- изготовители гарантируют надежную работу аппаратов. К резким колебаниям давления в воздухораспределительной сети приводят сбросы воздуха при отключениях выключателей. Установки для производства сжатого воздуха во всех режимах работы должны с необходимой быстротой восстанавливать давление, создавая условия для безотказной работы аппаратов.
Степень влажности сжатого воздуха имеет особое значение, поскольку при большой влажности возможна конденсация влаги из воздуха как на внутренних поверхностях механизмов, так и на воздухопроводах. Влага на клапанах и вентилях в холодное время года может замерзнуть и вызвать отказ в работе. Влага на внутренних поверхностях деталей снижает их изоляционные свойства и может явиться причиной отказа. Таким образом, конструкции воздушных систем и пневматических приводов рассчитаны на применение в них сухого воздуха.
В европейском стандарте чистоты сжатого воздуха ISO 8573.1 сделана раздельная характеристика на классы по максимальному размеру мкм) и концентрации твердых частиц (мг/м
3
), а также по содержанию водяных паров (температура точки росы) концентрации масла (
мг/м
3
), (см. таблицу
3.1).
Таблица 3.1 - Классы качества сжатого воздуха
По частицам
По точке росы
По маслу
Класс мкм мг/м
3
Класс
Т,
0
С
Класс мг/м
3 1
0,1 0,1 1
-70 1
0,01 2
1,0 1,0 2
-40 2
0,1 3
5,0 5,0 3
-20 3
1 4
15,0 8,0 4
+ 3 4
5,0 5
40,0 10,0 5
+7 5
25,0 6
+10 7
Не регл.