6. Энергосбережение в литейном производстве

6.1. О решении проблем энергосбережения.

Энергопотребление предприятий

В Федеральном законе РФ «Об энергосбережении» термин «энергосбережение» определён как реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. Эффективное использование энергетических ресурсов определено как достижение экономически оправданной эффективности использования энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении требований к охране окружающей среды.

В соответствии со статьей 6 Закона обязательной сертификации на соответствие показателей энергоэффективности требованиям государственных стандартов подлежат энергетические ресурсы, при этом сертификация должна быть обязательной.

В промышленно развитых странах в последние годы резко активизировались работы в области энергосбережения, ускорились темпы разработки и внедрения энергосберегающей политики и технологии практически во всех сферах экономики. Особое внимание уделено проблемам топливно-энергетических ресурсов в энергоёмких отраслях, в том числе и литейном производстве. Специальные государственные органы, ведающие вопросами проведения энергосберегающей политики, созданы во многих странах мира. Например в США в составе Министерства энергетики еще в 1977 г. было организовано Управление по рациональному использованию топлива и энергии. В Великобритании действует Комитет по использованию топливно-энергетических ресурсов, причём в этой стране одновременно с принятием в 1977 г. программы энергосбережения была проведена организационная перестройка в аппарате Министерства энергетики, где было создано самостоятельное подразделение по вопросам энергоснабжения и энергосбережения. Все эти органы обладают определённой финансовой автономией и в той или иной степени решают следующие задачи: разработку общей политики в области энергосбережения: подготовку распоряжений по вопросам энергосбережения; осуществление и координацию пропагандисткой деятельности; оказание финансовой поддержки решению научно-технических задач и внедрению новой техники и технологии, обеспечивающих экономию энергоресурсов.

Рассмотрим основные направления и тенденции энергопотребления в литейном производстве. Особенности динамики современного промышленного потребления топлива, тепла и электроэнергии складываются под влиянием двух противоположных факторов – увеличения потребности в энергии по мере развития производства, роста доли энергоёмких процессов и – снижения этой потребности вследствие улучшения использования энергии в производственных процессах, а также увеличения доли покупных изделий и полуфабрикатов.

Всё многообразие использования энергии на промышленном предприятии можно разделить на три основных направления:

1) по энергоносителям, т.е. по тем видам энергии, в которых она передаётся, или по тем материальным носителям, с которыми передаётся энергия (природный газ, горячая вода, сжатый воздух и т.д.);

2) по видам используемой на предприятии энергии: электрической, механической, тепловой, световой и т.д.; один и тот же вид энергии может быть получен на базе различных энергоносителей и энергоресурсов;

3) по направлениям использования энергии: в технологических установках, преобразование в другие виды энергии, для привода подъёмно-транспортного, станочного и других видов оборудования, вентиляции, отопления, освещения и т.д.

Все разнообразие потребляемой энергии и её расход на изготовление различных видов продукции можно определять в единицах условного топлива. Пересчёт всех видов энергии в условное топливо можно производить двумя способами: по физическим эквивалентам и по удельным расходам, т.е. по тому количеству энергии (в тоннах условного топлива), которое надо затратить, чтобы получить и доставить потребителю в данных условиях одну натуральную единицу энергии.

Под энергопотреблением предприятий понимают полное потребление всех видов энергии, включая её использование на конечных потребляющих установках, все виды потерь и потребление на собственные нужды. Полное энергопотребление включает все энергоносители и энергоресурсы, в том числе, возникающие на предприятии, и все направления использования энергии. При наличии энергопреобразующих установок в энергобаланс предприятия попадают дополнительные потери передачи и преобразования.

Структура полного энергопотребления по направлениям использования представляется как расход энергии на технологические цели, двигательную нагрузку и обеспечение условий труда.

К энергии на технологические цели относится энергия, используемая на технологический нагрев (в плавильных печах, сушильных камерах, и т.д.), энергия, потребляемая на химические процессы (выщелачивание, электролиз), на электроэрозию, электростатические процессы и т.п.

К двигательной нагрузке (силовому энергопотреблению) относится потребление энергии приводом основных производственных агрегатов (стационарными двигателями станков, паровыми молотами и прессами и т.п.) и транспортно-подъёмных устройств (передвижных кранов, автопогрузчиков и т.п.), т.е. всем производственным приводам, кроме перечисленных ниже.

К обеспечению условий труда относится отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха (двигатели вентиляторов, сетевых насосов, водяного отопления и кондиционеров), энергия на производственное и непроизводственное освещение, на средства связи и управления.

Анализ энергопотребления в машиностроении по основным энергоносителям позволяет выделять производства электроёмкие, теплоёмкие, а по направлениям использования энергии – производства с преобладанием энергии на технологические цели, двигательной и на обеспечение условий труда.

В зависимости от вида используемой производственными процессами энергии и энергоносителя складывается объём и структура энергопотребления предприятия, отрасли и промышленности в целом.

Изменчивость технологических процессов и разнообразие принципов их исполнения определяют большие различия в качестве и количестве используемых энергоносителей, а следовательно, и их стоимости. Отсюда вытекает задача определения технической, экономической и энергетической оценки показателей всей технологии.

Все энергетические процессы в машиностроении потребляют механическую, химическую и световую энергию.

Процессы, происходящие при затрате механической энергии, необходимой для привода стационарных и мобильных рабочих машин, относятся к силовым. Стационарные силовые процессы охватывают, как известно, наиболее трудоёмкие операции промышленного производства; механизации и автоматизации этих процессов на базе электропривода являются основным резервом дальнейшего повышения производительности труда.

Основные стационарные процессы в машиностроении в настоящее время механизированы весьма высоко, резко возросла доля электроэнергии в приводе машин. Электроэнергия благодаря своим свойствам – наиболее удобный и эффективный энергоноситель; она обеспечивает наибольшие удобства регулировки и управления технологическими процессами, полную их автоматизацию при наиболее простом и экономичном исполнении.

С точки зрения использования электроэнергии термохимические высокотемпературные процессы могут быть подразделены на две группы.

1. Процессы, в которых применение электроэнергии существенно улучшает качество продукции. К ним относятся процессы плавки электростали, магния, титана и т.д. Для них чистота металла и сплавов, получаемая при использовании электроэнергии, является решающим фактором экономичности энергетических показателей процессов.

2. Процессы, в которых использование энергоносителей не приводит к принципиальному изменению качественной характеристики продукции, а при выборе энергоносителя на первое место выходят энергоэкономические показатели. К ним могут быть отнесены процессы выплавки чугуна, рядовой углеродистой стали и т.д.

К высокотемпературным процессам в литье относят плавку. Характерной особенностью этого процесса является широкая взаимозаменяемость основных видов топлива и энергии. Высокотемпературным процессам свойственно совмещение энергетической и технологической операции в одном агрегате. Применение различных энергоносителей изменяет не только энергетические, но и технологические характеристики процесса. Наиболее характерна взаимозаменяемость в литейном производстве и машиностроении для процессов нагрева металла. Каждый из методов нагрева характеризуется видом энергоносителя, способом его использования, условиями теплопередачи и способами защиты поверхности заготовок от окисления и обезуглероживания. Нагрев может быть пламенным и электрическим. Безокислительный и малоокислительный нагрев в настоящее время наиболее прогрессивен.

Энергоносителями в низкотемпературных процессах в подавляющем большинстве случаев служат пар и горячая вода.

Снижение энергоёмкости изделий является одним из факторов экономической эффективности производства. Потери топливно-энергетических ресурсов вызывают большие затраты средств и труда, приводят к загрязнению окружающей среды вредными отходами энергетического производства. Эффективность использования энергии в промышленности зависит от научно-технического прогресса.

Современные достижения техники, технологии и организации труда дают возможность для создания производств, рационально преобразующих и потребляющих все виды энергоресурсов, но основная доля экономии должна быть достигнута путём совершенствования существующего производства.

Уровень потерь энергии в литейном производстве определяется двумя группами факторов.

К первой группе факторов относят конструктивные особенности находящегося в эксплуатации оборудования, правильный подбор его по мощности, производительности, типу; уровень потерь здесь зависит от того, насколько оборудование отвечает современным требованиям и правильно ли оно выбрано.

Вторая группа объединяет организационные факторы процессов производства и потребления различных видов энергии, организацию технологических процессов, загрузку оборудования и т.д.

Дальнейшее использование резервов экономии энергии невозможно без активного участия технологов, экономистов и менеджеров производств, а внедрение новых технологических процессов и оборудования зависят от обеспечения производства энергией, правильного выбора энергоносителей и схем энергоснабжения и энергоиспользования. Энергетики обращают внимание в основном на те участки, которые находятся в ведении энергетической службы (энергетические сети, трансформаторы, котельные установки и т.д.), и недостаточно учитывают очаги потерь, связанные с технологией. Эти потери в ряде случаев больше потерь энергии, вызванных собственно энергетикой.

Значительная экономия энергии может быть получена в литейном производстве путём небольших усовершенствований технологии и прежде всего на основе рациональных методов и режимов эксплуатации технологического оборудования. По экспертным оценкам ряда специалистов такая экономия практически без капитальных затрат может составить около 15 % стоимости потребляемой энергии.

Эффективность использования энергии зависит от уровня механизации и автоматизации производственных процессов. С энергетической точки зрения желательно, чтобы число преобразователей энергии на предприятии было минимальным, поскольку всякое преобразование энергии связано с её потерями. Чем меньше преобразований претерпевает энергия на предприятии, тем выше общий объём КПД энергоиспользования. Низкий КПД получения воздуха, большие потери в воздушных сетях и воздухоиспользующих агрегатах приводят к тому, что становится целесообразным заменить сжатый воздух другими энергоносителями и в первую очередь электроэнергией.

Повышение доли заготовок, получаемых точными методами литья, снижают удельный вес литых заготовок, что влечёт экономное использование не только электроэнергии, но и металла. Рассмотрим некоторые примеры организации и совершенствования технологических процессов, приводящих к значительной экономии в литейном производстве различных видов энергии.