
- •Актуальность энергосбережения в России и мире
- •Нормативная база энергосбережения
- •Государственная политика в области повышения эффективности использования энергии
- •Энергетические обследования и энергетическая паспортизация
- •Энергобалансы предприятий. Энергетический мониторинг
- •Если в цехе для энергоемких производственных процессов установлены технологические нормы, то общецеховая норма может быть определена как
- •Если на предприятии для всех цехов и участков производства установлены общецеховые нормы, то общезаводская норма может быть определена как
- •Энергосбережение в системах теплоснабжения и в котельных
- •Глубокая утилизация теплоты дымовых газов
- •Контактные теплообменники
- •Рекуперативные теплообменники
- •Использование теплоты пароконденсатной смеси
- •10. Энергосбережение в системах производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий
- •Третья группа мероприятий – энергосберегающие мероприятия – предполагают следующие решения.
- •13. Применение тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты, для теплоснабжения и хладоснабжения
10. Энергосбережение в системах производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий
Рассмотрим основные работы по энергообследованию систем энергоносителей предприятий (газоснабжение, воздухоснабжение, водоснабжение, холодоснабжение, пароснабжение) и энергосберегающие мероприятия, рекомендованные к внедрению.
Система газоснабжения. Обследуется техническое состояние трубопроводов, газопотребляющих установок и газораспределительной арматуры. Определяется газоплотность системы, фактический уровень потребления газа, показатели неполноты сгорания газа и утечки газа. Разрабатывается комплекс мероприятий по повышению технологической оснащенности газопотребляющих объектов (автоматизация, средства учета и регистрации, диспетчеризация), рассматривается вопрос о детандерных установках выработки энергии вместо редуцирования при больших объемах потребляемого газа. Устраняются утечки, неплотности, восстанавливаются или заменяются редукционные и другие клапаны, применяются экономичные горелки.
Система воздухоснабжения. Составляется схема распределения сжатого воздуха с указанием размеров линий и давлений, список потребителей сжатого воздуха, временные графики работы и объемы потребления, места утечек сжатого воздуха и их объемы. В процентах объем утечек равен отношению мощности компрессора для поддержания давления при неработающем оборудовании, к средней мощности компрессора в обычном режиме работы. Измеряются характеристики электроприводов, загрузка компрессора, параметры системы регулирования давления, соответствие диаметров расходу воздуха, наличие конденсата, утечки, давление у потребителей. Обследуется система охлаждения, т.е. расход и температура охлаждающей воды на входе и выходе, состояние градирен, объем подпитки, утечки.
Возможные мероприятия по энергосбережению следующие:
Устранение утечек, осушка воздуха, оптимизация конфигурации (схемы) системы распределения воздуха.
Установка систем регулирования давления, секционирование компрессоров, межступенчатое охлаждение, ограничение расхода охлаждающей воды.
Модернизация электроприводов, установка частотно-регулируемого привода, применение экономичных новых компрессоров с высоким КПД.
Применение тепловых насосов для охлаждения воды.
Подогрев сжатого воздуха перед пневмоприемниками.
Замена пневмоинстурмента на электроинструмент, сжатого воздуха другими энергоносителями (где возможно).
Отключение отдельных участков или всей сети сжатого воздуха в неработающее время.
Отключение лишних компрессоров при снижении расхода сжатого воздуха.
Автоматизация открытия всасывающих клапанов, внедрение в поршневых компрессорах прямоточных клапанов.
Снижение номинального рабочего давления компрессоров.
Осуществление резонансного наддува воздушных поршневых компрессоров.
Систематический контроль утечек сжатого воздуха на участках, систематическое устранение неплотностей в сальниках, трубопроводах, арматуре.
Система водоснабжения. Насосные установки. Составляется схема водоснабжения с учетом проведенных реконструкций, собираются данные по водопотреблению. Снимаются графики водопотребления, тестируются утечки и непроизводительные потери, соответствие качества воды технологическим требованиям. Проверяются насосы, градирни, фильтры, другое оборудование и арматура. Оценивается коррозионное состояние трубопроводов.
Возможные мероприятия по энергосбережению;
Устранение утечек, применение экономичной арматуры.
Замена на более дешевую воду (техническую, артезианскую, оборотную).
Применение сухих градирен.
Модернизация электроприводов насосов, внедрение ЧРП.
На насосных установках – повышение КПД насосной станции путем замены насосов на более экономичные новые, повышения КПД действующих до паспортных значений.
Улучшение загрузки насосов и совершенствование регулирования их работы (обеспечение максимальной подачи, регулирование работы напорной или приемной задвижкой, изменение числа работающих насосов, частоты вращения электродвигателя).
Уменьшение сопротивления трубопроводов (ликвидация резких поворотов, неисправностей задвижек, засоренностей всасывающих устройств).
Сокращение расхода и потерь воды, бесцельного её расходования, внедрение оборотного водоснабжения, уменьшение расхода воды за счет совершенствования систем охлаждения.
Система холодоснабжения. Измеряются графики холодильных нагрузок, характеристики холодильного цикла, вторичного контура, электропривода компрессоров, вентиляторов и насосов, системы регулирования охлаждения. Оценивается наличие воздуха в холодильном контуре, обмерзание холодных поверхностей, состояние теплоизоляции хладопроводов и холодильных камер, расход охлаждающей воды и температуры на входе и выходе, состояние градирен и трубопроводов оборотного цикла, величина подпитки.
Возможные мероприятия по энергосбережению:
Устранение воздуха из хладоагента и заполнение системы до нужного уровня.
Очистка холодных поверхностей.
Установка систем регулирования температуры.
Теплоизоляция трубопроводов и камер, установка пластиковых штор.
Снижение расхода охлаждающей воды и величины подпитки.
Модернизация электроприводов компрессоров, внедрение ЧРП.
Установка тепловых насосов.
Отключение установок, если охлаждение не нужно. Использование выделяющегося тепла. Правильный выбор числа одновременно работающих компрессоров.
Система пароснабжения. Проверяются параметры (температура и давление) пара на вводе и у потребителей, состояние конденсатоотводчиков, теплоизоляции, утечки, наличие воздуха и неконденсируемых газов, пролетного пара, возврат конденсата.
Возможные мероприятия по энергосбережению:
Теплоизоляция и устранение утечек пара.
Установка конденсатоотводчиков, исключение острого пара, сбор и возврат конденсата.
Утилизация тепла конденсата, замена пара на воду.
Децентрализация тепловых завес и горячего водоснабжения.
Снижение давления пара, возврат конденсата под давлением.
Оптимизация схемы системы парораспределения.
11. Энергосбережение в высокотемпературных тепловых технологиях и промышленных печах
Основа энергосберегающего эффекта в высокотемпературных теплотехнологических установках (ВТТУ) закладывается в первую очередь разработкой рациональных их тепловых схем и элементов конструкции при проектировании. В практику разработок ВТТУ должен обязательно входить этап сравнительного анализа различных вариантов тепловых схем. Далее мы будем рассматривать топливные ВТТУ.
Повышение эффективности использования топлива в ВТТУ может быть достигнуто тремя путями:
Уменьшение тепловых отходов ВТТУ.
Регенерация тепловых отходов ВТТУ.
Внешнее использование отходов ВТТУ в энергетических или технологических целях.
В первую очередь следует стремиться к снижению тепловых отходов с отходящими газами, потерь через огнеупорные ограждения и с охлаждением элементов реактора (высокотемпературной зоны) ВТТУ. На эффективность ВТТУ решающее влияние оказывают потери теплоты через кладку (ограждения) и с охлаждением отдельных элементов (ролики, поддерживающие балки,…), которые назовем условно потерями в окружающую среду Qос. Их влияние возрастает с увеличением отношения Qос/Qм, где Qм – теплопоглощение обрабатываемого материала. Хотя наибольшими в тепловом балансе топливных ВТТУ являются потери теплоты с отходящими газами Qог, даже наиболее полное их регенеративное использование (предварительный нагрев материала и компонентов горения) может оказаться при Qос/Qм >> 0 совершенно недостаточно для высокой экономии топлива и подъёма КПД. Наивысший результат может быть только при одновременном глубоком снижении Qос/Qм и наиболее полной регенерации теплоты Qог отходящих из реактора газов.
Количественный анализ разных способов энергосбережения в ВТТУ удобно проводить с использованием коэффициента отъема теплоты топлива о, или коэффициента использования теплоты топлива в рабочем пространстве (КИТ), который показывает, какая доля химической теплоты топлива используется в рабочем пространстве ВТТУ на технологические нужды Qтехн и компенсацию тепловых потерь Qос
(11.1)
где В – расход топлива, кг/с (м3/с), Qнр – теплота его сгорания, МДж/кг (м3). Так как удельный расход топлива b = B/P, где Р – производительность ВТТУ, кг/с. то получаем выражение для удельного расхода топлива
, (11.2)
из которого видно, что при заданной производительности Р удельный расход зависит от Qтехн, Qос и о. Уменьшение величины Qтехн + Qос на Q, например, за счет снижения потерь теплоты через ограждения уменьшает удельный расход топлива на Q/b. Так как обычно в ВТТУ о 0,5, то снижение на единицу теплоты Qтехн + Qос дает снижение расхода топлива на две и более единиц теплоты. Удельный расход топлива снижается пропорционально увеличению о, что обеспечивается повышением теплоты сгорания топлива, подогревом топлива и окислителя, снижением потерь с отходящими газами.
Перед разработкой и проведение энергосберегающих мероприятий на ВТТУ и печах необходимо провести их энергообследование, в ходе которого для газовых печей измеряются режимные параметры, состав дымовых газов в различных точках, давление в топке и тракте печи. Для электрических (резистивных) печей измеряется график активной нагрузки, для индуктивных и дуговых печей – дополнительно реактивная нагрузка и параметры качества электроэнергии. Измеряется масса, теплоемкость, скорость или частота загрузки, температуры наружных поверхностей по всему тракту, расход и температуры охлаждающей воды на входе и выходе, характеристики электропривода вытяжных вентиляторов и дымососов. Анализируется избыток воздуха, КПД, состояние изоляции и потери с излучением, потери с дымовыми газами, общий тепловой баланс ВТТУ, присосы по тракту, уровень атмосферных выбросов.
Возможные рекомендации по энергосбережению в ВТТУ и печах следующие:
Настройка топочных режимов, применение автоматических регуляторов.
Теплоизоляция наружных поверхностей, уплотнение заслонок и газовоздушного тракта.
Забор воздуха из помещений цеха, утилизация тепла дымовых газов, установка регенераторов и регенеративных горелок.
Предварительный подогрев шихты за счет утилизируемого тепла.
Увеличение массы садки (исключение дополнительных «подвалок») и совершенствование подготовки шихты.
Установка фильтров и компенсаторов реактивной мощности для электропечей.
Оптимизация графика работы, сокращение времени и нагрузки при простое.
Совершенствование системы водоохлаждения.
Модернизация электропривода вытяжных вентиляторов и дымососа, внедрение ЧРП.
Снижение тепловых потерь за счет увеличения стойкости и качества футеровки, окраска наружных поверхностей кожуха печи алюминиевой краской.
Снижение потерь тепла с охлаждающей водой, с отходящими газами, излучением через окна и отверстия печи.
12.Энергосбережение в системах отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха
Условно мероприятия по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха можно разделить на четыре группы:
Организация учета и контроля за использованием энергоносителей.
Объемно-планировочные, строительно-конструктивные меры по энергосбережению.
Энергосбережение путем совершенствования систем и их элементов.
Энергосбережение утилизацией природной теплоты и холода, путем использования вторичных энергоресурсов.
Рассмотрим их подробнее.
Организация приборного учета позволяет выявить фактическое потребление тепловой энергии, которое, в общем случае, может отличаться от проектного, и это различие может составлять до 30 %. Обычно данное превышение связано с ухудшенными характеристиками ограждающих конструкций здания. Организация учета и контроля должно стимулировать внедрение энергосберегающих мероприятий по п.2…4.
Объемно-планировочные и строительно-конструкторские энергосберегающие меры связаны с уменьшением тепловых потерь и теплопоступлений. Эти меры связаны с выбором ориентации здания относительно сторон света, выбором формы здания в плане и по вертикали, применением солнцезащитных устройств, уменьшением затрат энергии ни искусственное освещение, выбором степени и характера остекления. Другие меры этой группы связаны с уменьшением расхода инфильтрующегося воздуха (герметизация проемов и стыков). В целом эти мероприятия предусматриваются на стадии проектирования зданий. Параметром, отражающим качественный уровень объемно-планировочного решения с точки зрения энергетических затрат, служит отношение общей площади поверхности наружных ограждающих конструкций к отапливаемому объему здания. Размерность этого параметра м2/м3 = 1/м = м-1. Нормативный показатель не должен превышать значения 0,25 1/м для зданий с 16 этажами и более и 1,1 1/м – для одноэтажных домов. Показателем, характеризующим теплозащитные свойства ограждающих конструкций, служит приведенное сопротивление теплопередаче через ограждения, которое определяется СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» (2000 г) и после 2000 г для наружных стен проектируемого жилого здания должно составлять 2,8…3,5 (м2С)/Вт. Прежние требования СНиП заключались в интервале 2,3…3,2 (м2С)/Вт.
К энергосбережению путем совершенствования систем и их элементов можно отнести следующие мероприятия:
Уточнение расчетных условий (выбор расчетных температур наружного и внутреннего воздуха, правильный выбор необходимого количества свежего воздуха).
Уменьшение инфильтрации (создание подпора, воздушных завес,…).
Снижение потерь (изоляция трубопроводов и воздухопроводов, уменьшение коэффициентов гидравлических и аэродинамических потерь, исключение утечек теплоносителя, повышение КПД оборудования).
Использование предварительного нагрева и охлаждения теплоносителей.
Комбинирование систем между собой (например, центральная и автономная системы кондиционирования воздуха) и с другими системами (например, комбинированная СКВ и системы отопления).
Автоматизация процессов теплоснабжения и подготовки воздуха.
Качественное и количественное регулирование.
К энергосбережению утилизацией природной теплоты и холода и с использованием вторичных энергоресурсов относятся следующие меры:
Пассивное и активное использование солнечной энергии.
Использование природной теплоты и холода (воды, наружного воздуха, грунта).
Использование внутренних источников теплоты и холода (теплоты и холода удаляемого воздуха, теплоты источников освещения, теплоты нагревательных приборов, теплоты сточных вод и т.д.).
Использование теплонасосных установок с целью повышения потенциала природных источников теплоты.
Перед разработкой энергосберегающих мероприятий должно проводиться обследование систем отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения. При этом измеряются расходы и температуры прямой и обратной сетевой воды (теплоносителя), характеристики электропривода насосов и вентиляторов, температур и влажностей воздуха в помещениях и снаружи, инфильтрация, кратность воздухообмена, рециркуляция. Снимаются графики нагрузок систем, составляются тепловые и водные балансы. Тестируются системы регулирования и учета. Проверяется правильность выбора электроприводов вентиляторов и исправность воздуховодов систем вентиляции и калориферных установок. Обследуются фактические эксплуатационные характеристики систем вентиляции и калориферных установок.
Возможные мероприятия по энергосбережению:
Теплоизоляция трубопроводов, теплообменников и арматуры, устранение утечек.
Внедрение центральных и индивидуальных регуляторов, рекуперация вентиляционного тепла.
Исключение перегрева и переохлаждения, включение установок только тогда, когда в помещении находятся люди или идут технологические процессы. Минимизация объемов приточного и отработанного воздуха.
Использование систем газового отопления, лучистого (радиационного) отопления.
Для сокращения расхода энергии на вентиляционные установки проводят следующие мероприятия:
Замена старых вентиляторов новыми, более экономичными.
Внедрение экономичных способов регулирования производительности вентиляторов (ЧРП).
Блокировка вентиляторов тепловых завес с устройствами открывания и закрывания ворот.
Отключение вентиляционных установок во время обеденных перерывов, пересмен и т.д.
Внедрение автоматического управления вентиляционными установками.
Составление руководств по эксплуатации, управлению и обслуживанию систем отопления, ГВС, вентиляции и кондиционирования, периодический контроль со стороны руководства за выполнением (экономия 5…10 %).
Оснащение систем отопления, ГВС и водоснабжения счетчиками расходов (до 50 %).
Дополнительная изоляция стен и перекрытий, тройное и вакуумное остекление, дополнительная пленка в межрамном пространстве окон (15…30%).
Снятие декоративных ограждений с радиаторов отопления и установка теплоотражателей за радиаторами.
Внедрение индивидуальных автоматических регуляторов (радиаторных термостатических клапанов).
Применение экономичной водоразборной арматуры, установка регуляторов давления.
Автоматизация систем теплоснабжения путем установки блочных и автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (ИТП).
Установка интегрированных систем управления инженерным оборудованием зданий.
12.Энергосбережение в сушильных, выпарных, ректификационных и других тепломассообменных процессах и установках
Тепловая сушка, являясь составной частью многих технологий, относится к числу наиболее энергоемких технологий. Затраты на сушку составляют около 12 % всех затрат энергии в промышленности и сельском хозяйстве. Широкая распространенность процессов сушки и их низкие (30…35 %) коэффициенты полезного использования энергии обуславливают актуальность энергосбережения в сушильных установках.
В общей массе сушильных установок преобладают конвективные сушильные установки. Технологические процессы обуславливающие конвективную тепловую сушку можно разделить на три группы или стадии:
Подговительная группа – в которой используются аппараты подготовки сушильного агента и сушимого материала.
Основная группа – реализуется в одной или нескольких сушильных камерах.
Заключительная группа – утилизация вторичных энергоресурсов, улавливание пыли и т.д.
Для снижения удельных затрат на обезвоживание материала на подготовительной стадии используются такие способы, как предварительное нагревание, пенообразование, дробление, воздействие поверхностно-активных веществ, виброобработка, снижение энергии связи влаги с материалом, совершенствование тепловых генераторов и т.д. На заключительной стадии снижение тепловых затрат достигается в основном за счет утилизации теплоты уходящих газов и высушенного материала с помощью рекуперативных, регенеративных или контактных теплообменников, используемых для нагрева подаваемого воздуха, теплофикационной или технологической воды, предварительного подогрева сушимого материала.
Процесс сушки определяется статикой и кинетикой. Под статикой сушки понимают материальный баланс и тепловой баланс сушилки, которые позволяют определить расходы сушильного агента и теплоты, а также оценить тепловую экономичность сушки. Изменение во времени среднеинтегральных влагосодержаний материала и его температуры называют кинетикой сушки, и её знание позволяет определить продолжительность сушки и габариты установки, а значит тепловые потери в окружающую среду и экономичность сушилки. Процесс сушки, в общем случае, состоит из периода подогрева, первого и второго периодов сушки, интенсивность удаления влаги в которых зависит от различных факторов. В первом периоде интенсивность сушки определяется скоростью подвода теплоты к сушимому материалу и отвода массы с его поверхности в окружающую среду, во втором периоде – скоростью передачи теплоты вглубь материала и подвода массы из внутренних слоев материала в зону испарения.
В соответствии с этим все энергосберегающие мероприятия в сушильных установках можно разбить на три группы.
К первой группе относятся теплотехнологические мероприятия, касающиеся сушильной установки в целом:
Теплотехнические, т.е. выбор тепловой схемы, режимных параметров сушки (температуры, скорости и влагосодержания сушильного агента, …), режимов работы установки, коэффициентов рециркуляции, управление конечным влагосодержанием и др.
Конструктивно-технологические – оптимизация числа зон промежуточного подогрева сушильного агента, выбор направления взаимного движения сушильного агента и материала, совершенствование систем подвода теплоты, улучшение аэродинамической обстановки в сушильной камере и др.
Ко второй группе относятся мероприятия касающиеся кинетики процесса сушки (кинетические мероприятия).
Методы интенсификации внешнего теплообмена и массообмена – повышение температурного напора, повышение движущей силы массообмена, коэффициента теплоотдачи к сушимому материалу, поверхности тепло- и массообмена и т.д.
Методы интенсификации внутреннего теплообмена и массообмена – повышение температуры материала в первом периоде сушки, снижение термодиффузионной составляющей потока массы при её разнонаправленности с диффузионной составляющей, использование внешних полей – электрических, магнитных, звуковых, использование ПАВ и т.д.
Методы кинетической оптимизации – управление профилем скорости, температуры и влагосодержания сушильного агента на входе в установку, линеаризация кинетики сушки изменением формы сушильной камеры, активизация процесса взаимодействия сушильного агента и материала, реверсия и т.д.