- •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
Выше приведен единственный раздел Протокола оценки и верификации, применимый к системам освещения. Полный текст рекомендаций доступен через Интернет по адресу http://www.evoworld.org/.
Применимость
Такие методы, как определение потребностей в освещении для каждой функции или участка, планирование мероприятий по оптимизации использования естественного освещения, выбор светильников и ламп в соответствии с требованиями к освещению и управление системам освещения применимы ко всем установкам КПКЗ. Другие методы, например, проектирование зданий и интерьеров для оптимального использования естественного освещения, применимы только при строительстве новых или значительной модернизации существующих объектов.
Экономические аспекты
При осуществлении проектов в рамах инициативы Green Light используются проверенные технологии, продукция и услуги, позволяющие снизить общее энергопотребление системы освещения на 30–50% и обеспечивающие коэффициент окупаемости инвестиций в диапазоне от
20 до 50%.
Для оценки периода окупаемости могут использоваться методики, предлагаемые в Справочном документе по экономическим аспектам и вопросам воздействия на различные компоненты окружающей среды.
Мотивы внедрения
•повышение уровня охраны труда на рабочих местах;
•энергосбережение.
Примеры
Широко применяется.
Справочная информация
[209, Wikipedia, , 210, EC, 2000] [210, EC, 2000, 238, Hawken, 2000, 242, DiLouie, 2006]
[211, ADEME, 1997, 212, BRE_UK, 1995, 213, EC, , 214, EC, 1996, 215, Initiatives, 1993, 216, Initiatives, 1995, 217, Piemonte, 2001, 218, Association, 1997, 219, IDAE]
3.11. Процессы сушки, сепарации и концентрирования
Введение
Сушка представляет собой энергоемкий процесс. В данном разделе она рассматривается вместе с процессами сепарации и концентрирования, поскольку на производстве эти процессы часто взаимосвязаны и их продуманное сочетание может способствовать повышению энергоэффективности.
В процессе сушки тепло может передаваться за счет конвекции (конвекционная сушка), теплопроводности (контактная сушка), с помощью различных видов электромагнитного излучения – инфракрасного, высокочастотного и микроволнового (радиационная сушка), а также сочетания перечисленных методов. В промышленности чаще всего применяются конвекционные сушилки, в которых к качестве теплоносителя (сушильного агента) используется горячий воздух или дымовые газы.
Сепарация представляет собой процесс разделения материального потока смешанного состава на два или более потоков различного состава (среди них могут быть потоки как продукции, так и отходов). Поэтому технология сепарации должна обеспечивать выделение желаемой продукции либо из смеси различных веществ, либо из смеси различных фаз или фракций одного и того же вещества. Сепарация может использоваться и для разделения потока отходов (см. Справочный документ по очистке сточных вод и отходящих газов в химической промышленности).
Процесс сепарации осуществляется в сепарационном устройстве (сепараторе), где под действием разделяющего фактора создается градиент сепарации. В настоящем разделе приводится
276
классификация различных методов сепарации на основе принципа сепарации и используемого фактора разделения.
Целью данного раздела не является исчерпывающая характеристика всех методов сепарации; приоритетное внимание уделяется тем аспектам сепарации, с которыми связан значительный потенциал энергосбережения. Дополнительная информация по конкретным методам приведена в источниках, перечисленных в разделе «Справочная информация».
Классификация методов сепарации:
•способ поступления энергии в систему:
возможна классификация методов сепарации на основе типа энергии, подводимой к системе:
o тепло (выпаривание, сублимация, сушка); o излучение;
o давление (механическая рекомпрессия пара);
o электроэнергия (элктрофильтрация газов, электродиализ);
oмагнетизм (использование магнитов) (см. ферромагнитные и неферромагнитные материалы, наведенные поля для неметаллов);
oкинетическая (сепарация в центрифуге) или потенциальная (отстаивание) энергия.
•способ отведения энергии от системы:
oохлаждение или замораживание (конденсация, кристаллизация и т.п.)
•механические барьеры:
oфильтры или мембраны (нано-, ультра- и микрофильтрация, прониковение газа, просеивание);
•прочее:
oфизико-химические взаимодействия (растворение/выпадение осадка, адсорбция, флотация, химические реакции);
oразличия в других физических или химических свойствах веществ, например, плотности, поляризации и т.п.
Возможно сочетание перечисленных выше принципов или факторов разделения, результатом чего являются «гибридные» методы сепарации. В качестве примеров могут быть упомянуты:
•дистилляция (выпаривание и конденсация);
•первапорация (испарение через мембрану);
•электродиализ (электрическое поле и ионообменная мембрана);
•сепарация в циклонах (кинетическая и потенциальная энергия).
3.11.1. Выбор оптимальной технологии или сочетания технологий
Общая характеристика
Во многих случаях задача выбора технологии сепарации имеет несколько решений. Выбор определяется характером исходного материала, требованиями к выходным потокам, а также ограничениями, связанными с особенностями конкретного предприятия и отрасли. Определенные ограничения могут быть связаны и с самой технологией. Сепарация может осуществляться в несколько ступеней, причем на различных ступенях могут использоваться как разные технологии, так и один и тот же процесс.
Экологические преимущества
Минимизация энергопотребления. Значительный потенциал энергосбережения связан с ситуациями, где возможно использование двух или более ступеней сепарации или предварительная подготовка материала (см. «Примеры» ниже).
Воздействие на различные компоненты окружающей среды
О воздействиях не сообщается.
277
Производственная информация
При выборе оптимальной технологии сепарации следует учитывать перечисленные ниже факторы, имеющие отношение к исходному материалу, выходным потокам и особенностям процесса:
•исходный материал:
oсостояние, форма:
жидкий;
пастообразный;
зернистый, порошкообразный;
волокна;
пластины;
полосы;
уже имеет необходимую форму;
oмеханическая прочность/хрупкость;
oтермочувствительность;
oсодержание влаги;
oрасход/количество, которое должно быть обработано;
oесли применимо:
форма и размер;
размер капель
вязкость
•требования к конечной продукции:
oсодержание влаги;
o форма и размер;
oкачество:
цвет;
степень окисления;
вкус;
•характеристики процесса:
oнепрерывный или периодический (отдельные партии);
oисточники энергии:
ископаемое топливо (природный газ, мазут, уголь и т.д.)
электроэнергия;
возобновляемые источники (солнечная энергия, древесное топливо и т.п.);
oмеханизм теплопередачи:
конвекция (горячий воздух, перегретый пар);
теплопроводность;
электромагнитное излучение (инфракрасное, микроволны, излучение высокой частоты);
o максимальная температура; o производительность;
o время пребывания в условиях процесса; o механическое воздействие на продукцию.
Для определения наилучшего решения с технологической, экономической, энергетической и экологической точки зрения необходим систематический анализ вариантов. При этом должны быть четко определены исходные данные для анализа:
278
•характеристики исходного материала и выходных потоков, включая массу/расход. Важным параметром является содержание влаги в продукции: как правило, удаление последних процентов влажности требует значительных усилий и, как следствие, энергозатрат;
•перечень всех энергоресурсов, имеющихся на предприятии (электроэнергия, холод, сжатый воздух, пар, другие холодные и горячие ресурсы), с указанием их характеристик;
•имеющиеся площади, на которых может быть установлено оборудование;
•возможные методы предварительной подготовки материала;
•потенциал процесса с точки зрения утилизации тепла;
•имеющееся высокоэффективное энергетическое оборудование и дополнительные источники энергии (высокоэффективные двигатели, утилизация отходящего тепла на предприятии и т.д.).
Должен быть выполнен сравнительный анализ технологических, экономических, энергетических
иэкологических аспектов каждого варианта:
•в пределах одних и тех же границ, включая системы энергоресурсов, очистку сточных вод и т.п.;
•с учетом воздействий на все компоненты окружающей среды (воздух, вода, размещение отходов и т.д.);
•с учетом необходимости технического обслуживания и обеспечения безопасности системы;
•с учетом количественных оценок затрат времени и средств на обучение операторов системы.
Удельное энергопотребление некоторых процессов сепарации для различных размеров фрагментов (частиц) показано на рис. 3.44.
Рисунок 3.44: Энергопотребление некоторых процессов разделения
[248, ADEME, 2007]
279