Мероприятия по энергосбережению в АК «Алроса»

Необходимость введения этого понятия вызвана тем, что, во-первых, требуется количественно различать теоретический и условно-полезный расходы; во-вторых, потери в технологическом аппарате находятся вне компетенции энергетиков и часто настолько внутренне присущи технологии, что являются скорее не потерями, а «собственными нуждами» аппарата (нагрев транспортирующих устройств, тары и других сопутствующих материалов); и, в-третьих, в ряде процессов сопутствующий расход энергии является единственно оправданным, хотя и компенсирует потери в аппарате, например выдержка материала при постоянной температуре (в автоклавах), все процессы отопления и вентиляции производственных и других помещений.

Уровень сопутствующего расхода энергии диктуется экономическими, технологическими и санитарно-техническими условиями. Так, толщина изоляции аппаратов имеет свой экономический предел, за которым суммарные потери теплоты не снижаются, а увеличиваются вследствие увеличения поверхности теплоотдачи (экономическое условие). Потери на нагрев сопутствующего материала, например, раствора, содержащего полезный компонент, могли бы быть меньше при повышении его концентрации, но это невозможно по технологическим условиям. При работе с вредными веществами устраивается интенсивная вытяжка, что увеличивает тепловые потери за счет повышения коэффициента движения воздуха, особенно над открытыми поверхностями, например гальванических ванн, но необходимо по санитарным условиям, а иногда и по технике безопасности.

Нормативные потери в энергоприемнике технологической установки — расчетные потери, связанные с передачей и (или) трансформацией энергии в энергоприемнике (двигателе, топке, теплообменнике и др.), с подготовкой этой энергии для поступления в технологический аппарат.

Если суммировать условно-полезный (расчетный) расход энергии и нормативные  потери, получим норматив расхода энергии в технологической установке, т.е. расчетный минимум энергозатрат при работе в идеальных условиях — при полном соблюдении технологических и энергетических регламентов, идеальном техническом состоянии оборудования, изоляции, герметичности, оптимальной загрузке как технологического аппарата, так л энергоприемника.

Однако в реальных условиях на протяжении длительного времени соблюдение нормативного расхода энергии в установке практически невозможно, поскольку, во-первых, возникают дополнительные, не учитываемые нормативом энергозатраты на пуск, работу на холостом ходу и при горячих простоях; во-вторых, оборудование, изнашиваясь, снижает первоначальные энергетические характеристики, которые далеко не всегда восстанавливаются даже после капитального ремонта; в-третьих, часто имеет место неполная загрузка технологического аппарата и почти всегда энергоприемника (особенно электродвигателей), что существенно снижает КПД по сравнению с расчетным (паспортным), нормативным; и, в-четвертых, в реальных производственных условиях всегда наблюдаются отклонения от регламентов по качеству материалов, температурам, времени обработки и т.д., причем это., приводит к увеличению энергозатрат. Тогда каждая составляющая общего расхода энергии превышает свой расчетный уровень: теоретический расход, т.е. энергия, сообщенная материалу при обработке, увеличивается'за счет его худшего качества, перегревов, брака продукции (полупродукта), и т.п.; отдельные составляющие сопутствующего расхода увеличиваются по тем же причинам, а также из-за худшего по сравнению с расчетным состояния оборудования, изоляции и т.д.; потери в энергоприемнике также увеличиваются против нормативных за счет недогрузки, худшего состояния оборудования, отклонений в режимах работы и др. Выявить каждое из этих превышений постатейно очень сложно, часто практически невозможно, да и нецелесообразно. Достаточно сопоставить фактический и  нормативный расходы энергии  всей установкой.

Разница между фактическими затратами энергии и расчетным, нормативным расходом, возникающая вследствие эксплуатационных и режимных отклонений от регламентированного хода производства, представляет собой эксплуатационные и режимные потери энергии в технологической установке. Их в большинстве случаев можно разделить на потери  в энергоприемнике и технологическом аппарате.

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 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. Эта структура энергозатрат представлена на рис. 1, форма проведения анализа показана в табл. 2. Иногда, если энергоприемник и технологический аппарат конструктивно не разделены, два энергобаланса сливаются в один.

Рис. 1. Структура  энергозатрат в технологической  установке (процессе):

Этеор — теоретический (безусловно полезный) расход энергии; Эсоп— сопутствующий расход энергии (потери в технологическом аппарате); Этр—потери передачи и трансформации энергии—нормативные потери в энергоприемнике технологической установки; Эпол— условно-полезный расход энергии (количество энергии, переданной из энергоприемника в технологический аппарат в нормативном режиме); Э„—нормативный расход энергии в технологической установке; ДЭтор. ДЭищ, ДЭтр —эксплуатационные и режимные превышения расхода энергии над нормативными значениями теоретического, сопутствующего расходов, потерь передачи и трансформации энергии в фактическом режиме; Ээкз — эксплуатационные и режимные потери энергии в технологической установке; Эф — фактический расход энергии в технологической установке; Эал—количество энергии, переданной из энергоприемника в технологический аппарат в фактическом режиме; Эпф — фактический приход энергии в технологическую установку извне; Эптех—технологическая норма прихода энергии; Эртех, — технологическая норма расхода энергии в технологической установке; Эвн — внутренние выделения энергии в технологическом аппарате; а) — структура энергозатрат в расходной части энергобаланса (до штрихпунктирной линии); б) — структура приходной части баланса.

Таблица 2 Форма аналитического энергобаланса технологической энергоиспользующей (топливо- или теплоиспользующей) установки (процесса)

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 ( ) по формуле:

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 различных 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 ( ), и мощностью холостого хода ( ). 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 ( ) может рассчитываться по формуле:

  (1)

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 механических (чаще всего —  в электромеханических) процессах показана в табл. 3.

Таблица.3. Форма анализа энергозатрат в технологический установке (процессе), использующей механическую энергию

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).