Способы получения энергобалансов и энергетических характеристик агрегатов

Известны следующие основные методы решения указанных задач:

- экспериментальный (опытный);

- расчетно-аналитический;

- расчетно-статистический;

- комбинированный.

Наиболее точно энергобалансы и энергетические характеристики оборудования могут быть подучены экспериментальным (опытным) путем на основе его испытания. В процессе испытания агрегата с помощью лабораторных приборов производятся измерения подведенной к нему мощности, а также параметров основного и всех ответвленных энергопотоков. При этом производительность (нагрузка) агрегата поддержи­вается постоянной на некотором заданном уровне. Такие испытания производятся при нескольких значениях его производительности. В результате получают ряд энергобалансов, относящихся к различной нагрузке агрегата. Необходимая точность измерения мощности, осо­бенно для теплоэнергетического оборудования, может быть получена лишь при достаточной длительности каждого опыта, поскольку состоя­ние оборудования должно быть равновесным и режим процесса должен быть установившимся. Поэтому получить значительное количество экс­периментальных точек удается редко.

Для получения достоверных результатов при использовании опыт­ного способа получения энергобалансов необходимо соблюдать опреде­ленные правила, проведения эксперимента. В частности, испытания аг­регата должны быть полными, т. е. охватывать не только основное оборудование, но и вспомогательные механизмы с тем, чтобы можно было получить балансы и энергетические характеристики не только брутто, но и нетто. Кроме того, с целью получения нормализованных энергобалансов и характеристик, соответствующих прогрессивным ус­ловиям эксплуатации агрегата, необходимо обеспечить при испытаниях поддержание прогрессивных технологических параметров операции и нормальных параметров подведенной энергии, а также нормальное тех­ническое состояние агрегата и качественное его эксплуатационное обслуживание.

После окончания эксперимента характеристики подведенной мощ­ности или потерь строятся по полученным опытным данным и, как пра­вило, сглаживаются (т.е. строится не ломаная линия, а некоторая монотонная кривая). Характеристики удельных показателей строятся также по точкам. Но не по вычисленным для каждого отдельного режи­ма работы агрегата (отдельного энергобаланса) значениям этих по­казателей, а по их значениям, соответствующим ординатам сглаженной исходной характеристики. Несоблюдение этого правила может привести к несовпадению исходных и производных характеристик, что является недопустимым.

Как было сказано, экспериментальный способ получения энерго­балансов и энергетических характеристик является наиболее точным. Однако, его использование требует наличия соответствующего персо­нала и необходимой измерительной аппаратуры, возможности выведения из работы оборудования на время проведения его испытаний, проведе­ния соответствующих подготовительных работ и др. Поэтому возмож­ность практического использования данного метода ограничена.

При использовании расчетно-аналитического метода полезная составляющая расхода энергии и ее потери по всем направлениям оп­ределяются расчетным путем на основании физико-химических и эмпи­рических зависимостей. Однако, в целях контроля и обеспечения большей точности результатов желательно и в этом случае определять хотя бы отдельные элементы потерь путем проведения измерений с по­мощью имевшихся приборов энергетического учета (например, таким образом может быть выполнено измерение потерь холостого хода обо­рудования). Расчетно-аналитический способ позволяет получать энергобалансы агрегатов, а по ним и энергетические характеристики для любых значений технологических параметров операции и любой произ­водительности агрегата, что весьма полезно для анализа и нормали­зации удельных расходов энергии. При этом можно построить не сгла­женные, а точные энергетические характеристики оборудования.

Очевидно, что данный способ получения энергобалансов и энер­гетических характеристик агрегатов с технической и организационной точки зрения гораздо проще экспериментального. Его применение мо­жет быть ограничено лишь отсутствием необходимых физико-химических или эмпирических зависимостей между интересующими нас параметрами, или несоответствием этих зависимостей конкретным видам оборудова­ния или условиям его работы (что, впрочем, встречается достаточно часто).

Расчетно-статистический способ, строго говоря, не пригоден для получения нормализованных энергобалансов и энергетических ха­рактеристик оборудования. Он может быть использован только для построения фактических характеристик средней подведенной к агрега­ту мощности, рассчитанной за определенные периоды времени. За ос­нову для построения этих характеристик принимаются отчетные данные о расходе энергии и выпуске продукции данным агрегатом за соответ­ствующие периоды времени (смену, сутки и т.п.). Путем деления рас­хода энергии и выпуска продукции на время работы оборудования за данный период можно определить среднечасовый расход энергии (т.е. среднюю подведенную мощность) и среднечасовую производительность агрегата. На основе этих данных можно построить соответствующую графическую зависимость. Такие характеристики, как правило, значи­тельно менее точны,чем построенные по экспериментальным данным или расчетно-аналитическим способом. Кроме того, они отражают не прогрессивный, а фактический, зачастую очень низкий уровень эффек­тивности энергоиспользования. Поэтому применение энергетических характеристик, полученных расчетно-статистическим методом, для целей нормализации энергопотребления, строго говоря, недопустимо. Они могут быть использованы только для сравнительной оценки энер­гоэкономичности агрегатов при различных их нагрузках или во време­ни.

Комбинированный способ получения энергобалансов и энергети­ческих характеристик агрегатов является наиболее универсальным и доступным. Этот метод представляет собой сочетание эксперименталь­ного и расчетно-аналитического способов. При использовании данного метода полезная составлявшая расхода энергии определяется расчет­ным путем, а потери энергии - экспериментальным и расчетным спосо­бом с последующимих анализом и увязкой в энергобалансе агрегата. Наиболее часто на практике может быть применен именно комбиниро­ванный способ получения энергобалансов и энергетических характе­ристик агрегатов. Однако, необходимо помнить, что в результате ис­пользования одновременно двух разных по точности способов определения полезного расхода и потерь энергии в полученных энергобалан­сах возможны значительные неувязки (т.е. баланс энергии в полном смысле этого слова может отсутствовать).

Каким бы способом ни была получена энергетическая характерис­тика агрегата, необходимо помнить, что она всегда соответствует строго определенным технологическим параметрам операции, условиям окружающей среды, техническому состоянию оборудования и качеству его эксплуатационного обслуживания. Все эти условия называются ха­рактеристическими. Однако, и реальные условия, в которых работает оборудование, и нормальные условия, в которых оно должно работать, могут зачастую существенно отклоняться от характеристических. При этом изменение эксплуатационных условий в большей или меньшей сте­пени сопровождается изменением удельных расходов энергии. Поэтому при использовании энергетических характеристик агрегатов важно знать, каким эксплуатационным показателям и условиям работы они соответствуют. Кроме того, нужно также знать, под действием каких факторов и в какой степени могут изменяться удельные расходы энер­гии в данной операции. Это позволяет вносить необходимые поправки в показатели, определяемые с помощью энергетических характеристик, и успешно пользоваться этими характеристиками при отклонении дейс­твительных условий эксплуатации оборудования от характеристичес­ких.

При вводе поправок следует учитывать только объективные (т.е. независящие от персонала) отклонения эксплуатационных условий от характеристических. Таким образом, поправки к энергетическим ха­рактеристикам агрегатов должны вводиться не просто на отклонение фактических условий и параметров от характеристических, а лишь на отклонение нормальных условий и параметров работы оборудования от характеристических. При этом, если характеристические условия сов­падают с нормальными, то даже при наличии отклонений от них факти­ческих условий работы агрегата поправки к его энергетическим характеристикам вводиться не должны.

Величина поправок к энергетическим характеристикам агрегатов определяется на основании специальных графиков или шкал. Те и дру­гие устанавливаются на основе отдельных испытаний оборудования или расчетов. Ввод поправок к значениям любого из показателей, опреде­ляемых по энергетическим характеристикам агрегатов, осуществляется с помощью единой формулы. Например, для расхода электроэнергии аг­регатом эта формула имеет вид:

(4.11)

где W_хар. - характеристический расход электроэнергии агрегатом;

W_эксп. - эксплуатационный расход электроэнергии;

ΔW- величина поправки для конкретного отклонения нормальных значений эксплуатационных показателей от характеристи­ческих (определяется в %).

В качестве примера можно привести график изменения расхода электроэнергии при прокатке стали в зависимости от температуры прокатываемых слитков (Рис. 4.8). Характеристическим параметром на данном графике является температура слитков, равная 1150 граду­сов Цельсия. При отклонении нормальной температуры прокатываемых слитков от характеристической величина поправки к расходу электро­энергии прокатным станом приведены в процентах на оси ординат гра­фика.

Литература

1. Аракелов В.Е., Кремер А.И. Методические вопросы экономии энергоресурсов. –М.: Энергоатомиздат, 1990.

2. Сальников А.Х., Шевченко Л.А. Нормирование потребления и экономия топливно-энергетических ресурсов. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

3. Ковалев Ф.С., Мелехин В.Т. Хозрасчетные стимулы рациональноо использвания энергетических ресурсов в промышленности. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

4. Показатели использования энергии под ред. А.С.Некрасова. – М.: Энергия, 1968.

5. Гофман И.В. Нормирование потребления энергии и энергетические балансы промышленых предприятий. – М.-Л.: Энергия, 1966.

6. Гофман И.В., Госпитальник Г.Л. Организация и планирование энергохозяйства промышленных предприятий. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1954.