Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Основы энергосбережения

Подождите немного. Документ загружается.

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

13.9. Основные итоги

1. Тепловые потери с так называемым отходящим теплом огромны и

достигают во многих технологических процессах 50 – 70 % от обще-

го количества расходуемой энергии.

2. К настоящему времени накоплен большой практический опыт по ис-

пользованию энергетического потенциала вторичных энергоресур-

сов (ВЭР) энергетических отходов: дымовых газов различных энер-

гетических и огнетехнологических агрегатов, охлаждающей воды,

побочных продуктов технологических процессов – доменного газа и

др.

3. Один из итогов накопленного опыта по утилизации ВЭР – эффек-

тивность использования топлива повышается, если в энерготехноло-

гических установках, в результате работы которых образуются ВЭР,

топливо максимально используется непосредственно для реализации

технологического процесса по выпуску конечной продукции.

4. С целью повышения эффективности использования топлива непо-

средственно в технологическом процессе целесообразно сокращать

выход ВЭР за счет регенерации, рекуперации, рециркуляции отхо-

дящей теплоты в самом технологическом процессе (нагрев воздуха,

подаваемого на горение, подогрев сырья и др.).

5. В связи с особенностями процессов генерации электрической и теп-

ловой энергии в энергетике целесообразно максимально использо-

вать различные технологии когенерации, т.е. обеспечить комбиниро-

ванное производство электрической (или механической) и тепловой

энергии из одного и того же первичного источника энергии.

6. В мировой практике накоплен богатый опыт по использованию низ-

копотенциального тепла с применением трансформаторов теплоты,

тепловых насосов, тепловых труб.

418

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

7. Массовое освоение данных устройств в отечественной практике по-

зволит осуществить прорыв в сложившихся традиционных схемах

использования первичного топлива в энергетике и промышленности.

Контрольные вопросы

1. Что такое вторичные ресурсы?

2. Какую часть «отходящей теплоты» относят к ВЭР – вторичным энерге-

тическим ресурсам?

3. Какие виды вторичных энергетических ресурсов вы знаете?

4. Какие вам известны способы и устройства для утилизации ВЭР?

5. Изложите схему расчета экономии топлива за счет использования ВЭР.

6. Дайте характеристику устройств, используемых для переноса тепловой

энергии от тела с более низкой температурой к телу с более высокой

температурой, так называемых трансформаторов теплоты.

7. Что такое тепловая труба?

8. Приведите примеры конструкций теплоизолирующих аппаратов с теп-

ловыми трубами.

Рекомендуемые темы для рефератов

1. Вторичные энергетические ресурсы и их использование.

2. Когенерация: основы и преимущества, техническая реализация.

3. Технологические особенности использования низкопотенциальной

теплоты.

4. Тепловые трубы.

419

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

Обозначения и сокращения

АЭС – атомная электрическая станция

ВЭР – вторичный энергетический ресурс

ГТРЭС – газотурбинная расширительная электрическая станция

ГТУ – газотурбинная установка

ГУБТ – газовая утилизационная бескомпрессорная турбина

ДВС – двигатель внутреннего сгорания

ЕС – Европейский союз государств

КПД – коэффициент полезного действия

КПИ – коэффициент полезного использования

КУ – котел-утилизатор

МПЦ – многократная принудительная циркуляция воды

МПЭ – магистральный паровой элеватор

НТМК – Нижнетагильский металлургический комбинат

ОГ – отработанные газы после двигателя

СИО (УИО) – система (установка) испарительного охлаждения элемен-

тов технологических агрегатов

СНГ – Союз независимых государств

США – Соединенные Штаты Америки

ТТ – тепловая труба

ТНУ – теплонасосная установка

ТТТ – теплообменник на тепловых трубах

ТЭН – теплоэлектронагреватель

ТЭС – тепловая электрическая станция

УСТК – установка сухого тушения кокса

420

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 14. Отраслевое энергосбережение

421

14. Отраслевое энергосбережение

14.1. Общие данные

Схемы энергоснабжения в большинстве своем одинаковы для пред-

приятий самого различного назначения. На любом промышленном пред-

приятии имеются насосы, вентиляторы, компрессоры и другое оборудова-

ние. Здесь рекомендации по энергосбережению можно считать достаточно

универсальными. Но у каждой промышленной отрасли имеется свой, при-

сущий только ей, набор технологического оборудования. Поэтому техно-

логия энергоиспользования

в зависимости от вида выпускаемой продукции

может значительно изменятся.

Приведем основные рекомендации по отраслевому энергосбереже-

нию.

Характеристики основных конструкционных материалов

Один из основных видов производственной деятельности в России –

производство конструкционных материалов. В подавляющем большинстве

случаев здесь определяется величина энергетической составляющей в се-

бестоимости производства продукции. В табл. 14.1 представлены сравни-

тельные

данные по мировым объемам производства основных конструкци-

онных материалов, удельной прочности этих материалов, затратам энергии

на производство материалов с учетом их удельной прочности, стоимости

единицы удельной прочности материалов.

Анализ представленных данных показывает, что основные конструк-

ционные материалы в настоящее время – это сталь (черные металлы), же-

лезобетон, пиломатериалы. Полимеры могут составить

им конкуренцию,

если будут найдены пути снижения затрат энергии на их производство.

Относительно низкие объемы производства полимеров объясняются еще и

тем, что 1 т этого материала при определенных условиях заменяет не ме-

нее 3 т рядового металла. Производство цветных металлов из первичного

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 14. Отраслевое энергосбережение

422

сырья по энергоемкости в большинстве своем выше стали в 4 – 6 раз. За-

траты энергии значительно ниже в случае использования для производства

металлов вторичного сырья. Стоимость единицы удельной прочности ма-

териалов практически пропорциональна затратам энергии на их производ-

ство.

Таблица 14.1

Показатели производства основных конструкционных материалов *

Материал

Приведенные

объемы миро-

вого производ

ства,

млн т/год**

Условная

прочность

материалов

Затраты энер-

гии на произ-

водство ма-

териалов

Стоимость

единицы

удельной

прочности

материалов

Стальной прокат 100 1,0 (1,0)*** 1,0 (0,3) 1,0 (1,0)

Железобетон 90 0,1 1,15 0,2 – 0,3

Пиломатериалы 50 0,05 0,12 0,1

Полимеры 5,5 0,13 – 0,21 4 – 7 ~ 5,5

Алюминиевый прокат 2,5 0,8 (0,52) 5 (0,3) ~ 4

Медный прокат 1,0 0,8 (0,6) 4,5 (0,6) ~ 6

* Все показатели приведены относительно стали (данные для стали приняты за

единицу).

** Превышение расходов ТЭР на единицу продукции в России по сравнению со

среднемировыми показателями: стальной прокат – 1,5…2 раза; полимеры – 1,5…3 раза;

алюминиевый прокат – 1,3 раза; медный прокат – до 2 раз; огнеупоры – 2 раза.

*** В скобках указаны данные для металлов, полученных из вторичного сырья

(лома)

Превышение энергоемкости отечественной продукции над средне-

мировыми показателями в 1,5 – 3 раза напрямую определяет существен-

ный рост стоимости изделий российской промышленности по сравнению

мировыми ценами. Это положение определяет тот факт, что на производ-

ство и обработку металлов в нашей промышленности приходится более

половины энергозатрат из общего их промышленного потребления. Соот-

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 14. Отраслевое энергосбережение

423

ветственно доля продукции общего машиностроения и металлообработки в

валовом внутреннем продукте (ВВП) страны является наиболее весомой, а

потому влияние ее энергоемкости на ВВП является определяющим. Вы-

звано это во многом тем, что энергоемкость изделий машиностроения не

менее чем на 70 % определяется энергозатратами на предыдущих этапах

производства.

Несмотря на все усилия в области

энергосбережения, ситуацию в

России изменить коренным образом не удается. Так, за 1998 – 2000 гг. в

стране произошел фактический рост энергоемкости ВВП на 3,7 % вместо

планируемого снижения на 5,3 %.

В этой ситуации возможности продукции машиностроения во мно-

гом определяются энергетическими проблемами металлургической и хи-

мической промышленности, которые, на наш взгляд, следует решать за

счет реализации

следующих задач:

− дальнейшее развитие производства марочной и качественной продук-

ции с пониженными удельными энергозатратами на их производство;

− снижение объемов и затрат на производство рядового металла за счет

энергосбережения и повышения доли вторичного сырья при его изго-

товлении;

− поиск путей снижения затрат энергии на производство полимеров.

Следовательно, от решений

, которые будут приниматься и реализо-

вываться руководством соответствующих холдингов и предприятий, про-

изводящих исходные материалы, во многом будет зависеть динамика тех-

нического и экономического уровня развития машиностроительного ком-

плекса и промышленного производства в целом.

Такое состояние с энергоемкостью металлургической продукции

диктует необходимость целенаправленной энергосберегающей политики.

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 14. Отраслевое энергосбережение

424

Некоторые общемировые тенденции по экономии энергии

в металлургии

Одна из особенностей настоящего времени во всем мире – ресурсы

высококачественных руд быстро сокращаются. Возможно, что этот вид

минерального сырья использован практически полностью. В этой ситуации

заметно растет расход энергии на добычу бедной руды, ее очистку, обога-

щение с целью получения концентратов с достаточно

богатым содержани-

ем необходимого металла. В настоящее время это особенно характерно для

трех основных конструкционных металлов – железа, алюминия и меди.

Для подготовки исходной руды к плавке (железная руда, глинозем, медные

руды) необходимо наличие ресурсов дешевой электрической энергии. По-

жалуй, наиболее характерно это для медной руды, которая подлежит пере-

работке, если

в ней содержится около 0,2 % меди. Обогащение выполняет-

ся до получения концентрата, содержащего около 25 % меди.

Любой процесс обогащения связан с дроблением, измельчением ру-

ды с последующей флотацией. Для ряда железных руд возможно исполь-

зование магнитных средств. Поэтому последние 20 – 30 лет в мировой

практике шел интенсивный поиск методов обогащения руд с целью сни-

жения

расхода энергии.

В черной металлургии можно выделить следующие методы обога-

щения:

− катионная (ионная) флотация кремнезема из руды;

− флокуляция (агломерация) железа перед флотацией (выводом твердых

частиц на поверхность воды);

− обжиг немагнитных руд с целью превращения в магнитные;

− замена железорудного агломерата на окатыши и др.

В алюминиевой промышленности

кроме традиционных методов пы-

таются использовать выщелачивание глинозема соляной или азотной ки-

слотами, хлорирование, использование электротермических процессов и

т.д. Для металлургической промышленности индустриально развитых

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 14. Отраслевое энергосбережение

425

стран характерно неуклонное снижение удельных расходов энергии на 1 т

произведенной продукции, примерно по 1 – 1,5 % в год.

К настоящему времени полная энергоемкость металлургической

промышленности в среднемировом измерении примерно составляет,

кг у.т./т продукции:

• медь – 5000;

• сталь – 750…850;

• алюминий – 7000;

• огнеупоры – 220.

Другая очень характерная особенность в развитии металлургической

промышленности западных стран – массовое

использование передовых

энергосберегающих технологий. Покажем это на примере технологий, соз-

данных в СССР и получивших широкое развитие в западных странах (зна-

чительно большее, чем в России):

− непрерывная разливка стали. Дает снижение удельного расхода

энергии на производство стали на 20 %;

− сухое тушение кокса. В зарубежной практике мокрое тушение кокса

практически

отсутствует;

− испарительное охлаждение металлургических агрегатов. Снижает

расход энергии в 2 – 3 раза по сравнению с оборотной (открытой)

схемой охлаждения;

− газовые бескомпрессорные турбины – ГУБТ, использующие избы-

точное давление доменного газа для производства электроэнергии. В

настоящее время данные установки в России практически отсутст-

вуют.

Направления энергосбережения в отечественной металлургии

Технологические процессы в большинстве

своем отличаются повы-

шенным удельным расходом энергии, поэтому на пути энергосбережения

можно выделить тактические и стратегические шаги.

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 14. Отраслевое энергосбережение

426

Стратегические подходы связаны, как правило, с реконструкцией

производства, внедрением новых энергосберегающих технологических

процессов. В этом плане в нашем регионе следует отметить ряд положи-

тельных результатов. Введен современный цех катанки на «Уралэлектро-

меди». Реализуются целевые комплексные программы энергосбережения,

проводится стимулирование экономии электроэнергии (Каменск-

Уральский металлургический завод (КУМЗ), завод «Уралэлектромедь» и

др.). Большое

внимание уделяется на всех заводах черной металлургии по-

вышению качества металла за счет установки вакууматоров, использова-

ния четвертого передела. Реализуется целевая образовательная программа

по энергосбережению, которая корректируется с учетом особенностей

конкретного предприятия.

К тактическим шагам можно отнести организацию учета расходова-

ния энергоресурсов на разных уровнях, в том числе и на

отраслевом. Сей-

час такой учет на отраслевом уровне не ведется, несмотря на требование

последних ГОСТов по энергосбережению и введение нового интегрально-

го показателя – «полная энергоемкость производства продукции». К дру-

гим шагам данного уровня следует отнести организационные и режимные

мероприятия.

Основные резервы экономии энергоресурсов в металлургии заклю-

чены в реализации или дальнейшем

развитии следующих направлений:

− комплексное использование сырья, что особенно актуально для Ура-

ла. Это реальный путь снижения энергозатрат в горнодобывающем

переделе;

− более широкое использование техногенных ресурсов, в первую оче-

редь отходов. Необходимо развитие сложившейся технологической

цепочки руда – металл – отходы еще одним переделом – перера-

ботка;

− дальнейшее увеличение производства проката

с улучшенными проч-

ностными и защитными свойствами и расширение его ассортимента;

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 14. Отраслевое энергосбережение

427

− более полное использование ресурсов лома и вторичного сырья;

− перевод существующих производственных заводских котельных на

комбинированную выработку тепловой и электрической энергии;

− развитие рекуперативного теплообмена в топливопотребляющих

технологических установках;

− снижение тепловых потерь при производстве преобразованных ви-

дов энергии, в том числе за счет использования вторичных энергоре-

сурсов.

Современное состояние

металлургии в мире характеризуется острой

конкурентной борьбой за рынки сбыта, за выгодные тарифы на услуги и

продукцию естественных монополистов. Большое влияние на развитие ме-

таллургии оказывает динамика цен на первичное топливо, энергетическое

и технологическое (коксующийся уголь, природный газ). Поэтому можно

прогнозировать, что в обозримом будущем российская металлургия будет

решать две

задачи:

− производство марочной и качественной продукции;

− снижение затрат на производство продукции, и в первую очередь за

счет освоения энергосберегающих технологий.

От того, как будут решаться эти взаимосвязанные задачи, будет за-

висеть будущее российской металлургии.

Энергоемкость металлургической продукции

Практически на каждый вид сырьевого ресурса, полуфабриката, ко-

нечной продукции разработаны нормы

расхода топлива, тепловой и элек-

трической энергии. Особенность всех этих видов норм в том, что они оп-

ределяют уровень удельного показателя расхода энергии на данном кон-

кретном переделе, в конкретном технологическом процессе, которых в ме-

таллургии десятки и даже сотни. Разработка этих многочисленных норм

производственной энергоемкости осуществляется одним из трех

методов:

опытным (определение удельных затрат энергии по данным испытаний),