- •Краткое содержание
- •Предисловие
- •1. Статус настоящего документа
- •2. Мандат на подготовку настоящего документа
- •3. Значимые нормативно-правовые положения Директивы КПКЗ и определение НДТ
- •4. Цель настоящего документа
- •5. Источники информации
- •6. Как использовать настоящий документ
- •Область применения
- •1. Введение и определения
- •1.1. Введение
- •1.1.1. Энергия в промышленном секторе ЕС
- •1.1.2. Воздействия энергопотребления на окружающую среду и экономику
- •1.1.3. Вклад энергоэффективности в сокращение эффектов глобального потепления и повышение устойчивости
- •1.1.4. Энергоэффективность и Директива КПКЗ
- •1.1.5. Место энергоэффективности в системе комплексного предотвращения и контроля загрязнения
- •1.1.6. Экономические аспекты и вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды
- •1.2. Понятие энергии и законы термодинамики
- •1.2.1. Энергия, теплота, мощность и работа
- •1.2.2. Законы термодинамики
- •1.2.2.1. Первый закон термодинамики: сохранение энергии
- •1.2.2.2. Второй закон термодинамики: рост энтропии
- •1.2.2.3. Баланс эксергии: сочетание первого и второго законов
- •1.2.2.4. Диаграммы свойств
- •1.2.2.5. Дальнейшая информация
- •1.2.2.6. Необратимость и ее источники
- •1.3. Определения показателей энергоэффективности и повышения энергоэффективности
- •1.3.1. Вопросы энергоэффективности и ее оценки в Директиве IPPC
- •1.3.2. Эффективное и неэффективное использование энергии
- •1.3.3 Показатели энергоэффективности
- •1.3.4. Практическое применение показателей
- •1.3.5. Значимость систем и границ систем
- •1.3.6. Другие используемые термины
- •1.3.6.1. Первичная энергия, вторичная энергия и конечная энергия
- •1.3.6.2. Теплота сгорания топлива и КПД
- •1.3.6.3. Меры по повышению энергоэффективности на стороне производителя и стороне потребителя
- •1.4. Показатели энергоэффективности в промышленности
- •1.4.1. Введение: определение показателей и других параметров
- •1.4.2. Энергоэффективность производственных единиц
- •1.4.2.1. Пример 1. Простой случай
- •1.4.2.2. Пример 2. Типичный случай
- •1.4.3. Энергоэффективность предприятия
- •1.5. Вопросы, которые должны быть рассмотрены при определении показателей энергоэффективности
- •1.5.1. Определение границ системы
- •1.5.1.1.Выводы относительно систем и границ систем
- •1.5.2. Другие существенные вопросы, заслуживающие рассмотрения на уровне установки
- •1.5.2.1. Документирование используемых подходов к отчетности
- •1.5.2.2. Внутреннее производство и потребление энергии
- •1.5.2.3. Утилизация энергии отходов и газа, сжигаемого в факелах
- •1.5.2.4. Эффект масштаба (снижение УЭП с ростом объемов производства)
- •1.5.2.5. Изменения в производственных методах и характеристиках продукции
- •1.5.2.6. Интеграция энергосистем
- •1.5.2.7. Неэффективное использование энергии из соображений устойчивого развития и/или повышения энергоэффективности предприятия в целом
- •1.5.2.8. Отопление и охлаждение помещений
- •1.5.2.9. Региональные факторы
- •1.5.2.10. Явная теплота
- •1.5.2.11. Дальнейшие примеры
- •2. Технологии, которые следует рассматривать для обеспечения энергоэффективности на уровне установки
- •2.1. Системы менеджмента энергоэффективности (СМЭЭ)
- •2.2. Планирование и определение целей и задач
- •2.2.1. Постоянное улучшение экологической результативности и вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды
- •2.2.2. Системный подход к менеджменту энергоэффективности
- •2.3. Энергоэффективное проектирование (ЭЭП)
- •2.3.1. Выбор технологии производственного процесса
- •2.4. Повышение степени интеграции процессов
- •2.5. Обеспечение дальнейшего развития инициатив в области энергоэффективности и поддержание мотивации
- •2.6. Поддержание и повышение квалификации персонала
- •2.7. Информационный обмен
- •2.7.1. Диаграммы Сэнки
- •2.8. Эффективный контроль технологических процессов
- •2.8.1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами
- •2.8.2. Менеджмент (контроль, обеспечение) качества
- •2.9. Техническое обслуживание
- •2.10. Мониторинг и измерения
- •2.10.1. Косвенные методы мониторинга
- •2.10.2. Оценки и расчеты
- •2.10.3. Учет потребления энергоресурсов и усовершенствованные системы учета
- •2.10.4. Снижение потери давления при измерении расходов в трубопроводах
- •2.11. Энергоаудиты и энергетическая диагностика
- •2.12. Пинч-анализ
- •2.13. Энтальпийный и эксергетический анализ
- •2.14. Термоэкономика
- •2.15. Энергетические модели
- •2.15.1. Энергетические модели, базы данных и балансы
- •2.15.2. Оптимизация использования энергоресурсов и управление ими на основе моделей
- •2.16. Сравнительный анализ
- •2.17. Прочие инструменты
- •3. Технологии, которые следует рассматривать для обеспечения энергоэффективности на уровне энергопотребляющих систем, процессов и видов деятельности
- •3.1. Сжигание
- •3.1.1. Снижение температуры дымовых газов
- •3.1.1.1. Установка подогревателя воздуха или воды
- •3.1.2. Рекуперативные и регенеративные горелки
- •3.1.3. Сокращение массового расхода дымовых газов за счет снижения избытка воздуха горения
- •3.1.4. Автоматизированное управление горелками
- •3.1.5. Выбор топлива
- •3.1.6. Кислородное сжигание
- •3.1.7. Сокращение потерь тепла при помощи теплоизоляции
- •3.1.8. Сокращение потерь тепла через отверстия печей
- •3.2. Паровые системы
- •3.2.1. Общие свойства пара
- •3.2.2. Обзор методов повышения энергоэффективности паровых систем
- •3.2.3. Дросселирование и использование турбодетандеров
- •3.2.4. Методы эксплуатации и управления технологическим процессом
- •3.2.5. Предварительный подогрев питательной воды (в т.ч. с помощью экономайзера)
- •3.2.6. Предотвращение образования и удаление накипи с поверхностей теплообмена
- •3.2.7. Оптимизация продувки котла
- •3.2.8. Оптимизация расхода пара в деаэраторе
- •3.2.9. Оптимизация работы котла короткими циклами
- •3.2.10. Оптимизация парораспределительных систем
- •3.2.11. Теплоизоляция паропроводов и конденсатопроводов
- •3.2.11.1. Использование съемных панелей для теплоизоляции клапанов и фитингов
- •3.2.12. Реализация программы контроля состояния конденсатоотводчиков и их ремонта
- •3.2.13. Сбор и возврат конденсата в котел
- •3.2.14. Использование самоиспарения
- •3.2.15. Утилизация энергии продувочной воды котла
- •3.3. Утилизация тепла и охлаждение
- •3.3.1. Теплообменники
- •3.3.1.1. Мониторинг состояния и техническое обслуживание теплообменников
- •3.3.2. Тепловые насосы (в т.ч. механическая рекомпрессия пара)
- •3.3.3. Системы охлаждения и холодильные установки
- •3.4. Когенерация
- •3.4.1. Различные методы когенерации
- •3.4.2. Тригенерация
- •3.4.3. Централизованное холодоснабжение
- •3.5. Электроснабжение
- •3.5.1. Компенсация реактивной мощности
- •3.5.2. Гармоники
- •3.5.3. Оптимизация систем электроснабжения
- •3.5.4. Энергоэффективная эксплуатация трансформаторов
- •3.6. Подсистемы с электроприводом
- •3.6.1. Энергоэффективные двигатели
- •3.6.2. Выбор оптимальной номинальной мощности двигателя
- •3.6.3. Приводы с переменной скоростью
- •3.6.4. Потери при передаче механической энергии
- •3.6.5. Ремонт двигателей
- •3.6.6. Перемотка
- •3.6.7. Экологические преимущества, воздействие на различные компоненты окружающей среды, применимость и другие соображения относительно методов повышения энергоэффективности систем с электроприводом
- •3.7. Системы сжатого воздуха
- •3.7.1. Оптимизация общего устройства системы
- •3.7.2. Использование приводов с переменной скоростью
- •3.7.3. Высокоэффективные электродвигатели
- •3.7.4. Централизованная система управления системой сжатого воздуха
- •3.7.5. Утилизация тепла
- •3.7.6. Сокращение утечек в системах сжатого воздуха
- •3.7.7. Техническое обслуживание фильтров
- •3.7.8. Использование холодного наружного воздуха для питания компрессоров
- •3.7.9. Оптимизация давления системы
- •3.7.10. Создание запаса сжатого воздуха вблизи потребителей с существенно варьирующим уровнем потребления
- •3.8. Насосные системы
- •3.8.1. Инвентаризация и оценка насосных систем
- •3.8.2. Выбор насоса
- •3.8.3. Оптимизация трубопроводной системы
- •3.8.4. Техническое обслуживание
- •3.8.5. Управление насосными системами и их регулирование
- •3.8.6. Привод и передача
- •3.8.7. Экологические преимущества, воздействие на различные компоненты окружающей среды, применимость и другие соображения относительно методов повышения энергоэффективности насосных систем
- •3.9. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ)
- •3.9.1. Отопление и охлаждение помещений
- •3.9.2. Вентиляция
- •3.9.2.1. Оптимизация проектных решений при внедрении новой или модернизации существующей системы вентиляции
- •3.9.2.2. Повышение эффективности существующей вентиляционной системы
- •3.9.3. Естественное охлаждение
- •3.10. Освещение
- •3.11. Процессы сушки, сепарации и концентрирования
- •3.11.1. Выбор оптимальной технологии или сочетания технологий
- •3.11.2. Механические процессы
- •3.11.3. Методы термической сушки
- •3.11.3.1. Расчет энергозатрат и КПД
- •3.11.3.2. Конвективная сушка
- •3.11.3.3. Контактная сушка
- •3.11.3.4. Перегретый пар
- •3.11.3.5. Утилизация тепла в процессах сушки
- •3.11.3.6. Выпаривание в сочетании с механической рекомпрессией пара или тепловым насосом
- •3.11.3.7. Оптимизация теплоизоляции сушильных систем
- •3.11.4. Радиационная сушка
- •3.11.5. Системы автоматизированного управления процессами термической сушки
- •4. Наилучшие доступные технологии
- •4.1. Введение
- •4.2. Наилучшие доступные технологии обеспечения энергоэффективности на уровне установки
- •4.2.1. Менеджмент энергоэффективности
- •4.2.2. Планирование и определение целей и задач
- •4.2.2.1. Постоянное улучшение экологической результативности
- •4.2.2.2. Выявление аспектов энергоэффективности установки и возможностей для энергосбережение
- •4.2.2.3. Системный подход к менеджменту энергоэффективности
- •4.2.2.4. Установление и пересмотр целей и показателей в области энергоэффективности
- •4.2.2.5. Сравнительный анализ
- •4.2.3. Энергоэффективное проектирование (ЭЭП)
- •4.2.4. Повышение степени интеграции технологических процессов
- •4.2.5. Поддержание поступательного развития инициатив в области энергоэффективности
- •4.2.6. Поддержание уровня квалификации персонала
- •4.2.7. Эффективный контроль технологических процессов
- •4.2.8. Техническое обслуживание
- •4.2.9. Мониоринг и измерения
- •4.3. Наилучшие доступные технологии обеспечения энергоэффективности энергопотребляющих систем, технологических процессов, видов деятельности и оборудования
- •4.3.1. Сжигание
- •4.3.2. Паровые системы
- •4.3.3. Утилизация тепла
- •4.3.4. Когенерация
- •4.3.5. Электроснабжение
- •4.3.6. Подсистемы с электроприводом
- •4.3.7. Системы сжатого воздуха
- •4.3.8. Насосные системы
- •4.3.9. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ)
- •4.3.10. Освещение
- •4.3.11. Процессы сушки, сепарации и концентрирования
- •5. Новые технологии обеспечения энергоэффективности
- •5.1. Беспламенное сжигание (беспламенное окисление)
- •5.2. Сжатый воздух как средство хранения энергии
- •6. Заключительные замечания
- •6.1. Временные рамки и основные этапы подготовки настоящего документа
- •6.2. Источники информации
- •6.3. Степень консенсуса
- •6.4. Пробелы и дублирование информации. Рекомендации по дальнейшему сбору информации и исследованиям
- •6.4.1. Пробелы и дублирование информации
- •6.4.3. Конкретная производственная информация
- •6.4.3. Направления дальнейших исследований и практической деятельности
- •6.5. Пересмотр настоящего документа
- •Источники
- •Глоссарий
- •7. Приложения
- •7.1. Энергия и законы термодинамики
- •7.1.1. Общие принципы
- •7.1.1.1. Описание систем и процессов
- •7.1.1.2. Формы энергии и способы ее передачи
- •7.1.2. Первый и второй законы термодинамики
- •7.1.2.1. Первый закон термодинамики: баланс энергии
- •7.1.2.2. Второй закон термодинамики: энтропия
- •7.1.2.2.2. Баланс энтропии для закрытой системы
- •7.1.2.3. Баланс энтропии для открытой системы
- •7.1.2.4. Анализ эксергии
- •7.1.3. Диаграммы свойств, таблицы свойств, базы данных и программы
- •7.1.3.1. Диаграммы свойств
- •7.1.3.2. Таблицы свойств, базы данных и программное моделирование
- •7.1.3.3. Источники неэффективности
- •7.1.4. Использованные обозначения
- •7.1.4.1. Библиография
- •7.2. Примеры термодинамической необратимости
- •7.2.1. Пример 1. Дросселирование
- •7.2.2. Пример 2. Теплообменники
- •7.2.3. Пример 3. Процессы перемешивания
- •7.3. Примеры анализа энергоэффективности производства
- •7.3.1. Производство этилена методом парового крекинга
- •7.3.2. Производство мономера винилацетата (МВА)
- •7.3.3. Горячая прокатка стали
- •7.4. Примеры внедрения систем менеджмента энергоэффективности
- •7.5. Примеры энергоэффективных технологических процессов
- •7.6. Пример подхода к поступательному развитию инициатив в сфере энергоэффективности: «совершенство в производственной деятельности»
- •7.7. Мониторинг и измерения
- •7.7.1. Количественные измерения
- •7.7.2. Оптимизация использования энергоресурсов
- •7.7.3. Энергетические модели, базы данных и балансы
- •7.8. Другие инструменты аудита и поддержки мероприятий по повышению энергоэффективности на уровне предприятия
- •7.8.1. Инструменты аудита и менеджмента энергоэффективности
- •7.9. Сравнительный анализ
- •7.9.1. Нефтеперерабатывающие заводы
- •7.9.2. Австрийское энергетическое агентство
- •7.9.3. Схема для норвежских МСП
- •7.9.4. Соглашения о сравнительном анализе в Нидерландах
- •7.9.5. Сравнительный анализ в стекольной промышленности
- •7.9.6. Распределение энергозатрат и выбросов CO2 между различными видами продукции в сложном последовательном процессе
- •7.10. Примеры к главе 3
- •7.10.1. Паровые системы
- •7.10.2. Утилизация отходящего тепла
- •7.11. Мероприятия на стороне потребителя
- •7.12. Энергосервисные компании
- •7.13. Сайт Европейской комиссии, посвященный вопросам энергоэффективности и Национальные планы действий государств-членов
- •7.14. Европейская схема торговли квотами (ETS)
- •7.15. Оптимизация транспортных систем
- •7.15.1. Энергоаудит транспортных систем
- •7.15.2. Менеджмент энергоэффективности автомобильного транспорта
- •7.15.3. Улучшение упаковки с целью оптимизации использования транспорта
- •7.16. Европейский топливный баланс
- •7.17. Коррекция коэффициента мощности при электроснабжении
Мотивы внедрения
Данных не предоставлено.
Примеры
Данных не предоставлено.
Справочная информация
[278, ADEME], [234, PROMOT, 260, TWG, 2008]
3.9.2. Вентиляция
Введение
Наличие вентиляционной системы является условием адекватного функционирования многих производственных объектов. Вентиляционная система позволяет:
•защищать персонал от воздействия загрязняющих веществ и избыточного тепла, образующихся в процессе производства;
•поддерживать в производственных помещениях чистую атмосферу, необходимую для обеспечения надлежащего качества продукции.
Всостав вентиляционной системы входит целый ряд взаимодействующих компонентов (см. рис. 3.41), например:
•воздушная система (воздухозаборники, воздухораспределитель, сеть воздуховодов);
•вентиляторное оборудование (вентиляторы, двигатели, системы передачи);
•система управления и регулирования (регулирование расхода в зависимости от потребностей, интеграция с системой централизованного управления зданиями и т.п.);
•устройства утилизации энергии;
•устройства воздухоочистки;
•другое оборудование, зависящее от типа вентиляционной системы (общеобменная или местная вентиляция, с кондиционированием воздуха или без такового и т.д.).
Рисунок 3.41: Вентиляционная система
263
3.9.2.1. Оптимизация проектных решений при внедрении новой или модернизации существующей системы вентиляции
Общая характеристика
Ясное представление о назначении вентиляционной системы и предъявляемых к ней требованиях является важным условием выработки оптимальных проектных решений. Назначением системы может быть, в частности:
•обеспечение помещений свежим воздухом;
•поддержание условий рабочей зоны (температуры, давления, влажности и т.п.), комфортабельных для персонала и благоприятных для его здоровья, или необходимых для обеспечения качества продукции;
•транспортировка материалов;
•удаление дыма, пыли, влаги и/или вредных веществ.
Схема, приведенная на рис. 3.42, может оказаться полезной при принятии решений по оптимизации энергопотребления конкретной вентиляционной системы:
Рисунок 3.42: Блок-схема принятия решений по оптимизации энергопотребления вентиляционной системы
264
Взаимодействия между компонентами системы, прежде всего, между вентилятором и системой воздуховодов, могут быть источником значительной части потерь в системе. Поэтому целесообразно с самого начала проектирования системы принимать во внимание как функциональные требования к ней, так и требования энергоэффективности.
На предприятии могут использоваться следующие типы вентиляционных систем (см. рис. 3.41):
•системы общеобменной вентиляции: эти системы предназначены для организации обмена воздуха во всем объеме крупных производственных помещений. Существует несколько разновидностей систем вентиляции, выбор между которыми определяется характером производственных помещений, а также наличием или отсутствием потребностей в удалении загрязняющих веществ и кондиционировании воздуха. Важной характеристикой вентиляционных систем, определяющей их энергопотребление, является расход воздуха. Энергопотребление тем ниже, чем ниже расход;
•системы местной (локальной) вентиляции: основным назначением этих вентиляционных систем является удаление вредных веществ непосредственно у источника их образования. В отличие от общеобменных систем, системы местной вентиляции ориентированы на локальные источники загрязняющих веществ, обеспечивая удаление последних при помощи специально размещенных воздухозаборников и предотвращая их рассеяние в воздухе рабочей зоны. К преимуществам подобных систем относятся:
o предотвращение любого контакта вредных веществ с оператором процесса;
oотсутствие необходимости обмена воздуха во всем объеме рабочей зоны.
Ив том, и в другом случае отводимый воздух может нуждаться в очистке перед выбросом в атмосферу (подробнее см. Справочный документ по очистке сточных вод и отходящих газов в химической промышленности).
Экологические преимущества
Согласно оценкам, на вентиляционные системы приходится 10% электроэнергии, потребляемой компаниями. Если одновременно осуществляется кондиционирование воздуха, на вентиляцию вместе с кондиционированием может приходиться еще большая доля энергопотребления компании.
Воздействие на различные компоненты окружающей среды
О воздействиях не сообщается.
Производственная инфомация
•вентиляторы: на вентиляторы приходится основная доля энергопотребления вентиляционной системы. Тип и мощность вентиляторов, а также способы управления ими представляют собой важные факторы энергоэффективности системы. Примечание: выбор вентилятора с высоким КПД позволяет снизить требования к общей мощности вентилятора, что может привести к снижению затрат на закупку оборудования. При проектировании вентиляционной системы или планировании модернизации существующей системы следует принимать во внимание следующие факторы:
oКПД вентилятора: как правило, максимальный КПД вентилятора находится в диапазоне от 60 до 85% в зависимости от типа устройства. В настоящее время разрабатываются линейки вентиляторов с еще более высоким КПД;
oблизость режима работы вентилятора к оптимальному: КПД отдельного вентилятора может зависеть от режима его работы (скорости вращения). Поэтому важно подобрать для системы такие вентиляторы, которые функционировали бы в режиме, близком к оптимальному, в условиях конкретной системы;
•воздушная система: для обеспечения энергоэффективности воздушная система должна удовлетворять некоторым требованиям:
oвоздуховоды должны иметь достаточный диаметр (в некоторых случаях увеличение диаметра на 10% способно привести к снижению потерь в воздуховоде на 72%);
265
oиспользование воздуховодов круглого сечения является более предпочтительным, чем прямоугольных воздуховодов с той же площадью поперечного сечения, поскольку первые характеризуются меньшими потерями давления;
oследует избегать транспортировки воздуха на большие расстояния, а также создания препятствий для движения воздуха (изгибов, сужений и т.п.);
o необходимо обеспечить герметичность системы, в особенности, в местах соединений;
oна этапе проектирования следует убедиться в том, что система является сбалансированной, т.е., обеспечивает всех потребителей необходимой вентиляцией. Попытки сбалансировать действующую систему, например, путем установки в воздуховодах дополнительных клапанов, приводят к потерям давления и энергии;
•электродвигатели (и передача от двигателя к вентилятору): следует выбрать оптимальные тип и мощность двигателя (см. раздел 3.6 «Подсистемы с электроприводом»);
•управление расходом воздуха: расход воздуха является важнейшим параметром, определяющим энергопотребление вентиляционных систем. Например, сокращение расхода на 20% может привести к снижению энергопотребления вентилятора на 50%. От большинства вентиляционных систем не требуется постоянное функционирование с максимальной производительностью. Поэтому важной характеристикой системы является возможность управления ее производительностью (частотой вращения вентилятора) в зависимости от ряда параметров, которые могут включать, например:
oсостояние производственного процесса (производительность, тип продукции, состав задействованного оборудования и т.д.);
o период (год, месяц, день, время суток и т.п.); o наличие персонала в рабочей зоне.
Важно проанализировать динамику потребностей в вентиляции, используя датчики присутствия, а также измерительные устройства, отражающие состояние технологического процесса, и использовать полученные данные при проектировании управляемой вентиляционной системы.
Приточно-вытяжные вентиляционные системы, сочетающие приток (поступление свежего воздуха) с вытяжкой (удаление загрязненного воздуха), предоставляют больше возможностей для управления расходом воздуха, например, при помощи систем кондиционирования воздуха или утилизации тепла. Установка автоматизированной системы управления предоставляет возможность управления вентиляционной системой на основе различных параметров (измеряемых или задаваемых) и постоянной оптимизации функционирования этой системы.
Существует ряд методов управления расходом воздуха в зависимости от потребности, причем различные методы характеризуются неодинаковым уровнем энергоэффективности:
•электронное управление скоростью электропривода позволяет гибко управлять производительностью вентилятора, оптимизируя энергопотребление двигателя и, как следствие, обеспечивая значительное энергосбережение;
•управление шагом (углом по отношению к потоку воздуха) лопастей вентилятора также способно обеспечить значительное энергосбережение;
•система утилизации энергии: если вентилируемые помещения оборудованы системой кондиционирования воздуха, свежий воздух, подаваемый в помещения в процессе вентиляции, должен подвергаться кондиционированию, что сопряжено со значительными затратами энергии. Системы утилизации энергии (теплообменники) позволяют утилизировать часть энергии, затраченной ранее на кондиционирование воздуха, удаляемого из помещений. При выборе системы утилизации энергии необходимо учитывать следующие три параметра:
o тепловой КПД; o потеря давления;
o чувствительность к загрязнению.
266