Внедрение современных энергосберегающих технологий в металлургии

Каждое промышленное предприятие расходует энергию не только на основные технологические процессы, но и на вспомогательные нужды. Данная составляющая в отдельных организациях доходит до 15-20% общего потребления.
Основными потребителями электрической энергии на вспомогательные нужды в данном случае являются: системы освещения, компрессорные и вентиляционные установки, управления водоснабжением, а также внутренний электротранспорт.
Далее будут рассмотрены возможные способы снижения потребления электрической энергии и рационального подхода к проектированию и дальнейшей эксплуатации электросетей.
Расход электроэнергии на обеспечение освещения промышленных предприятий растет непрерывно и составляет в среднем по отраслям от 7 до 12% их общего потребления. Здесь задача сокращения расходов потребителей - осветительных установок определяется так, что при минимизации затрат на электроэнергию путем оптимального устройства и эксплуатации систем освещения обеспечить достаточную освещенность помещений подразделений и рабочих мест, расположенных внутри зданий, с высоким качеством, а также формированием обстановки наиболее благоприятной для сохранения производительности труда рабочих и служащих.
Расход электрической энергии на осветительные установки зависит от мощности и числа ламп, потерь энергии пускорегулирующей аппаратурой и в распределительной сети, а также от продолжительности использования систем освещения за период. Время горения ламп определяется в большей степени процентом использования естественного освещения, что в первую очередь должно приниматься во внимание в ходе проектирования зданий.
Важнейшая особенность освещения заключается в том, что параметры его оказывают влияние на производительность труда, а также процент брака в работе и травматизма на производстве. Экономия электрической энергии путем ухудшения освещения (минимизация уровня освещенности и показателей качества осветительной установки), как правило, является необоснованным мероприятием, которое в большинстве случаев приводит к вредным последствиям.
Значимыми для экономии электрической энергии в осветительных установках являются правильная эксплуатация и своевременное проведение планово-предупредительных ремонтов.
Служба главного энергетика или главного инженера организации должна составлять соответствующие планы, включающие график осмотра, чистку, замену ламп. Наиболее эффективными с экономической точки зрения являются мероприятия, связанные с модернизацией установок освещения и заменой ламп накаливания и люминесцентных светильников на светодиодные источники излучения.
В настоящее время большинство промышленных производств не обходится без применения вентиляторов, являющихся элементами технических установок и средством формирования в производственных помещениях требуемых санитарно-гигиенических условий. Вентиляционные установки должны иметь высокую степень надежности, так как в большинстве случаев ими обеспечивается необходимая безопасность – удаление вредных взвесей и веществ с рабочих мест. Поэтому часто такие агрегаты устанавливаются с завышенной необоснованно производительностью, и работа их происходит в режиме, далеком от оптимального, что вызывает дополнительный расход электрической энергии. Последний может быть сокращен путем применения в установках более современных вентиляторов с высоким КПД, использованием экономичных способов регулировки их производительности, а также внедрением различного оборудования автоматического управления системами вентиляции.
При этом предполагается, что в производственных помещениях данные установки спроектированы оптимально, т.е. рассчитаны на требуемый расход воздуха и минимальное сопротивление воздуховодов, что определяется регулировкой подачи воздуха на вводе и вытяжках с рабочих мест [19]
Замена вентиляторов старого типа с низкими коэффициентами полезного действия на современные вентиляторы без механической передачи и соответствующими аэродинамическими свойствами приводит к экономии электроэнергии, определяемой выражением:
(3.1)
где h – перепад давления, Па;
η – КПД нового заменяемого и вентиляторов;
Q – производительность вентиляторов, м3/с;
t – время работы вентиляционной установки, ч.
Характеристики различных видов современных вентиляторов приведены в таблице 3.1.
У вентиляторов старого типа КПД не превышает 60%. При распределении расходов электрической энергии на вентиляцию требуется стремиться к тому, чтобы вентиляторы и их электрические двигатели работали в режиме максимального КПД.
Таблица 3.1
Характеристики вентиляторов
Соответственно, тип вентилятора выбирается строго по требуемому расходу воздуха и определяемому сопротивлением сети воздуховодов давлению. Замена вентиляторов на более экономичные позволит уменьшить расход электрической энергии на 20-30%. При этом идти на уменьшение производительности вентиляторов не следует

.
Наиболее экономичным путем оптимизации производительности вентиляторов является изменение их частоты вращения, которое может осуществляться ступеньками применением двухскоростных асинхронных двигателей или плавно, когда питание двигателей организовано от преобразователей частоты.
При определении экономии электроэнергии в этом случае следует учитывать ухудшение КПД двухскоростного двигателя или наличие потерь электроэнергии в преобразователе частоты. Поэтому изменение частоты вращения целесообразно, если система достаточно длительно работает с пониженной производительностью вентилятора. При этом экономия электроэнергии определится как:
(3.2)
где h1 и h2 – давление вентилятора до и после изменения режима, Па;
η – КПД односкоростного вентилятора;
η1, η2 – КПД двухскоростного вентилятора на первой и второй частотах вращения соответственно;
Q1 и Q2 – подача до и после изменения работы вентилятора,
t1, t2 – время работы с большой и малой производительностью.
В случае питания двигателя вентилятора через преобразователи частоты в выражении (3.2) следует вместо значений η подставить значения с учетом КПД преобразователя, который не превышает 0,95.
Автоматическое управление вентиляторами предусматривается в следующих случаях:
отключение вентиляторов в ночное время, когда не производятся работы;
отключение части вентиляторов в обеденные перерывы и при смене, когда в цехах не производятся работы;
блокировка вентиляторов тепловых завес с устройствами открывания и закрывания цеховых ворот. Когда ворота открываются автоматически, включается тепловая завеса, а после закрывания ворот завеса отключается.
Автоматизация системы вентиляции позволяет экономить до 20% электроэнергии, расходуемой на вентиляцию.
Сжатый воздух как энергоноситель широко применяется в промышленности для питания следующих потребителей: пневматического инструмента, пневматической автоматики, различного рода молотов, продувки и прочистки деталей и оборудования и т. д. Особенно велик расход сжатого воздуха в угольной, нефтяной, машиностроительной промышленности, а также в черной металлургии.
Компрессорное хозяйство составляет значительную часть стоимости основных фондов промышленного предприятия, поэтому его рентабельность зависит от эффективной работы компрессоров.
Значительное влияние на рентабельность работы компрессорной установки оказывает экономия электроэнергии на выработку сжатого воздуха, эффективность компрессоров, уменьшение потерь воздуха при транспортировке потребителям и его рациональное использование в производственных целях.
В общем балансе потребления предприятиями электроэнергии расход ее на выработку сжатого воздуха достигает 30%, поэтому сокращение расхода электроэнергии в компрессорных установках является важной задачей.
Экономия электроэнергии может быть достигнута как за счет применения при проектировании компрессорных станций наиболее современного оборудования и схем снабжения предприятий сжатым воздухом, так и за счет рациональной эксплуатации этих систем.
Следует учитывать также, что КПД пневматического инструмента достаточно низкий, целесообразно поэтому с точки зрения экономичности заменять его в производственных подразделениях на электроинструмент. Экономия электрической энергии составит при этом до 10%. Внедрение электрических отбойных молотков вместо пневматических снижает расход электроэнергии почти в десять раз, замена пневмовибраторов на аналогичные электрические – более чем в 2 раза. Поэтому необходимо применять сжатый воздух как энергоноситель только в тех случаях, если это продиктовано технологическим процессом и требованиями правил охраны труда.
Схемы снабжения рабочих мест сжатым воздухом кроме запорной арматуры и нагнетательных распределительных трубопроводов, содержат компрессорные станции (установки), которые независимо от их размеров и предназначения состоят из непосредственно компрессоров, вспомогательного оборудования и приводных двигателей. Данные элементы должны выбираться для системы так, чтобы потери электрической энергии были в них минимальными. Если потребление электроэнергии на входе двигателя в компрессорной установке принять за 100%, то ее потери составят: в самом электродвигателе – до 40%, в механических передачах от двигателя на компрессор – до 50%, в воздушных фильтрах – до 2%; в компрессоре – до 35%, а в нагнетательных трубопроводах от 10 до 12%. На полезную работу будет таким образом израсходовано максимум 45% затрачиваемой электроэнергии.
Удельный расход электрической энергии определится выражением:
(3.3)
где ηиз – изометрический КПД компрессора, определяемый по каталожным данным или экспериментально;
ηп – КПД передачи от электродвигателя к компрессору;
ηэ – КПД приводного электродвигателя;
Lиз, Дж – изотермическая работа компрессора, затрачиваемая на сжатие 1м3 воздуха от давления всасывания р1 до конечного сжатия р2
(3.4)
Средний удельный расход электроэнергии на привод компрессоров приведен на рис 3.1, данные компрессоров общего применения – в таблице 3.2