Розова В.И. Экономика промышленной энергетики
Подождите немного. Документ загружается.
40
должительности одного или нескольких полных операционных циклов.
Часовая производительность такого оборудования всегда относится к про-
должительности одного или нескольких законченных циклов. Но так как
Т
о
=
Т
э
+ Т
в
, то можно определить производительность, отнесенную к эффективно-
му времени:
А
э,макс
= Z / Т
э
. (3.12)
Такая производительность является теоретической, фиктивной, величиной,
так как показывает, какую производительность можно было бы получить при
отсутствии перерывов в эффективной работе оборудования. Такая производи-
тельность является максимальной,
А
макс
.
При постоянном режиме работы (одинаковой единовременном загрузке
оборудования и постоянных технологических параметрах) выпуск продукции
за один цикл (Z) и эффективное время работы в каждом цикле (
τ
э
) будут неиз-
менны. В этом случае производительность за Т
э
составит:
А
э
= z /τ
э
= Z/ Т
э
(3.13)
Если циклы неравномерны во времени или загрузке (переменный peжим),
часовая производительность за эффективное время будет средней величеной:
Т
э
=
∑
n
1
τ
э
; Z=
∑
n
1
Z; n - число операций;
А
э
= Z / Т
э
(3.14)
Относительная или интенсивная загрузка оборудования характеризуется
технологическим коэффициентом загрузки:
γ
т
=А
э
/А
макс
(3.15)
Операционная производительность определяется следующим образом. Для
оборудования непрерывного действия операционная производительность равна
производительности за эффективное время, А
0
= А
э
, т.к. Т
О
= Т
э
Для оборудования периодического действия:
-при постоянном режиме работы:
А
о
=Z/τ
о
= Z / Т
о
, (3.16)
-при переменном режиме работы она будет среднечасовой величиной, за-
висящей от вспомогательного времени операционного цикла, которое опреде-
ляет К
О
:
Ао= К
о
·А
э
=К
о
·γ
т
·А
макс
(3.17)
Среднечасовая календарная производительность используется для обоб-
щенной характеристики оборудования за календарное время. Этот показатель
41
связан с операционной производительностью:
А
к
= к
вр
·А
о
= к
вр
·к
о
·γ
т
·А
макс
= к
инт
·А
макс
. (3.18)
где к
инт
- интегральный коэффициент использования оборудования, характе-
ризующий использование оборудования во времени и по производительности.
Среднекалендарная производительность оборудования непрерывного и перио-
дического действия зависит от его загрузки и использования во времени, ее по-
вышение связано с мероприятиями по сокращению различного рода внеопера-
ционных простоев (
Т
н
).
3.3. Показатели потребления энергии
Загрузка оборудования по электрической мощности характеризуется энер-
гетическим коэффициентом загрузки:
γ
э
= N / N
н
, (3.19)
где N и N
н
− соответственно подведенная и номинальная мощность оборудо-
вания.
При правильно выбранном специализированном технологическом обору-
довании технологический и энергетический коэффициенты загрузки по своей
величине близки между собой.
Потребление энергии на выпуск продукции Z характеризуется абсолют-
ными и относительными показателями.
К абсолютным относят подведенную к оборудованию мощность и энер-
гию. Расход энергии определяют за эффективное время (
W
э
), oпeрационной
(
W
о
) и календарное (W
к
). За это же время определяются и соответствующие
средние показатели подведенной мощности:
N
э
= W
э
/ Т
э
; N
о
= W
о
/ Т
о
; N
к
= W
к
/ Т
к
. (3.20)
К относительным показателям относят удельные расходы энергии за элек-
тивное время (
d
э
), операционное (d
о
) и календарное (d
к
) :
d
э
= W
э
/ Z = N
э
/ А
э
; d
о
= W
о
/ Z = N
о
/ А
о
;
d
к
= W
к
/ Т
к
= N
к
/А
к
. (3.21)
Расходы энергии за эффективное время работы,
W
э
, имеют одинаковую
структуру для оборудования непрерывного и периодического действия:
W
э
= W
пол
+ W
пот
. (3.22)
Расход энергии за операционное время, W
о
,:
42
-для оборудования непрерывного действия он совпадает с расходом за эффек-
тивное время, т.е.
W
о
= W
э
-для оборудования периодического действия:
W
о
= W
э
+ W
ох
, т.е. включаются дополнительные расходы на холостые
ходы; или
W
о
= W
э
+ W
ос
, т.е. учитываются расходы на пуск после остановки.
Структура календарного расхода энергии одинакова для оборудования не-
прерывного и периодического действия. В общем виде расход за календарное
время включает:
W
к
= W
о
+ W
нх
+ W
нс
+ W
хг
+ W
сг
, (3.23)
где W
нх
, W
нс
− внеоперационные расходы на холостые ходы и пуски оборудо-
вания; W
хг
, W
сг
− дополнительные расходы на холостые ходы и пуски оборудо-
вания, связанные со сменностью работы и вызванные перерывами в нерабочие
смены и выходные дни.
В большинстве случаев имеет один вид расхода. Обычно оборудование с
малыми пусковыми расходами останавливается при всех внеоперационных пе-
рерывах, а тем более в перерывах на выходные дни и нерабочие смены:
W
к
= W
о
+ W
нс
+ W
сг
. (3.24)
3.4. Энергетические характеристики промышленного оборудования
В технологических операциях полезная и потерянная мощности часто не
могут быть измерены непосредственно по приборам. Основой энергетического
нормирования и оценки энергетической эффективности оборудования являются
энергетические характеристики. За независимую переменную принимается
производительность агрегата, за функциональные переменные принимается
подведенная, полезная или потерянная мощности. Энергетические характери-
стики могут быть построены как характеристики брутто, так и характеристики
нетто. Характеристики брутто получили наибольшее распространение. Все ха-
рактеристики можно разделить на основные и производные.
К основным характеристикам относят зависимости подведенной, полезной
или потерянной мощности от производительности агрегата. Наибольшее рас-
пространение имеет зависимость подведенной мощности от производительно-
сти, так называемая расходная характеристика N
а
= f (А).
К производным относят к.п.д. агрегата, удельный расход на единицу про-
43
дукции и удельные потери.
Энергетические характеристики агрегатов непрерывного и периодического
действия имеют свои особенности.
Энергетические характеристики агрегатов непрерывного действия
строятся как зависимость подведенной мощности от текущей производитель-
ности. Расчет энергетической эффективности проводится с помощью трех по-
казателей:
1) к.п.д. (основной):
η = (N
е
/ N
а
)·100%; η = (N
е
+ α
вэр
·N
вэр
) / N
а
·100% (3.25)
где α
вэр
и N
вэр
− выход и мощность используемых ВЭР;
2) удельные потери мощности в агрегате :
р = N
и
/ N
а
·100%; η + р = 100%; (3.26)
3) удельный расход энергии или мощности на единицу основной продукции,
выпускаемой агрегатом в единицу времени:
d
бр
= W
а
/ Z или d
бр
= N
а
/ А ; (3.27)
с учетом использования ВЭР :
d
нт
= (W
е
- α
вэр
W
вэр
) / Z или d
нт
= (N
е
- α
вэр
N
вэр
) / А, (3.28)
где А - текущая производительность.
В систему нормирования должны быть включены доля мощности ВЭР, ис-
пользуемая за пределами данного агрегата и удельный расход ВЭР:
d
вэр
= α
вэр
·N
вэр
/ А . (3.29)
Для агрегатов периодического действия энергетические характери-
стики не могут быть построены как зависимости подведенной мощности от те-
кущей производительности вследствие:
- наличия операционных перерывов;
- необходимости измерения произведенной продукции за один или не-
сколько законченных циклов, а иногда и за полный цикл;
- определения теоретической (фиктивной) производительности агрегата
за эффективное время работы.
Для такого оборудования энергетические характеристики строятся как за-
висимости расхода энергии (мощности) за полный цикл выпуска продукции.
Такие энергетические характеристики будут отражать зависимость средней
подведенной мощности и средних удельных расходов от среднечасовой произ-
водительности за операционное время:
N
о
= f
1
(А
о
) ; d
о
= f
2
(А
о
) .
44
При построении энергетической характеристики оборудования периодиче-
ского действия необходимо учесть:
- зависимость среднечасовой производительности
А
о
от колебания нагрузки
оборудования и продолжительности вспомогательного времени τ
в
;
- особенности оборудования;
- режимы работы.
Технологические параметры при этом принимаются постоянными. При
этом возможны два случая.
Первый. а) агрегаты работают с операционными холостыми ходами;
б) агрегаты имеют большие пусковые расходы, но выключаются на
время перерыва (дуговые и индукционные электропечи, вулканизационные ка-
меры, сушила и др.).
а) Энергетический баланс агрегата за полный операционный цикл составит:
W
а,о
= N
х
(τ
э
+ τ
в
) + δZ = N
х
τ
о
+ δZ , (3.30)
где W
а,о
− подведенная к агрегату энергия за один операционный цикл; N
х
−
потери мощности на холостой ход; δ − удельные приросты энергии (мощности)
на единицу выпускаемой продукции.
При постоянстве технологических параметров величины
N
х
и τ
в
являются
постоянными величинами. Практически постоянна и величина
δ. Переменными
величинами будут Z и τ
в
.
Зависимость средней подведенной мощности тогда составит:
N
о
= W
о
/ τ
о
= N
х
+ δ·А
о
= N
х
+ δ·k
о
·γ
т
·А
макс
. (3.31)
В этой зависимости γ
т
меняется только при изменении выпуска продук-
ции, a
k
о
зависит только от продолжительности вспомогательного времени τ
в
.
Общий характер зависимости подведенной мощности остается неизменным в
том и другом случае. Энергетическая характеристика средней подведенной
мощности будет в этом случае линейной.
Аналитическое уравнение характеристики среднего удельного расхода так
же будет линейным:
d
о
= N
о
/ А
о
= N
х
/ А
о
+ δ = (N
х
/ k
о
·γ
т
·А
макс
) + δ . (3.32)
б) Энергетические характеристики агрегатов с большими пусковыми расходами
и отключением на время операционных перерывов будут такими же, как и для
агрегатов в случае а), если продолжительность отключения не превышает 2 - 5
часов, а пусковые расходы можно принять за постоянную величину холостого
45
хода на время остановки.
Второй. Агрегаты имеют малые пусковые потери при остановках на время
операционных перерывов.
В этом случае отключение целесообразнее работы на холостом ходу. Ма-
лые пусковые расходы в энергобалансах агрегатов обычно не выделяются спе-
циальными членами, а условно включаются в составляющую переменных рас-
ходов энергии, особенно для агрегатов с электроприводом.
Уравнение энергетического баланса в этом случае составит:
W
о
= N
х
τ
э
+ δZ (3.33)
или
N
о
= W
о
/τ
о
= (N
х
·τ
э
/τ
о
) + δА
о
= k
о
N
х
+ δА
о
= k
о
(N
х
+ δ·γ
т
·А
макс
), (3.34)
В данном технологическом процессе постоянной величиной является τ
э
.
Переменными величинами являются: операционная производительность А
о
;
вспомогательное время τ
в
; коэффициент использования оборудования за опе-
рационное время k
о
. При этом А
о
= f (Z, τ
в
), k
о
= f
1
(τ
в
), γ
т
= f
2
(Z). Поэтому
зависимость средней подведенной мощности от производительности может
быть выражена в виде энергетической диаграммы (рис.3.2).
Зависимость удельного расхода от производительности также будет выра-
жена в виде энергетической диаграммы:
d
о
= N
о
/ А
о
= (k
о
·N
х
/ А
о
) + δ = (N
х
/ γ
т
·А
макс
) + δ . (3.35)
На этой диаграмме:
o зависимость средней производительности при условиях
k
о
= const (τ
в
=
const), А
о
= f (γ
т
) выражена прямыми ав, а'в', а"в''; при этом каждая прямая
соответствует тому или иному постоянному значению
k
о
;
o зависимость среднечасовых величин N
о
= ψ (А
о
) при условии γ
т
= const,
А
о
=f (k
о
) выражена прямыми ов, ов
1
, ов
2
, при этом каждая линия соот-
ветствует той или иной постоянной величине γ
т
.
o зависимость среднего удельного расхода от средней производительности аг-
регата при условии
k
о
= const (τ
в
= const), а γ
т
= f (Z) выражается кривыми
ав, а'в', а''в'' и т. п.;
o при работе агрегата с постоянной нагрузкой (Z = соnst,
γ
т
= const), но с пе-
ременной величиной вспомогательного времени (τ
в
= var) средний удельный
расход остается постоянным и выражается прямыми св, с
1
в
1
, с
2
в
2
равных
46
значений
d
о
; в этом случае k
о
= f (τ
в
).
Рис. 3.2. Энергетическая диаграмма агрегата периодического действия с малы-
ми пусковыми расходами и прямолинейной характеристикой под-
веденной мощности при работе с остановками на время операцион-
ных перерывов.
а) диаграмма средней подведенной мощности;
б) диаграмма среднего удельного расхода.
Расход энергии агрегатом при заданной производительности, определяе-
мый по расходной энергетической характеристике, называется характеристиче-
ским расходом. Величина его соответствует нормализованным технологи-
ческим параметрам производственного процесса, условиям окружающей среды,
состоянию оборудования и качеству его обслуживания.
Фактические расходы энергии могут отклоняться от характеристических.
Изменения условий эксплуатации учитываются системой норм-поправок к ха-
γ
т
=1,0
γ
т
No
47
рактеристическому расходу. Нормы-поправки даются в виде процентного из-
менения от изменения соответствующего норматива. Фактический, эксплуата-
ционный расход энергии составит:
W
ф
= W
х
(1 ± ∆W
экс
/ 100), (3.36)
где W
х
− характеристический расход энергии; ∆W
экс
− норма-поправка к ха-
рактеристическому расходу.
Все энергетические характеристики получают на основе заводских испы-
таний оборудования.
3.5. Контрольные вопросы
1. Перечислите составляющие календарного времени
2. Назовите причины внеоперационных перерывов
3. Назовите составляющие операционного времени
4. Назовите коэффициенты, характеризующие использование оборудования во
времени
5. Перечислите показатели часовой производительности оборудования
6. Укажите различия при определении показателей часовой производительно-
сти оборудования непрерывного и периодического действия
7. Какие показатели характеризуют энергетическую экономичность оборудо-
вания
8. Какова структура потребляемой энергии за эффективное, операционное и
календарное время оборудования непрерывного и периодического действия
9. В чем заключаются особенности энергетических характеристик оборудова-
ния непрерывного и периодического действия
10. Особенности определения показателей энергетической экономичности обо-
рудования периодического действия при работе на холостом ходу во время
операционных перерывов и при их остановке во время операционных пере-
рывов
3.6. Контрольный тест
1. В каких случаях производительность за эффективное время определяется
как среднечасовая:
а) при постоянной нагрузке;
б) при переменной нагрузке;
48
в) при постоянных параметрах технологического процесса;
г) при изменяющихся параметрах технологического процесса.
2. Для какого оборудования рассчитывается максимальная, теоретическая,
фиктивная производительность:
а) для оборудования непрерывного действия;
б) для оборудования периодического действия.
3. В каком случае операционная производительность зависит от величины ко-
эффициента технологической нагрузки:
а) для оборудования непрерывного действия;
б) для оборудования периодического действия при постоянных параметрах
технологического процесса;
в) для оборудования периодического действия с изменяющимися парамет-
рами технологического процесса.
4. Какие показатели потребления энергии являются относительными:
а) удельные расходы энергии;
б) подведенная энергия;
в) подведенная мощность.
5. Какие объемы потребления энергии имеют одинаковую структуру для обо-
рудования непрерывного и периодического действия:
а) за эффективное время;
б) за операционное время;
в) за календарное время.
6. Для какого оборудования энергетические характеристики строятся как зави-
симости от текущей производительности:
а) непрерывного действия;
б) периодического действия.
7. В каком случае энергетический баланс агрегата составляется за эффективное
время:
а) при работе оборудования периодического действия на холостом ходу во
время операционных перерывов;
б) при остановке этого оборудования во время операционных перерывов.
8. При построении энергетических характеристик оборудования периодическо-
го действия с малыми пусковыми расходами:
а) пусковые расходы выделяются самостоятельными членами;
б) включаются в переменные расходы.
49
9. В каком случае энергетические характеристики агрегатов периодического
действия представляют собой линейную зависимость:
а) при работе агрегата на холостом ходу во время операционных перерывов;
б) при их остановке на время операционных перерывов.
10. При незначительных изменениях условий эксплуатации от расчетных:
а) определяются ли новые энергетические характеристики;
б) используются нормы-поправки.
Ответы к тесту
1. б, г; 2. б; 3. в;
4. а; 5. а, в; 6. а; 7. б;
8. б; 9. а; 10.б.