ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / Energosberezhenie_2005

190

Датчик температуры Тоб в обратном трубопроводе служит для коррекции теплового режима, если регулирование ведется по температурному графику сетевой воды в прямом трубопроводе (т.е. по датчику Тпр). В случае существенного отклонения температурного графика в обратном трубопроводе регулирование переключается на поддержание графика в этом трубопроводе по датчику Tоб.

На рис.6.17 показана схема независимого подключения к тепловой сети автоматизированного ИТП. Схема отличается от рассмотренной тем, что в ней установлен теплообменник, обеспечивающий нагрев воды, циркулирующей в системе отопления. Этот теплообменник разделяет тепловую сеть и систему отопления. В системе отопления в этом случае устанавливается циркуляционный насос. Подпитка в систему отопления ведется водой из обратного трубопровода с помощью регулятора прямого действия.

Рис.6.17. Принципиальная схема автоматизированного ИТП с независимым подключением к тепловой сети

Водопроводная вода на горячее водоснабжение предварительно подогревается в теплообменнике обратной сетевой водой и после этого поступает на нагрев во второй регулируемой ступени (двухступенчатая схема подогрева воды для горячего водоснабжения).

Принципы регулирования температуры в системе отопления и горячего водоснабжения те же, что и в рассмотренной схеме.

191

Использование автоматизированных тепловых пунктов позволяет снизить потребление тепла общественными зданиями и сооружениями, производственными помещениями и другими объектами до 30 % за счет снижения температуры в них в ночное время, выходные и праздничные дни.

Использование индивидуальных тепловых пунктов в системах теплоснабжения жилых зданий приводит к заметным эффектам при установке на них узлов учета потребленной тепловой энергии. В этом случае осуществляется регулирование температуры в помещениях и экономия тепловой энергии за счет заинтересованного участия в этой экономии самих жильцов.

Результаты внедрения автоматизированных ИТП с узлами учета тепловой энергии в жилых зданиях показывают снижение до 20 % потребления тепла и снижения оплаты за тепловую энергию до 35 %.

В предыдущих двух главах рассмотрены вопросы, связанные с экономией энергии на стадиях ее производства, передачи и распределения по потребителям. Однако основной потенциал энергосбережения лежит для большинства предприятий в технологических процессах промышленного производства, так как именно на эти процессы расходуется подавляющая часть произведенной энергии и добытых энергоресурсов. Основным принципам рационального и эффективного использования энергии и энергоресурсов в промышленности, а также их учету и контролю посвящены следующие главы.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1.Из каких компонентов состоит инженерное обеспечение городов и промышленных центров?

2.По каким признакам классифицируют электрические сети?

3.Как можно снизить потери электрической энергии в системах электроснабжения?

4.Какие мероприятия снижают потери энергии в трансформаторах?

5.Отчего зависят потери в электрических сетях и как можно их уменьшить?

6.Когда экономически целесообразна замена электрического двигателя на менее мощный?

192

7.Как снизить потребление реактивной мощности без использования компенсирующих устройств?

8.Какие устройства используют для компенсации реактивной мощности?

9.Чем можно объяснить высокую эффективность использования частотно-регулируемого электропривода насосов на подкачивающих станциях?

10.Как определяется эффективность использования частотнорегулируемого электропривода насосов на подкачивающих насосных станциях?

11.Почему при определении целесообразности использования частотно-регулируемого электропривода на насосных станциях, работающих на водопроводную сеть, необходимо проведение гидравлических расчетов?

12.Почему гидравлические расчеты водопроводных сетей можно проводить с помощью пакета программ OrCad, предназначенного для расчета электронных схем?

13.Какие дополнительные возможности по сравнению со стандартными пакетами гидравлических расчетов дает использование для них пакета программ OrCad?

14.Как с помощью моделирования определяется закон изменения давления на выходе насоса, работающего на водопроводную сеть?

15.Как устроен нерегулируемый тепловой пункт?

16.В каких случаях на нерегулируемых тепловых пунктах необходима установка насосов?

17.В чем заключаются особенности подключения теплового пункта к сети по независимой схеме?

18.Какие преимущества дает возможность автоматического регулирования параметров тепловой энергии на тепловом пункте?

19.В чем заключается эффективность использования регулируемых тепловых пунктов с узлами учета тепловой энергии?

193

ГЛАВА 7

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Технологический агрегат (ТА) – это устройство (комплекс со-

гласованно работающих единиц оборудования), преобразующее исходные материалы – сырье – в полезный продукт, отвечающий заданным требованиям качества.

Производство продукции в ТА осуществляется в процессе протекания определенного комплекса физических, химических, электрических и др. процессов, требующих затрат энергии. Эти процессы, будучи инициированы, могут в зависимости от свойств обрабатываемого сырья протекать как с поглощением энергии (например, тепловой), так и с её выделением. Помимо готового продукта, при работе ТА образуются материальные производственные отходы, обладающие определенным запасом энергии, часто весьма значительным.

Главной характеристикой нормального функционирования ТА является возможность выпуска удовлетворяющей требованиям качества полезной продукции.

7.1. Энергопотребление технологическими агрегатами

Условимся называть первичными энергоресурсами (ПЭР) та-

кие потоки энергии по виду, количеству и потенциалу, отсутствие которых нарушает возможность производить качественную про-

дукцию. Доля ПЭР, необходимая для трансформации сырья в готовую продукцию, будет представлять собой полезно используемую энергию.

Оставшуюся часть энергии, не использованную непосредственно при выпуске продукции, но образовавшуюся в процессе её производства и теряемую в ТА, называют вторичными энергоресурсами (ВЭР). Та-

ким образом, ТА это всегда не только потребитель ПЭР, но и производитель ВЭР.

Важной задачей рационального развития энергетического хозяйства является максимальная экономия используемых энергетических ресурсов и снижение суммарных затрат на добычу, транспорт и использование топлива.

194

Экономия топливно-энергетических ресурсов в промышленности может осуществляться двумя путями:

-снижением удельного потребления энергоресурсов технологическими агрегатами для выпуска единицы продукции за счет улучшения организации технологических процессов и режимов их работы

исокращения непроизводственных потерь энергоресурсов;

-использованием ВЭР в других ТА для удовлетворения потребностей в топливе, тепловой, электрической и механической энергии других агрегатов и процессов при выпуске иной продукции.

Как правило, первый путь характеризуется более высоким энергетическим и экономическим эффектом, поэтому вопросы экономии топлива за счет использования ВЭР в других ТА должны рассматриваться только после реализации мероприятий первого пути, которые снижают выход ВЭР.

Для снижения удельного потребления энергии технологические агрегаты могут оснащаться при проектировании или последующих модернизациях специальными устройствами – регенераторами. При регенерации часть энергии уходящих ВЭР трансформируется в такую форму, которую можно использовать для частичной замены ПЭР в самом технологическом агрегате и сократить удельный расход ПЭР на выпуск той же продукции. Примером регенерации энергии является подогрев дымовыми газами в экономайзере воды, подаваемой в паровой котел.

При утилизации ВЭР расход топлива в технологическом агрега- те-источнике практически не меняется. Энергетические «отходы»

ТА1 направляются в специальные энергетических установки – утилизаторы, где они обеспечивают выработку таких энергоресурсов, которые могут использоваться в качестве ПЭР для энергоснабжения

других технологических агрегатов ТАn, выпускающих новую продукцию. Экономия топлива достигается в агрегатах ТАn, где сокращается (или устраняется полностью) потребление ПЭР на величину,

эквивалентную использованию ВЭР от агрегата ТА1.

Сходство регенерации и утилизации заключается в трансформации энергии ВЭР (например, передача от одного теплоносителя к другому) в дополнительном специальном энергооборудовании, а различие – в объекте, где проявляется экономический эффект. Установка регенератора или утилизатора требует дополнительных, часто весьма значительных, затрат.

195

И, наконец, возможно непосредственное использование ВЭР.

При непосредственном использовании ВЭР преобразования их энергии не требуется, если находится такой технологический агрегат ТАn, у которого часть ПЭР может быть замещена потоком ВЭР из первого ТА1. Пример непосредственного использования ВЭР – сжигание в топке котла горючих доменных газов, образующихся в черной металлургии при производстве чугуна.

Вторичные энергоресурсы могут ассоциироваться с готовой продукцией, элементами конструкции ТА и примыкающих коммуникаций, материальными отходами, побочными и промежуточными продуктами, образующимися в технологических агрегатах (установках, процессах).

Химически связанное тепло готовой продукции топливоперерабатывающих установок (коксовальных, газогенераторных, углеобогатительных и др.), а также энергетические отходы, уже используемые в самом агрегате-источнике ВЭР по регенеративной схеме, к вторичным энергоресурсам не относятся.

Итак, образующиеся в агрегатах-источниках вторичные энергоресурсы могут использоваться для удовлетворения потребностей в топливе и энергии либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо за счет выработки тепла, электроэнергии, холода или механической работы в утилизационных установках.

Энергетическая ценность ВЭР характеризуется количественными и качественными показателями.

Количественным показателем служит выход ВЭР – объем (или масса) вторичных энергоресурсов, образующихся в процессе производства в данном технологическом агрегате, отнесенный либо к единице времени, либо к единице продукции, либо к единице потреб-

ляемых ПЭР. В отличие от расхода ПЭР, который планируется, контролируется и активно регулируется в процессе работы ТА, термин «выход» подчеркивает подчиненный (пассивный) характер формирования ВЭР при работе ТА. Выход ВЭР сам по себе не регулируется, а лишь подлежит учету для оценки возможности его дальнейшего использования и эффективности работы технологического агрегата.

Качественно ВЭР характеризует его энергетический потенциал, отражающий наличие у носителя ВЭР определенного запаса энергии относительно уровня окружающей среды.

196

Располагаемой энергией ВЭР называют произведение выхода ВЭР на разность энергетических потенциалов носителя ВЭР и ок-

ружающей среды. Из-за наличия необратимых диссипативных потерь энергии, а также утечек энергоносителя полезно использовать удается лишь часть располагаемой энергии.

На диаграмме энергопотоков (рис. 7.1), формирующихся при работе технологических агрегатов, приведен ряд терминов и понятий, характеризующих эффективность использования ВЭР.

Выработкой за счет ВЭР называют количество энергии, получаемой за счет ВЭР в утилизационной установке.

Различают возможную, экономически целесообразную, планируемую и фактическую выработку за счет ВЭР.

Возможная выработка – максимальное количество тепла, холода, электроэнергии или механической работы, которое может быть практически получено за счет данного вида ВЭР, с учетом режимов работы агрегата-источника и утилизационной установки.

Экономически целесообразная выработка – максимальное ко-

личество тепла, холода, электроэнергии или механической работы, целесообразность получения которого в утилизационной установке (в течение рассматриваемого периода) подтверждается экономическими расчетами.

Для проектируемых установок экономически целесообразная выработка – это такое количество энергии или механической работы, получение которых за счет ВЭР и использование его потребителями дает наибольший экономический эффект. Так как параметры утилизационных установок выбираются из условия их наибольшей эффективности, то возможная выработка тепла в данной утилизационной установке равна экономически целесообразной.

Планируемая выработка – количество энергии, которое предполагается получить за счет ВЭР при осуществлении плана развития данного производства, предприятия, отрасли в рассматриваемый период с учетом ввода новых, модернизации действующих и вывода устаревших утилизационных установок.

Фактическая выработка – фактически полученное количество энергии на действующих утилизационных установках за отчетный период.

198

Использование ВЭР – количество покрываемой за счет ВЭР энергии у потребителя при отсутствии необходимости в её трансформации в утилизаторах или регенераторах.

Использование ВЭР (непосредственное - см. рис 7.1), также как и выработка за счет ВЭР, может быть возможными, экономически целесообразными, планируемым и фактическим. При определении возможного и экономически целесообразного использования ВЭР, следует учитывать наличие технически разработанных и проверенных методов и конструкций по утилизации ВЭР, наличие места для размещения утилизационных установок, наличие потребителей энергии и пр.

Важным расчетным показателем является также коэффициент выработки за счет ВЭР, который представляет собой отношение фактической (планируемой) выработки к экономически целесообразной (возможной). Коэффициент выработки за счет ВЭР может определяться для одного агрегата-источника ВЭР, группы однотипных агрегатов, цеха, предприятия, отрасли по каждому виду ВЭР.

За счет использования ВЭР на промышленных предприятиях экономится значительное количество минерального топлива.

Показатель экономии топлива за счет ВЭР – количество пер-

вичного топлива, которое экономится за счет использования ВЭР. В соответствии с использованием ВЭР экономия топлива также может быть возможной, экономически целесообразной, планируемой и фактической. Отношение фактической (планируемой) экономии топлива за счет ВЭР к экономически целесообразной (возможной) определяет коэффициент утилизации ВЭР. Этот коэффициент также может определяться для одного агрегата-источника ВЭР или для группы агрегатов, для предприятия, отрасли как по каждому виду ВЭР, так и для всех видов ВЭР.

7.2.Энергобаланс и потери энергии при работе технологических агрегатов

Энергетический баланс предприятия отражает следующие три основных черты производственной деятельности:

-соответствие потребляемой энергии результатам работы технологического оборудования – форма проявления первого

199

закона термодинамики при работе теплоэнергетической системы;

-планирование объемов производимой и потребляемой (приобретаемой) энергии всех видов для выполнения производственной программы предприятия;

-метод оценки эффективности хозяйственной деятельности предприятия.

В основу составления энергетического баланса действующего промышленного предприятия должно быть положено обследование его энергетического хозяйства, технологических и энергетических характеристик оборудования.

Для проектируемых предприятий, предусматривающих ввод новых технологических процессов, энергетический баланс составляется на основе технологических и проектных разработок.

Составленный на основе этих материалов энергетический баланс позволяет выделить из общего расхода энергии ее полезно израсходованную часть и потери по их составляющим и тем самым выявить КПД энергетического процесса, агрегата, цеха.

По классификационным признакам энергетические балансы промышленных предприятий могут быть разделены по назначению, видам энергоносителей, объектам изучения, принципам составления.

По назначению энергетические балансы разделяются на отчет-

ные и плановые.

По видам энергоносителей энергетические балансы разделяются на частные балансы по отдельным видам топлива и энергии и сводные энергобалансы.

По объектам изучения эти балансы можно разделить на энерге-

тические балансы отдельных видов технологического оборудования,

энергетические балансы подразделений (цехов) и предприятия в целом.

По принципам формирования балансы разделяются на аналитические, синтетические, нормализованные, оптимальные.

По принципам оценки использования топлива и энергии балансы разделяются на этропийные и эксергетические.

Отчетные энергетические балансы отражают фактические показатели производства и потребления энергии и топлива за истекший период и фактический уровень их использования. На основе этих балансов можно контролировать энергопотребление предприятия и вы-