Курсовая работа на тему Курсовая работа 180828-01-6

Нижников – 160013275 (номер зачетки)

РЕФЕРАТ
Курсовая работа содержит текстовый документ на 49 листах формата А4, включающего 23 таблицы, 3 рисунка, 30 использованных источника.
ТВЕРДЫЕ КОММУНАЛЬНЫЕ ОТХОДЫ; ПИРОЛИЗ; ВЛАЖНО–ПАРОВАЯ МИКРО-ТУРБИНА; ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР; ВОЗДУШНЫЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК; СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ.
Целью работы явилось проведение анализа использования топливно-энергетических ресурсов на теплоэлектростанции с разработкой энергосберегающих мероприятий.
Объект исследования – использование топливно-энергетических ресурсов.
Предметом исследования является энергетическое использование отходов.
В процессе работы проводился анализ использования топливно-энергетических ресурсов на теплоэлектростанции, проведен расчет выбросов парниковых газов в результате сжигания топлива, заполнен энергетический паспорт предприятия. Предложен комплекс мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов.
Содержание


ВВЕДЕНИЕ 6
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 8
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 21
2.1. Анализ потребления энергетических ресурсов предприятием 21
2.2. Составление энергетических балансов предприятия 30
2.3. Расчет эмиссий парниковых газов от сжигания основного топлива 33
2.4. Мероприятия по энергоресурсосбережению 39
2.5. Энергетический паспорт предприятия 48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 60

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования обусловлена тем, что организация эффективного обращения с производственными и коммунально-бытовыми отходами превратилась в последние годы в одну из наиболее острых экологических проблем России. Общая величина накопленных и учтенных отходов производства и потребления в целом по стране составляла на конец 2015 г. примерно 31,5 млрд. т. Что касается твердых коммунальных отходов (ТКО), то на территории РФ каждый год образуется около 55 – 60 млн. т. В 2014–2018 гг. в России наблюдался прогрессирующий рост образования мест несанкционированного размещения отходов. По данным Росстата на конец августа 2017 г., в государственный реестр включены 3923 объекта размещения отходов. Ежегодно площадь свалок в России увеличивается на 0,4 млн. га.
Практически все существующие свалки в России организованы стихийно, они не имеют проекта (за исключением новых полигонов, построенных после 2000 года). Территории свалок не обвалованы, санитарно–защитная зона не организована, технология складирования не соблюдается, не подготовлено водонепроницаемое основание, отсутствуют противофильтрационные экраны, не ведется сбор и очистка фильтрата, не предусмотрен отвод дождевых вод, не организован сбор свалочного газа.
По оценкам Росстата, от каждого жителя России образуется в среднем до 400 кг отходов в год. С учетом сложившейся за прошедшие годы ситуации сегодня уровень переработки ТКО в России составляет лишь 5 – 7 %, в то время как в странах Европейского союза перерабатывается до 60 % ТКО. С целью решения проблемы снижения негативного воздействия на окружающую среду размещаемых и размещенных отходов была разработана Федеральная целевая программа «Ликвидация накопленного экологического ущерба». При утилизации отходов используются такие технологии как сжигание в котельных установках с улавливанием и удалением образующихся вредных выбросов; газификация органических отходов с образованием и дальнейшим использованием биогаза; технологии пиролиза. Выбор наиболее эффективного процесса высокотемпературного пиролиза, который не требует тщательной подготовки сырья очень сложен. После пиролиза не остается биологически активных веществ, наносящих вред природной среде. На выходе этих утилизационных установок появляется отработавшая среда, обладающая определенным энергетическим ресурсом, которую следует использовать для выработки энергии. Для энергоснабжения собственных нужд утилизационных комплексов должны применяться энергетические установки малой электрической мощности 30 – 200 кВт, как газовые, так и паросиловые микро-турбины, выполненные по различной конструктивной схеме.
Для реализации этой цели поставлены следующие задачи:
охарактеризовать энергетическое использование отходов;
осуществить анализ потребления энергетических ресурсов предприятием;
показать расчет эмиссий парниковых газов от сжигания основного топлива;
составить энергетические балансы предприятия;
предложить мероприятия по энергоресурсосбережению;
разработать энергетический паспорт предприятия.
Объект исследования – использование топливно-энергетических ресурсов.
Предметом исследования является энергетическое использование отходов.
При написании работы были использованы теоретические методы исследования и эмпирические методы исследования.
В процессе работы проводился анализ использования топливно-энергетических ресурсов на теплоэлектростанции. Предложен комплекс мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов.
Работа выполнена на основе трудов отечественных авторов, таких как С.В. Филипковский, К.В. Аврамов и др.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Энергетическое использование отходов

Состав отходов на свалках России весьма различен и трудно поддается анализу. Так, доля бумаги и картона на них в среднем составляет до 25 – 30 % от общего объема отходов; количество органических, в т.ч. пищевых, отходов – до 26 – 35 %; металла и стекла – до 4 – 12 %; пластика – до 7 – 10 %; дерева, текстиля, резины и др. – примерно по 2 – 4 % [5, с. 89].


Рисунок 1 – Примерный морфологический состав размещаемых на территории России твердых коммунальных отходов
Одним из основных направлений переработки и обезвреживания отходов производства и потребления является использование их для получения тепловой и электрической энергии. Выработка энергии из отходов может быть достигнута с использованием широкого спектра сырья и технологий генерации. Представленные на российском рынке установки по переработке широкого спектра отходов (ТКО, сельскохозяйственных, резиносодержащих, пластика и др.), которые отвечают требованиям технического задания, можно разделить на 4 основные группы:
– низкотемпературные пиролизные установки (T = 300 – 500 °C);
– высокотемпературные пиролизные установки (Т = 500 – 1200 °С);
– установки высокотемпературного сжигания – инсинераторы (Т = 1000 – 1300 °С).
– плазменные установки (Т = 2 000 – 5 000 °С);
Низкотемпературные пиролизные установки характеризуются низким потреблением электрической энергии, стабильным уровнем температур, отсутствием возможности процесса горения, высоким уровнем термохимической конверсии, а также высокой стоимостью и сложностью в эксплуатации, при этом допускается возможность изготовления в мобильном исполнении. Генерируемый продукт: пиролизный газ, представляющий собой смесь горючих компонентов. Теплота сгорания не превышает 10 МДж/м3. Высокотемпературные пиролизные установки отличаются более высокой температурой в камере реактора и присутствием окислителя, и, по сути, реализуют процесс газификации. Генерируемые продукты: пиролизный газ с теплотой сгорания не более 15 МДж/м3, шлак, металлы, углерод. Плазменная или плазмохимическая технология переработки ТКО является высокотемпературной разновидностью технологии пиролиза (газификации). Генерируемый газ: СО и Н2 (практически чистый горючий синтез-газ).
Теплота сгорания не превышает 30 МДж/м3. Сжигание может осуществляться на мусоросжигательных заводах, в котельных, на тепловых электростанциях, а также в локальных инсинераторных установках. В настоящее время уровень сжигания коммунальных отходов в отдельных странах различен. Так, из общих объемов коммунальных отходов, доля сжигания колеблется в таких странах, как Австрия, Италия, Франция, Германия – 20 – 40 %;
Бельгия, Швеция – 48 – 50 %; Япония – 70 %; Дания, Швейцария 80 %; Англия и США – 10 %. В России сжиганию подвергаются пока лишь около 2 % коммунальных отходов, а в Москве – около 10 % [6, с. 78]. На сегодняшний день в России функционирует 243 мусороперерабатывающих завода, 50 мусоросортировочных комплексов и 10 мусоросжигательных заводов. Основной тенденцией развития мусоросжигания, является переход от прямого сжигания отходов, как способа решения только вопроса экологической безопасности переработки, к сжиганию как процессу, который обеспечивает дополнительное получение тепловой и электрической энергии.
Для утилизации отходов нужны различные установки. В России около 900 малых и средних городов, с численностью населения менее 100 тыс. человек, а также примерно 150 тыс. сельских поселений, в которых проживает около 38 млн. человек [7, с. 43]. Все они являются источниками образования отходов. Способы их утилизации и переработки на местах различны. Поэтому, наряду с крупными перерабатывающими комплексами требуются малогабаритные установки, способные функционировать в автономном режиме и обеспечивать мобильность их перемещения. Именно для этих условий наиболее эффективным является процесс высокотемпературного пиролиза, который не требует тщательной подготовки сырья. Однако требуется тщательная очистка газов от ядовитых соединений, что решается современными технологиями. Преимущество пиролиза по сравнению с непосредственным сжиганием отходов заключается, прежде всего, в его эффективности с точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды. С помощью пиролиза можно перерабатывать составляющие отходов, трудно поддающиеся утилизации, такие, как автопокрышки, пластмасса, отработанные масла, отстойные вещества. После пиролиза не остается биологически активных веществ, поэтому подземное складирование пиролизных отходов не наносит вреда природной среде. Образующийся пепел имеет высокую плотность, что резко уменьшает объем отходов, подвергающийся подземному складированию. При пиролизе не происходит восстановления (выплавки) тяжелых металлов. К преимуществам пиролиза относятся и легкость хранения и транспортировки получаемых продуктов, а также то, что оборудование имеет небольшую мощность [8, с. 70]. В целом процесс требует меньших капитальных вложений. Установки или заводы по переработке твердых бытовых отходов способом пиролиза функционируют в Дании, США, ФРГ, Японии и других странах.
Учеными и специалистами Российского научного центра «Государственный институт прикладной химии» разработан технологический процесс двухстадийной переработки отходов с получением пиролизного газа, который можно использовать в котле-утилизаторе для получения водяного пара с различными параметрами. Для повышения коэффициента использования сырья рекомендуется проектировать котел-утилизатор с камерой дожигания либо с рециркуляцией в камеру реактора. Решением данной задачи занимаются в «ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей»«. Таким образом, на выходе из данного технологического комплекса мы получаем высокоэнергетическую парогазовую или паровоздушную смесь, которую можно использовать в микротурбинных установках в качестве рабочего тела для получения электрической и тепловой энергии.
Энергоснабжение собственных нужд утилизационных комплексов. Утилизационные комплексы могут быть разной производительности по количеству и виду перерабатываемых отходов: крупные постоянно действующие перерабатывающие комплексы-заводы, получающие электроэнергию от центральных сетей; средние, которые также являются постоянно действующими и находятся в определенном месте; малые, которые должны быть мобильными и автономными по энергоснабжению. Именно в составе последних необходимо иметь собственную энергетическую установку, главной задачей которой – выработка энергии на собственные нужды комплекса. Для большинства автономных мобильных утилизационных установок наиболее востребованными являются установки электрической мощностью 30 – 200 кВт.
Для этих целей большее значение приобретают энергоустановки малой распределенной энергетики на основе газовых и влажно–паровых турбин. Выбор того или иного оборудования зависит от особенностей технологии переработки отходов, состава и параметров получаемого при этом энергетического сырья. Пиролизный газ после утилизационной установки характеризуется непостоянством своих теплотворных характеристик, и эта особенность может оказывать негативное влияние на работу особенно газовых и газопоршневых энергоустановок. Паросиловые энергоагрегаты, работающие через промежуточное звено – котел-утилизатор, менее чувствительны к калорийности пиролизного газа и поэтому они предпочтительны при установке на утилизационном энергокомплексе. На выбор энергоустановки для утилизационного комплекса оказывает большое влияние температурный режим работы двигателя. Рабочий процесс газовых турбин и газопоршневых двигатель происходит при температурах 400 – 1200 °С, в то время как паровые микротурбины работаю в зоне температур не выше 200 °С. Следует также отметить, что газопоршневые агрегаты обычно производят на 1 кВт электрической энергии 1,2 – 1,5 тепловой; газовые турбины имеют возможность увеличить это соотношение до 2,0 кВт. Большего соотношения можно получить при использовании паросиловых установок – до 10 – 12,0 [9, 10, 11]. Влажно–паросиловая установка более эффективна для комплексного производства электроэнергии и тепла зимой, и для абсорбционного кондиционирования и горячего водоснабжения летом. Влажно-паровая турбинная установка удобна для индивидуального потребителя еще и тем, что в отличие от когенерационных газовой турбины и газопоршневого агрегата она способна раздельно регулировать производство электроэнергии и тепла. В Российской Федерации в настоящее время отсутствуют энергетические устройства, способные обеспечить функционирование автономных мобильных комплексов по переработке отходов.
Анализ конструктивных схем микротурбин, рекомендуемых для пиролизных установок утилизации отходов микротурбинной установки. Рабочие параметры пара микротурбины (давление до 1,5 МПа и температура до 200 °С) позволяют использовать теплоперепады до 300 – 400 кДж/кг, что дает основание применять одноступенчатый вариант турбины и облегчает процесс ее разработки. Конструктивная схема влажно–паровой микротурбины при таких параметрах может выполнятся в следующих вариантах [10, с.11]:
осевая микротурбина горизонтального исполнения;
центростремительная однопоточная микротурбина горизонтального исполнения;
центростремительная двухпоточная микротурбина горизонтального исполнения;
центростремительная однопоточная микротурбина вертикального исполнения.
На рисунке 2 представлены конструктивные схемы одноступенчатых центростремительных двухпоточной микротурбины горизонтального исполне