Подпись руководителя организации

Исполнитель: (Ф.И.О., телефон)

 

3. ЭНЕРГОБАЛАНСЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЭР И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Энергетический баланс (в дальнейшем энергоба­ланс) промышленного объекта, т. е. промышленного предприятия, его подразделения, технологической ли­нии, установки, аппарата, является частным выраже­нием закона сохранения энергии (первого закона термодинамики).

Энергетический баланс является важной характе­ристикой состояния энергетического хозяйства пред­приятия и отражает полное количественное соот­ветствие между суммой подведенной энергии (при­ходной частью), с одной стороны, и суммой полезной энергии и потерь (расходной частью), с другой.

Приходная часть энергетического баланса содер­жит перечень видов энергетических ресурсов, посту­пающих на предприятие в количественном выражении, а расходная часть — перечень всех статей расходов энергоресурсов, включая ее потери при использова­нии, преобразовании и транспортировке.

Очевидно, что возможны различные уровни состав­ления энергетических балансов, начиная от энергоба­ланса планеты Земля, отдельной страны, ее региона, переходя на уровень промышленного предприятия, его подразделения, технологической линии, установ­ки, аппарата.

Составление и анализ энергобалансов направле­ны на решение следующих основных задач: оценку фактического состояния и эффективности энергоис­пользования на предприятии, выявление причин воз­никновения и определение потерь энергоресурсов и энергоносителей; выявление и оценку резервов эконо­мии топлива и энергии и разработку плана мероприя­тий, направленных на снижение их потерь; улучшение режимов работы технологического и энергетического оборудования; определение рациональных размеров энергопотребления в производственных процессах и установках; совершенствование методики нормиро­вания и разработку норм расхода топлива и энергии на производство продукции; определение требований к организации и совершенствованию системы учета и контроля расхода энергоресурсов и энергоносите­лей; получение исходной информации для решения вопросов создания нового оборудования и совершен­ствование технологических процессов с целью сниже­ния энергетических затрат; оптимизации структуры энергетического баланса предприятия в результате выбора оптимальных направлений, способов и раз­меров использования подведенных и вторичных энер­горесурсов; совершенствования системы стимулиро­вания экономии топлива и энергии.

 

ВИДЫ ЭНЕРГОБАЛАНСОВ

Согласно нормативно-правовому законодательст­ву нашей страны энергетические балансы промыш­ленных предприятий (ГОСТ 27322-87**) классифи­цируют по следующим признакам:

· по объектам энергопотребления — энергобалансы предприятия, производства, цеха, участка, агре­гата, установки и т. п.;

· по целевому назначению — энергобалансы техно­логические (по основным, вспомогательным техно­логическим линиям), энергобалансы санитарно­технических нужд (отопления, вентиляции, конди­ционирования воздуха, освещения и т. д.);

· по совокупности видов энергетических потоков — сводный энергобаланс по суммарному потребле­нию топливно-энергетических ресурсов; частные энергобалансы по отдельным видам и параметрам потребляемых энергоресурсов;

· по времени разработки (отчетные, составляемые по отчетам, фактическим данным за прошлый пе­риод; плановые, составляемые на ближайший планируемый период с учетом заданий по сниже­нию норм расхода энергии; проектные, составля­емые во время разработки проекта; перспектив­ные, составляемые на прогнозный период с учетом коренных изменений в технологии, организации производственного процесса и энергетического хо­зяйства предприятия;

· по способу разработки — опытный, составленный по фактическим замерам параметров и расходов энергетического потока; расчетный, составленный на основании расчета энергопотребления рас­сматриваемого производства; опытно-расчетный, составленный с использованием как фактических замеров, так и расчетов;

· по форме составления — синтетический, показы­вающий распределение подведенных энергоноси­телей внутри предприятия или отдельных его эле­ментов; аналитический, определяющий глубину и характер использования энергоносителей и состав­ляемый с разделением общего расхода энергоно­сителей на полезный расход (условно-полезный) и потери энергоресурсов.

Опытный баланс составляется с использованием показаний стационарных или портативных средств измерений, расчетный — на основе технологических, теплотехнических и других видов расчета. При разра­ботке проектов технологических или санитарно-техни­ческих систем, а также предприятий в целом расчеты составляющих энергобалансов выполняются, как пра­вило, по укрупненным показателям, т. е. удельным нор­мам расхода каждого вида ТЭР на ту или иную про­дукцию, тот или иной технологический процесс.

При проведении энергетических обследований возможно составление энергетических балансов по качественному признаку: рациональный, нормализо­ванный, оптимальный [1].

Рациональный энергетический баланс должен от­ражать уровень энергоиспользования с учетом меро­приятий по снижению расхода топлива и энергии без реконструкции основного оборудования в результате проведения отдельных мероприятий по реализации выявленных резервов экономии.

Нормализованный (нормативный) энергетический баланс отражает уровень энергоиспользования, соот­ветствующий научно-обоснованным нормам расхода топлива и энергии.

Оптимальный энергобаланс должен составляться по заданному критерию оптимизации, как правило, в целом для промышленного предприятия.

Исходная информация, необходимая для составле­ния и анализа энергетических балансов на предприя­тии, может быть представлена в виде следующих дан­ных: общей производственной и энергетической харак­теристики предприятия; описания схемы материальных и энергетических потоков, перечня и характеристики основного энергоиспользующего оборудования; рас­ходов энергоносителей и состояния оборудования; со­стояния работ по рационализации энергоиспользова­ния на предприятии; общей характеристики промыш­ленного узла, к которому принадлежит предприятие.

Для составления общезаводского энергобаланса необходимо иметь укрупненные структурные техно­логические схемы получения продукции (основные этапы, через которые последовательно проходит ис­ходное сырье, материалы от первоначального состоя­ния до готовой продукции) с нанесенными местами подвода различных первичных энергоресурсов и вы­хода вторичных энергоресурсов.

Необходимая для составления энергетических ба­лансов исходная информация о расходах энергии и энергоносителей и состоянии оборудования включа­ет расход топлива, электрической и тепловой энергии по предприятию и его подразделениям, основным ви­дам продукции и укрупненным группам технологиче­ских процессов; структуру установленной мощности электроприемников по укрупненным группам потре­бителей; плановые и фактические удельные расходы топлива, электрической и тепловой энергии на произ­водство основных видов продукции; графики нагруз­ки по электрической и тепловой энергии, эксплуата­ционные параметры оборудования. Упорядочению всех статей энергобаланса способствует схема энер­гетических потоков.

Анализ энергетических балансов состоит в каче­ственной и количественной оценке состояния энерге­тического хозяйства и энергоиспользования и проводит­ся в направлениях исследования структуры поступле­ния и потребления энергоресурсов и энергоносителей на предприятии; определения показателей эффектив­ности энергоиспользования; расчета обобщенных по­казателей состояния и развития энергетического хо­зяйства предприятия; получения исходной информа­ции для постановки и решения задач оптимизации структуры энергетического баланса предприятия.

На основе энергетического баланса выявляются конкретные участки на предприятии, имеющие потен­циал энергосбережения, и определяются мероприятия по энергосбережению.

Б целом решение этой задачи предполагает вы­полнение следующих шагов; оценка текущего состоя­ния энергетического хозяйства и энергопотребления предприятия; определение участков с нерациональ­ным потреблением энергоресурсов; определение со­става мероприятий по энергоэффективности; расчет экономических показателей энергоэффективных про­ектов; отбор проектов с учетом имеющихся ограниче­ний на инвестиционные ресурсы; контроль за ходом выполнения мероприятий.

Для анализа текущего состояния энергохозяйства и энергопотребления предприятия и уровня использо­вания ТЭР используют отчетные энергобалансы. Синте­тические балансы показывают распределение энерго­ресурсов внутри предприятия или его подразделения. Для оценки степени полезного использования энерго­ресурсов используются аналитические энергобалансы.

При анализе структуры приходной и расходной частей энергетического баланса можно установить спе­цифику энергопотребления и эффективности энергоис­пользования по сравнению с аналогичными предприя­тиями и наметить пути изменения структуры энергети­ческого баланса.

Анализ структуры потребления подведенных и вы­рабатываемых на предприятии энергоносителей, а также их стоимости позволяет оценить удельный вес каждого из них на стадии конечного использования и сделать вывод о необходимости акцентировать вни­мание на анализе использования того или иного энер­гоносителя.

Структура энергопотребления по производственно­-территориальному признаку обуславливает удельный вес каждого объекта на предприятии как по суммар­ному энергопотреблению, так и по потреблению от­дельных видов энергоносителей.

Анализ структуры энергопотребления по целево­му назначению дает возможность определить удель­ный вес различных направлений энергопотребления (технологические нужды, силовые нужды, отопление и др.) как в цехах, так и по предприятию в целом, удельный вес различных потребителей в каждом на­правлении энергопотребления, а также распределение отдельных видов энергоносителей по направлениям потребления и потребителям.

Выбор основных направлений энергосбережения осуществляется согласно методологии, изложенной в п. 2.2.3.

 

При составлении энергобаланса промышленного предприятия удобно воспользоваться следующей обобщенной схемой или моделью, приведённой на рис. 1.3.1. Здесь Q_i и Q_j - потоки теплоты, поступа­ющие и удаляемые из объекта с потоками веществ G_i и G_j, например, с паром и конденсатом, топливом и уходящими газами и т. п.; Q_Gi и Q_Gj — потоки теплоты, подведенные к объекту и отведенные от него теплоно­сителями, циркулирующими по замкнутым контурам, например сетевой или оборотной водой; Q_Fi, и Q_Fj — потоки теплоты, подведенные и отведенные через ог­раждения (стены, окна, полы, перекрытия зданий и др); N_i и N_j- подведенная и отведенная электриче­ская или механическая энергия.

Понятно, что i≠j, поскольку в производстве имеют место многочисленные слияния и разделения потоков веществ, химические превращения, преобразования одних видов энергии в другие. Более того, количество различных видов потоков теплоты и энергии, подве­денных к объекту и отведенных от него, как правило, также не совпадает.

В соответствии с принятой схемой уравнение энер­гобаланса объекта может быть представлено в виде:

(1.3.1)

Правая часть уравнения включает как полезно ис­пользуемые в дальнейшем потоки теплоты

Рис. 1.3.1. Обобщенная схема энергетических потоков промышленного объекта

рассеиваемые в окружающую среду

Поэтому уравнение (1.3.1) может быть преобразова­но к виду:

 

В уравнении (1.3.2) отсутствуют составляющие . Дело в том, что потоки

теплоты через ограждения зданий, наружные поверх­ности оборудования и трубопроводов, расположен­ных на улице, — не что иное, как потери в окружаю­щую среду, т. е Кроме того, большая

часть электрической и механической энергии, исполь­зуемой в производстве, затрачивается на электротер­мические процессы, преодоление сил трения и превра­щается в теплоту, рассеиваемую в окружающую среду. Следовательно, учитывается суммой Исключение составляют электрохимические процес­сы. В них значительная доля электроэнергии может расходоваться на диссоциацию воды, электрокоагу­ляцию и др. Но в общем энергобалансе предприятия эти составляющие, как правило, пренебрежимо малы.

Рассеивание теплоты в окружающую среду имеет место при выбросе в атмосферу уходящих газов за печами и котельными агрегатами, удалении вытяжно­го вентиляционного воздуха из помещений; потерях теплоты через наружные поверхности трубопроводов и оборудования, находящихся вне помещений, при охлаждении оборотной воды в градирнях, сбросе сточных вод и конденсата в канализацию, хранении продукции и полуфабрикатов на открытых площад­ках вследствие теплопотерь через ограждения поме­щений. Тепловые потери от наружных поверхностей трубопроводов и оборудования, тепловыделения от персонала, продукции и полуфабрикатов внутри по­мещений учитываются при расчете тепловых потерь через ограждения зданий.

На любом предприятии имеются системы или уста­новки с периодическим режимом работы. Кроме того, системы и установки, основным режимом работы ко­торых является установившийся, характеризующийся постоянством расходов и параметров энергоносите­лей и обрабатываемых веществ и материалов, пери­одически включаются и выключаются из работы. Часть рабочего времени они эксплуатируются при не­полной загрузке, на холостом ходу. Завоз сырья и от­грузка готовых изделий или отходов осуществляются не непрерывно, а периодически. Поэтому для пред­приятия, так же как для аппарата или установки, ра­ботающих в периодическом или переменном режи­мах, энергобаланс составляют не для произвольного момента, а для интервала времени, в течение которо­го производственный цикл полностью заканчивается. В качестве такого интервала могут быть выбраны тех­нологический цикл, рабочая смена, сутки, месяц, квартал, отопительный или летний сезоны, календар­ный год. Правильный выбор указанного периода по­зволяет использовать уравнения вида (1.3.1) и (1.3.2), не вводя в них дополнительные члены, для учета на­копления или убыли энергии в элементах объекта во времени.

Принципиальная схема (см. рис. 1.3.1) позволяет рассмотреть основные подходы к составлению энерге­тических балансов промышленного предприятия.

Очевидно, что для большей части видов энергоба­лансов их составляющие следует представлять в еди­ных единицах измерения (предпочтительно в тоннах условного топлива) за рассматриваемый промежуток времени.

Приходная часть энергобаланса (потреб­ление энергии) может включать: получение топлива Q_m∑, электрической Q_ээ и тепловой Q_Tэ энергии со стороны и энергию, выработанную установками, утилизирующими энергию вторичных энергоресурсов, Q_ВЭР.

Топливо, потребляемое предприятием, может иметь две составляющие: Q_{T техн} — топливо, исполь­зуемое на технологию, и Q_m — топливо, исполь­зуемое на производство тепловой и электрической энергии, потребляемой предприятием.

Тогда на энергообеспечение предприятия потре­буется:

1.3.3

На всех этапах движения энергии (получение, производство, преобразование, распределение) су­ществуют нерациональные расходы (потери) энергии .

С учетом затрат энергии на собственные нужды в собственном источнике энергии и потерь энергии потребление энергии составит:

 

1.3.4

где: Q'_TЭ и Q'_ЭЭ — тепловая и электрическая энергия, выработанные собственным источником, Q_CH — затра­ты энергии на собственные нужды источника.

Следует помнить, что при определении удельных затрат энергии на единицу выпускаемой продукции составляющие Q_ТЭ и Q^,_ТЭ пересчитываются в услов­ное топливо по разным значениям удельного расхода условного топлива на выработку единицы тепловой энергии (см. раздел 1, п. 1.6.).

Баланс использованной на предприятии энергии (см. рис. 1.3.1) может быть записан с учетом направ­лений ее использования:

где: С?_Техн / С?овк' Огне — Суммарные затраты энер гии на технологию, отопление, вентиляцию, кондици онирование, горячее водоснабжение, Q_CJ — отпуск энергии на сторону, С?_пр — прочие затраты энергии.

Очевидно, что указанные выше составляющие энергобаланса для предприятия составляют сумме затрат энергии по цехам (производствам, участкам и т. д.) и учитывают как полезно использованную (условно полезную) энергии, так и потери энергии (нормативные и сверхнормативные).

В качестве дополнительного источника энергии для предприятия могут служить вторичные энергоре сурсы С?вэр- Из Р^ис- 1-3-2 следует, что вторичные

энергоресурсы могут образовываться из всех состав ляющих использования энергии.

Направление использования ВЭР зависит от вели чины, структуры и режима энергопотребления пред приятия, а также от вида, параметров и количестве образующихся ВЭР, и в каждом конкретном случае должно выбираться на основе разработки оптималь ного топливно-энергетического баланса предприятия или промышленного узла с учетом обеспечения наи­большей экономической эффективности.

В зависимости от видов и параметров вторичные энергоресурсы используют по четырем основным на­правлениям:

горючее (топливное) — непосредственное исполь­зование горючих ВЭР в качестве котельно-печного топлива в энергогенерирующих или топливоис­пользующих установках;

тепловое — использование энергоносителей, вы­рабатываемых за счет ВЭР в утилизационных ус­тановках или получаемых непосредственно как ВЭР для обеспечения потребности в теплоэнергии К этому направлению относится также получение искусственного холода за счет ВЭР в абсорбцион­ных холодильных установках;

силовое — использование ВЭР избыточного дав­ления с преобразованием энергоносителя для по­лучения электроэнергии в газовых или паровых турбоагрегатах или использование их для приво­да отдельных агрегатов и установок;

 

Рис. 1.3.2. Принципиальная схема потоков топлива и тепловой энергии на предприятии

Рис. 1.3.3. Этапы использования ВЭР

комбинированное — преобразование потенциала ВЭР для выработки в утилизационных установках (утилизационных ТЭЦ) по теплофикационному цик­лу электроэнергии и теплоэнергии.

Сказанное может быть проиллюстрировано схемой на рис. 1.3.3.

Вторичные энергетические ресурсы могут исполь­зоваться для удовлетворения потребности в энергии непосредственно, без изменения вида энергоносителя либо с изменением энергоносителя путем выработки теплоэнергии (пар, горячая вода), искусственного холода или электроэнергии в утилизационных уста­новках.

Использование ВЭР позволяет сократить потреб­ление топлива. При существующем уровне цен на энергоресурсы затраты на создание установок по ис­пользованию ВЭР в 2^~3 раза меньше затрат на добы­чу эквивалентного по энергетическому потенциалу топлива. Тенденции развития топливно-энергетическо­го комплекса предполагают повышение значимости и экономической эффективности использования ВЭР.

 

Использование ВЭР, как правило, дает возмож­ность экономить и другие виды ресурсов (сырья, воды электроэнергии, вспомогательных материалов).

Непременным условием внедрения установок го утилизации ВЭР является наличие потребителей низкопотенциальной теплоты или других видов энергии.

Низкопотенциальная теплота, получаемая в ути­лизационных установках, может быть использована в

системах водяного или воздушного отопления, а также ВЭР можно использовать для предварительного по­догрева питательной воды в котельных, ВЭР высокого и среднего потенциала целесообразно использовать в качестве греющего теплоносителя в генераторах аб­сорбционно-холодильных машин для получения холо­да. Перспективное планирование использования ВЭР и внедрение утилизационных установок должно быть обосновано технико-экономическими расчетами и мерами материального стимулирования энергосбере­жения.

Принципиальная схема использования энергетических ресурсов в агрегатах — источниках ВЭР и распре­

деления энергетических потоков при утилизации ВЭР