Основы эффективного энергоиспользования на производственных предприятиях дорожной отрасли

передачи зависит величина потерь электроэнергии в системе электропривода. Ис­ ключить потери в передаче можно в том случае, когда приводной механизм нахо­ дится непосредственно на валу электродвигателя.

6.4.Насосные установки

Вразличных отраслях народного хозяйства для водоснабжения, отопления, во­ дяного охлаждения, пожаротушения, перекачки разнообразных жидкостей широко используются насосы, которые по своему конструктивному исполнению могут быть центробежными, поршневыми и роторными.

Центробежные насосы отличаются большой частотой враш;ения, относительно малыми габаритами и равномерной подачей жидкости. Вследствие этого они повсе­ местно применяются для перекачки воды, нефти и нефтепродуктов, кислот, сжи­ женных газов и т. д.

Поршневые насосы имеют невысокую частоту вращения, относительно боль­ шие габариты и массу. Их работа характеризуется пульсирующей подачей жидкости и колебанием давления. Однако они обладают высоким КПД и позволяют достигать значительных напоров даже при небольших подачах. Поршневые насосы находят применение для перекачки разнообразных жидкостей с разной степенью вязкости и чистоты.

Роторные и шестеренчатые насосы используются для перекачки вязких продук­ тов. Принцип их действия основан на непрерывном вытеснении жидкости шесте­ ренчатым или винтовым поршнем.

Количество электроэнергии, потребляемой насосом, кВт-ч:

анрт

(6.24)

3 6 0 0 - 1 0 2 •77^77^77^

где Q - производительность насоса, м /ч;

Н - полный напор с учетом высоты всасывания, м; р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м^;

Лн, Лп? Лд “ соответственно КПД насоса, передачи и двигателя;

Т - время работы насоса, ч.

190

с учетом того, что в большинстве случаев плотность воды может быть принята постоянной р = 1000 кг/м , уравнение (3.27) для водяных насосов может быть пред­ ставлено в следующем виде:

Удельный расход электроэнергии для насосной установки определяется как

^ОТ

Подставив выражение (6.25) в (6.26), получим

электроэнергии нужно повышать общий КПД (г|нГ|пЛд) насосной установки. Увели­ чение КПД передачи до максимального значения можно достичь, если насос и элек­ тродвигатель конструктивно представляют собой одно целое, т. е. рабочее колесо насоса находится на валу электродвигателя.

Общий КПД зависит от конструктивного исполнения и режима работы насоса. На его величину влияют гидравлические, объемные и механические потери. Для на­ сосов низкого напора КПД находится в диапазоне 0,4—0,7, среднего - 0,5—0,7, вы­

сокого - 0,6—0,8. У современных насосов КПД достигает 0,9. Поршневые насосы имеют КПД 0,6—0,9.

Для снижения расхода электроэнергии необходимо применять насосы с более высокими значениями КПД. В общем случае величина, на которую уменьшается по­ требление электроэнергии при замене старого насоса с КПД Цн1на новый с КПД Цн2

од старым (менее экономичным) и новым насосами.

191

Снижение величины электропотребления для насоса, перекачивающего воду,

Для обеспечения работы электродвигателя с максимальным КПД необходимо, чтобы его мощность была в 1,2— 1,25 раза больше мощности, потребляемой насо­ сом.

Повысить эффективность использования насосов можно путем регулирования их производительности в зависимости от нужд потребителей воды или других жид­ костей. Регулирование осуществляется с целью изменения величины подачи с по­ мощью напорной или приемной задвижки, путем изменения числа работающих на­ сосов или частоты вращения электродвигателя.

Регулирование задвижкой (дроссельное регулирование) является наиболее про­ стым способом изменения напора. Однако данный способ связан со значительными потерями, что приводит к снижению КПД и увеличению удельного расхода электро­ энергии насосной установки. Поэтому дроссельное регулирование применяется только для насосов небольшой мощности, а также при незначительном числе часов регулирования напора в течение года.

При большом расходе жидкости, измеггяющемся в течение суток, целесообразна установка несколькггх параллельных насосов, включаемьгх в зависимости от требуе­ мого объема жидкости. Количество работающих насосов подбирается так, чтобы они работали с максимальным КПД.

В системах водоснабжения применяются насосные установки, рассчитанные на максимальное потребление воды при наибольшем напоре. Однако необходимость в максимальном напоре воды, как правило, кратковременна. В связи с этим вне часов максимального расхода воды насосный агрегат работает с большим удельным элек­ тропотреблением. Для снггжения расхода электроэнергии в системах водоснабжения целесообразно применение накопителя воды, установленного на высоте, обеспечи­ вающей требуемый напор. При заполнении накопителя водой насосный агрегат должен автоматически отюгючаться. В этом случае расход электроэнергии снижает­ ся на величиггу, определяемую выражением

192

ЛнЛпЛд ЛнЛпЛд где Ql - расход воды в течение часа;

Т', ЛнЛп- л'д - соответственно время работы, КПД насоса, передачи и электро­ двигателя при работе без накопителя;

Лн. Лп. Лд - КПД насоса, передачи и электродвигателя при работе с накопителем. Регулировать подачу насоса можно изменением частоты вращения электродви­ гателя. В этом случае при снижении расхода воды в системе водоснабжения умень­ шается частота вращения двигателя, что приводит к снижению напора, КПД насоса и двигателя. Удельный расход энергии при этом изменяется незначительно. Данный способ целесообразно применять в системах водоснабжения с резко переменным

расходом воды.

В трубопроводах может происходить потеря напора вследствие увеличения их сопротивления из-за неоптимальной конфигурации водопроводной сети, неисправ­ ности задвижек, неудовлетворительного состояния всасывающих устройств и т. п. Это может быть причиной повышенного удельного электропотребления насосных установок.

Существенное значение для снижения расхода энергоресурсов имеет внедрение на предприятии системы оборотного водоснабжения, а также ликвидация утечек и нерационального использования воды.

Система оборотного водоснабжения обеспечивает многократное использование воды на технологические нужды. Это позволяет сократить расход первичной воды примерно в 2 раза, а электроэнергии - на 15—20 %.

Уменьшить расход воды можно совершенствованием систем охлаждения путем применения автоматического управления подачей воды, устройства последователь­ ного охлаждения отдельных технологических установок, устройства испарительного охлаждения термических установок, применения циркуляционных систем охлажде­ ния сварочных аппаратов и высокочастотных установок, соблюдения установлен­ ных значений температуры воды, охлаждающей различные технологические агрега­ ты и т. п.

193

6.5. Вентиляционные установки

На промышленных предприятиях вентиляторы широко применяются в разно­ образных технологических установках. Они также используются как техническое средство для обеспечения необходимых санитарно-гигиенических условий в поме- ш,ениях, зданиях, подземных сооружениях и т. и.

В цехах промышленных предприятий могут применяться следуюш;ие виды вен­ тиляции: вытяжная - для удаления пыли, газа и других компонентов, загрязняюш;их воздух; приточная - для подвода свежего воздуха и охлаждения помещения; отопи­ тельно-циркуляционная; тепловые завесы - на входах в отапливаемое здание; тех­ нологическая - воздуходувки.

Вентиляционные установки, обеспечивающие жизнедеятельность и безопас­ ность людей, должны работать весьма надежно. Это часто является причиной завы­ шения производительности вентиляционных установок и поддержания режимов их работы, не всегда способствующих минимизации расхода энергоресурсов.

Расход электроэнергии, кВт-ч, вентилятором определяется по формуле

(6.33)

V

где к - развиваемое вентилятором давление, Па;

Q - производительность (подача) вентилятора, м/с;

т- время работы вентилятора, ч; т| - КПД вентиляционной установки.

Сократить расход энергоресурсов на вентиляцию можно различными способа­

ми. В первую очередь необходимо применять современные вентиляторы с улучшен­ ными аэродинамическими свойствами, без механических передач, со значениями КПД в диапазоне 0,65-0,9. У старых типов вентиляторов КПД не превышает 0,6. Поэтому замена вентиляторов старых типов новыми, с более высокими значениями КПД, приводит к экономии электроэнергии, величина которой в кВт-ч определяется по формуле

195

Для снижения потерь электроэнергии необходимо стремиться к тому, чтобы вентилятор и его двигатель работали с максимальными значениями КПД. С этой це­ лью тип вентилятора выбирают по необходимому расходу воздуха и давлению, оп­ ределяемому сопротивлением системы воздуховодов. Замена вентиляторов старых типов более экономичными позволяет снизить расход электроэнергии на 25—35 %.

Для улучшения удельных показателей электропотребления следует регулиро­ вать производительность вентиляторов. Широкое распространение на практике по­ лучило регулирование подачи воздуха с помощью шиберов (задвижек). При этом более эффективным является регулирование подачи на всасывающем патрубке, обеспечивающее некоторую экономию электроэнергии.

Наиболее прогрессивным способом регулирования производительности венти­ ляторов является изменение частоты вращения электродвигателей. Это изменение можно производить ступенчато с помощью многоскоростных двигателей или плав­ но, если питание асинхронного двигателя осуществляется от частотного преобразо­ вателя. Применение регулирования частоты вращения двигателя целесообразно, ес­ ли имеет место длительная работа вентилятора с пониженной производительностью. При этом необходимо учитывать ухудшение КПД многоскоростного двигателя, а также потери электроэнергии в преобразователе частоты асинхронного электропри­ вода.

Экономия электроэнергии при использовании многоскоростных электродвига­ телей вместо регулирования шиберами достигает 20—30%. При использовании двухскоростного электродвигателя экономия электроэнергии в кВт-ч определяется по формуле

01 и 02 - подача вентилятора до и после изменения режима работы, м/с; т|о - КПД односкоростного вентилятора;

г|1 и г|2 - КПД двухскоростного вентилятора соответственно на первой и второй частотах вращения;

XI и Х2 - время работы вентилятора с большой и малой производительностью, ч.

196

Значительную экономию электроэнергии (до 50 %) дает применение для венти­ ляторов частотно-регулируемого электропривода. Однако высокая стоимость преоб­ разователей частоты является серьезным препятствием на пути широкого внедрения этого способа регулирования производительности вентиляционных установок.

С гораздо меньшими затратами можно регулировать производительность вен­ тилятора путем изменения угла установки лопаток на рабочем колесе.

Снижение электропотребления вентиляционными установками в значительной степени определяется автоматическим управлением в зависимости от режима рабо­ ты производственного основного оборудования.

Отключение части вентиляторов во время обеденных перерывов и пересмен, когда не производятся работы, может дать значительную экономию (до 20 %) по­ требляемой электроэнергии. Автоматическое регулирование и управление вентиля­ ционными установками в зависимости от температуры охлаждаемых машин, узлов или наружного воздуха экономит электроэнергию до 10— 15 %.

Для осуп;ествления процесса сжигания необходим воздух, подача которого под определенным давлением производится с помощью вентиляторов и воздуходувок. Эффективная работа огнетехнического агрегата возможна при подаче воздуха в ко­ личестве, необходимом для полного сгорания топлива (газа, мазута, кокса). Это обеспечивается поддержанием требуемого давления в питающем воздухопроводе путем автоматического управления работающими на агрегате воздуходувками.

Существенное значение для снижения расхода электроэнергии имеет примене­ ние блокировки вентиляторов тепловых завес с устройством открывания и закрыва­ ния ворот. Блокировка выполняется с целью воздействия на электропривод вентиля­ торов тепловых завес при срабатывании механизма открывания и закрывания две­ рей. При открывании дверей автоматически включается вентилятор подачи теплого воздуха, а при закрывании - отключается. Это позволяет экономить до 70 % потреб­ ляемой электроэнергии.

В тех случаях, когда рабочие места находятся вблизи дверей, для электропри­ вода тепловых завес следует применять двухскоростные двигатели. При открывании дверей двигатель автоматически включается на высшую скорость, а после закрыва­ ния - переключается на низшую, обеспечивая необходимый температурный режим в

197

помещении. При работе на низшей скорости мощность электродвигателя уменьша­ ется в два раза, что приводит к снижению потребления электроэнергии.

Пример 6.3. Определить, на сколько снизится расход электроэнергии за рабо­ чую смену продолжительностью 8 ч при замене вентилятора, имеющего производительность 2 = 43 м /с, а давление Н = 440 Па и КПД г\\ = 0,6, на вентилятор с теми

же характеристиками, но с КПД г|2 = 0,84.

Решение. По формуле (3.37) определим снижение расхода электроэнергии за

смену

6.6. Производство сжатого воздуха

Сжатый воздух применяется для привода пневматических инструментов и обо­ рудования (различного рода молотов, вибраторов, отбойных молотков и т. п.), пнев­ мотранспорта, пневмоавтоматики, обеспечения работы воздушных высоковольтных выключателей, продувки и прочистки деталей, оборудования, труб и т. д. Пневмати­ ческие инструменты и оборудование просты по конструкции, удобны в эксплуата­ ции, отличаются малой массой и высокой надежностью, однако имеют низкий КПД. Например, КПД пневматического ручного инструмента, широко применяемого при выполнении клепальных, шлифовальных, сверлильных и других работ, составляет всего 2,5— 11 %. По этой причине сжатый воздух в качестве энергоносителя исполь­ зуется лишь тогда, когда это требуется по условиям технологии и техники безопас­ ности.

Для получения сжатого воздуха на небольших и средних предприятиях, как правило, применяются поршневые компрессоры, а на крупных - центробежные. Процесс сжатия воздуха является весьма энергоемким. Вследствие этого расход электроэнергии на привод компрессоров на многих машиностроительных предпри­ ятиях достигает 30 %, а на некоторых угольных шахтах - 70 % общего объема по­ требляемой электроэнергии. В Республике Беларусь компрессорные установки про­ мышленных предприятий в 1994 г. израсходовали порядка 3 млрд. кВт • ч, что со­

198

ставило примерно 8,5 % общего электропотребления страны. Потенциальные воз­

можности энергосбережения при выработке сжатого воздуха оцениваются доста­

точно высоко - до 50 % потребляемой компрессорными установками энергии.

Для того чтобы выявить возможные пути снижения расхода энергоресурсов,

рассмотрим укрупненно процесс производства сжатого воздуха.

В систему снабжения предприятия сжатым воздухом входит компрессорная

станция (установка), распределительные нагнетательные трубопроводы и запорная

арматура (рис. 6.13). Компрессорная станция состоит из непосредственно компрес­

соров, приводных электродвигателей и вспомогательного оборудования.

Рис.6.13. Вариант принципиальной схемы компрессорной установки и воз­ душной сети предприятия: 1 - заборное устройство атмосферного воздуха; 2 - трубопровод для воздуха; 3 - воздушный фильтр; 4 - компрессор; 5 - про­ межуточный охладитель воздуха; 6 - концевой охладитель воздуха; 7 - мас­ лоуловитель; 8 - обратный клапан; 9 - ресивер; 10 - измерительная диафраг­ ма; 11 - запорный вентиль участков воздушной сети; 12, 13 - соответственно подающий и отводящий трубопроводы охлаждающей воды системы оборот­ ного водоснабжения; 14 - дренаж; 15 - вентили потребителей сжатого возду­ ха.

Воздух, всасываемый в цилиндр компрессора, должен быть очищен от пыли и

механических примесей с помощью специальных фильтров. С целью очистки возду­

199