Классификация производственных энергетических процессов

Энергетическая классификация технологических производственных про­цессов и установок может проводиться по трем группам признаков.

1. По видам подведенной (потребляемой) энергии:

• топливопотребляющие;

• теплопотребляющие;

• электропотребляющие;

• потребляющие холод;

• потребляющие сжатый воздух;

• потребляющие сжатые газы (водород, кислород, углекислый газ, аргон и др.).

2. По видам используемой энергии:

• механические;

• термические;

• химические;

• электронно-ионные;

• звуковые (ультразвуковые);

• лучистые (световые).

3. По назначению в производстве (наиболее распространенная классифи­кация):

• силовые;

• высокотемпературные;

• низко- и среднетемпературные,

• электрофизические и электрохимические;

• санитарно-технические;

• освещение;

• управление и связь.

Все классификационные системы взаимосвязаны, однако применяются на практике для разных целей:

• по виду потребляемой энергии процессы и аппараты группируются для определения потребности предприятия в том или ином виде энергии;

• процессы, сгруппированные по виду используемой энергии, могут анализироваться по сходным методикам;

• процессы и аппараты по их назначению характеризуют произ­водство: преобладают высоко- или средне- (низко-) температурные процессы; имеются ли химико-технологические и физико-химические процессы и т. д.

В составе рудоуправления имеются рудники (шахты), обогатительная фабрика, склады горной массы, вспомогательные цехи (электроцех, ремонт­ные мастерские, материальный склад), котельная, хозяйство водоснабжения и ряд служб, относящихся к рудоуправлению. Рудник характерен тем, что большинство его энергоемких электроприемников сосредоточено в виде от­дельных объектов, выполняющих соответствующие технологические функ­ции. Это компрессорные, вентиляторные, водоотливные, подъемные установ­ки и технологические агрегаты обогатительной фабрики.

КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ

Факторы, формирующие режимы работы компрессорных установок (КУ). Все факторы, определяющие режим работы КУ и отдельных компрес­сорных агрегатов (КА), можно подразделить на горно-геологические, органи­зационно-производственные, технологические и эксплуатационные.

Горно-геологические факторы определяют основные характеристики КУ: производительность и давление сжатого воздуха, конфигурацию и протяжен­ность воздушных сетей. К ним относят:

• глубину залегания полезных ископаемых;

• физико-механические характеристики горных пород и полезных иско­паемых;

• систему разработки полезных ископаемых;

• конфигурацию и протяженность горных выработок на период обследо­вания компрессорного хозяйства и на планируемую перспективу (сутки, неделю, месяц, квартал, год).

Организационно-производственные факторы обуславливают график ра­боты КУ. К ним относят режимы работы рудника:

• подземных участков (подготовительные, добычные, транспортные), от­дельных энергоемких потребителей сжатого воздуха подземных участ­ков (пневмотранспорт, буровая техника и т. п.);

• поверхностных технологических участков (обогатительная фабрика, технологический комплекс поверхности и т. п.);

• поверхностных вспомогательных участков и цехов (механический цех, лесной склад, материальный склад и т. п.);

• отдельных энергоемких потребителей сжатого воздуха участков по­верхности рудника (шахты) (пневмотранспорт, отдельные агрегаты ме­ханического цеха, административно-бытового комбината, ламповой и т. п.), использующих сжатый воздух.

Технологические факторы определяют предельно допустимые по значе­нию (минимальные и максимальные) характеристики сжатого воздуха и ин­тенсивность его подачи отдельным потребителям. К ним относят:

• номинальные (паспортные) и полученные экспериментально характери­стики потребителей сжатого воздуха (рабочее давление и расход сжато­го воздуха, режим работы в пределах одного технологического цикла КПД);

• степень использования энергии сжатого воздуха в технологическом процессе (удельный вес энергии сжатого воздуха в получении конечно­го продукта от конкретного технологического звена);

• структуру технологического звена, элементы которого используют сжа­тый воздух;

• наличие и количественные характеристики технологического резерва (задела) промежуточного и конечного продукта технологических звень­ев, использующих сжатый воздух, и аккумулирующих емкостей сжато­го воздуха.

Эксплуатационные факторы формируют графики работы компрессорных агрегатов и текущие значения их основных характеристик (произво­дительность и давление сжатого воздуха, КПД, удельный расход элект­роэнергии на выработку сжатого воздуха), а также определяют возможности контроля и учета текущих значений глубины регулирования нагрузки КУ. К ним относят:

• структуру и техническое состояние систем электроснабжения КУ, управления компрессорными к вспомогательными агрегатами, смазки, охлаждения, регулирования производительности, защиты от аварийных и ненормальных режимов работы компрессоров;

• систем контроля и учета активных и реактивных нагрузок и электропотребления компрессорных агрегатов и других электроприемников КУ, выработки и основных характеристик сжатого воздуха (давление, тем­пература нагрева, влажность), поступающего в магистральные и рас­пределительные пневмосети поверхностных и подземных участков руд­ника, а также к отдельным энергоемким и ответственным пневмоприемникам;

• техническое состояние узлов и отдельных деталей компрессоров и вспомогательных устройств КУ (задвижки, клапаны, стыковочные со­единения трубопровода, промежуточные холодильники, сборный кол­лектор, ресивер) и воздухопроводной сети участков.

Эксплуатационные ограничения компрессорных агрегатов обеспечивают нормальные условия эксплуатации агрегатов. К ним относят:

• пусковые и длительные токи нагрузки;

• температуру нагрева обмоток и подшипников двигателя компрессора, охлаждающей воды;

• температуру нагрева, производительность и давление сжатого воздуха после каждой ступени сжатия и в сборном коллекторе;

• напряжение сети;

• механические нагрузки на узлы компрессора и его привода;

• режимные характеристики возбудителя (для синхронного привода). Перечисленные ограничения по характеру их влияния на режим работы

КА подразделяют на ограничения, действующие кратковременно (при пуске, загрузке-разгрузке компрессора колебании напряжения в сети и т. д.) и дли­тельно (в течение контролируемые промежутков времени).

Графики работы КУ и отдельных КА строятся на основе сведений о вре­мени включения и отключения КА.

Рис. 5.7 показывает общий подход к любой технической системе, для ко­торой мы хотели бы снизить потребление энергии.

Рис.5.7. Элементы производственной системы.

Как видно, любую систему можно разбить на три основные составляю­щие:

• собственно система (компрессор, насос, мотор, генератор и т. п.);

• система передачи (распределения) - трубопроводы, ремни и т. д.;

• нагрузка, т. е. тот элемент, ради которого работает все остальное (таким последним может быть некий технологический процесс, где использу­ется тепло, произведенное системой, или это может быть вентилятор, вращаемый мотором через систему передач).

Потери энергии происходят во всех компонентах системы, однако, стои­мость устранения этих потерь из различных элементов системы, как правило, очень сильно различается.

Рассуждая о возможностях энергосбережения, необходимо подходить к таким системам комплексно. Целесообразно начать рассмотрение не с начала (замена мотора или компрессора обходится дорого), а с конца: как правило, самые дешевые возможности экономии кроются именно в нагрузке.

Например, не стоит менять не самый современный, но работающий ком­прессор холодильной камеры, если он обслуживает холодильную камеру с многочисленными утечками холодного воздуха из нее. Сначала нужно устра­нить эти утечки (это практически ничего не будет стоить, и поэтому финансо­вая эффективность этой операции будет огромной). Затем нужно устранить потери из системы передачи, и только после того, как это будет сделано, сле­дует рассмотреть возможности устранения недостатков самой системы или замены ее новой.

Обычно экономия энергии непосредственно связана с ответами на сле­дующие вопросы (примеры приведены в скобках):

1. Оправдана ли нагрузка данной установки? (Примеры: насос работает круглый год, а его работа реально требуется только в течение 8 часов в день; небрежное отношение пользователя системы; неудовлетворитель­ная работа или отсутствие управляющего оборудования).

2. Можно ли удовлетворить нагрузку путем использования другой систе­мы? (Примеры: древесная пыль транспортируется на большое расстоя­ние с помощью сжатого воздуха. Можно продумать использование ме­ханического транспорта, например, шнекового конвейера как альтер­нативный вариант).

3. Пневмоинструмент может быть заменен на инструмент с электроприво­дом. (Что в данном случае больше подходит: конвективный или лучи­стый теплообмен, водяное или испарительное охлаждение и т. д.).

4. Можно ли снизить нагрузку? (Примеры: потери тепла можно умень­шить путем улучшения изоляции и уменьшения потока вентилирующе­го воздуха. Нагрузку компрессора можно уменьшить, используя пнев­моинструмент, который не имеет утечек воздуха, и сократив время ра­боты с этим инструментом; небрежное отношение пользователя, не­удовлетворительная работа или отсутствие устройств автоматического управления, улучшение теплоизоляции, оптимизация аэродинамики и т.д.).

5. Существуют ли потери в сети? (Утечки сжатого воздуха в системах, по­тери тепла через поверхности разогретых трубопроводов, потери на га­зопроводах, снижение давления в трубопроводах из-за утечек).

6. Существуют ли потери при передаче? (Неудовлетворительное состоя­ние ременных передач, неудовлетворительное состояние или отсутствие смазки).

7. Насколько мощность производственной системы отвечает нагрузке? (Работа систем большой мощности при малой нагрузке характеризуется низкой эффективностью; мощность системы была рассчитана на другую нагрузку; и с другой стороны, если мощность системы слишком мала).

то это снижает срок эксплуатации системы и может быть источником опасности).

8. Насколько хорошо система обслуживается? (Запыленные фильтры, грязная поверхность теплообменников значительно снижают эффектив­ность работы системы),

9. Каков уровень подготовки персонала, инженеров, руководства цехом и всем предприятием?

10. Контролируется ли работа вспомогательного оборудования? (При от­ключении котла или холодильной установки по причине нулевой на­грузки вспомогательные насосы и вентиляторы иногда могут быть так­же отключены).

11. Возможна ли рекуперация тепла для данной системы или тепла, выра­батываемого данной системой? (Использование тепла компрессоров и холодильных установок для систем горячего водоснабжения).

Путем тщательного анализа всех вышеперечисленных аспектов для каж­дой установки и системы можно добиться хороших результатов по экономии энергии, даже, если некоторые из них кажутся на первый взгляд неэффектив­ными.

Рассмотрим некоторые из энергопотребляющих систем горного произ­водства.

СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Типичная схема системы теплоснабжения на большинстве пред­приятий включает в себя центральную котельную, оборудованную двумя или более паровыми и водогрейными газовыми котлами.

В целом система паропроводов, как правило, имеет большие ответвления, из-за общепринятой методики строительства центральных бойлерных на большом удалении от мест применения пара. Как правило, паропроводы про­ходят вне помещений, в подвешенном состоянии, на опорах.

Пар используется в различных процессах, при этом для многих производ­ственных линий очень удобно иметь в наличии большое количество энер­гии при требуемой температуре. Однако во многих случаях, использование пара неэффективно с точки зрения затрат, поскольку контроль за потреблени­ем энергии организован не должным образом, и поддержание температуры и давления неиспользованного пара является дорогостоящим мероприятием.

Характерной особенностью паропроводов являются потери тепла в тру­бопроводах, которые либо плохо, либо вообще не изолированы и имеют утеч­ки пара в местах соединений по всей сети. Потери энергии, из-за неизолиро­ванных трубопроводов огромны и, к сожалению, характерны практически для всех горнопромышленных предприятий.

Возможности экономии тепловой энергии и повышения эффективности ее использования при транспортировке через паропроводы следующие.

Прежде всего, необходимо продумать возможности замены пара на дру­гие источники энергии. Особенно это касается прямого использования этих источников, в частности, электроэнергии или, например, прямого регулируе­мого использования природного газа. В большинстве неэнергоемких процес­сов это возможно и может значительно повысить эффективность использова­ния энергии.

Другим источником потерь энергии являются утечки из фланцевых и резьбовых соединений, сальников вентилей, кранов и т. д. Утечки пара харак­терны в этих местах и хорошо видны, как правило, невооруженным глазом.

Два примера возможностей экономии энергии путем ремонта этих соеди­нений: утечка пара, издающая слабый свистящий звук и создающая едва за­метное облачко, вызывает потери энергии равные 1 кг пара/ч, что примерно составляет 5,5 МВтч/год или 800 м³ природного газа/год; утечка, создающая небольшое облачко и некоторый свистящий шум, это потери, равные 3-5 кг пара/час, или 2000-4000 м³ природного газа/год.

В ходе планирования внесения изменений в структуру производства или какой-либо другой реконструкции предприятия необходимо продумать воз­можность привязки небольших паропроизводящих установок в непосредст­венной близости к производствам, использующим пар, причем мощность та­ких установок рассчитывается в зависимости от конкретных нужд. Такая при­вязка позволяет получить значительную экономию, поскольку снимаются по­тери тепла, связанные с транспортировкой пара. Энергия, требуемая для ото­пления, также может вырабатываться небольшими и эффективными бойлера­ми для нагрева горячей воды, размещенными в отапливаемых ими зданиях.

Некоторые примеры мероприятий по улучшению работы котлоагрегатов приведены в табл. 5.3.