ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / Energosberezhenie_2005

200

полнение соответствующих плановых показателей. Отчетные балансы включают:

-суммарный расход условного топлива, тепло- и электроэнергии на производство отдельных видов продукции и в целом по предприятию;

-виды энергоресурсов, их количество и распределение по укрупненным группам технологических процессов;

-количество выпущенной продукции с выделением наиболее энергоемких ее видов;

-удельные расходы топлива и энергии на производство основ-

ных видов продукции.

На основе анализа этой информация могут быть исследованы связи энергетики и основного производства, влияние энергетики на показатели хозяйственной деятельности предприятия: рентабельность, производительность труда, себестоимость продукции и т. д.

Отчетные (фактические) балансы делятся на синтетические, показывающие распределение подведенных и потребленных энергоносителей внутри предприятия, и аналитические, вскрывающие структуру энергопотерь при работе технологического оборудования.

Исходными данными для составления синтетических энергобалансов служат материалы эксплуатационного приборного учета и контроля, материалы испытаний, обследований, контрольных замеров, хронометрирования и фотографий работы оборудования.

Разработку отчетных синтетических энергетических балансов следует проводить ежегодно для получения надежной и представительной информации о динамике его структуры и тенденциях совершенствования энергетического хозяйства. Синтетический энергетический баланс является документом, на основании которого ведется анализ фактического состояния энергетического хозяйства промышленного предприятия. Кроме того, устанавливаются и исследуются:

-связи энергетики и основного производства;

-влияние энергетики на основные показатели хозяйственной деятельности предприятия (рентабельность, производительность труда, себестоимость продукции, фондовооруженность и т.п.);

-динамика изменения показателей, характеризующих совершенство отдельных энергетических объектов и предприятия в целом.

201

Составленные по этим данным отчетные синтетические энергетические балансы являются документированным подтверждением того, что на рассматриваемое предприятие поступило определенное количество топливно-энергетических ресурсов и было израсходовано на свои нужды. Однако такой баланс не выявляет степень полезного использования энергоресурсов.

Глубину и характер использования подведенных энергоносителей отражают так называемые аналитические фактические энергетические балансы.

Разность между количеством подведенной энергии и полезной энергией, полученной от установки, составляет энергетические потери, которые классифицируются следующим образом:

По возможности и целесообразности устранения:

-полные потери энергии;

-потери неустранимые, определяемые принципом технологического процесса, конструкцией оборудования;

-потери энергии, устранение которых в данных условиях технически возможно без учета затрат на их ликвидацию;

-потери энергии, устранение которых в данных условиях экономически целесообразно;

-неоправданные потери (например, из-за несоблюдения правил технической эксплуатации ТА), подлежащие обязатель-

ному устранению.

По месту возникновения:

-потери при добыче;

-потери при хранении;

-потери при транспортировке;

-потери при переработке;

-потери при преобразовании;

-потери при использовании.

По физическому признаку и характеру:

-потери тепловой энергии в окружающую среду с уходящими газами, технологической продукцией, технологическими отходами, уносом материалов, химическим и механическим недожогом, охлаждающей водой и т. д.;

-потери электроэнергии в трансформаторах, дросселях, шинопроводах, линиях электропередачи, токоприемниках;

-потери с утечками через неплотности, от усушки и т. п.;

202

По причинам возникновения:

-в следствие конструктивных недостатков;

-неправильного выбора технологического режима работы;

-нарушений правил технической эксплуатации агрегата;

-недостаточной квалификации обслуживающего персонала;

-низкого качества исполнения ремонтных работ;

-выпуска некачественной продукции (брака).

Это потери энергии технически возможно устранить и их ликвидация всегда обеспечивает достижение экономического эффекта.

Обнаружить наличие сверхнормативных энергопотерь можно при составлении отчетного синтетического энергобаланса. Если разница между его приходными и расходными статьями не превышает ±2,5 % от суммарного расхода энергоносителя, сверхнормативные энергопотери отсутствуют. При выявлении сверхнормативных энергопотерь для определения их объёмов, места и причин возникновения разрабатываются аналитические энергетические балансы. Так же, как и синтетические, аналитические энергетические балансы чаще всего относят к определенному периоду времени.

Аналитический баланс может служить основой для оценки энергетической эффективности рассматриваемых процессов, показателями которой являются энергетические коэффициенты полезного действия.

Энергетическая эффективность работы установки характеризуется энергетическим коэффициентом полезного действия

где Эпол – полезная энергия; Эподв – суммарное подведенное к объекту количество энергии;

– энергия, выделяющаяся внутри данного объекта при протекании технологического процесса.

В соответствии с видами энергии различают механический, электрический и тепловой коэффициенты полезного действия. Коэффициент полезного действия может относиться к отдельным элементам энергетического потока – частный КПД (например, КПД преобразования, использования и т. п.) или ко всему потоку – общий КПД, равный произведению частных КПД.

203

Следует выделять:

-показатель энергетической эффективности процесса преобразования (КПД нетто)

ηп = Эсум − Э" ; Э' +Эвсп

-показатель выхода преобразованных энергетических ресурсов

ηпр = ЭЭсум' ,

где Эсум – суммарное количество энергии преобразованных энергоресурсов;

Э' – количество энергии в энергоресурсах, поступивших на преобразование;

Э" – количество энергии преобразованных энергоресурсов, израсходованных в том же процессе преобразования;

Эвсп – количество энергии в энергоносителях, подведенных со стороны и используемых для вспомогательных нужд процессов преобразования (в том числе на внутризаводской транспорт).

Оценка технической эффективности энергетического хозяйства промышленного предприятия на основании аналитического баланса может быть проведена по величине полного энергетического коэффициента полезного действия

где Эпол – суммарное полезное использование энергии на предприятии;

Эдоп – дополнительная энергия, выработанная внутри предприятия (побочная энергия), отпускаемая на сторону;

Эподв – суммарное подведенное к предприятию количество энер-

гии;

Эвнутр – суммарный приход энергии в результате экзотермических реакций.

В зависимости от характера энергетического процесса следует различать виды полезной энергии и то сечение энергетического потока, по которому производится ее количественная оценка. Оценивать

204

количество полезного использования энергии Эпол для различных технологических процессов рекомендуется:

-в освещении – по световому потоку ламп;

-силовых и двигательных процессах прямого воздействия – по расходу энергии, необходимому для процесса по теоретическому расчету;

-электрохимических и электрофизических процессах – по расходу энергии, необходимому для процесса, в соответствии с теоретическим расчетом;

-термических процессах – по теоретическому расходу энергии на нагрев, плавку, испарение материала и проведение эндотермических реакций;

-отоплении, вентиляции, кондиционировании, горячем водоснабжении и хладоснабжении – по количеству тепла, полученного потребителем;

-средствах связи и управления – по подведенной энергии;

-преобразовании, хранении, переработке и транспорте топлива и энергии – по количеству энергоресурсов, получаемых из систем преобразования, хранения, переработки или транс-

порта.

В зависимости от организации технологического процесса часть тепловых потерь в некоторых случаях может рассматриваться как побочный энергетический ресурс, полезно используемый для отопления и других нужд, например тепло ламп накаливания, потери тепла в окружающую среду технологических агрегатов и т. п.

Основной формой планирования энергопотребления и энергоиспользования на предприятии являются плановые энергобалансы. Задачей разработки этих балансов является обоснование плановой потребности предприятия в топливе и энергии для выполнения производственной программы по выпуску продукции.

Плановые балансы являются обоснованием для рационализации способов покрытия потребностей предприятия за счет использования вторичных энергоресурсов и выработки энергии на собственных генерирующих установках.

Разработка плановых энергетических балансов осуществляется на основе анализа отчетных балансов отдельных процессов, цехов и предприятия в целом.

205

При этом выявляются и оцениваются энергетические потери и резервы экономии энергоресурсов, а также определяются мероприятия реализации скрытых резервов экономии топлива и энергии. Составленные на основе аналитических балансов с учетом технических мероприятий по рационализации энергохозяйства плановые балансы называются нормализованными.

Нормализованные балансы строятся с учетом ряда факторов:

-возможностей дальнейшего совершенствования энергобалансов агрегатов и процессов за счет сокращения потерь;

-интенсификации режима работы ТА;

-рационализации энергоиспользования;

-внедрения новой техники и технологии;

-ликвидации прямых потерь топлива и энергии на всех стадиях производства, распределения и использования энергии;

-определения наиболее рациональных направлений использования вторичных энергоресурсов;

-выбора наиболее рациональных энергоносителей для данного предприятия и района его размещения.

Таким образом, нормализованный энергетический баланс дает картину прогрессивных изменений в технологии и организации производства с учетом их влияния на энергетический баланс, что способствует совершенствованию схемы энергоснабжения предприятия.

При составлении нормализованных энергетических балансов исходят из прогрессивных нормативов полезного потребления и потерь энергии, соответствующих оптимальным условиям производства. На основе этих балансов составляются планы организационнотехнических мероприятий.

Другой формой планового энергетического баланса является оптимальный баланс. Основная задача этого баланса заключается в определении варианта энергоснабжения предприятия, при котором план выпуска продукции выполняется с минимальными затратами. Оптимальные балансы учитывают технико-экономические характеристики энергоснабжения района размещения предприятия. Основными показателями для составления оптимальных энергетических балансов являются затраты на топливо и энергию в технологических и энергетических процессах производства. В отличие от нормализованных оптимальные балансы направлены не столько на достижение экономии

206

энергоресурсов в натуральном выражении, сколько на экономию ма- териально-технических средств в стоимостном выражении.

Оптимальные балансы обычно формируются на долгосрочный (3-5 лет) период на базе математических моделей, позволяющих разрабатывать оптимальные варианты энергобаланса по нескольким критериям:

-минимуму расхода топлива и дефицитных материалов;

-минимуму суммарных денежных затрат на производство продукции и т. д.

Представляет интерес проведение исследования энергетического баланса предприятия с учетом динамики развития производства в перспективе и возможного изменения показателей схемы энергоснабжения.

Разработка планового оптимального энергетического баланса предполагает осуществление следующих мероприятий:

-определение потребителей, допускающих использование взаимозаменяемых видов топлива и выбора из них таких, которые можно перевести на другой вид топлива и энергии в рассматриваемом плановом году. При этом необходимо учитывать сроки, которые потребуются для осуществления необходимых строительных и монтажных работ, связанных с изменением вида технологического топлива или энергии. В план следующего года могут быть включены только потребители и способы использования энергии, для которых подготовительные работы могут быть осуществлены в текущем году;

-разработку для каждого из потребителей возможных способов использования различных энергоносителей;

-определение технико-экономических показателей использования энергоносителей по всем рассматриваемым способам;

-выявление возможных резервов топлива и энергии, которые могут быть использованы в рассматриваемый период. Этот раздел работы требует особого внимания, так как располагае-

мые энергоресурсы являются основными ограничениями в модели оптимизации энергетического баланса.

Если энергетические (энтропийные) энергобалансы оцениваются по уровню допускаемых ими потерь при использовании определенного количества энергии, то эксергетический метод составления энергетических балансов промышленных предприятий ориентирован

207

на определение условий производства максимальной полезной работы на основе таких же понесенных энергозатрат.

Оценка энергетической эффективности, основанная на балансе тепла, не учитывает качественных различий отдельных видов энергии. Для анализа эффективности энергоиспользования сложных систем следует выполнять совместный анализ баланса энергии и баланса работоспособности (эксергии) комплекса технологических и энергетических установок. На основе такого анализа могут быть получены универсальные формулы, выражающие энергетическую характеристику через параметры технологического процесса. Эти формулы пригодны для установок, потребляющих различные виды энергии в любых соотношениях и производящих любую продукцию. Суммирование энергетических характеристик позволяет определить общее количество эксергии, расходуемой всеми энергопотребляющими установками предприятия.

В процессе анализа эксергетических балансов определяется обобщенный коэффициент эффективности энергетического хозяйства (эксергетический КПД). Он характеризует степень энергетического совершенства процесса, предприятия или системы энергоиспользования, учитывая не только количественное соотношение между входом

ивыходом процесса, но и качественные характеристики подведенной

иполученной энергии. Принцип расчета эксергетического и энергетического КПД одинаков: в числитель дроби подставляются составляющие баланса, выражающие полезный эффект процесса, а в знаменатель – составляющие, связанные с проведением процесса. Однако способы расчета энергетического и эксергетического КПД существенно различны. При определении энергетического КПД не учитывается качественное различие отдельных видов энергии и способов ее проявления. Поэтому энергетический КПД используется лишь для сравнения однотипных процессов, тогда как эксергетический КПД характеризует энергетическое совершенство различных технологических процессов.

7.3. Классификация вторичных энергоресурсов

По виду энергии вторичные энергоресурсы разделяются на три основные категории (группы).

208

Горючие (топливные) ВЭР – химическая энергия отходов технологических процессов химической и термохимической переработки углеродистого пли углеводородного сырья. На практике под горючи-

ми ВЭР подразумеваются непосредственно горючие отходы (неиспользуемые или непригодные для дальнейшей технологической переработки), используемые в качестве топлива: доменный газ, отходящий газ сажевых печей, абсорбционный газ при производстве мономеров для синтетических каучуков, окись-углеродная фракция в производстве аммиака, упаренные щелоки целлюлозно-бумажного производства, кубовые остатки и др.

Тепловые ВЭР – физическое тепло отходящих газов технологических агрегатов, физическое тепло основной, побочной, промежуточной продукции и отходов основного производства, тепло рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических агрегатов и установок, тепло горячей воды и пара, отработавших в технологических и силовых установках.

К тепловым ВЭР следует относить также всю попутную выработку тепла (в виде пара и горячей воды) в технологических и энерготехнологических агрегатах.

ВЭР избыточного давления (силовые) – потенциальная энер-

гия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих жидкостей (газов) или при выбросе их в атмосферу.

Вторичный и отработавший водяной пар следует выделить в самостоятельную подгруппу, так как он может использоваться как в виде тепловых ВЭР, так и в виде ВЭР избыточного давления.

Вторичные энергоресурсы одной группы могут классифицироваться по источникам их образования, например тепло уходящих газов мартеновских или нагревательных печей. Классификация ВЭР по видам практически определяет направления их возможного дальнейшего использования.

В зависимости от видов и параметров различают четыре основные направления использования ВЭР (рис. 7.2).

Топливное – непосредственное использование горючих ВЭР в качестве топлива.

Тепловое – использование тепла, получаемого непосредственно в качестве ВЭР или вырабатываемого за счет ВЭР в утилизационных

209

установках. К этому направлению относится также выработка холода за счет ВЭР в абсорбционных холодильных установках.

Силовое – использование механической и электрической энергии, вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках.

Рис. 7.2. Обобщенная схема расчетов экономии топлива при использовании ВЭР