Энергосберегающие технологии в АПК

Выявление эксплуатационных и режимных потерь в процессах  и установках — первоочередная задача, поскольку их снижение не требует дополнительных затрат, достаточно добиться жесткого соблюдения регламентов производства и энергетической дисциплины, иногда — внедрения простейшей автоматики, например ограничителей холостого хода. Однако полная ликвидация этих потерь практически невозможна, так как для этого требуются идеальные условия производства и состояние оборудования, а также отсутствие пусков, холостых ходов и горячих простоев и т.п.

По данным наблюдений и исследований эксплуатационные и режимные потери составляют 20—30% от суммарного (фактического) расхода энергии в технологических процессах. При соблюдении регламентов и энергетической дисциплины их величина может быть снижена примерно в три раза, а допустимый уровень не должен превышать 7—10% от расхода. Поэтому часть эксплуатационных и режимных потерь неизбежна и должна включаться в технологическую норму энергозатрат.

Оценка энергоиспользования  дается в результате анализа энергозатрат на процесс, установку или любой энергопотребляющий объект. Такой анализ позволяет не только рассчитать КПД и КПИ, но и дифференцированно определить направления энергопотребления по статьям энергозатрат, выявить наибольшие потери и затраты. При этом, вычислив нормативы энергозатрат, можно обосновать реальную норму энергопотребления, отличающуюся от норматива на величину допустимых эксплуатационных и режимных потерь.

АНАЛИЗ  ЭНЕРГОЗАТРАТ.

Анализ энергозатрат на процесс, установку или любой энергопотребляющий объект, может проводиться экспериментальным, расчетным (расчетно-аналитическим) или опытно-расчетным способами. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Экспериментальный способ требует проведения замеров и испытаний технологического и энергетического оборудования, причем оборудование необходимо временно выводить из работы, что затруднительно в условиях производства, особенно для непрерывных технологий.

Расчетный способ требует хорошего знания технологии, четкой, методики анализа для каждого процесса или технологической установки. Проведение аналитических расчетов очень трудоемко и требует выявления большого количества исходных данных. Для облегчения расчетов необходимо применение вычислительной техники, а для получения недостающих данных — проведение испытаний и замеров.

Наиболее  применим комбинированный, опытно-расчетный способ, который обладает достоинствами того и другого, а их недостатки в значительной мере сглаживает. Вопрос лишь в том, что будет преобладать при исследованиях — измерения и испытания или расчеты.

При составлении  балансов рассчитываются все статьи энергозатрат: теоретический, сопутствующий, условно-полезный расходы, нормативные потери в энергоприемнике (потери передачи и трансформации энергии), внутренние выделения энергии в аппарате, приход энергии в установку, количество энергии, переданной из энергоприемника в технологический аппарат, эксплуатационные и режимные потери в энергоприемнике, в технологическом аппарате и суммарные. Иногда, если энергоприемник и технологический аппарат конструктивно не разделены, два энергобаланса сливаются в один.

Расчет теоретического расхода энергии в термических, электро- и термохимических и физических, а также в механических процессах, связанных с перемещением материалов (подъемниках, транспортерах, насосах), ведется по известным физическим формулам и не вызывает затруднений. Для механических процессов, где происходит деформация материала (механообработка, дробление, перемешивание и т.п.), рассчитать теоретически необходимые затраты очень сложно, практически невозможно, поэтому они определяются как разница между величинами мощности, потребляемой установкой под нагрузкой и на холостом ходу.

Анализ энергоиспользования  в механических процессах несколько отличается по составу энергозатрат от термических процессов. При исследовании энергозатрат в механических процессах анализу подвергается система «рабочий механизм—передаточное устройство (редуктор) — двигатель».

Здесь не имеет  принципиального значения, какой  именно механизм приводится в действие: какое используется (и имеется ли оно вообще) передаточное устройство (тип редуктора); какой применен двигатель — электрический (в большинстве случаев), паровая или газовая турбина (в том числе пневмопривод — использующий сжатый воздух) или двигатель внутреннего сгорания. Расчеты должны вестись за час (баланс мощности); за цикл, если механизм работает в периодическом режиме; за год. Начинаются расчеты с определения теоретического расхода энергии. Например, для насосных установок потребляемая мощность (N) рассчитывается по развиваемому напору (Н), расходу перекачиваемого агента (G), КПД насосной установки (ף_н) по формуле:

N=(H*G)/(102* ף_u)

Для других механизмов имеются другие, как правило, более  сложные формулы. Для механических процессов, связанных с деформацией материалов, перемешиванием, измельчением и т.п., существуют эмпирические зависимости, действительные лишь в узком диапазоне значений раз-личных производственных факторов (объемов, твердости материалов, скорости процесса и т.д.).

Тогда, как указывалось  выше, теоретический расход можно определить как разность между мощностью, потребляемой механизмом под нагрузкой — в работе (N), и мощностью холостого хода (N_хх). Действительно, ведь на холостом ходу все затраты энергии направлены на компенсацию различного рода потерь в механизме — трения, вращения движущихся частей (иногда — очень массивных) и др. А в рабочем режиме к этим затратам прибавляется расход энергии на обработку материала. Тогда теоретический расход (N_теор) может рассчитываться по формуле:

 

Nтеор = N-N_xx

При анализе  в механических процессах возникает  возможность разделения сверхнормативных превышений расходов энергии и потерь, т.е. эксплуатационных и режимных потерь по характеру их возникновения — из-за износа или ухудшенного состояния оборудования, эксплуатационных факторов — эксплуатационные потери и из-за отклонений или нарушений в режимах работы — режимные потери. Причем эксплуатационные отклонения практически нельзя устранить, их можно только снизить (примерно в 3 раза). А режимные потери можно ликвидировать полностью, если не допускать отклонений от заданного порядка работы, хотя бы с применением простейшей автоматики — реле времени, ограничителей холостого хода и т.п.

 

Форма анализа  энергозатрат в технологической установке (процессе), использующей механическую энергию

Статьи энергозатрат	Часовой расход		Расход за цикл		Годовой расход
	КВт	%	кВт-ч/ цикл	%	кВт-ч/ год	%
Энергобаланс  рабочего механиэма
Р а с х  о д: 1. Теоретический расход		кпи		кпи		кпи
2. Нормативные потери  холостого хода
3. Эксплуатационные потери
4. Режимные потери
5. Приход — энергия, потребляемая механизмом
Энергобаланс  передаточного устройства (редуктора)
Р а с х о д: 6. Нормативные  потери холостого хода
7. Эксплуатационные потери
8. Режимные потери
9. Приход — энергия на валу двигателя		кэи		кэи.		кэи
Энергобаланс  двигателя
Р а с х о д: 10. Нормативные потери холостого хода
11. Эксплуатационные потери
12. Режимные потери
13. Приход: Всего потребление энергии		100		100		100
14. Всего эксплуатационных  и режимных потерь

Структура энергозатрат показывается в процентах отдельных  статей к общему расходу. При этом процент теоретического расхода  есть коэффициент полезного использования (КПИ) энергии. Для условно-полезного расхода коэффициент эффективного использования (КЭИ). Сумма КЭИ и процента нормативных потерь в энергоприемнике — это коэффициент норматива энергозатрат (КНЭ).

Таким образом, используя приведенную систему показателей энергоиспользования в технологических установках и процессах, можно судить о рациональности использования энергии с помощью КПИ, КЭИ и КНЭ. Если в понятие нормативные потери в энергоприемнике (точнее — потери передачи и трансформации энергии) войдут потери в цеховых и заводских сетях, то КПИ и КЭИ покажут рациональность использования энергии в цехе и на предприятии. Любой из этих коэффициентов, включая КНЭ, представляет собой разность между единицей и суммарной долей потерь энергии ( ):

 

Для вычисления КНЭ берутся суммарные эксплуатационные и режимные потери в технологической установке:

= %Э_экс. 

При расчете КЭИ кроме  этого вычитается также процент нормативных потерь в энергоприемнике:

= %Э_ЭКС + %Этр (в долях единицы), 

 
а для КПИ — еще и процент  сопутствующего расхода (%Э_СОП):

= %Э_ЭКС + %Этр + %Э_СОП (в долях единицы). 

Каждый из этих показателей может быть рассчитан  для фактического и нормативного режимов. При этом для фактического режима принимается полная (фактическая) величина эксплуатационных и режимных потерь (Э_экс), а после нормализации — примерно 1/3 от их фактической величины. И в зависимости от того, какие потери учитываются, может быть вычислена технологическая норма энергозатрат (Э_тех):

Э_тех = Этеор (или Э_нол, или Э_н ) (ед. энергии/ед. продукции). 

Как видно  из изложенных методических принципов  проведения энергоэкономического анализа, здесь требуется довольно обширная исходная информация, которая должна черпаться из справочно-нормативных и паспортных данных по исследуемому виду оборудования, но самое главное — из данных энергетического учета и отчетности или, если в отчетах нужных данных нет, специальных замеров и испытаний оборудования.

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ ПО ЭКОНОМИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

Наиболее  эффективно энергосбережение на предприятиях при комплексном решении технических, технико-экономических и организационных вопросов, относящихся ко всей энергетике предприятия — к системам энергоснабжения и энергоиспользования — и к управлению энергетическим хозяйством. Технико-экономические и организационные проблемы заключены в совершенствовании выполнения функций управления.

Основные  технические проблемы промышленной энергетики и пути их решения на предприятиях заключены в следующих направлениях:

1. Замена оборудования (техническое перевооружение), видов  энергии, энергоносителей, обрабатываемых материалов наиболее выгодными, имеющими лучшие технические, энергетические и технико-экономические показатели.

2. Модернизация  промышленного оборудования, особенно  технологических аппаратов, с повышением полезного использования энергии в них и сокращением потерь, прежде всего энергетических.

3. Интенсификация  производственных процессов с  повышением загрузки технологического оборудования и соответственно снижением удельных энергозатрат на единицу продукции, полупродукта, сырья, обрабатываемого материала, на работу или операцию.

4. Введение  дополнительных устройств — дооборудование технологических энергоиспользующих установок и процессов при улучшенном оснащении, установке дополнительного, в том числе вспомогательного оборудования, приборов и автоматики для оптимизации производства и сокращения удельных энергозатрат.

5. Изменение рабочих параметров оборудования и энергии с целью улучшения технико-экономических показателей производственных процессов.

6. Улучшение  использования энергии внутри  технологических энергоиспользующих  установок, сокращение прямых  потерь и соответственное повышение КПИ.

7. Улучшение использования вторичных энергетических ресурсов.

8. Повышение  надежности энергоснабжения и  работы энергооборудования с целью предотвращения аварийных остановов и простоев, связанных с материальными и энергетическими потерями.

Эти направления относятся к конкретным элементам энергетики промышленного предприятия в системах энергоснабжения и энергоиспользования, где в энергетическое хозяйство предприятия входит все энергоснабжение и частчно энергоиспользование — энергоприемники технологических установок, обслуживаемые энергетиками.

Наиболее  эффективна замена старого оборудования на новое, прогрессивное и экономичное, т.е. техническое перевооружение, затрагивающее основное производство и энергетику предприятия и требующее солидных инвестиций. Другие направления энергосбережения, хотя в большинстве случаев менее эффективны, но и менее капиталоемки, и могут реализоваться собственными силами.

Экономическая сущность технического перевооружения — компенсация физического и морального износа оборудования. Замена изношенного оборудования не требует обоснования, поскольку оно снижает надежность работы, требует повышенных затрат на ремонтное обслуживание и имеет низкие эксплуатационные характеристики. Оценка морального износа значительно сложнее, и замена оборудования по этому показателю требует экономического обоснования. Замене могут подлежать также: