Анализ использования энергии в производственных процессах

На пути от природного ресурса до промышленного потребителя энергия любого вида проходит цепь передаточных устройств, транс­формаций и преобразований. Эта «энергетическая цепочка» на всех стадиях имеет энергетические потери — от долей до десятков про­центов.

Наибольшие потери в энергетическом потоке возникают при про­изводстве электроэнергии и при ее потреблении в производственных установках. Поэтому целесообразно более пристально рассмотреть возможность снижения энергетических потерь на стадии конечного использования энергии — на промышленном предприятии.

Оценка эффективности и целесообразности энергозатрат в произ­водственных процессах основывается на показателях энергоиспользо­вания — коэффициенте полезного действия установок (КПД) и ко­эффициенте полезного использования энергии в них (КПП), а также на удельных расходах энергии, относимых к единице продукции (по­лупродукта), на передел, операцию и т.п. Коэффициенты полезного действия определяются в основном для производственных машин (аппаратов, агрегатов) и представляют собой отношение полезной энергии ко всей энергии, поступившей в машину (аппарат, агрегат). Коэффициент полезного действия также является отношением полез­ной энергии к затраченной. Однако под затраченной здесь подразуме­вается либо энергия, поступившая в установку (в этом случае КПП и КПД совпадают), либо энергия, поступившая на производственный участок, в цех, на предприятие, или даже энергия первичного (при­родного) энергоресурса.

Для разграничения этих показателей условимся под КПИ пони­мать отношение полезной энергии к энергии, поданной в энергоиспользующую установку, состоящую из энергетической (энергоприем­ника) и технологической (технологического аппарата) частей, а под КПД — отношение полезной энергии, затраченной на обработку ма­териала, к энергии, поступившей в технологический аппарат.

Разница между фактическими затратами энергии и расчетным и 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 состояния 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 % 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 КПП, 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 способом. 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.

Опытно-расчетный способ (комбинированный) 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. Этот способ наиболее приме­ним.

Структура энергозатрат показывается в процентах отдельных ста­тей к общему расходу. При этом процент теоретического расхода есть коэффициент полезного использования (КПП) энергии. Для условно- полезного расхода вводится 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 КПП, 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 рацио- 242 нальность 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:

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

(в долях единицы), а для КПП — еще и процент сопутствующего расхода (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 одна треть их фактической величины. И в зависимости от того, какие потери учитываются, может быть вычислена технологическая норма энерго­затрат Э_тех, ед. энергии/ед. пр.:Этех= Этеор/1-Pi.

Для практических расчетов при анализе энергоиспользования в термических и механических процессах разработаны машинные программы для персональных компьютеров. Эти программы, рабо­тающие в диалоговом режиме, позволяют по специальной команде нормализовать энергобалансы, рассчитать все относительные показатели энер­гоиспользования — КПД, КПП и КНЭ, а также определить фактиче­ские удельные расходы энергии на единицу продукции или работы и возможные технологические нормы энергозатрат на исследуемую установку (процесс).

Как видно из 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, из специальных замеров и испытаний оборудования.