Энергосовет - энергосбережение и энергоэффективность

НП "Энергоэффективный город" представляет портал "Энергосовет" - всё об энергосбережении в интернете

Эта статья опубликована в журнале Энергосовет № 2 (44) за 2016 г

Скачать номер в формате pdf (5851 kБ)

Советы по энергосбережению на промышленных предприятиях



Рубрика: Энергетические обследования и энергоаудит
Автор: В.Н. Игнатьев

В.Н. Игнатьев, руководитель проекта по повышению операционной эффективности и энергосбережению, г. Красноярск


Энергосбережение на производственных предприятиях – это комплекс мероприятий и процедур, направленных на увеличение объема вырабатываемой продукции при постоянном расходе топлива и сырья или снижение энергопотребления при постоянной мощности производства. На промышленных предприятиях вопрос энергосбережения особенно актуален, т.к. затраты на энергоснабжение в производственных компаниях доходят до 50% от общей массы затрат. Многие считают, что традиционные способы энергосбережения в промышленности исчерпали себя.  Однако это далеко не так.

 

Львиная доля энергии в промышленных предприятиях расходуется технологическим оборудованием, которое можно разделить на пять основных групп:

  • потребляющее электроэнергию;
  • потребляющее тепловую энергию;
  • потребляющее технологические газы, в том числе сжатый воздух;
  • использующее оборотную и необоротную воду;
  • использующее твердое, жидкое и газообразное топливо.

 

Инструменты энергосбережения в системах потребления
электрической энергии

Поддержание оптимального значения косинуса фи (cos φ). Параметр косинус фи (cos φ) оказывает значительное влияние на эффективность использования электроэнергии. Его часто называют коэффициентом мощности, потому что при правильной синусодиальности тока эти два значения оказываются идентичными. Этот параметр показывает какая часть из полной мощности активная, а какая реактивная. Если на предприятии нет проблемы с большим объемом конденсаторной нагрузки, реактивная мощность оказывается бесполезной, поэтому для большинства предприятий косинус фи (cos φ) важный параметр, на который необходимо обращать внимание при получении и оплате электрической энергии.

Оптимальная загрузка трансформаторов. При неоптимальной загрузке трансформаторов часть поступающей на предприятие электрической мощности расходуется на холостой ход. КПД недогруженных трансформаторов оказывается значительно ниже паспортных.

Проверка соединений электрических цепей. Для нормальной и экономичной эксплуатации электротехнического оборудования все соединения электрических сетей должны проходить ежеквартальную, а при возможности и ежемесячную проверку. Плохое электрическое соединение является источником повышенного переходного сопротивления – электрических потерь, а также причиной быстрого выхода из строя электрических контактов и может вызывать возгорание.

Обеспечение бесперебойности для чувствительного производства. Обеспечение бесперебойности – способ снижения потерь из-за выпуска бракованного продукта. В зависимости от допустимости перебоев электроснабжения все промышленные предприятия и производственные участки делятся на категории. На предприятиях, в которых прерывание технологических процессов может нести многомиллионные потери, рекомендуется обеспечить электроснабжение предприятия как потребителя особой категории. В этом случае, повышение расходов на электроэнергию в будущем скомпенсируется за счет снижения выпуска бракованной продукции.

Оптимальная загрузка существующего оборудования. Электросиловые установки, уже установленные на промышленных предприятиях, должны загружаться согласно паспортных данных. Недогруз электродвигателей на 10% не дает снижение электропотребления на такую же долю. Поэтому, снижение загрузки электрического оборудования ниже паспортных данных, с большой долей вероятности, потребует большего времени работы данного оборудования и суммарный объем потребленной электроэнергии окажется выше, чем будет при использовании установок с нормальным уровнем загрузки.

Оптимальный подбор электропотребляющего оборудования с оправданным запасом мощности. При проектировании и строительстве новых производственных участков необходимо провести анализ и определить, какой режим работы будет иметь участок и какие технические параметры будут требоваться для электротехнического оборудования. В зависимости от полученных данных оборудование должно подбираться так, чтобы, с одной стороны, обеспечить необходимые технологические параметры в любой период работы, с другой стороны, быть максимально экономичными. Для достижения этих целей необходимо правильно определить экономически оправданный запас электрической мощности проектируемых установок и установить агрегаты с паспортной мощностью, максимально близкой к расчетному.

Использование частотно-регулируемых приводов. Использование частотно-регулируемых приводов в зависимости от цели использования позволяет уйти от нескольких видов потерь:

  • потери за счет большой мощности существующего электросилового оборудования (тогда, когда эффект от лишней мощности гасится на следующих этапах);
  • потери из-за постоянного изменения параметров технологического процесса и невозможности существующего электрического оборудования реагировать на эти изменения (потери неравномерного потребления и пиковых расходов энергии);
  • иные потери из-за неуправляемости электрического оборудования.

Применение электрических двигателей с частотным преобразователем позволяет, во многих случаях, напрямую подстраивать производительность и параметры электропотребляющего оборудования под разные технологические нужды. Эффект получается как за счет снижения суточного электропотребления, так и за счет повышения качества, а значит и цены, товара.

Контроль качества электроэнергии. Для поддержания высоких КПД электроиспользующего оборудоваания промышленных предприятий рекомендуется постоянно отслеживать следующие показатели качества электрической энергии (ПКЭ):

  • отклонение частоты δf;
  • установившееся отклонение напряжения δUу;
  • размах изменения напряжения δU1;
  • дозу фликера (мерцания или колебания) Рt;
  • коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения КU;
  • коэффициент п-й гармонической составляющей напряжения КU(n);
  • коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2U';
  • коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последо­вательности К0U;
  • глубину и длительность провала напряжения δUn, ∆tn;
  • импульсное напряжение Uимп;
  • коэффициент временного перенапряжения КлерU.
  • Отклонение любого из этих параметров снижает КПД электропотребляющего оборудования и срок их службы, повышает искажения измерительных приборов и повышает вероятность возникновения нештатных остановов и простоя.

 

Инструменты энергосбережения в системах потребления
тепловой энергии

Тепловая энергия, наравне с электроэнергией, занимает ведущую роль в общем объеме энергопотребления промышленных предприятий. Она является двигателем и рычагом управления многими технологическими процессами, а также единственным способом создания комфортных рабочих условий для персонала.

В технологических целях тепловая энергия используется в теплообменниках, ректификационных, абсорбционных и других колоннах, в реакторах с рубашкой и других аппаратах. Известно, что в каждом отдельном аппарате теплопередающая поверхность имеет свою уникальную конструкцию. Но вне зависимости от конструкции (если руководство предприятия нацелено на эффективное и долгосрочное использование оборудования) все теплопередающие поверхности должны быть максимально чистыми от солевых, углеродных, полимерных и других наслоений. Все теплопередающие поверхности изготавливаются из материалов, обеспечивающих максимальную скорость теплообмена. Появление на теплопередающих поверхностях ржавчины, накипи, закоксовавшегося углерода и пека многократно снижают скорость теплообмена в технологических аппаратах. Результатом несвоевременной очистки теплообменников становятся снижение производственной мощности предприятия либо неоправданное увеличение количества технологического оборудования. Оба случая приводят к снижению выручки и чистой прибыли предприятий.

Кроме чистых теплопередающих поверхностей, технологическое оборудование, потребляющее тепловую энергию, должно иметь:

  • хорошую теплоизоляцию, т.к. плохая изоляция – прямой источник тепловых потерь;
  • оптимальную материалоемкость, т.к. повышенные габариты – это всегда повышенные тепловые потери в атмосферу и потери на разогрев;
  • правильно рассчитанные или подобранные величины технологических потоков, участвующих в теплообменных процессах;
  • качественный теплоноситель (очищенная, обессоленная, деаэрированная вода или другая среда).

Все перечисленные выше пункты влияют не только на теплопотребление производственного предприятия, но и на объем и качество выпускаемой продукции.

 

Инструменты энергосбережения
в системах потребления технологических газов, в том числе сжатого воздуха

Технологические газы, используемые в технологическом оборудовании, могут нести разные функции:

  • участие в химических процессах;
  • изоляция взрывоопасных и иных веществ;
  • функцию перемешивания и транспортировки;
  • функцию нагрева и охлаждения и др.

Большой потенциал энергосбережения имеют участки, на которых газы используются для перемешивания и транспортировки жидких и сыпучих материалов. Часто, в установках, использующих сжатый воздух, потребляют газ в объемах, превышающих нормативные.

Крупными потребителями электрической энергии являются компрессорные установки. Многие предприятия используют компрессоры для сжатия атмосферного воздуха. Воздух примечателен тем, что его расход никак не влияет на экологическую обстановку и часто остается бесконтрольным. Из-за плохого регулирования расхода сжатого воздуха и невозможности регулировать давление газа, иногда из-за упущения инженерно-технического состава предприятия, компрессорные станции потребляют энергии значительно больше, чем могли бы потреблять.

Так по результатам обследования нескольких промышленных предприятий выяснилось, что большая доля сжатого воздуха используется не по назначению. Это связано, наверно, с тем, что у людей сформировывалось ложное мнение, что сжатый воздух ничего не стоит и его можно не экономить. На самом же деле 1 м3 сжатого воздуха в европейской части России стоит примерно 0,5 руб., в Северных районах и удаленных районах Сибири значительно дороже, и ложится ощутимой статьей затрат на бюджет предприятия.

Также было обнаружено, что давления сжатия многих компрессоров значительно выше требуемых давлений. Из-за неоптимального подбора компрессоров по давлению многие предприятия несут большие убытки.

Из-за перерасхода сжатого воздуха и совершения лишней работы электропотребление большинства компрессорных станций оказывается на 30% больше практически достижимого электропотребления. По самым скромным подсчетам убытки обследованных предприятий составили не менее 50 млн руб. в год.

 

Инструменты энергосбережения в системах, использующих оборотную
и необоротную воду

Наиболее часто для нагрева и охлаждения технологического оборудования используют очищенную воду, строят системы оборотного водоснабжения. Статистика по промышленным предприятиям России такова, что большая часть компаний не уделяют должного внимания подготовке воды для оборотного водоснабжения и последующему поддержанию ее качества. Убытки, связанные с недооценкой важности технологии водоподготовки, носят скрытый характер. Ущерб начинает проявляться через 2-3 года, а максимальные затраты компания, которая построила систему водоснабжения нерационально, начинает нести в середине срока эксплуатации системы.

Вода используется на всех без исключения предприятиях и является еще одним видом потребляемых ресурсов. При оценке эффективности использования водных ресурсов, необходимо уделять внимание доле объемов оборотного водоснабжения. Чем меньше воды покупается или добывается на технологические и иные нужды, тем больше средств экономит предприятие.

При оценке систем водоснабжения необходимо оценить эффективность работы насосных установок. Оптимальный процесс перекачивания воды тот, при котором насос используется при наибольшем КПД, т.е. гидравлическое сопротивление трубопровода, местные сопротивления после насоса и статический напор водопровода в сумме равны напору, при котором электрический КПД насосной установки наибольший. Если руководство предприятия ставит цель использовать энергетические ресурсы эффективно, то надо исключить практику регулирования напора насосов прикрытием задвижек. Опыт показывает, что за счет правильного подбора напора насосных установок можно экономить до 30% электроэнергии.

В кольцевых системах водоснабжения большой потенциал энергосбережения (до 50%) может быть достигнут за счет определения фактического и поддержания потребного расхода воды; установки насосов, максимально соответствующих требуемому расходу и напору. Так на одном предприятии было обнаружено, что 75% питательной воды, подаваемой насосом-питателем, возвращается обратно на всасывание насоса и циркулирует в постоянном режиме. После установки насоса требуемого напора и производительности экономия электроэнергии составила 50% от первоначального электропотребления насоса.

Еще одним способом экономии в системах водоснабжения, график разбора в которых имеет непостоянный характер, является использование гидроаккумуляторов и напорных емкостей. В таких системах гидроаккумулятор и напорная емкость поддерживают давление в системе водоснабжения, благодаря чему насос включается только после разбора определенного количества воды. На одном предприятии Москвы, за счет установки гидроаккумуляторов, продолжительность работы насоса удалось снизить в 4 раза.

 

Инструменты энергосбережения в системах, использующих твердое,
жидкое и газообразное топливо

Энергетические установки, использующие в качестве топлива природный либо иной газ, имеют более высокие КПД, чем котлы и печи на твердом и жидком топливе. При редуцировании газообразного топлива из магистралей среднего и высокого давлений необходимо задуматься, не экономичнее ли вместо клапана постоянного давления установить турбодетандерную установку и превращать в работу энергию, которую много километров от газоредуцирующей станции затратили компрессоры. Турбина с цельнолитым или разъемным рабочим колесом является относительно несложным конструктивным устройством, уже давно выпускаются турбореактивные двигатели размером со спичечную коробку. При установке турбодетандерных генераторов большинство ГРС промышленных предприятий можно перевести на электрическое самообеспечение.

Еще один способ экономии при использовании газообразного топлива – поддержание нормального стехиометрического соотношения количества топлива и воздуха для горения – окислителя. Правильный расход воздуха можно подобрать, изменяя производительность дутьевых вентиляторов и замеряя состав отходящих дымовых газов. Для большинства газовых котлов и печей рекомендуемый коэффициент избыточной подачи воздуха составляет 5-6%.

При использовании жидкого топлива необходимо уделить пристальное внимание входному контролю качества топлива. Практика показывает, что некоторые поставщики дизельного и иного топлива не выдерживают нормальные показатели по составу топлива и зачастую жидкое топливо содержит низкосортные примеси. Это приводит к тому, что расход топлива значительно увеличивается, оборудование, рассчитанное под определенное качество топлива, выходит из строя раньше гарантийного срока. Поэтому, в рамках энергосбережения, на промышленных предприятиях целесообразно организовывать пункты оперативного контроля качества входного топлива с передачей данных энергетикам предприятия.

Твердое топливо в России больше всего используется в регионах, расположенных за Уралом. В Сибирских и Дальневосточных регионах часто можно увидеть дымовые трубы, покрывающие близлежащие площади обильным слоем выдуваемого твердого топлива. Это случается при использовании низкосортного мелкофракционного угля в топках слоевого сжигания, а также при неправильной подаче воздуха в зону горения котлов. При слоевом сжигании мелкофракционный уголь ложится относительно плотным слоем на колосниковую решетку и запирает пути доступа воздуха для горения. Объем воздуха, нагнетаемый вентиляторами, находит наименее плотные участки слоя угля и большим потоком устремляется через них, унося частицы мелкого несгоревшего угля. Черный дым из труб – не что иное как смесь продуктов неполного сгорания угля и вынесенных частиц топлива.

Твердое топливо, кроме уноса в дымовую трубу, может иметь большую долю несгоревшего углерода в шлаке и золе. Суммарный механический недожог мелкофракционного топлива может достигать 20%. Пятая часть топлива в этом случае выбрасывается в шлакоотвал и приносит дополнительные расходы без отдачи эффекта.

Для снижения недожога в твердотопливных котлах и печах можно применить технологию предварительного брикетирования топлива. Предварительное брикетирование – получение сортового топлива из низкосортного – топливного отхода.

Использование твердого топлива, прошедшего предварительную подготовку, позволяет снизить унос топлива в дымовую трубу, минимизировать провал топлива сквозь решетку, обеспечить нормальный процесс горения. Это наиболее экономичный способ достижения проектных мощностей котельных со слоевым сжиганием топлива, первоначальное качество которого очень низкое.

Брикетирование мелкосортного каменного угля, кроме снижения затрат на энергоресурсы, снижает и необходимость выплаты штрафов за загрязнение окружающей среды. В последние годы это особенно актуально.

 

Заключение

Обобщая перечисленные примеры, хочется сказать, что без значительных капиталовложений и закупки новых технологий, промышленные предприятия можно оптимизировать за счет нетрадиционного подхода к вопросу энергосбережения. Энергосбережение нельзя рассматривать отдельно от технологических процессов – эффективность производства необходимо оценивать не только с позиции достижения количественно-качественных показателей выпускаемой продукции, но и с точки зрения энергоэффективности ведения технологических процессов. На предприятиях, построенных более 15 лет назад, большинство процессов можно выполнять на 15-20% эффективнее, не снижая качества продукции. В зависимости от характера производства и технического совершенства промышленного предприятия внедрение инновационных энергосберегающих мероприятий может дать от 5 до 30% экономии энергоресурсов.

Рекомендуемые инструменты уже были внедрены на предприятиях разных направлений промышленности и показали свою универсальность.

 

12 ПРАВИЛ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ, ИЛИ ЧТО НУЖНО И ЧТО НЕ НУЖНО ДЕЛАТЬ
ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ, СВЯЗАННЫХ С НЕСОВЕРШЕНСТВОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

  1. Занимайся совершенствованием энергетического хозяйства только в том случае, когда эта работа может дать, в конечном счете, существенный экономический либо экологический эффект.
  2. Определи, какие потери эксергии в данном объекте могут быть устранены (технические), а какие нет (собственные). Занимайся только первыми и не трать время на вторые.
Это правило, разумеется, не относится к случаю, когда производится радикальная замена объекта на новый, более совершенный.
  1. Избегай использования как очень малых, так и очень больших разностей температур при теплопередаче.

Первые приводят к необходимости значительно увеличивать рабочие поверхности аппаратов, вторые – к большим потерям эксергии. В первом приближении оптимальные разности температур между потоками должны быть пропорциональны средней абсолютной температуре.

  1. Старайся свести к минимуму, а еще лучше исключить смешение потоков с разными температурами, давлениями или (и) концентрациями.

Иногда это трудно сделать без радикального изменения технологии, например, при смешении кислорода с воздухом для обогащения доменного дутья, в других случаях цель может быть достигнута путем небольших изменений.

  1. По возможности используй противоточные, а не прямоточные процессы, как при теплопередаче, так и массопередаче и химических реакциях. При противотоке потери эксергии всегда меньше.
  2. Не сбрасывай высокотемпературные потоки – как вещества (жидкость или газ), так и тепла в окружающую среду; то же относится и к потокам с температурой существенно ниже, чем в окружающей среде.

Лучше найти или создать потребителя (в своем хозяйстве или поблизости), нуждающегося в нагреве или охлаждении своих объектов. Таким путем можно в максимальной степени использовать полезный интервал температур потока.

  1. Не забывай, что практически каждое изменение в любом месте технологической цепочки сказывается на характеристиках других ее звеньев. Нужно следить за тем, чтобы улучшение характеристик в одном месте не вызвало большего ухудшения в другом.

В результате такого взаимодействия может произойти снижение эффективности системы в целом.

  1. Помни, что стоимость эксергии всех видов тем больше, чем дальше расположен данный участок технологической цепи от ее начала (входа). Поэтому экономия в 1 кВт•ч в заключительных звеньях системы приведет к большему снижению общих затрат, чем экономия многих кВт•ч на начальных участках.
  2. Обращай главное внимание на потери тех видов энергоносителей, которые обладают наиболее высокой эксергией: электроэнергия, высокотемпературные или низкотемпературные потоки (водяной пар высоких параметров, жидкие кислород и азот, сжатый воздух и т. д.).
  3. Старайся по возможности использовать природные эксергетические ресурсы (солнечное излучение, ветер, низкую температуру воздуха в зимние месяцы и т. д.).
  4. Рационально используй временные «провалы» в потреблении электроэнергии – не только непосредственно в производстве продукции, но и для аккумулирования эксергетических ресурсов (тепла, сжатого воздуха и др.).

Примечание. Работы по пунктам 1–11 могут дать нужные результаты, только если все мерить, учитывать и контролировать.

  1. Будь осторожен с рекламой и предложениями новых «сверхэффективных» процессов, машин и систем. Тщательно проверяй их, особенно в тех случаях, когда авторы ссылаются на высокие научные авторитеты или, напротив, ниспровергают их.

Д.т.н. В.М. Бродянский, профессор, Московский энергетический институт

 

Все статьи рубрики Энергетические обследования и энергоаудит

Статьи по темам

Архив номеров

Выпуски за 2009 год: №1 (1), №2 (2), №3 (3), №4 (4), №5 (5),

Выпуски за 2010 год: №1 (6), №2 (7), №3 (8), №4 (9), №5 (10), №6 (11), №7 (12), №8 (13),

Выпуски за 2011 год: №1 (14), №2 (15), №3 (16), №4 (17), №5 (18), №6 (19),

Выпуски за 2012 год: №1 (20), №2 (21), №3 (22), №4 (23), №5 (24), №6 (25),

Выпуски за 2013 год: №1 (26), №2 (27), №3 (28), №4 (29), №5 (30), №6 (31),

Выпуски за 2014 год: №1 (32), №2 (33), №3 (34), №4 (35), №5 (36), №6 (37),

Выпуски за 2015 год: №1 (38), №2 (39), №3 (40), №4 (41), №5 (42),

Выпуски за 2016 год: №1 (43), №2 (44) , №3 (45), №4 (46),

Выпуски за 2017 год: №1 (47), №2 (48), №3 (49), №4 (50),

Выпуски за 2018 год: №1 (51), №2 (52), №3 (53), №4 (54).


Rambler's Top100

Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
Тел.(495) 360-76-40 E-mail:
© Портал ЭнергоСовет.ru - энергосбережение, энергоэффективность, энергосберегающие технологии 2006-2019
Возрастная категория Интернет-сайта 18 +
реклама | карта сайта | о проекте | контакты | правила использования статей