- •Биотехнология в охране окружающей природной среды
- •Метод системного исследования проблемы энерго- и ресурсосбережения на предприятиях (технических объектах)
- •Основные проблемы энерго- и ресурсосбережения
- •Основные направления экономии ресурсов
- •Основные направления экономии энергоресурсов
- •Основные направления энерго- и ресурсосбережения на транспорте
Основные направления экономии энергоресурсов
Добыча и транспорт
|
Энергопреобразующие установки
|
Технологическое использование в промышлен- ности
|
Материало-емкость машин и механизмов
|
Транспорт Всех видов и перевозки народнохозяйственных грузов |
Сельскохозяйственное производство
|
Коммунально-бытоаой сектор
|
Планирование, нормирование и контроль |
||
Разведка
Технология Добычи
Качество Продукции
Сокращение Отходов произ- Водства
Сокращение Потерь при транспортиро-вке
|
Экономичность ТЭС
Экономичность котельных
Тепловые Станции и трансфор- маторные п/станции
Регулировка, режимы, учет Модерниза- ция обору- дования
|
Технологи- ческие процессы и установки
Использова- ние ПЭР
Энерготех- нологические установки
Модерниза- ция обору- дования
|
Сроки службы машин и Механизмов
Применение новых мате- риалов
Снижение Отходов при обработке
Применение новых технологий
|
Ж.-д транспорт
Автотранспорт
Авиационный транспорт
Морской транспорт
Трубопро- водный транспорт
Рациона- лизация перевозок
|
С/х машины
Технология переработки с/х продукции
Рациональ- ные источ- ники энерго- снабжения
Использо- вание отхо- дов с/х про- изводства
|
Схемы и системы тепло- снабжения
Энергоносители
Сокращение потерь тепла
Выбор рационального источника энергоснаб- жения
|
Технико-эконо- мическое обоснование
Нормирование и энергонадзор
Стимулирова- ние экономии. Энергии
|
||
|
|
|
|||||||
Не должны допускаться сверхнормативные потери и сверхнормативное разубоживание полезных ископаемых. При разработке должно предусматриваться рациональное использование вскрышных пород и отходов производства. Тщательно проведенная до начала добычи эксплуатационная разведка может обеспечить прирост запасов более чем на 7—10% при открытой разработке и около 5%—при подземной. Как правило, количественные и качественные потери взаимосвязаны. Так, при разработке месторождений наиболее полное извлечение запасов связано с повышенным разубоживанием (с большими примесями пустой породы). При подземной разработке месторождений потери бывают более значительны. Потери угля при шахтной добыче составляют 20—40%. Открытый способ разработки месторождений позволяет сократить потери до 3—8% (при сложных условиях — до 10—12%).
В целях сокращения потерь природных ресурсов предполагается добычу угля открытым способом довести до 50 —55%.
Размеры потерь при разработке зависят и от ряда технологических факторов, таких как: выемка (отбойка) угля и породы, погрузочно-транспортных операций, процессов поддержания вырабатываемого пространства и др. При внутрипластовом вскрытии на экибастузских карьерах в отвалы вместе с породой отправляется около 3 млн. т угля в год. При добыче роторными комплексами зольность угля в некоторых случаях достигает 45—47%. В Донбассе с увеличением глубины разработки месторождений зольность углей возрастает до 31,5%.
Обогащение углей позволяет увеличить добычу за счет вовлечения в эксплуатацию забалансовых запасов. Так, широкое внедрение и совершенствование процессов обогащения и использования высокозольных углей позволило бы увеличить запасы экибастузского бассейна на 11 млрд. т.
Необходимо повышать эффективность добычи путем сокращения потерь полезных ископаемых, оставляемых в недрах, которые для угля составляют 30% и более, а для нефти—65—70%.
При больших масштабах дальних перевозок топлива значительная экономия может быть получена за счет снижения потерь в процессе перевозок в открытых полувагонах. Основные потери при этом происходят через неплотности в кузове вагонов (торцевых дверях и разгрузочных люках) и за счет «выдувания». На каждый полувагон грузоподъемностью 60 т теряется до 1,5 т угля (2,5%). При перевозке угля только из Кузнецкого бассейна теряется свыше 2,5 млн. т в год. Снижение транспортных потерь может быть получено за счет применения восьмиосных полувагонов габарита Т с глухим полом и за счет внедрения трубопроводного транспорта угля.
Определенный резерв экономии заключается в использовании отходов добычи топлива. Наибольшую массу отходов составляют вскрышные породы. В некоторых районах (Южный Урал) вскрышные породы содержат до 20% угля. На разрезах «Челябинскуголь», например, от вскрышных пород «отмывается» ежегодно около 1 млн. т товарной продукции. Перевод вскрышных пород из отходов в полезное сырье зависит от полноты и комплексности разведки месторождений и от технологических и организационных факторов.
При подземной добыче топлива появляется возможность использования горючего газа. По ориентировочным подсчетам на шахтах всего мира ежегодно выделяется 25— 28 млрд. м3 метана. Суммарное количество метана, выделяющегося на шахтах нашей страны, в 1980 г. составляло 6 млрд. м3, что при переводе в условное топливо эквивалентно 7,3 млн. т у. т.
В том случае, когда концентрация метана в отсасываемых смесях невысока и применение этих смесей в качестве бытового топлива исключается, эти метановоздушные смеси используют в котельных и газотурбинных установках. При подаче таких смесей в топки котлов на каждый процент содержания метана в дутье достигается до 10% экономии основного топлива. В Польше, ФРГ и Японии используется более 80% каптированного газа.
Большой резерв экономии заключается в попутных нефтяных газах, их количество составляет примерно 1/5 общей мировой добычи. До последнего времени недостаточно четко учитывались и ресурсы газового конденсата, а между тем геологические запасы этого энергоносителя оцениваются в пределах 28—58 млрд. т.
Энергопреобразующие установки. На получение электрической энергии в мире расходуется около 20% природных ресурсов. Еще больше природных ресурсов (примерно 30%) используется на получение тепла низкого потенциала, для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и на технологические процессы, протекающие при температурах до 150°С. Поэтому совершенствование процессов преобразования энергии на электростанциях, в котельных и в установках прямого использования топлива представляет значительные возможности экономии энергоресурсов.
На современном этапе развития общества примерно 80% электрической энергии вырабатывается на тепловых электростанциях, использующих органические виды топлива.
Одним из показателей, позволяющих судить об экономичности электростанций, является удельный расход условного топлива на выработку 1 кВт-ч электрической энергии. Удельный же расход топлива в решающей степени зависит от КПД электростанций. Теоретически возможный КПД конденсационных электростанций (КЭС) находится на уровне 41—42%. Однако на многих электростанциях экономичность значительно ниже 40%.
За последние 70 лет повышение экономичности паротурбинных электростанций, которые по установленной мощности занимают доминирующее положение, происходило прежде всего за счет повышения начальных параметров пара. Так, переход от давления 2,9 МПа с температурой 400°С, широко распространенных в Советском Союзе в предвоенные годы, на параметры 9,0 МПа с температурой 500°С привел к снижению удельного расхода тепла на выработанный киловатт-час на 17,9%. Переход на следующую ступень с давлением 13,0 МПа и температурой 565°С (с промежуточным перегревом) обеспечивал дополнительную экономию топлива на 8—10%. Дальнейшее повышение параметров до 24,0 МПа позволяет повысить тепловую экономичность еще на 8%. Одновременно с повышением начальных параметров пара происходило увеличение единичной мощности агрегатов и установленной мощности электростанций. В настоящее время действуют более 60 ТЭС, имеющих мощность 1 млн. кВт и более.
Удельный расход топлива на 1 кВт-ч отпущенной электроэнергии составляет примерно 320 г. В этих условиях борьба за экономию каждого грамма топлива приобретает серьезное значение. Ведь экономия только 1 г топлива на выработку (кВт-ч) электроэнергии при годовом производстве 1 трлн. кВт-ч составляет 1 млн. т у. т. Вот почему в планах развития энергетики предусматриваются наряду с вводом нового высокоэкономичного оборудования на электростанциях модернизация и замена устаревшего (низкоэкономичного) оборудования. В целях повышения экономичности электростанций внедряются парогазовые (ПГУ) и магнитогидродинамические установки (МГДУ). Повышение экономичности ПГУ и МГДУ по сравнению с паротурбинными объясняется более высокими начальными температурами рабочего тела.
Наиболее существенная доля экономии топлива достигается за счет совершенствования структуры генерирующих мощностей, в первую очередь, за счет увеличения в балансе мощностей доли ГЭС и АЭС.
С 1924 г. у нас в стране получила развитие теплофикация, т. е. комбинированная выработка тепловой и электрической энергии на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ).
В стране действует более 900 ТЭЦ. Суммарная электрическая мощность теплофикационных агрегатов составляет примерно 1/3 от общей электрической мощности тепловых электростанций России. 45 ТЭЦ имеют установленную мощность 400 тыс. кВт и выше. На 5 ТЭЦ установленная мощность превышает 1 млн. кВт. Коэффициент полезного действия ТЭЦ по выработке электрической энергии значительно выше КПД КЭС и может достигать 55—60%.
Современные ТЭЦ являются не только поставщиками электрической энергии, выработанной с минимальными затратами топлива, это надежные и экономичные источники теплоснабжения, Тепловая энергия на ТЭЦ вырабатывается с расходами топлива 41 кг/ГДж против 48—62 кг/ГДж в мелких котельных и индивидуальных установках.
Если учесть, что примерно 25% теплового потребления покрывается за счет работы мелких котельных, то станет очевидным дальнейшее развитие теплоснабжения от ТЭЦ. Одновременно с этим необходимо повышать экономичность отопительных и промышленно-отопительных котельных за счет централизации теплоснабжения и повышения КПД котлов. Если КПД котельных с 70% повысить до 80%, то удельный расход топлива на выработку 1 ГДж сократится на 6 кг, соответственно на каждый млрд. ГДж отпущенного тепла экономия составит 6 млн. т у. т.
Ощутимая экономия топлива может быть получена за счет внедрения атомных станций теплоснабжения (АТС), которые, используя ядерную энергию, будут замещать органическое топливо.
Тепловая и электрическая энергия, выработанная на ТЭЦ или в котельных, перед поступлением к потребителю часто подвергается преобразованию на трансформаторных подстанциях и теплоподготовительных станциях. Снижение потерь в процессе преобразования энергии также позволит получить дополнительную экономию энергии и топлива.
В последнее время в нашей стране получают развитие атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ).
Технологическое использование ресурсов в промышленности. При современных масштабах производства особе внимание должно быть уделено внедрению новых энергосберегающих технологий, изменению самих технологических принципов производства, например, конверторное производство стали. В России этим способом производится лишь 40% выплавляемой стали. Полный переход на конверторное получение стали позволит сэкономить свыше 10 млн. т у. т. Доведение объема выплавляемой стали способом непрерывной разливки до 40% и освоение технологических процессов с использованием тепла предыдущих переделов может дать экономию 1,5 млн. т у. т. в год. Внедрение в доменное производство технологии с использованием продуктов конверсии природного газа позволит снизить расход энергии на выплавку чугуна на 30%.
Предварительное обогащение рудных компонентов шихты доменных печей снижает энергоемкость металлургического производства на 7—10%. Улучшение конструкций горелок, тепловой изоляции печей для нагрева металла под ковку и штамповку и перевод их на автоматический режим работы уменьшает расход энергии на 30—50%.
Переход от существующих технологий к уже разработанным новым в черной и цветной металлургии позволяет сэкономить от 10 до 80% используемых ресурсов. Однако и в новых технологиях теоретически расход энергоресурсов можно уменьшить еще в 2—4 раза, коэффициентов использования энергоресурсов в некоторых технологиях в процентах (табл. 2).
Таблица 2
Производство
|
Существующие технологии
|
Новые технологии
|
Идеальные процессы
|
Свинца
|
0,077
|
0,135
|
0,322
|
Алюминия
|
0,39
|
0,45
|
0,95
|
Титано-магниевое
|
0,229
|
0,27
|
0,527
|
Меди .
|
0,041
|
0,061
|
0,242
|
Стали с мартеновским переделом |
0,382 |
0,42 |
0,835 |
В нефтеперерабатывающей промышленности комбинирование процессов вакуумной перегонки нефти с другими сопутствующими процессами позволяет снизить потребление конечной энергии на 1/3. Внедрение энергосберегающих технологий при производстве аммиака снижает удельный расход энергии в 1,4 раза.
Замена традиционного «мокрого» способа получения цемента новым «сухим» при ежегодном производстве 125 млн. т цемента позволила бы получить экономию топлива в количестве 7—8 млн. т у. т.
Значительную экономию энергоресурсов можно получить за счет экономии металла в результате применения еще одной новой технологии — порошковой металлургии. Получение каждой тысячи тонн изделий, изготовленных из металлических порошков, обеспечивает экономию 1,5—2,0 тыс. т металла. Использование метода порошковой металлургии для изготовления быстрорежущего инструмента взамен традиционного увеличивает коэффициент использования металла на 20—30%, повышает стойкость инструмента, а значит, и срок службы в 2—3 раза. Применение износостойких покрытий напылением металлическим порошком при высоких температурах — еще один путь экономии металла. Каждая тонна сэкономленного металла — это экономия топлива, которое необходимо было бы затратить в металлургическом производстве на получение этого металла (удельный расход топлива на 1 т стали составляет 1265—1250 кг т у. т.). В табл. 3 приведены данные по экономии топливно-энергетических ресурсов, которую можно получить за счет экономии 1 т энергоемких материалов.
Таблица 3
Экономия 1 т материалов
|
Одновременная экономия топливно-энергетических ресурсов, кг у. т.
|
Экономия 1 т материалов
|
Одновременная экономия топливно-энергетических ресурсов, кг у. т.
|
Чугуна Проката черных металлов Поковок и горячих штамповок Алюминия
|
637 1000 342
6270
|
Желтого фосфора Извести Керамических труб Стекло изделий Бумаги
|
377 198 258 820 223
|
Применение в промышленности электронно-лучевой сварки, технология изготовления многослойных труб, повышение коррозионной стойкости подземных трубопроводов и коммуникаций, трубопроводов и платформ морских нефтепромыслов, судов, оборудования и сооружений химической промышленности также дают огромную экономию металла, а следовательно, и топливно-энергетических ресурсов. Следует иметь в виду и возможную экономию энергоресурсов за счет использования стали и алюминия путем переплавки металлического лома. Так, на получение алюминия из вторичного сырья энергии расходуется в 23—25 раз меньше.
В целом снижение удельной энергоемкости народного хозяйства на 9—11% по конечной энергии и на 14—16% по первичным энергоресурсам может дать экономию в размере 550—600 млн. т у. т. в год.
Следующим резервом экономии является использование побочных энергетических ресурсов (ПЭР). К ним относятся отходы, побочные и промежуточные продукты, которые образуются в технологических установках и не используются в самом технологическом агрегате, но могут быть частично или полностью использованы для энергоснабжения других агрегатов или процессов.
ПЭР могут быть горючими (топливными), тепловыми и ресурсами избыточного давления газов (и жидкостей), покидающих технологические установки. К горючим ПЭР относятся доменный, конверторный, колошниковый газы шахтных печей, вагранок и др.; горючие отходы химической и термической переработки сырья, отходы деревообрабатывающей промышленности в виде щепы, опилок, стружки и других отходов; отходы целлюлозно-бумажного производства в виде щелока.
К тепловым ПЭР относятся; физическая теплота газов, поступающих из технологических агрегатов (отходящие газы), физическая теплота основной и побочной продукции, теплота рабочих тел систем принудительного охлаждения, теплота пара и горячей воды, отработавших в технологических установках.
К ПЭР избыточного давления относятся газы, покидающие технологические установки и обладающие потенциальной энергией (избыточного давления). В эту группу ПЭР входят: колошниковые газы доменных печей, пар, отработавший в технологических установках, молотах и прессах, газы после регенераторов каталитического крекинга и термоконтактного коксования.
ПЭР могут быть использованы как топливо (горючие газы) или как теплоносители (горячие газы, вода, пар, основные и побочные продукты производства) или как силовые источники для привода паровых и газовых турбин (газы с избыточным давлением и пар из систем охлаждения технологического оборудования и от котлов утилизаторов систем сухого тушения кокса). Возможно и комбинированное использование ПЭР для получения тепловой и электрической энергии (при использовании пара на ТЭЦ).
Наша промышленность располагает побочными энергоресурсами, пригодными для использования по отраслям; черная металлургия —194,6 ТДж, цветная металлургия— 35,6 ТДж, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая— 185,8 ТДж, химическая—159,1 ТДж, тяжелое машиностроение— 18,4 ТДж, целлюлозно-бумажная — 60,0 ТДж, газовая — 33,5 ТДж, строительных материалов — 2,5 ТДж. Всего 689,5 ТДж теплоты ПЭР, которая могла быть использована в производственном цикле.
Возможности экономии топливно-энергетических ресурсов по отраслям народного хозяйства в настоящее время велики.
Черная металлургия. Коэффициент использования топлива на предприятиях этой отрасли в большинстве случаев не превышает 30%. На предприятиях черной металлургии в качестве ПЭР используются: доменный и конверторный газы, отходы коксового производства, теплота рабочих тел систем охлаждения печей, физическая теплота газов, покидающих технологические агрегаты и др. Только за счет сжигания доменного газа ежегодная экономия топлива на этих предприятиях составляет более 25 млн. т у. т. Использование избыточного давления доменного газа в утилизационных бескомпрессорных газовых турбинах позволяет вырабатывать 230 млн. кВт-ч электрической энергии в год. Значительную экономию топлива можно получать за счет установки котлов утилизаторов (КУ) в коксохимическом и прокатном производстве. Пар, вырабатываемый в КУ и получаемый из систем испарительного охлаждения, с успехом используется для силовых и тепловых целей в пределах комбината.
Кроме этих ПЭР, может быть использовано физическое тепло побочной и готовой продукции, теплота шлаков, физическое тепло коксового газа и др. Доля горючих ПЭР в топливно-энергетическом балансе отрасли составляет в среднем около 16%, доля тепловых — около 1/3 собственного тепло-потребления по отраслям. За счет использования горючих и тепловых ПЭР на металлургических заводах покрывается до 20% потребности в топливе для отрасли.
Цветная металлургия. Основное количество ПЭР в виде уходящих горячих газов может быть получено от различных печей (отражательные, анодные, вайербарсовые, шахтные и шлаковозгоночные, печи для обжига концентратов, конверторы, вращающиеся трубчатые печи и др.). При значительных потерях тепла с уходящими запечными газами коэффициент использования топлива в цветной металлургии находится на уровне 10—40%.
Относительный выход ПЭР по отдельным производствам от общего количества по отрасли составляет: меди — 45%, никеля — 25%, свинцово-цинковое производство—13%, алюминиевое— 12%. Суммарный выход ПЭР в 1980 г. составлял 75 ПДж/год (75 млн. ГДж/год). Использовано фактически 28,4 ПДж, что было эквивалентно почти 1 млн. т у. т., т. е. коэффициент использования ПЭР составил 38%. За счет ПЭР покрывается в среднем только 7% потребности отрасли в тепловой энергии.
Внедрение новых автогенных технологических процессов (взвешенная плавка, кислородно-факельная плавка, кивцет-ный процесс и плавка в жидкой ванне), применение кивцетной плавки при переработке медьсодержащего сырья обеспечит экономию энергоресурсов до 50%.
Заслуживает внимания возможность использования физической теплоты отвальных шлаков, с которыми теряется около 30% теплоты топлива, сжигаемого в печах.
Химическая промышленность, В химической промышленности могут быть использованы тепловые и горючие ПЭР. Удельный вес горючих ПЭР в топливном балансе отрасли невелик и в среднем составляет 4%. За счет ПЭР покрывается только около 12% теплопотребления отрасли. Это объясняется тем, что на предприятиях химической промышленности основное количество ПЭР образуется на производствах аммиака, кислот (азотной и серной) и кальцинированной соды.
Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность. При переработке нефти, в производстве синтетического каучука, этилена, синтез-спирта, шин образуются в основном тепловые ПЭР; в основном нефтехимическом производстве— горючие ПЭР. В 1990 г. использование горючих ПЭР достигало 91,6% и давало эффект экономии 9,3 млн. т у. т. В будущем предполагается довести использование тепловых ПЭР до 79% с эффектом экономии 8,55 млн. т у. т.
Целлюлозно-бумажная промышленность. В этой отрасли образуются в основном горючие ПЭР в виде отходов переработки древесины. Суммарные отходы древесины в зависимости от породы составляют от 3 до 8,5% объема переработки. При варке сульфатной целлюлозы образуется черный щелок, который после упаривания тоже представляет горючие ПЭР. В отрасли 16,5% общего расхода топлива отраслью покрывается за счет использования ПЭР.
Газовая промышленность. Несмотря на большой выход ПЭР в виде уходящих газов газовых турбин компрессорных станций, использование тепловых ПЭР находится на уровне 8—9%. Это объясняется ограниченными потребностями в тепловой энергии производства и прилегающего района.
Планируется использование ПЭР довести до 21,6% и сэкономить 3,25 млн. т у. т. В целях дальнейшего повышения экономии энергии в газовой промышленности прорабатываются схемы использования газовых турбин, работающих на парогазовой смеси и возможность замены газотурбинного привода газовых компрессоров электрическим.
Промышленность строительных материалов. Использование ПЭР в этой отрасли находится на низком уровне. В общем балансе теплопотребления заводов строительных материалов составляет доли процента. В 1975 г. уровень использования ПЭР был равен 1,3% от возможного. Намечается довести использование ПЭР до 10% располагаемых возможностей.
Машиностроение. ПЭР в балансе потребления тепловой энергии занимают около 4—5%. Использование ПЭР в будущем планируется довести до 24%.
Экономия топлива за счет использования ПЭР может быть увеличена, если во всех отраслях промышленности будет уделяться серьезное внимание внедрению новой техники и модернизации оборудования. Оборудование котлов промышленных котельных поверхностными экономайзерами позволяет повысить коэффициент использования топлива на 2—3%, а для котлов, работающих на природном газе, возможна установка экономайзеров контактного типа, которые позволят получить дополнительную экономию до 15%. Необходимо полнее использовать колошниковые газы вагранок для подогрева дутьевого воздуха и получения водяного пара для технологии, при этом расход топлива может быть снижен на 12—15%.
Полное использование теплоты газов высокотемпературных топливных печей с одновременным улучшением изоляции позволит получить экономию топлива в размере 20—25%.
Сельскохозяйственное производство. Наибольшая экономия энергии в сельском хозяйстве может быть получена за счет повышения энергетической эффективности тракторов, сельскохозяйственных машин, транспортных средств, а также за счет улучшения эксплуатации и ремонта этой техники. Должны быть приняты меры, направленные на повышение КПД двигателей сельхозмашин, КПД передачи энергии к исполнительным механизмам, должна быть расширена зона использования тракторов. Выполнение этих мероприятий может обеспечить ежегодную экономию около 3 млн. т у. т.
Только за счет улучшения дорожных условий в сельской местности намечается снизить удельный расход топлива до 3%. Проведение работ по совершенствованию нормирования и устранения потерь нефтепродуктов при транспортировке, хранении и заправке машин, по существующим оценкам расходы топлива могут быть сокращены еще на 2—3%.
Внедрение прогрессивных технологий обработки почвы (плоскорезная и безотвальная вместо пахоты, сокращение культивации за счет применения гербицидов и др.) может дать дополнительную экономию топлива в объеме 2 млн. т у. т. в год.
Исключительно велики возможности экономии природных ресурсов и средств в районах с орошаемым земледелием. В Астраханской, Волгоградской, Ростовской областях, в Краснодарском крае почти половина воды, забранной на орошение, используется непродуктивно. В Черноземной зоне потери доходят до 40%. Значительную экономию средств и снижение расходов воды может дать переориентировка на работу от закрытой оросительной сети.
Сокращение расходов топливно-энергетических ресурсов может быть получено и за счет ликвидации имеющих место перерасходов ядохимикатов (пестицидов), применяемых для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями растений, а также регуляторами их роста. Снижение расходов ядохимикатов на полях и доведение их до нормативных, обеспечит экономию топливно-энергетических ресурсов в процессах их производства. Внедрение энергосберегающих технологий при сушке зерна и производстве кормов может дать экономию энергии в 1,5 млн. т у. т.
Строгий учет расхода энергии, замена ламп накаливания на ртутные, внедрение автоматики, правильный подбор мощности электрических двигателей и других позволяет сократить расход электроэнергии на 4—5 ТВт-ч.
