Энергетические потери

На пути от природного ресурса до промышленного потребителя энер­гия любого вида проходит цепь передаточных устройств, трансформаций и преображений. Эта «энергетическая цепочка», называемая чаще «энер­гетический поток», на всех стадиях имеет энергетические потери — от долей до десятков процентов.

По стадиям энергетического потока потери (на примере производства и потребления самого распространенного и самого мобильного вида энергии — электроэнергии) характеризуются следующими ориентировочными цифрами:

— при добыче природного энергоресурса — топлива (без учета извлекаемости) — 1—3%;

— при транспорте топлива: твердого и жидкого — 2—3%, газообразного (по газопроводам) — до 25% (на собственные нужды газокомпрессорных станций с газотурбинным приводом);

-— при сжигании топлива в энергетических котлах — 11—15% (при среднегодовом КПД 85—89%, отличающемся от паспортного КПД на 3—5%);

— при производстве электроэнергии в турбогенераторах—62—68% (при КПД турбоагрегатов 32—38% при теоретически возможном КПД термодинамического цикла до 44%);

— при передаче по магистральным линиям электропередачи (ЛЭП) — около 10%;

— при передаче по разводящим сетям — около 7—8% (из них 6—7% в сетях и 1—2% в электрических трансформаторах); в сельскохозяйственной энергетике из-за плохого состояния сетей—до 25%;

— в электроприемниках (чаще всего в электродвигателях) 5—10% при их работе в зоне экономической загрузки 70—80% (при паспортных КПД двигателей 90—95%, однако при их недогрузке КПД может снижаться до 50- —60%); с учетом типичного режима недогрузки потери в двигателях могут достигать20—30%;

— в приводимых механизмах и других технологических аппаратах 30—35%.

Таким образом, общий коэффициент полезного использования (КПИ) при потреблении электроэнергии не выше 15%.

Наибольшие потери в энергетическом потоке возникают при производстве электроэнергии (вследствие физических особенностей цикла Карно, обусловленных вторым законом термодинамики) и при ее потреблении в производственных установках. Поэтому целесообразно бо­лее пристально рассмотреть часть энергетического потока, относящегося к стадии конечного использования энергии — на промышленном предприятии.

Поступая на промышленное предприятие, химическая энергия топлива, например, преобразуется в электроэнергию и теплоту на промышлен­ных ТЭЦ, в котельных. Затем энергия передается по внутризаводским энергетическим коммуникациям, преобразуется и трансформируется, подводится к энергоиспользующим установкам, поступает в их энергоприемники, где также зачастую преобразуется и трансформируется и наконец попадает в технологический аппарат для энергетического воздей­ствия на обрабатываемый материал, для производства неэнергетической продукции или работы. На всех этих стадиях имеют место свои энергетические потери.

Как видно из табл. 20.1, наибольшие потери происходят в технологи­ческих установках при использовании:

топлива: 1 - 0,5 0,5 =0,75→ 0,75>75%;

теплоты: 1 - 0,85 0,65 =0,447→0,447>44,7%;

электроэнергии: 1 - 0,90,5 = 0,55→55%.

Наиболее низки показатели использования и соответственно велики потери для местных энергоносителей: 90% энергии теряется при применении в производстве сжатого воздуха, примерно столько же у сжатых газов. Особенно велики потери во внутризаводских воздуховодах из-за повышенных аэродинамических сопротивлений вследствие коррозии трубопроводов.

Весьма красноречиво говорят о низком уровне энергоиспользования в промышленности и суммарные коэффициенты полезного использования — от 2 до 53% от количества энергии, поступившей на предприятие.

В промышленных топливосжигающих установках технологический аппарат (технологическое пространство с нагреваемым материалом) и энергоприемник (горелки, топка) часто конструктивно не разделены, однако следует производить оценку энергоиспользования в них отдельно. В технологических аппаратах топливоиспользующих установок очень часто отсутствует внешняя изоляция, нет хвостовых поверхнocтей нагрева (за исключением случаев использования ВЭР), тепло нагретых материалов часто не рекомендуется и т.д. Например, во выдающихся обжиговых печах при производстве обесфторенных фосфатов нет изоляции, и футеровка соприкасается непосредственно с наружным воздухом. В результате потери в окружающую среду составляют 25% от суммарного расхода энергии и выше. В энергоприемниках этих установок (горелках и топках) не соблюдаются элементарные режимы горения: не выдерживается соотношение «топливо-воздух», не контролируется температура уходящих газов, допускаются присосы воздуха в дымовом тракте и т.п.

Так, пиролизная печь, широко распространенная в химической и нефтехимической промышленности, принципиально ничем не отличается от парового энергетического котла, только вместо воды там нагревается, а затем разлагается керосин. КПД этих печей около 50%, в то время как у энергетических котлов его среднегодовое значение около 90%.

В технологических аппаратах теплоиспользующих установок очень часто отсутствует или недостаточна изоляция, допускается повышенный унос внутриагрегатных теплоносителей, редко рекуперируется тепловой потенциал нагретых материалов и т.п. Так, в большинстве сушилок неоп­равданно низка рециркуляция нагретого и допускаются довольно боль­шие присосы холодного воздуха.

Рабочие механизмы в силовых процессах также имеют многочисленные отклонения от нормы. Например, в насосных установках наблю­даются повышенные объемные и механические потери, велики гидравлические потери в нагревательных трубопроводах из-за их плохого состояния (повышенной шероховатости). Эти установки очень часто работают с недогрузкой, соответственно с увеличенным против норм удельным расходом энергии на единицу перекачиваемого агента. Особенно велики механические потери в передаточных устройствах (редукторах), которые редко имеют КПД выше 75% при паспортном около 85%, т.е. в них теряется около четверти энергии, подведенной к техно­логической установке.

Таблица 20.1. Ориентировочные показатели использования энергоресурсов на промышленном предприятии, %

Примечания: — при поступлении тепловой и электрической энергии со стороны, — с учетам осушки сжатого воздуха, — при использовании электроэнергии на компрессорных и холодильных станциях.

Электродвигатели, приводящие эти установки, имеют паспортные КПД обычно более 90%, но он достигается лишь при загрузке двигателей на 70—80%, а при меньшей загрузке резко снижается. Двигатели, как правило, подбираются к приводимому механизму с запасом мощности, а при работе в переменных режимах их загрузка нередко составляет 50% и ниже. Тогда во многих случаях у них понижен КПД, который в среднем можно оценить в 65%, т.е. потери здесь около 35%. К тому же после капитальных ремонтов электродвигатели в большинстве случаев не восстанавливают свой первоначальный паспортный КПД, что приводит к еще большим потерям.

При современном уровне энергоиспользования многие энергетические потери могут быть существенно сокращены при проведении некоторых малозатратных мероприятий, за счет организационных мер при ужесточении технологической и энергетической дисциплины. Для этого требуется более пристальное внимание к проблемам промышленной энергетики, совершенствование выполнения всех функций управления ею. Все это может быть объединено общим понятием «управление использованием энергии на промышленном предприятии».

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: