Период окупаемости затрат на внедрение системы составил 16 месяцев. Энергопотребление было снижено еще на 20% за счет устранения утечек сжатого воздуха.
Справочная информация
[227, TWG, 244, Best practice programme]
3.7.10. Создание запаса сжатого воздуха вблизи потребителей с существенно варьирующим уровнем потребления
Общая характеристика
Вблизи потребителей сжатого воздуха с существенно варьирующим уровнем потребления могут быть размещены резервуары для создания запаса сжатого воздуха.
Экологические преимущества
Описанный подход позволяет сглаживать пики потребности в сжатом воздухе, делая возможным использование компрессоров меньшей мощности. Обеспечивая более равномерную загрузку системы, данный метод создает предпосылки для эксплуатации компрессоров в оптимальных режимах.
Воздействие на различные компоненты окружающей среды
Данных не предоставлено.
Производственная информация
Данных не предоставлено.
Применимость
•метод заслуживает рассмотрения во всех случаях, когда имеются потребители сжатого воздуха, характеризующиеся значительными колебаниями уровня потребления;
•широко применяется.
Экономические аспекты
Снижение капитальных и эксплуатационных затрат.
Мотивы внедрения
Данных не предоставлено.
Примеры
Данных не предоставлено.
Справочная информация
Данных не предоставлено.
3.8. Насосные системы
Введение
На насосные системы приходится около 20% мирового потребления электроэнергии; доля насосных систем в общем энергопотреблении некоторых промышленных производств составляет 25–50%. Насосные системы широко применяются в различных секторах:
• промышленность, например: o пищевая;
o химическая;
o нефтехимическая;
oфармацевтическая;
•коммерческий сектор и сельское хозяйство;
•муниципальные системы водоснабжения и канализации;
•хозяйственно-бытовое применение.
253
По принципу действия насосы подразделяются на две основные группы: динамические и объемные. Большинство насосов, применяемых в промышленности, используют электропривод, однако крупные насосы могут приводиться в действие и паровыми турбинами (а также специализированными двигателями внутреннего сгорания).
Центральным элементом динамического насоса (наиболее распространенной разновидностью этой группы является центробежный насос) является рабочее колесо с лопатками, вращение которого придает жидкости тангенциальное ускорение, приводя к увеличению ее кинетической энергии. Конструкция насоса обеспечивает преобразование кинетической энергии жидкости в гидравлическую энергию и создание напора. Есть основания полагать, что центробежный насос является одним из наиболее распространенных устройств в мире; в любом случае, на этот тип насоса приходится значительная доля мирового потребления энергии.
Принцип действия объемного насоса основан на периодическом заключении определенного количества жидкости в замкнутый объем с последующим вытеснением этой жидкости в нагнетательный отвод под действием какой-либо силы. Объемные насосы далее подразделяются на следующие разновидности:
•ротационные насосы (например, лопастной или шиберный насос). Шиберные насосы широко используются как в качестве гидравлических насосов высокого давления, так и в качестве вакуумных насосов, в частности, для обеспечения вакуума в контуре хладагента в кондиционерах;
•возвратно-поступательные насосы (например, мембранный насос). Мембранные насосы отличаются хорошей высотой всасывания; некоторые из них используются в качестве насосов низкого давления с низким расходом. Они нормально функционируют в условиях сухого хода и характеризуются низким усилием сдвига (т.е., не вызывают разрушения взвешенных твердых частиц). Мембранные насосы способны перекачивать жидкости с высоким содержанием твердого вещества, в т.ч. шламы и илы. Мембранные насосы с тефлоновой мембраной, шаровыми распределительными клапанами и гидравлическими исполнительными устройствами используются для подачи точно отмеренных количеств реагентов в технологические аппараты или реакторы при высоких давлениях (до 350 бар). Мембранные насосы могут использоваться для подачи воздуха, незагрязненного масляными парами, в химической и пищевой промышленности, а также в медицине.
Потребление энергии и материалов насосной системой зависит от конструкции насосов и производственного объекта в целом, а также способа эксплуатации системы. Как правило, наиболее дешевым вариантом является использование центробежного насоса. Насосы могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми – в последнем случае достигается больший напор. В критических применениях насосы часто дублируются посредством установки резервных насосов.
3.8.1. Инвентаризация и оценка насосных систем
Общая характеристика и производственная информация
(Информация по «Экологическим преимуществам», «Воздействию на различные компоненты окружающей среды», «Применимости», «Экономическим аспектам», «Мотивам внедрения», «Примерам», а также «Справочной информации» для методов повышения энергоэффективности насосных систем приведена в разделе 3.8.7).
Первым шагом на пути к выявлению реалистичных мер по повышению энергоэффективности насосной системы и ее оптимизации является инвентаризация насосной системы предприятия с выявлением основных эксплуатационных характеристик последней. Инвентаризация может осуществляться в два этапа (см. Раздел 2.15.1 и Приложение 7.7.3):
•составление общего описания системы на основе записей приглашенных консультантов или несложных измерений. Это описание должно включать следующие данные:
oперечень, например, 50 наиболее крупных насосов (с точки зрения номинальной мощности): размер и тип;
o назначение каждого насоса;
o энергопотребление каждого из перечисленных насосов;
254
o характер потребности в работе насосов: возможные вариации в течение дня/недели;
o тип системы управления;
o время работы (ч/год) и, как следствие, годовое энергопотребление;
o проблемы или процедуры технического обслуживания, специфичные для конкретных насосов.
Во многих организациях вся эта информация или значительная ее часть может быть получена силами собственного персонала.
•детальное документирование и измерение эксплуатационных параметров насосной системы: этот этап является желательным для любых насосных систем и необходимым для крупных систем (мощностью более 100 кВт). Для успешного сбора таких данных инженерно-технический персонал предприятия или приглашенные консультанты должны обладать высокой квалификацией.
Вследствие большого разнообразия насосных систем невозможно привести исчерпывающий список конкретных вопросов, которые должны быть рассмотрены в ходе детальной оценки. Однако ряд факторов, от которых может зависеть энергоэффективность насосной системы, обсуждается в разделах 3.8.2–3.8.6.
3.8.2. Выбор насоса
Общая характеристика и производственная информация
(Информация по «Экологическим преимуществам», «Воздействию на различные компоненты окружающей среды», «Применимости», «Экономическим аспектам», «Мотивам внедрения», «Примерам», а также «Справочной информации» для методов повышения энергоэффективности насосных систем приведена в разделе 3.8.7).
Насос является центральным элементом насосной системы. Выбор насоса диктуется потребностями технологического процесса, важнейшими из которых являются требования к таким параметрам, как напор и расход (подача). Выбор насоса зависит от конструкции системы в целом, перекачиваемой жидкости, характеристик атмосферы и т.д.
Для получения энергоэффективной насосной системы выбор насоса должен быть произведен таким образом, чтобы рабочая точка находилась как можно ближе к величине расхода, при которой достигается наивысший КПД, как показано на рис. 3.35.
Рис. 3.35: Зависимость напора, мощности и КПД от расхода и точка максимального КПД
[199, TWG]
255
На рис. 3.36 показаны возможные диапазоны общего напора в зависимости от производительности насоса для заданной частоты вращения и различных типов насосов.
Рисунок 3.36: Зависимость напора от производительности насоса
[199, TWG]
Согласно оценкам, 75% существующих насосных систем характеризуется чрезмерной мощностью, причем у многих систем избыток мощности превышает 20%. Избыточная мощность насосов представляет собой наиболее значительный фактор непроизводительных затрат энергии в насосных системах.
Выбор насоса с избыточной мощностью не является ни экономически эффективным, ни энергоэффективным вариантом, поскольку:
•это приводит к повышенным капитальным затратам;
•это также приводит к повышению эксплуатационных затрат (в части затрат на энергию), поскольку расход перекачиваемой жидкости и/или ее давление превышают существующие потребности предприятия. Энергия теряется за счет чрезмерного дросселирования, перепуска значительных потоков или функционирования насосов, необходимость в работе которых отсутствует.
Вслучае выявления насосов с избыточной мощностью целесообразно рассмотреть возможность их замены наряду с другими методами уменьшения мощности, которые могут включать замену или подрезку рабочего колеса и/или регулирование скорости привода. Уменьшение размера рабочего колеса является наименее затратным методом снижения чрезмерной мощности насоса. Обработка (подрезка) или замена рабочего колеса в пределах, допускаемых производителем для данного размера корпуса насоса, позволяет снизить напор на 10–50%.
Энергопотребление системы в целом может быть снижено за счет установки повысительного (бустерного) насоса для обеспечения повышенным напором отдельного потребителя, в то время как остальная система может функционировать при меньшем давлении и, как следствие, с меньшим энергопотреблением.
256