Основные способы организации энергосберегающих технологий

Конкретный способ улучшения энергетических и эксергетических показателей для разных производств и про­цессов различны, но есть и общие прие­мы снижения энергозатрат.

Наиболее распространенным и эф­фективным способом является регенера­ция энергии. Сущность регенерации за­ключается в передаче энергии от выходя­щих из агрегата потоков к входящим. Например, многие крупные нагреватель­ные и плавильные печи оборудованы теп­лообменниками, в которых воздушное дутье (а иногда и газообразное топливо) подогревается уходящими газами (рис. 24.2).

Очень важно, что регенерация позво­ляет не просто утилизировать теплоту отходящих газов, но снижает расход топ­лива и, кроме того, улучшает работу са­мой печи, поскольку температура горения при использовании подогретого воз­духа возрастает. Улучшаются условия, а соответственно и полнота горения топ­лива, резко усиливается теплообмен из­лучением между потоком газа и нагрева­емыми изделиями.

В ряде случаев регенерацию теплоты целесообразно использовать и на низко­температурных потоках. Например, теп­лотой вентиляционных выбросов можно подогреть поток воздуха, подаваемого в помещение, уменьшив, таким образом, расход энергии на отопление.

Весьма эффективно регенерировать и холод. Например, для пневмотранспор­та цемента и в ряде других случаев тре­буется сухой воздух (без водяных па­ров). Осушку воздуха можно осуществить за счет его охлаждения (рис. 24.3), при этом влага сконденсиру­ется или вымерзнет, если в выморажива-теле t<0°С. Использование при этом теплообменника 1 резко сокращает мощ­ность холодильной машины 3 и расход энергии на ее привод.

Регенерировать можно не только теп­ловую энергию, но и энергию избыточно­го давления. Например, если в реакцион­ной камере 1 (рис. 24.4) по условиям тех­нологии необходимо избыточное давле­ние, то исходные продукты 2 приходится сжимать компрессором 3, затрачивая на это электроэнергию. Однако часть этой энергии, а иногда даже больше энергии, чем затрачено (если, например, в реакто­ре / увеличивается объем газов), можно вернуть (регенерировать) за счет расши­рения получающихся продуктов 4 в тур­бине 5. Электромашина 6 при этом игра­ет роль пускового двигателя, а также источника недостающей или потребителя избыточной мощности (в последнем слу­чае электромашина работает в режиме генератора). Хорошим примером исполь­зования энергии давления является турбина-расширитель, устанавливаемая за доменной печью для срабатывания избы­точного давления доменного газа. При­чем в этом случае удобнее всю выраба­тываемую турбиной энергию превращать в электроэнергию с помощью генератора, а компрессоры, нагнетающие воздух в печь, приводить в движение от элек­тродвигателей, т. е. осуществлять энерге­тическую связь через электрическую сеть.

Регенерация теплоты наиболее эф­фективно работает совместно с принци­пом противотока, в соответствии с кото­рым нагреваемые продукты или детали должны двигаться навстречу охлаждае­мым, от которых они получают энергию. На рис. 24.2 специально допущена неточ­ность и принцип противотока использо­ван только в самой печи (горячие газы и детали), а воздухоподогреватель взят с перекрестным движением сред. Про-тивоточный теплообменник, как, напри­мер, изображенный на рис. 24.3, позво­лил бы сильнее снизить температуру от­ходящих из печи газов, а следовательно, и в большей степени уменьшить потерю теплоты вместе с ними.

В целом нужно стремиться, исполь­зуя принципы регенерации и противото­ка, приблизить параметры всех выходя­щих потоков к параметрам входящих, уменьшая, таким образом, внешний под­вод энергии. Как уже было показано, это не противоречит требованиям технологи­ческого процесса нагревать, охлаждать или сжимать среды или материалы на промежуточных стадиях. Создавая энер­госберегающие технологии (или энерго­технологии), как, впрочем, и любое без­отходное производство, целесообразно подходить к нему комплексно, объединяя промежуточные этапы.

Не надо забывать, что принятые оценки эффективности использования энергии в значительной мере отражают технический уровень сегодняшнего (а иногда и вчерашнего) дня. Например, КПД печи для нагрева металла оценива­ется как отношение количества теплоты, воспринятой металлом, к теплоте сож­женного топлива. Но в народном хозяй­стве нагретый металл не нужен. И если, охладив его, использовать эту теплоту (такие установки имеются), то КПД печи по современным представлениям мо­жет оказаться выше 100 %.

В ряде случаев вообще удается при лучшей организации производства исключить некоторые технологические процессы, в том числе и процессы на­грева. Например, начинает практико­ваться термообработка непосредственно с прокатного нагрева вместо традицион­ного двойного нагрева перед прокаткой и перед термообработкой, осуществляе­мой обычно в другом цехе. Естественно, что во время транспортировки из цеха в цех прокат остывает и его вновь при­ходится нагревать.