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

Подождите немного. Документ загружается.

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

468

приятия по экономии электроэнергии в электросварочных установках

можно условно разделить на две основные группы: технологические и

энергетические. Наибольшие возможности экономии электроэнергии

имеются в технологии сварочного производства, и только 20 – 30 % дают

энергетические мероприятия. Основные мероприятия по снижению удель-

ных расходов электроэнергии на сварку:

− оптимальный выбор способа сварки;

− совершенствование технологии электросварки;

−

снижение электрических и тепловых потерь;

− устранение холостого хода сварочных агрегатов;

Оптимальный выбор способа сварки. Здесь возможны следующие

пути:

− Замена ручной дуговой сварки на переменном токе автоматиче-

ской под флюсом (позволяет получить 5 – 7 % экономии электроэнергии).

− Переход от ручной электросварки на постоянном токе к полуав-

томатической в среде углекислого газа

(уменьшает удельный расход элек-

троэнергии в 2 – 2,5 раза).

− Замена ручной дуговой электросварки точечной контактной

(уменьшает удельные расходы электроэнергии в 2 – 2,5 раза).

− Замена дуговой электросварки на шовную контактную (снижает

расход электроэнергии на 15 %).

− Перевод ручной дуговой сварки с постоянного тока на перемен-

ный (уменьшает расход электроэнергии в 2 – 3 раза).

При контактной сварке

наиболее экономичной является точечная,

поэтому расширение применения точечной сварки дает большую эконо-

мию электроэнергии.

Совершенствование технологии электросварки возможно:

− за счет использования электродов с покрытием, в которое введен

железный порошок (позволяет увеличить силу сварочного тока, повысить

производительность и снизить удельные расходы электроэнергии на 8 – 12 %);

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

469

− применения присадки в виде металла в порошке (при сварке под

флюсом W

уд

снижается на 30 – 40 %);

− применения электрошлаковой сварки при сварке металлов боль-

шой толщины;

− введения контактной сварки на жестких режимах;

− правильного выбора режимов работы.

Точечную рельефную и шовную сварку изделий можно производить

на мягких и жестких режимах. Расчеты показывают (табл. 14.20), что при

сварке на жестких режимах (повышенный ток I

св

, но уменьшенное время

сварки t

св

) расходы электроэнергии снижаются в 1,5 – 4,0 раза. Поэтому

при выборе режимов сварки надо ориентироваться на жесткие.

На потери электроэнергии в электросварочных установках значи-

тельное влияние оказывает коэффициент загрузки К

и активное сопротив-

ление сварочного контура R

. Оптимальный коэффициент загрузки К

з.опт

электросварочной установки, соответствующий максимуму КПД η

, равен

з.опт

= ΔР

х.х

/Δ Р

к.з

где ΔР

х.х

, Δ Р

к.з

– потери холостого хода и короткого замыкания.

Таблица 14.20

Снижение расхода электроэнергии при переходе от мягкого к жесткому

режиму сварки

Режим

Мягкий Жесткий

Относительное

снижение рас-

хода, разы

Толщина

сваривае-

мого метал-

ла, мм

св,

кА t

св,

с I

св,

кА t

св,

0,8 + 0,8 7,0 0,3 9,5 0,08 2,03

1,0 + 1,0 7,5 0,4 0,5 0,08 2,55

1,2 + 1,2 8,0 0,4 11,5 0,1 1,94

1,5 + 1,5 8,5 0,4 13,5 0,14 1,13

2,0 + 2,0 7,0 2,0 9,0 0,25 4,84

2,5 + 2,5 9,0 2,0 12,0 0,4 2,81

3,0 + 3,0 10,0 2,0 16,0 0,6 1,31

4,0 + 4,0 12,0 2,0 18,0 0,8 1,11

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

470

Если учитывать только электрические потери, то для всех типов сва-

рочных установок К

з.опт

= 0,2 – 0,3. Работа электросварочных установок с

указанными К

з.опт

является явно не оптимальной, поэтому при выборе К

з.опт

необходимо учитывать и тепловой КПД.

Для сварки изделий из стали можно рекомендовать следующие

з.опт

: 0,5…0,8 – точечные подвесные; 0,65…1,5 – многоточечные;

0,7…0,8 – шовные.

Внедрение ограничителей холостого хода сварочных преобразова-

телей и трансформаторов дает экономию электроэнергии в размере

15 – 20 % на каждой установке.

Наряду с перечисленными мероприятиями можно также рекомендо-

вать:

− замену контактных однофазных машин переменного тока маши-

нами постоянного тока, позволяющую экономить электроэнергию за счет

уменьшения мощности машин и

индуктивного сопротивления вторичного

контура

− периодическую проверку сопротивления вторичных контуров и

состояния их контактов, особенно у подвесных сварочных машин;

− применение электрошлаковой сварки для соединения деталей

толщиной более 30 – 40 мм вместо дуговой сварки.

Системы снабжения потребителей сжатым воздухом

Сжатие воздуха – неэффективный с энергетической точки зрения

процесс, так как КПД этого процесса находится

в пределах 10 %.

В установках сжатого воздуха применяются центробежные, осевые,

поршневые, винтовые компрессоры.

Снизить затраты электроэнергии в установках сжатого воздуха воз-

можно:

− за счет снижения номинального рабочего давления компрессора и

в сети сжатого воздуха;

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

471

− понижения температуры воздуха, всасываемого компрессорами;

− отключения лишних компрессоров при снижении расходов сжа-

того воздуха;

− внедрения в поршневых компрессорах прямоточных клапанов;

− уменьшения длины магистральной и распределительной сети по-

дачи сжатого воздуха;

− использования эффекта резонансного наддува поршневых ком-

прессоров;

− подогрева сжатого воздуха перед пневмоприемниками;

− замены компрессоров старых конструкций на новые с более вы-

соким КПД;

− систематического контроля за утечками сжатого воздуха;

− отключения отдельных участков или всей сети сжатого воздуха в

нерабочее время;

− замены пневмоинструмента на электроинструмент.

Потребление сжатого воздуха с давлением выше необходимого при-

водит к непроизводительному расходу электроэнергии. Понижение давле-

ния у потребителей сжатого воздуха может быть осуществлено с помощью

редуктора, инжектора, дросселированием и регулированием давления.

Наиболее эффективно применение регуляторов давления. Потери энергии

(кВт·ч/год) при использовании сжатого воздуха при давлении выше номи-

нального определяются как

где А

, А

– работа сжатия 1 м

при повышенном и номинальном давлении,

Дж/м

; П – производительность компрессора, м

/мин; t

р.г

– время работы

компрессора в год, ч; η

, η

– КПД индикаторной части, электриче-

ской сети, электродвигателя, передачи, η

– КПД механизма, потребляю-

щего сжатый воздух.

367200

П60)(1,1

пмэс

р.г21

tAA

ηηηηη

−

=Δ

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

472

Необходимо избегать уровней давления выше 5 бар. Понижение дав-

ления на 1 бар дает экономию энергии в 5 – 10 %.

Опыт эксплуатации показывает, что при установке прямоточных

клапанов вместо кольцевых (пластинчатых) удельный расход электроэнер-

гии на выработку сжатого воздуха снижается в среднем на 13 – 15 % при

одновременном увеличении подачи компрессоров на 10 %.

Одним из эффективных способов экономии электроэнергии при ис-

пользовании сжатого воздуха является теплоизоляция воздухопровода, по-

зволяющая подать потребителю сжатый воздух с повышенной температу-

рой. При этом уменьшается расход воздуха и, следовательно, потери элек-

троэнергии.

Экономия электроэнергии за счет теплоизоляции составляет

где ΔΘ – разность температур до устройства теплоизоляции воздухопрово-

да и после; w

уд

– удельный расход электроэнергии на выработку 1 м

сжа-

того воздуха, кВт·ч/м

Применение компрессоров новых конструкций с более высоким КПД

взамен устаревших дает экономию электроэнергии

где Р

и P

– мощности электродвигателей старого и нового компрессора,

кВт.

Правильный выбор места забора воздуха и прокладки всасывающего

воздуховода (в тени, на северной стороне здания, в отдельности от цехов и

стен с большими тепловыми выделениями) снижает расход электроэнер-

гии на выработку сжатого воздуха на 1 % на каждые 2,5 °С понижения

температуры всасываемого воздуха.

Использование эффекта резонансного наддува цилиндров поршне-

,П22,0

р.гуд

twW

⋅

=Δ

,10)(

р.г21

−

⋅−=Δ tPPW

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

473

вых компрессоров путем обеспечения рациональной длины всасывающего

воздуховода или включения в воздуховод резонатора определенного объе-

ма сокращает удельный расход электроэнергии примерно на 3 – 5 % при

одновременном повышении производительности до 5 – 8 %.

Внедрение автоматических регуляторов компрессоров для обеспече-

ния постоянного давления у пневмоприемников дает экономию электро-

энергии от 15 до 30 % в зависимости от режима потребления.

Устранение вибрации воздухопроводов и пульсаций в них воздуха

путем установки ресивера на вводах в литейные, кузнечно-прессовые и

другие цехи с резко пульсирующим потреблением сжатого воздуха может

дать до 20 % и более экономии электроэнергии.

Повседневная борьба с утечками сжатого воздуха путем системати-

ческого контроля за состоянием сети и оборудования (и устранения дефек-

тов), установки самозапирающихся клапанов, пистолетов, штуцеров, за-

жимов позволит снизить непроизводительные потери сжатого воздуха на

10 –20 % и более. Снижения потерь воздуха и нерациональных потерь дав-

ления можно также добиться:

1) за счет отключения цехов и участков в нерабочее время;

2) разделения питающих воздуходувов для потребителей высокого и

низкого давления, а также для потребителей с неравномерным и перемен-

ным режимами работы;

3) в отдельных случаях дросселирования воздуха у потребителей

низкого давления при отборе из сети высокого давления.

Большую экономию электроэнергии можно получить путем пра-

вильного выбора числа и мощности компрессоров, особенно это касается

крупных компрессоров, при их работе на односменных и двусменных

предприятиях, так как они имеют ограничение по числу возможных пус-

ков. Это приводит к тому, что компрессоры работают непрерывно с час-

тичным снижением нагрузки при дросселировании на всасывании в нера-

бочее время. Это приводит к потерям электроэнергии до 60 – 70 %.

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

474

На крупных предприятиях следует идти на децентрализованные сис-

темы снабжения потребителей сжатым воздухом, что позволит значитель-

но снизить мощности компрессоров и потери в магистральных сетях.

Для регулирования подачи следует применять параллельно рабо-

тающие компрессорные агрегаты или регулирование частоты вращения

компрессоров (частотное регулирование).

Насосные установки

В зависимости от назначения и рода перекачиваемой жидкости на-

сосные установки подразделяются на водопроводные, канализационные,

мелиоративные, теплофикационные, нефтеперекачивающие и др.

На современных насосных установках наибольшее распространение

получили центробежные и осевые лопастные насосы.

Центробежные насосы регулируются изменением частоты вращения

рабочих колес или изменением степени открытия задвижки (затвора) на

напорной линии. Прикрывая или открывая затвор, изменяют крутизну ха-

рактеристики G–H трубопровода (рис. 14.1), которая зависит от его гид-

равлического сопротивления. Прикрывая затвор, увеличивают крутизну

характеристики, при этом рабочая точка насоса А

перемещается в поло-

жение А

, подача уменьшается до значения G

, напор, развиваемый насо-

сом, возрастает до значения Н

, а напор на трубопроводе за затвором сни-

жается до значения H

′

за счет потерь напора ΔH

в затворе.

Увеличивая степень открытия затвора, уменьшают крутизну харак-

теристики трубопровода. Этот способ регулирования считается малоэко-

номичным, так как на преодоление дополнительного гидравлического со-

противления в затворе требуются дополнительные затраты энергии.

При изменении частоты вращения насоса изменяется положение его

характеристики G–H. Уменьшая частоту вращения, перемещают характе-

ристику вниз параллельно самой себе. При этом рабочая точка, перемеща-

ясь по характеристике трубопровода, занимает положение А

′

, следова-

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

475

тельно, подача уменьшается так же, как и напор в сети и напор, развивае-

мый насосом.

Мощность электродвигателя насоса определяется по выражению, кВт

где k

зап

– коэффициент запаса (при G

< 100 м

/ч; k

зап

= 1,2 – 1,3; при

> 100 м

/ч; k

зап

= 1,1 – 1,5); H

– статический напор (сумма высот всасы-

вания и нагнетания ), м вод. ст.; ΔΗ – потери напора в трубопроводах, м

вод. ст.; η

– КПД насоса; η

эд

– КПД электродвигателя; γ – плотность

жидкости, кг/м

; G

– подача насоса, м

/ч.

Рис. 14.1. Регулирование режима работы центробежного насоса:

1 – характеристика G-H насоса при номинальной частоте вращения;

2 – то же при уменьшенной частоте вращения; 3 – характеристика G-H

трубопровода при полном открытии затвора; 4 – то же при уменьшении

степени открытия затвора

367200

γ)(

эдн

снзап

ηη

⋅⋅

⋅

HНGk

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

476

Удельный расход электроэнергии в насосных установках определя-

ется по выражению, кВт · ч/м

Как видно из данного выражения и рис. 14.1, экономии электроэнер-

гии в насосных установках можно добиться:

1) правильным выбором характеристик насосного агрегата (G

, Н);

2) повышением КПД насосов и приводных электродвигателей;

3) повышением загрузки насосов и совершенствованием регулирова-

ния их работы;

4) уменьшением сопротивления трубопроводов;

5) сокращением расхода и потерь воды.

Исследование насосных станций показывает, что в ряде случаев на-

блюдается несоответствие паспортных характеристик насосов (G

, Н) фак-

тическим характеристикам систем водоснабжения.

При работе насосной установки с подачей меньше расчетной возни-

кает несоответствие между напором, развиваемым насосом, и напором,

требуемым для подачи того или иного количества жидкости (т. е. превы-

шение напора насоса). Из рис. 14.1 видно, что при уменьшении подачи

требуемый для сети напор уменьшается, а развиваемый насосом напор

увеличивается. Разность значений этих напоров ΔH

= H

– H

Из графика совместной работы насоса и трубопровода видно, что

значение ΔH

тем больше, чем круче характеристики насоса и трубопрово-

да и чем меньше фактическая подача насоса по сравнению с расчетной.

Годовые потери электроэнергии за счет повышения напора соста-

вят, кВт·ч:

эдн

)(00272,0

уд

ηη

НН

Δ+

367200

эдн

пнзап

НGk

W ⋅

⋅

=Δ

ηη

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

477

где Т

– годовое время работы насоса с превышением напора на ΔH

. Если

насос работает с переменным напором и давлением, то

где G

нi

– напор на i-м интервале времени, ΔH

пi

– превышение напора на i-м

интервале времени; T

– годовая продолжительность i-го интервала; п –

число интервалов изменения напоров.

Регулирование работы насосов. В практике неизменных (постоян-

ных) режимов водоснабжения не бывает. Насосы работают в переменном

режиме в зависимости от режимов потребления воды (рис. 14.2). Поэтому

правильное изменение режимов работы насосов, т. е. рациональное регу-

лирование, обеспечивает значительную экономию электроэнергии. Регу-

лирование режима работы насосов может осуществляться напорной

или

приемной задвижкой; изменением числа параллельно работающих насо-

сов; изменением частоты вращения электродвигателя.

Рис. 14.2. Суточный отпуск воды со 2-го подъема водопроводной станции

367200

гп

эдн

зап

ТHG

Δ⋅⋅

⋅

=Δ

∑

ηη

100

200

300

400

500

600

700

800

900

123456789101112131415161718192021222324

Часы

м3/ч

Расхо

во

/ч