Расчет коэффициента полноты использования энергетических ресурсов

Содержание понятия коэффициента полноты использования энергетических включает следующие термины и определения: «энергетический ресурс», «подведенный энергетический ресурс», «вторичный энергетический ресурс», «подведенная энергия», «отведенная энергия», «полезная энергия», «энергоноситель», «энергетический баланс», «потери энергии».

Учитывая, что часть указанных терминов на сегодняшний день не имеет регламентированного определения и в приложении и к проблеме безотходности сегодня можно принять следующие содержания терминов.

Энергетический ресурс – запасы энергии, которые при данном уровне техники могут быть использованы для энергосбережения.

Подведенный энергетический ресурс – энергетический ресурс, подведенный для обеспечения функционирования производства.

Вторичный энергетический ресурс – энергетический ресурс, получаемый в виде вторичного продукта основного производства. К вторичным энергетическим ресурсам следует также относить вторичные энергоресурсы дополнительного производства и производства по обезвреживанию отходов производства. Вторичные энергетические ресурсы подразделяются на горючие, тепловые и ресурсы избыточного давления.

При расчете K_э не учитываются вторичные энергетические ресурсы, используемые в данном производстве или в производстве по утилизации и обезвреживанию отходов, в том числе дымовые газы и твердые горючие отходы, используемые в котлах-утилизаторах, паровой конденсат и горючая вода, используемые для отопления производственных помещений и т. д.

Подведенная энергия – количество энергии в подведенном энергетическом ресурсе или энергоносителе.

Отведенная энергия – количество энергии в отведенном энергетическом ресурсе или энергоносителе.

Полезная энергия – количество энергии, теоретически необходимое для осуществления тех или иных энергетических процессов.

Энергоноситель – материальное тело (пар, вода, электроны и т. п.) обладающее энергетическим потенциалом и служащее для передачи энергии генератора (преобразователя) к месту конечного потребления для следующей ступени трансформации.

Потери энергии – разность между подведенной энергией и полезной энергией, рассеянная по пути движения энергетического потока до стадии конечного использования или при непосредственной обработке материала.

Энергетический баланс – система показателей, характеризующих процесс преобразования энергии для снабжения нею потребителей и отражающих равенство подведенной энергии с одной стороны и суммы полезной энергии и потерь с другой стороны.

Коэффициент полноты использования энергетических ресурсов K_э рассчитывается на основании данных соответствующих энергетических и материальных балансов по нормам расхода сырья, материалов и энергоресурсов, образования потерь, отходов и выбросов в окружающую человека среду на единицу готовой продукции или на годовую мощность производства, или исходя из расхода ресурсов в единицу времени (секунда, час, год).

Основой первичной информации о расходе энергоресурсов, а также об образовании и использовании вторичных энергетических ресурсов для действующих производств, являются данные статистической отчетности, данные соответствующих энергетических балансов, включенные в технологические регламенты опытных, опытно-промышленных установок или действующих производств, данные внутризаводской и отраслевой отчетности. Так же могут использоваться исходные данные на проектирование, проектные энергобалансы или специальные обследования, направленные на получение необходимой информации.

При отсутствии данных эти величины находятся расчетным путем.

При расчете коэффициента полноты использования энергетических ресурсов для конкретного производства, входящего в состав предприятия, учитываются только затраты энергии на технологические нужды и потери этой части энергии.

Уравнение энергетического баланса условного производства, представленного на рис. 2.3, имеет следующий вид:

(2.11)

где – суммарное количество энергии различных форм, подведенной в основное и дополнительные производства;

– суммарное количество условно полезной энергии, подведенной в основное и дополнительные производства;

– суммарное количество реальной энергии, подведенной с вторичными энергетическими ресурсами, в основное и дополнительные производства;

– суммарное количество потенциальной энергии, содержащейся во вторичных энергетических ресурсах, не используемое в основном и дополнительных производствах;

– суммарные потери энергии при транспортировке и в ходе ее технологического использования в основном и дополнительных производствах;

Или в обобщенном виде при наличии дополнительных производств:

(2.12)

Рис. 2.3. Обобщенная схема энергетических потоков в производстве

Общая подведенная энергия в основное и дополнительные производства включает следующее:

• тепловую энергию, подведенную с котельно-печным и моторным топливом;

• тепловую энергию, подведенную с теплоносителем, например с паром различного потенциала и горячей водой;

• электрическую энергию;

• энергию горячих теплоносителей, материальных потоков, хладагентов, излучения и т. д. (прочие энергоносители);

• тепловую энергию экзотермических реакций, протекающих в ходе производственных процессов.

Полезная (условно полезная) энергия используется на технологические цели для проведения механических, термических и химических процессов в основном и дополнительных производствах. К полезно используемой энергии следует также относить энергию, подводимую с вторичными энергетическими ресурсами, и энергетический ресурс нагретых продуктов, поступающих на сопряженные производства, где используется их физическое тепло.

В течение производства энергия отводится в виде потерь, неизбежно возникающих из-за рассеяния энергии в соответствии со вторым законом термодинамики, и вторичных энергетических ресурсов.

Суммарные потери энергии складываются из эксплуатационных и режимных потерь, потерь при транспортировке энергии, потерь, возникающих в ходе реализации технологических процессов производства продукции (в результате испарения, усушки, распыления и т. д.), при обезвреживании (сжигании) без утилизации сточных вод, газовых выбросов и отходов производства. Потери также возникают при отведении неиспользуемых вторичных энергетических ресурсов из производственного цикла (отработанных хладагентов и пара, печных шлаков, горячего воздуха, сточных вод, потоков продукции, основной, побочной и дополнительной, отходов производства и т. д.).

Энергетические потоки, входящие в состав обобщенного уравнения энергетического баланса, при необходимости, могут быть детализированы.

Рассмотрим коэффициент полноты использования энергетических ресурсов для основного, фактически реализованного и достижимого уровня производства на примере анализа структуры их энергетического баланса с учетом объема этих понятий. Обозначения, рассматриваемых величин, представлены в (2.12).

1. Уравнение энергетического баланса для целевого (основного) производства:

(2.13)

Коэффициент полноты использования энергетических ресурсов для целевого (основного) производства:

или (2.14)

Иногда удобно оперировать понятием потерь энергии отнесенных к общему количеству подведенной энергии в производство. В этом случае пользуются понятием коэффициента энергетических потерь, характеризующего долю потерь энергии от общего количество подведенной энергии, например в основное производство. С учетом этого коэффициент полноты использования энергетических ресурсов можно записать в следующем виде:

(2.15)

где – коэффициент энергетических потерь.

2. Уравнение энергетического баланса для фактически реализованного производства, включающего процессы утилизации и обезвреживания отходов:

(2.16)

Коэффициент полноты использования энергетических ресурсов для фактически реализованного производства:

или , или (2.17)

Коэффициент потенциально возможного использования энергии вторичных энергетических ресурсов для фактически реализованного производства:

(2.18)

Коэффициент энергетических потерь для фактически реализованного производства:

(2.19)

3. Уравнение энергетического баланса для достижимого уровня безотходности производства, включающего процессы утилизации и обезвреживания отходов:

(2.20)

Для определения коэффициента полноты использования энергетических ресурсов необходимо учитывать использование энергии потенциального вторичного энергетического ресурса в производстве дополнительного продукта.

Коэффициент полноты использования энергетических ресурсов для достижимого уровня безотходности производства:

или , или (2.21)

В зависимости от уровня использования энергетических ресурсов устанавливаются следующие категории производства: «безотходное», «малоотходное» и «рядовое».

Отнесение производств к определенной категории производится на основании графика (рис. 2.4), по оси абсцисс которого расположена мощность аттестуемого производства, а по оси ординат рассчитанное значение коэффициента полноты использования энергетических ресурсов K_э.

Рис. 2.4. Области значений коэффициента полноты использования энергетических ресурсов K_э, для производств различной мощности (G), соответствующие «безотходной», «малоотходной» и «рядовой» категориям