Технологии производства в некоторых отраслях промышленности

Наименование мероприятия	Возможная экономия, эффективность
Брикетирование металлической стружки	860 т у.т. /год на один участок
Изготовление горючих брикетов из отходов кокса	12-15% кокса
Термокаталитическая очистка отходящих газов с дожиганием растворителя из сушильных установок	До 20% топлива
Подогрев воздуха до 250-300ºС в рекуператорах термических печей	12-15% топлива
Полная изоляция огнеупорной кладки стекловаренных печей	До 20% топлива
Внедрение технологии опудривания гранул керамзита	0,14 т у.т. /м3
Утилизация теплоты уходящих газов для подогрева дутьевого воздуха в печах керамзита	0,03 т у.т. /м3
Кипячение под давлением пивного сусла	14 т у.т. /млн дал
Замена морально и физически устаревших котлов	19-20 кг у.т./ Гкал тепловой энергии
Использование теплоты конденсата для подогрева воды на обратной линии системы отопления	10-20% от теплоты конденсата
Перегрев воды для мойки полов и оборудования на 1 градус сверх норматива 62-65ºС	На 1,5-2% повышает расход теплоты
Герметизация сушильных установок, в т.ч. дверей, на мясокомбинате	До 6-8% теплоты
Замена паровой системы отопления на водяную	На 12-16% теплоты
Наличие слоя пыли толщиной 5 мм на нагревательных приборах	На 5% увеличивает расход теплоты
Отсутствие утепления окон и дверей	До 60% повышает расход теплоты на отопление

Министерство промышленности республики проводит работы по энергосбережению в следующих направлениях:

• разработка новых энергосберегающих и экологически чистых технологических процессов;

• оптимизация производственных процессов энергоемких производств;

• производство комплекса приборов учета потребляемых энергоносителей;

• создание комплекса новых энергонасыщенных машин и механизмов с низким потреблением энергоресурсов;

• внедрение автоматизированных систем управления (АСУ-Энергия) для оперативного контроля и управления параметрами потребления энергоресурсов в режиме реального времени по всем производственным участкам;

• применение электроприводов с частотными регуляторами;

• энергетическая оптимизация устройства и работы производственного освещения и вентиляции и др.

Одним из перспективных направлений энергосбережения является внедрение на многих машиностроительных предприятиях республики низкотемпературных красок, использование которых позволяет не только резко сократить энергозатраты на сушку окрашенных поверхностей, но и существенно снизить выбросы в атмосферу паров растворителей.

Энергосбережение может быть достигнуто за счет со­вершенствования технологических процессов, выбора рациональных видов сырья и методов его подготовки, комплексного использования сырья, применения эффективных катализаторов, организации энерготехнологических систем и установок, применения энергосберегающего оборудования, установки приборов учета и контроля.

Перспективным направлением рационального исполь­зования энергоресурсов является организация энерготех­нологических систем – агрегатов, установок, производств, в которых теплота химических реакций и физико-химических процессов используется полностью. Наиболее эффективно комбинирование крупнотоннажных установок и производств, в которых энерговыделяющие устройства сочетаются с энергопотребляющими. В этих си­стемах низко- и высокопотенциальная теплота дымовых и технологических газов утилизируется с максимальной полнотой, в том числе с подачей выработанного пара другим потребителям.

Отличительной особенностью энерготехнологических систем является строгая сбалансированность производ­ства и потребления энергетического пара, основанная на утилизации ВЭР, в частности теплоты экзотермических реакций.

С этой целью все шире начинают использоваться газотурбинные установки, позволяющие утилизировать тепловую и кинетическую энергию технологических и дымовых газов с дополнительной выработкой электроэнергии. Такие установки успешно эксплуатируются на предприятиях строительных материалов, химической промышленности, металлургии.

Во многих европейских странах, США, Японии и других экономически развитых странах активно ведется строительство установок малой мощности для комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Мощность таких установок может составлять от нескольких киловатт на микроустановках, которые удобно вписываются в интерьер домашней кухни, подобно холодильнику или стиральной машине, до нескольких мегаватт для промышленных предприятий. Благодаря постоянному совершенствованию технологий, стоимость энергии, производимой на малых энергоустановках, приближается к ценам на электроэнергию крупных электростанций.

В последнее время в технике широко используется термин «когенерационные установки». Когенерация – термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии. Когенерационные установки предназначены для выработки электроэнергии, пара и холода. В качестве источника энергии обычно применяют природный газ. Однако можно применять дизельное топливо, пропан, уголь, отходы от древесины, биомассу, другие возобновляемые источники энергии. Например, в Дании в качестве энергетического источника используется солома. Генерируемая теплота применяется для отопления зданий, подогрева воды или производства пара в различных производственных процессах.

Основным элементом когенератора является двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на валу. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150-160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды с температурой 90ºС для отопления и горячего водоснабжения.

Ниже приведена схема одной из внедренных на предприятиях Беларуси когенерационных установок (рис. 6.10). После смешения природного газа с воздухом газовоздушная смесь подается на газопоршневой двигатель, где происходит ее сжигание. Крутящий момент от мотора передается генератору, который вырабатывает электроэнергию напряжением 10 кВ. В отличие от традиционных электростанций, где горячие отработавшие газы выбрасываются через трубу, уходящие газы с температурой 470ºС после сгорания в двигателе охлаждаются, отдавая свою энергию, в котле-утилизаторе, где вырабатывается насыщенный пар давлением 4,4 МПа. Охлажденные газы затем выбрасываются в атмосферу. Избыточное тепло от двигателя, генератора и маслосистемы, снимаемое в системе утилизации, используется в отопительный период для подогрева воды, а в летний период для получения в абсорбционных холодильных машинах захоложенной воды, в дальнейшем используемой в кондиционерах.

Рис. 6.10 Технологическая схема когенерационной установки:

1 – газопоршневой двигатель, 2 – генератор электрического тока, 3 – система очистки дымовых газов, 4 – сухая градирня, 5 – котел-утилизатор, 6 – уравнительная емкость, 7 – циркуляционные насосы, 8 – выносные циклоны, 9 – питательные насосы,10 – контур охлаждения масла, 11 – контур охлаждения двигателя, 12 – аварийная градирня, 13 – испаритель, 14 – экономайзер, 15 – подогреватель отопительной воды

Главное преимущество когенерационных установок перед обычными системами состоит в том, что преобразование энергии происходит с бóльшей эффективностью, чем достигается существенное сокращение расходов на производство единицы энергии. Установки когенерации теплоты/энергии могут достигать КПД, равного 90%. Кроме того, процесс когенерации является более экологически безопасным, т. к. во время сжигания природного газа выделяется меньше оксида углерода и оксидов азота, чем при использовании нефти или угля. Развитие когенерации позволит сократить до 2020 г. выбросы CO₂ на 258 млн т.

В настоящее время в промышленности наиболее широко используются тепловые ВЭР, которые чаще всего применяют для предварительного подогрева сырьевых материалов или воздуха, поступающих в производство с помощью различных теплообменников и рекуператоров теплоты. Для утилизации теплоты высокотемпературных потоков, например, дымовых газов, применяют регенераторы – камеры, заполненные насадкой из огнеупорного кирпича. При этом утилизация теплоты осуществляется за счет попеременного переключения потоков дымовых газов и дутьевого воздуха из одного регенератора в другой.

Теплота нагретых сред снимается в котлах-утилизаторах и экономайзерах, в которых производится водяной пар или нагреваются вода или воздух.

Энергию сжатых газов можно использовать для вращения турбин насосов, подающих жидкость в реактор или магистральную сеть.

В настоящее время все шире используются тепловые насосы – принципиально новые энергетические устройства для обогрева помещений. Принцип действия и устройство тепловых насосов аналогичны холодильным машинам, но они предназначены для выработки теплоты.

Теплонасосные станции отбирают теплоту низкопотенциальных источников и обогревают объекты, где требуется умеренная температура не выше 60-80°С. Эти устройства не загрязняют окружающую среду и экономичны, так как используют незначительное количество электроэнергии.

Обычно тепловой насос включает конденсатор, испарители, компрессор и расширительный клапан. В испарителе рабочее вещество (конденсат) испаряется при низких температуре и давлении за счет отбора теплоты от низкопотенциального источника. Пары засасываются в компрессор, где сжимаются до определенного давления, соответственно которому повышается их температура. После сжатия пары конденсируются в конденсаторе при охлаждении водой или воздухом, которые используются как теплоносители в системе теплоснабжения. Отдав часть теплоты в конденсаторе, жидкое рабочее вещество, находящееся под давлением, попадает в расширительный клапан, где резко снижаются его давление и температура. Далее описанный цикл повторяется.

Если в процессе работы установки теплота выделена используемым конденсатом, то она будет собственно тепловым насосом. Если эта теплота в установке отобрана используемым конденсатом, то она уже является холодильником.

Особенностью теплового насоса является то, что отдаваемая потребителю энергия превышает ее расход на привод компрессора за счет использования части энергии низкопотенциального источника. Энергетическая эффективность тепловых насосов характеризуется коэффициентом преобразования энергии, равного отношению количества энергии, переданной в конденсаторе, к ее количеству, израсходованному на привод компрессора. Значение этого коэффициента обычно превышают единицу, а его технически возможные значения находятся в пределах от 4 до 5. В Европе и Японии тепловые насосы широко используются в системах теплоснабжения, кондиционирования зданий и помещений.

Интерес представляют тепловые трубы, представляющие собой устройства, передающие большие тепловые мощности при небольших перепадах температур. Они состоят из герметичной трубы, частично заполненной жидким теплоносителем, который, испаряясь у одного конца трубы, поглощает теплоту, а затем, конден­сируясь у другого конца трубы, ее отдает. На этом прин­ципе производятся теплообменники на тепловых трубах.

В настоящее время большой интерес проявляется к топливным элементам. Они представляют собой устройства, вырабатывающие электроэнергию химическим способом, как в аккумуляторных батареях. Однако в них используются другие рабочие вещества – кислород и водород, а продуктом химической реакции является вода. В топливных элементах осуществляется процесс, обратный электролизу воды – соединение водорода с кислородом с выработкой энергии. В процессе используется электролит с двумя электродами и катализатор. На катод поступает кислород, а на анод – водород. В результате химической реакции образуется электрическая энергия. В качестве электролитов применяют фосфорную кислоту (КПД до 80%), твердые оксиды (КПД до 60%) и др. В Европе и Японии проводят испытания топливных элементов на автомобилях мощностью до 100 кВт.

Большой резерв энергосбережения имеется при эксплуатации холодильных машин. По данным Международного института холода, на охлаждение, необходимое для хранения продуктов и кондиционирование воздуха, используется более 10% мирового потребления энергии.

К энергосберегающим устройствам относятся трансформаторы теплоты – это установки для повышения температуры и переноса энергии (теплоты) от низкотемпературных источников к потребителям. К ним относятся криогенные установки, холодильные машины, кондиционеры, тепловые насосы и другие аналогичные устройства. В промышленности, кроме низкопотенциальных тепловых источников, имеются и высокотемпературные ВЭР, которые эффективно можно использовать с помощью сорбционных трансформаторов теплоты. По принципу действия они могут быть адсорбционными и абсорбционными.

В  адсорбционных трансформаторах применяются твердые сорбенты, поглощающие вещества пористой массой, а в абсорбционных – жидкости.

Наибольшей распространенностью характеризуются абсорбционные трансформаторы. В них рабочим вещест­вом служат двухкомпонентные (бинарные) смеси с различной температурой кипения. Рабочий агент имеет более низкую температуру кипения, а поглотитель (абсорбент) – более высокую. Температура кипения смеси в зависимости от концентрации раствора изменяется от минимальной до максимальной. Чаще всего в этих трансформаторах применяются водноаммиачные и бромисто-литиевые смеси.

Большой резерв энергосбережения представляет рационально организованная вентиляция производственных, общественных и жилых зданий, так как наибольшие потери теплоты из зданий происходят через системы принудительной вентиляции. Здесь необходимо широко использовать рециркуляцию воздуха, очистку воздуха от примесей непосредственно в помещении без выброса его в атмосферу, утилизацию теплоты вентиляционных выбросов. Энергосбережение в системах производственной вентиляции может быть достигнуто за счет:

• замены старых вентиляторов новыми, более экономичными;

• внедрения рациональных способов регулирования производительности вентиляторов (применение многоско­ростных электродвигателей дает экономию электроэнергии 20-25%);

• блокировки вентиляторов тепловых завес с устрой­ствами открывания и закрывания ворот;

• отключения вентиляционных установок во время технологических и организационных перерывов (экономия электроэнергии до 20%);

• внедрения автоматического управления вентиляционными установками и др.

Одним из возможных путей решения проблемы отопления больших производственных зданий может быть децентрализация системы теплоснабжения по теплоносителю, воде и пару за счет внедрения газового лучистого отопления (ГЛО) и газовых воздухонагревателей. В данном случае поток лучистой энергии инфракрасного спектра нагревает поверхность пола, стен или оборудования в рабочей зоне. При этом теплота не теряется на нагревание воздуха. Системы ГЛО уже более 50 лет успешно функционируют за рубежом. В Беларуси они внедрены на некоторых предприятиях с большим энергосберегающим эффектом.

Практика работы энергетических предприятий свидетельствует о том, что рациональная организация сбора и возврата конденсата водяного пара дает экономию сотен тысяч тонн условного топлива в год.

В промышленности на освещение в среднем расходуется до 10% потребляемой энергии. Установленная мощность осветительных установок на предприятиях колеблется от 1 до 20% мощности используемого силового оборудования. Экономия электроэнергии на освещение может быть получена за счет оптимизации светотехнической части самих осветительных установок и осветительных сетей, оптимизации систем управления и регулирования освещения, а также его рациональной эксплуатации.

Оптимизация светотехнической части осветительных установок и осветительных сетей включает в себя правильный выбор системы освещения и типов источников света, экономичных схем размещения светильников, а также рациональный подбор видов светильников по их светораспределению и конструктивному исполнению.

Для освещения помещений используются различные источники света. Эффективность их характеризуется световой отдачей (отношением освещенности или светового потока к потребляемой мощности, лм/Вт). Наименьшей светоотдачей характеризуются лампы накаливания, у которых эффективность в два и более раз ниже, чем у остальных (табл. 6.6).

Таблица 6.6. Характеристика источников света

Лампы	Маркировка	Светоотдача, лм/Вт		Срок службы, ч
		Диапазон	Обычная
Накаливания	ЛН	8–18	12	1000
Галогенные накаливания	КГ	16–24	18	2000
Ртутно-вольфрамовые	РВЛ	20–28	22	6000
Ртутные высокого давления	ДРЛ	36–54	50	12000
Натриевые высокого давления	ДНаТ	90–120	100	12000
Металлогалогенные высокого давления	ДРИ	70–90	80	12000
Люминесцентные низкого давления	ЛБ	60–80	70	10000
Люминесцентные низкого давления с улучшенной цветопередачей	ЛБЦТ	70–95	90	10000
Компактные люминесцентные низкого давления	КЛ	60–70	67	9000
Натриевые низкого давления	ДНаО	120–180	–	12000

При замене источников света на более эффективные можно экономить до 71% электроэнергии (табл. 6.7).

Таблица 6.7. Возможная экономия электроэнергии за счет использования