Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Энергосбережение в литейном производстве
В настоящее время в России неэффективно используется 40-60% топливно-энергетических ресурсов, учитывая, что практически 50% этих ресурсов потребляется промышленностью то очевидно, что потенциал экономии энергии достаточно значителен. Следует также учитывать, что энергоемкость промышленности в России в 4 раза выше, чем в Японии и в 3 раза выше, чем в Европе и в США.
В настоящее время вопросы экономии энергоресурсов реализуется по следующим направлениям:
1. повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов
2. снижение удельной энергоемкости технологических процессов и оборудования
3. разработка обоснованных и оптимальных норм расхода энергоносителей
4. использование сбросовой энергии
5. разработка мероприятий по сокращению потерь в линиях передачи энергии
В настоящее время глобальная энергетическая картина выглядит следующим образом.
Основные термины и определения в области энергосбережения
Топливно-энергетический ресурс – это совокупность всех природных и переработанных видов топлива и энергии используемых в промышленности и хозяйственной деятельности.
Энергосбережение – это реализация правовых, организационных, научно-производственных и технико-экономических мероприятий, направленных на эффективное использование топливно-энергетических ресурсов и вовлечение в промышленный и хозяйственный оборот возобновленных источников энергии.
Возобновляемые источники энергии – это источники, которые могут возобновляться за счет физико-химических процессов природного происхождения, к ним относятся энергия солнца, ветровая энергия, энергия движения воды, внутреннее тепло земли.
Вторичный энергетический ресурс – это ресурс, полученный в виде побочного продукта основного производства.
Показатель энергетической эффективности объекта – это количественная характеристика уровня потребления ТЭР при создании продукции или при реализации процесса, он может быть выражен в виде абсолютного или относительного показателя.
Нормативный показатель энергетической эффективности – это количественная характеристика необходимого энергопотребления установки в нормативной документации.
Показатель энергосбережения – это объемы энергии, планируемые к сокращению в результате разработки мероприятий по энергосбережению или сокращаемые в результате реализации этих мероприятий.
Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов – это достижение максимальной эффективности использования ТЭР при существующем уровне развития техники и технологии с учетом сохранения или уменьшения вредного влияния на окружающую среду.
Нерациональное использование ТЭР – это расход энергоносителей для производства или бытовых нужд, при анализе которого выявлены резервы для экономии ТЭР.
Экономное расходование ТЭР – это постоянное сокращение расхода энергоносителей, которое выражается в снижении удельного расхода ТЭР на производство единицы продукции.
Основными путями экономии расходов является:
Норматив – это предельное значение показателей расходов ТЭР при заданной технологии и использовании оборудования. Нормативы устанавливаются специальной комиссией с учетом технического паспорта на оборудование и эти нормы должны быть записаны в нормативных документах. Для нормирования различных ТЭР вводятся специальные единицы нормирования, например для тепловой энергии такой единицей будет являться условное топливо.
Краткая характеристика технологических потребителей энергоносителей
Около 50% топлива и примерно треть электроэнергии в литейном производстве используется не в первоначальном виде, а перерабатывается в другие виды энергоносителей. Любое превращение энергии приводит к её потере, а, соответственно, одним из способов эффективного использования энергоресурсов является сокращение числа преобразований источников энергии.
Все энергетические процессы можно разделить на силовые, тепловые, электрохимические, электрофизические, а также бытовые нужды и освещение. К силовым относят процессы, преобразующие какую-либо энергию в механическое движение, к тепловым относят процессы, протекающие при определенной температуре, они в свою очередь делятся на высокотемпературные, низкотемпературные, криогенные. Высокотемпературные протекают при температуре свыше 600ºС и делятся на термические и термохимические. Среднетемпературные процессы протекают от 200ºС до 600ºС. Низкотемпературные от –200ºС до 200ºС. Криогенные ниже –200ºС.
Электрохимические процессы протекают при химических процессах.
Большинство энергетических процессов реализуется с использованием различных энергоносителей. В приведенной таблице показано использование различных энергоносителей для конкретных энергетических процессов.
|
Энергоносители |
||||||
|
Энергетические процессы |
электричество |
пар |
Горячая вода |
топливо |
||
|
газовое |
жидкое |
твердое |
||||
|
Силовые |
+ |
+ |
- |
+ |
+ |
- |
|
Тепловые Высокотем-пературные |
+ |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
|
Тепловые Средне и низкотемпературные |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
Электрохимические и электрофизические |
+ |
- |
+ |
- |
- |
- |
|
Бытовые нужды |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
Анализ таблицы показывает, что практически все энергетические процессы используют больше энергоносителей, поэтому задача сбережения энергоресурсов должна решаться комплексно.
В общем случае характеристика потребления энергоносителей определяет вызовы производства и схему технологического процесса. В настоящее время существует три вида таких технологических схем.
1. Структурная схема литейного цеха имеющего один технологический поток.
2. Цех имеющий несколько технологических потоков из которых выпускаются отливки из одной марки сплава.
3. Цех имеющий несколько технологических потоков каждый из которых выпускает отливки из нескольких марок сплава и имеет отдельное открепление.
Одним из основных энергоносителей в современном литейном цехе является электроэнергия, состав ее потребителей определяется типом сплава, видом применяемого оборудования и типом производства. Можно применять следующее процентное соотношение потребляемой мощности различным оборудованием. Основным потребителем электроэнергии является плавильный агрегат, индукционные тигельные печи потребляют от 35 до 75%.
Индукционные - канальные печи 10-25%
Дуговые печи 20-60%
Печи сопротивления 10-50%
Потребители, которые используют силовую электроэнергию
Формовочные линии 2-5%
Смесеприготовительное оборудование 1,5-7%
Воздуходувки и вентиляторы 2-15%
Сушильные агрегаты 0,5-8%
Крановые оборудования 0,5-2,5%
Прочее транспортное оборудование 2-8%
Прочее энергопотребление 2-10%
Освещение от 3 до 12%
Энергетические балансы оборудования цехов и предприятий
Энергетический баланс – это полное количественное соответствие между расходом и приходом энергии. Различают следующие виды энергетических балансов: по назначению выделяют отчетный и плановый (на расчетных данных), по виду энергоносителя выделяют энергетические балансы топлива, воды, пара и других энергоносителей, по объемам потребляемой энергии выделяют энергетический баланс оборудования, энергетический баланс участка цеха, энергетический баланс цеха в целом, энергетический баланс предприятия.
Существует два способа составления энергетических балансов расчетный и экспериментальный.
Расчетный предусматривает определение всех расходных и приходных статей баланса по специальным формулам с использованием нормативных характеристик.
Экспериментальный метод основан на проведении специальных исследований по определению всех видов энергетических потерь, он используется при внедрении новых технологий и при отработке новых технологических процессов, т.е. в тех случаях, когда отсутствует методика расчетного составления баланса.
Нормирование удельных расходов энергоносителей
Удельные расходы определяются (нормируются) в соответствии с паспортными показателями оборудования, но при этом, особенно если используются различные виды энергоносителей, их необходимо перевести в единицы условного топлива.
Удельные расходы энергоносителей определяются либо на единицу произведенной продукции либо на тонну годного металла. При расчете удельного расхода необходимо рассчитывать следующие его статьи:
Для большинства технологических операций и энергетического оборудования допустимые удельные расходы энергоносителей регламентируются соответствующими документами, это могут быть отраслевые документы или нормативы предприятия, цеха.
Такие нормативы определяются исходя из средних расчетных значений с последующей их корректировкой с помощью экспериментальных работ.
Нормирование абсолютных расходов электроэнергии
Абсолютный расход энергоносителей можно определить по следующей зависимости:
Е=eуд·П
eуд – удельный расход
П – выпуск продукции
В качестве удельного расхода можно использовать плановую (расчетную) или фактическую величину, при этом получить два абсолютно разных расхода при фактической Е.
Сравнивая эти величины можно определить наличие перехода или экономии энергии, также при анализе расчетного и фактического расходов необходимо выявить и количественно определить факторы влияющие на величину расхода. Все эти факторы можно разделить на две группы.
К независящим относятся технологические параметры: пар, температура плавки, температура выдержки, тип применяемого оборудования, марка сплава, вид смеси, качество исходных материалов, параметры вспомогательного оборудования.
К зависящим относятся: степень загрузки оборудования, длительность загрузки и выгрузки, режим работы оборудования (непрерывные или периодические), качество изоляции для уменьшения потерь.
Наиболее значимыми являются степень загрузки оборудования, режим работы оборудования и степень износа оборудования, определение оптимального значения оптимизации оборудования. Это соотношение производительности к потребляемой мощности
Пример.
Сталеплавильный участок.
Норма расхода
Ет=Σeудi·ni+E1+E2
eудi – удельный расход энергии,
ni – производительность,
E1 – расход электроэнергии на запуск и ремонт печей,
E2 – расход электроэнергии связанный с планированием и простоями для ремонта печи.
Расходы Е1 и Е2 могут быть существенно снижены за счет рациональной организации технологического процесса.
|
Статьи баланса |
У, кВт·ч |
Е, % |
|
Операции плавки |
68236 |
90,25 |
|
Обработка стали |
239 |
0,32 |
|
Модифицирование, рафинирование, разливка стали |
956,5 |
1,28 |
|
Охлаждение заготовок (вентиляция) |
1541,5 |
2,04 |
|
Водоподготовка |
2943 |
3,89 |
|
Подъемно-транспортные операции |
160,5 |
0,21 |
|
Цеховая вентиляция |
1428 |
1,89 |
|
Прочие потери |
99,5 |
0,12 |
|
Итого |
75603 |
100 |
Анализ таблицы показывает, что основные статьи расхода это плавка и водоподготовка (охлаждение плавильного агрегата), поэтому необходимо провести более тщательный анализ операции с целью выявления пределов экономии резервов электроэнергии.
Для большинства технологических установок литейных цехов зависимость расхода энергоносителей от производительности имеет минимальный характер.
eуд=A0+A1П
Е= A0+ΣA1iПi+δ,
т.е. при известной производительности можно использовать расход энергоносителя для этого необходимо знать коэффициент регрессии их значения приводятся в справочниках литературе для различного оборудования.
δ - характеризует величину отношения фактического расхода рассчитанная по уравнению регрессии
Зная количество величины δ мы можем более правильно оценивать потребное количество энергоносителей.
Определение абсолютных расходов электроэнергии позволяет составлять обоснованную заявку на энергоносители на планируемый период, кроме того, проведение ежегодных подобных расчетов дает основание для необходимой разработки мероприятий по экономии энергоресурсов.
Показатели эффективности использования энергоресурсов
η=Еu/Еn*100%
Еu- используемая энергия
Еn- подведенная энергия
Если в технологическом процессе используется различное количество энергоносителей, то для каждого из них определяется общий КПД
ηi= Еui/Еni → η=Σ ηiεi
где εi – доля энергоносителем в общем количестве энергобаланса рассматриваемой установки
η ен=Qn+Qв/Qт+Qp+ΣQпр
Qn – полезное тепло
Qв – тепло вторичных энергетических ресурсов
Qт – тепло вносимое топливом
Qp – тепло экзотермических реакций
ΣQпр – сумма энергий подводимых другими источниками
Бывает два типа плавильных агрегатов. Для плавильных печей будет определяться как:
Qnn=Q1-Q2+Q3
Q1 – тепло необходимое для проведения технологических операций
Q2 – тепло материалов садки
Q3 – тепло эндотермических реакций
Qтn=Q1-Q2
В целом общий КПД процессов находится в следующих пределах высокотемпературные процессы от 25 до 65%
Средне низкотемпературные тепловые процессы от 40 до 85%
Силовые от 20 до 40%
Электрофизические электрохимические около 20%
Освещение от 10 до 40%
По возможности устранения потерь их классифицируют на неизбежные и технические. Неизбежные - это те, которые невозможно установить без радикального устройства процесса.
Технические - сложно снизить при имеющейся технологии.
Основные направления энергосбережения
Решение задачи энергосбережения на промышленном предприятии невозможно без разработки стратегии и направлений энергосбережения, решающих задачи внедрения систем контроля и учета энергоресурсов; развития собственных энергоисточников на предприятии; утилизации вторичных энергоресурсов; создания АСУ-энерго для минимизации энергозатрат; разработки режимов рационального энергопотребления; внедрения энергосберегающих технологий и оборудования.
Большое значение имеет возвращение вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) непосредственно в технологический процесс и использование утилизируемой энергии для выработки энергетических ресурсов (электроэнергии, пара или горячей воды). Накопленный и нереализованный потенциал энергосбережения в части утилизации ВЭР на отечественных предприятиях высок. Например, энергетические затраты в себестоимости металлопродукции у нас составляют 30–35 %, а на аналогичных предприятиях Европейского союза 18–22 %. Себестоимость электрической энергии, вырабатываемой собственными энергетическими мощностями, в 2–3 раза ниже, чем стоимость из региональной энергосистемы.
Для повышения энергоэффективности следует добиваться наибольшей производственной загрузки предприятия. Чем ближе загрузка предприятия в целом, отдельных его производств или оборудования к расчетно-проектной, тем ниже удельные расходы электроэнергии в расчете на единицу продукции. Трудно в современных экономических условиях добиться постоянной и полной загрузки оборудования. Во всяком случае это требует по-другому организовать электропотребление и включает: снижение общезаводских расходов электроэнергии; замену недогруженного оборудования; разработку энергосберегающих режимов при простое оборудования или отключении; применение более энергоэффективного оборудования, с меньшими непроизводительными расходами и, главное, постоянный контроль показателей электропотребления, энергетический мониторинг.
Варианты сценариев изменения общего (числитель) и удельного (знаменатель) расходов электроэнергии W
Способы и оборудование для утилизации и вторичного использования отходящей теплоты
Необходимость утилизации обусловлена 4 основными причинами:
По ценности отходящая теплота разделяется на три категории:
Высокотемпературная сбросовая энергия в обязательном порядке нуждается в переработке и дальнейшем использовании в зависимости от категории отходящей теплоты. Ее используют для различных целей высоко и среднетемпературную энергию используют для получения промышленного пара для сушки и подогрева воздуха подаваемого в горелки или в рабочую зону тепловых агрегатов для других технологических целей для получения электроэнергии в газогенератор.
Низкотемпературную энергию чаще всего используют в бытовых целях. Можно выделить следующие методы утилизации отходящей теплоты:
В общем случае применяются две схемы утилизации отходящей теплоты.
Замкнутая схема
Холодный воздух
1 2
3
1. первичный энергоподвод топлива либо электроэнергии
2. теплота отходящих газов
3. вторичные энергоресурсы
Разомкнутая схема
Для технологических
нужд
Для бытовых нужд
- первичный энергоподвод
- тепло отходящих газов
- вторичные энергоресурсы различного уровня
Энергетический мониторинг
Цель энергетического мониторинга – выявление эффективных и неэффективных трат энергоресурсов. Необходимость проведения такого мониторинга усугубляется высокими ценами на энергетические ресурсы, а также отрицательным воздействием выбросов энергоресурсов на окружающую среду. Для проведения мероприятий необходимо использовать соответствующую систему и методологию которые включают в себя 5 основных элементов:
Целью обратной связи является не только своевременная корректировка технологических процессов, но и использование методов стимулирования исполнительных работников при решении вопросов по снижению энергозатрат.
Эффективная система мониторинга может быть достигнута только при использовании соответствующего компьютерного обеспечения, которое позволяет оперативно обнаружить и устранить причины потерь энергоресурсов.
Наиболее оптимальным интервалом мониторинга является недельный , который
- во-первых, позволяет собрать достаточные статистические данные
- во-вторых, позволяет учитывать потери на выходные дни
- в-третьих, является достаточно оперативным.
Кроме выявления потерь энергоресурсов в результате мониторинга могут быть получены новые нормативные характеристики удельного расхода энергоносителей в зависимости от объема выпускаемой продукции и ее номенклатуры.
Для выполнения работ по мониторингу энергозатрат необходимо уметь разрабатывать принципиальную технологическую схему отдельных процессов (операций ) или процесса в целом по заданному цеху.
Комплексный подход к сокращению электропотребления
Для решения проблемы электросбережения возможно выделить два основных направления:
1) снижение себестоимости потребленной электроэнергии;
2) сокращение электропотребления.
Первое связано с совершенствованием тарифов на электроэнергию, широким использованием собственных электростанций, в т. ч. и малой энергетики, регулированием графиков электрических нагрузок предприятия. Второе направление определяется: разработкой научно обоснованных прогрессивных норм расхода электроэнергии и прогнозных моделей, учитывающих основные факторы, влияющие на электропотребление; использованием оперативного контроля электропотребления; применением современных электротехнологий; модернизацией электрооборудования с использованием современных средств управления.
Сокращение электропотребления из энергосистемы достигается: оптимизацией режимов электропотребления, снижением максимумов активной и реактивной мощности предприятия, внедрением мероприятий по выравниванию графиков нагрузки. В связи с неравномерным характером графика нагрузок появляется необходимость регулирования электропотребления в часы максимума нагрузок энергосистемы путем изменения режима работы потребителей для снижения максимальной получасовой мощности предприятия.
На рис. 2 приведены регулируемый график в часы (9–11 и 20–23 ч) прохождения максимума нагрузки в энергосистеме одного предприятия 1 и пол-ностью регулируемый график 2 нагрузки другого (полезно оценить регулировочные возможности и возможное снижение платы за электроэнергию).
Поскольку возможности регулирования у каждого цеха (агрегата) различны, все потребители-регуляторы условно можно разделить на следующие группы:
1) технологический процесс одинаков для каждого цикла (смены), но
изменением времени начало-конец цикла можно максимальной нагрузкой
уйти с часов прохождения максимума на время, где допустима вдвое боль-
шая нагрузка (ночь – см. рис. 2);
2) технология непрерывна и несдвигаема, но продукция различна по электроемкости, а сам процесс регулируем по интенсивности;
3) технология допускает прерывание (остановку) такую, что экономия оплаты за электроэнергию перекрывает существенно некоторые неудобства;
4) цехи свободны от технологических ограничений на снижение нагрузки.
Отсутствие возможности регулирования скорости механизмов не позволяет обеспечить режим рационального энергопотребления при снижении технологических нагрузок, поэтому появилась необходимость в реконструкции электроприводов переменного тока. Учитывая высокую стоимость реконструкции регулируемых электроприводов, целесообразно выделить три уровня регулировочных возможностей:
1) реализация управляемого пуска («мягкий пуск») с ограничением динамических моментов и пусковых токов, что позволяет производить отключения в результате вынужденных и плановых простоев;
2) создание ступенчатого регулирования скорости, обеспечивающего экономичные режимы работы;
3) плавное регулирование частоты вращения двигателя с высокой точностью и в широком диапазоне.
Первые два уровня могут дать ощутимый эффект при незначительных затратах и использовании тиристорных преобразователей постоянного тока, освобождаемых в результате реконструкции ряда цехов.
Совершенствование работы общепромышленных систем и оборудования
К общепромышленным системам и оборудованию, имеющимся практически на каждом предприятии, относят компрессоры, системы вентиляции и водоснабжения, подъемно-транспортное оборудование, системы освещения и некоторые другие.
Компрессоры. По принципу действия компрессоры подразделяют на два класса. В лопаточных машинах (центробежных, осевых, диагональных, комбинированных) сжатие воздуха осуществляется центробежными или осенаправленными силами при вращении рабочих колес со специальными лопатками. В объемных компрессорах (поршневых, ротационных, винтовых) воздух сжимается в результате уменьшения объема. Наибольшее распространение в промышленности получили поршневые компрессоры, подразделяющиеся, в свою очередь, по числу ступеней сжатия на одноступенчатые, двухступенчатые, дифференциального действия и многоступенчатые. Рабочими телами в компрессорах могут быть воздух, кислород, азот, водород, аммиак, окись углерода и другие газы. Повышение эффективности электроснабжения при производстве сжатого воздуха связано с совершенствованием конструкций и эксплуатации компрессоров, рациональным распределением, транспортировкой и использованием сжатого воздуха.
Системы вентиляции. Повышение эффективности электроснабжения систем вентиляции связано с совершенствованием конструкции вентиляторов и регулированием их производительности. Изменение угла установки лопаток колес обеспечивает до 6–10 % экономии энергии. Сопоставление различных способов регулирования приведено в табл. 1. Наиболее эффективным по сравнению с указанными способами является применение многоскоростных электроприводов, позволяющее экономить до 20–30 % энергии.
Таблица 1
Сопоставление различных способов регулирования
Системы водоснабжения. В соответствии со структурой имеются резервы экономии энергии в системах производственного водоснабжения, связанные с работой насосных установок, сетей и потребителей воды. В зависимости от относительной величины свежей воды, поступившей в систему, существуют системы с прямоточным или последовательным использованием воды, системы оборотного водоснабжения, а также системы смешанного водоснабжения.
Подъемно-транспортное оборудование. К мероприятиям по энергосбережению относят: приведение в соответствие грузоподъемности кранов с перевозимыми грузами (снижение расхода электроэнергии в 5–10 раз); замену изношенных подкрановых путей новыми (снижение вдвое); замену мостовых кранов подвесными конвейерами (снижение в 4–5 раз).
Системы освещения. По способу генерирования источники света подразделяют на температурные лампы накаливания ЛН и люминесцентные. Классификация люминесцентных ламп, в которых невидимое ультрафиолетовое излучение плазмы преобразуется с помощью люминофоров в свет: лампы белого света типа ЛБ, холодно-белого света (ЛХБ), тепло-белого света (ЛТБ), дневного света (ЛД) и лампы ЛДЦ – дневного света при правильной цветопередаче, обеспечивающей сохранение цвета объекта таким, каким бы он был при естественном освещении; лампа ДРЛ – дуговая, ртутная; лампа НВД – натриевая, высокого давления. Электроэнергетическая эффективность ламп различна , что делает целесообразной замену одних типов ламп на другие. Например, замена ЛН на ДРЛ экономит до 40 % энергии. Повышение эффективно сти может быть и от применения рациональных типов арматуры.
Повышение эффективности электроснабжения за счет своевременного отключения осветительных установок в дневное время определяется по формуле
где Р – мощность всех невыключенных осветительных установок; kс – коэф-
фициент спроса, определяемый для различных производственных помеще-
ний по справочным данным; ос τ – число часов использования максимума ос-
ветительной нагрузки.
Для существующих систем освещения экономия электроэнергии связана с регулированием питающего напряжения; достоинство регулирования – возможность плавного изменения светового потока. В качестве регуляторов используются тиристорные ограничители напряжения типа ТОН. Экономия складывается за счет устранения двух факторов: перерасхода электроэнергии и стоимости замены преждевременно перегорающих ламп.
печь
Регенератор,
рекуператор
печь
Теплообменник (~600ºС)
Теплообменник (~300ºС)
Теплообменник (<250ºС)