Главная >  Потенциал энергии 

 

Мировой опыт повышения эффективности работы пароконденсатных систем. Альянспо сохранению энергии

 

Тед Джоунз и Дэвид Джейбер

 

Не верю, что кто-то против чистой ибезопасной окружающей среды для наших детей ивнуков , начал свое выступление Боб Бессетт,президент Совета собственников промышленныхкотельных . К сожалению, желание улучшитьсостояние окружающей природы часто противоречитжеланию достичь максимальных экономическихпоказателей. Хотя в различных отраслях экономикиулучшение экономических и экологическихпоказателей может осуществляться одновременно;например, в области энергосбережения.

 

STEAMING AHEAD (Ted Jones, David Jaber, Alliance to Save Energy. - Energy Manager.199 July-August. - P.62-64.

 

Опыт этой компании имеет веские основаниявнимательно относиться к конденсатоотводчикам.Компания Rohm and Haas Kentucky занимаетсяпереработкой метилметакрилата и имеет 3 котлапроизводительностью 82 тонн/час, вырабатывающих900 тыс. тонн пара в год. В паро-конденсатнойсистеме насчитывается более 1500конденсатоотводчиков. Осмотрконденсатоотводчиков показал, что 12 %конденсатоотводчиков пропускали пар. Плановыеосмотр и замена конденсатоотводчиков позволилисэкономить в 466 000 долларов в год, а периодокупаемости этого мероприятия составил 22 дня на 1конденсатоотводчик. По данным компании Армстронг Интернешнл , Каждый изнеисправных конденсатоотводчиков в среднемпропускает более 180 тонн пара в год придополнительных затратах на топливо около 2 000долларов. Утечка пара через отверстие диаметром6,35 мм (1/4-дюйма) эквивалентна выделению ватмосферу более 17 тонн углекислого газа и другихвыбросов.

 

Некоторые передовые промышленные предприятияосознают, что энергосбережение - ключ к выживаниюв условиях рынка. Дж. Лоуренс Вилсон, глава фирмы Rohm and Haas недавно заметил: Мы обнаружили,что стимулирование развития полноценнойхимической промышленности и защита окружающейсреды не противоречат друг другу .

 

Для достижения этой цели, необходиморассматривать систему в целом. Модернизацияосновных элементов паро-конденсатной системыможет быть вполне достаточной. Замена основныхэлементов системы могут существенно увеличитьэффективность работы котла. Альянс посохранению энергии имеет большой объеминформации по отдельным технологиямиспользования пара, однако, информации поэнергоэффективности паро-конденсатных систем недостаточно . Поэтому Альянс, Отдел промышленныхтехнологий Департамента энергетики США иведущие промышленные предприятия разработалипрограмму Пароэффективность (Steam Challenge)-реализация которой позволит повыситьэффективность паро-конденсатных систем.

 

Для повышения энергоэффективности и улучшенияэкологических показателей за счет модернизациипаро-конденсатных систем имеется огромныйпотенциал. Согласно оценке, проведенной Альянсом по сохранению энергии повышениеэнергоэффективности на 30-40 % вполне реально дляпаро-конденсатных систем многих промышленныхпредприятий. Реализация потенциалаэнергосбережения на 30% позволит сэкономитьпредприятиям 706 000 Гкал энергии, чтоприблизительно соответствует объему энергии,который потребляется штатом Мичиган, США за год.Энергосберегающие мероприятия дают возможностьпромышленности США сэкономить приблизительно 4,2миллиарда долларов при производстве пара ипредотвратить выбросы 43 миллионов метрическихтонн СО2 и 21 тысячи метрических тонн NOx.

 

К сожалению, повышение эффективностипаро-конденсатных систем затруднено всегодняшних рыночных условиях. Основныепроблемы - недостаточная осведомленность обэффективности энергосберегающих мероприятий, недостаточная подготовка и неспособностьосознать важность паро-конденсатных систем дляэффективного производственного процесса. Этипроблемы не поваляют достичь эффективнойэксплуа-тации паро-конденсатных систем, т.к. этазадача не является приоритетной.

 

Проблемы повышения эффективности

 

Производителей может заинтересоватьпотерянная прибыль - сбережение средств за счетсокращения объемов потребления топлива.Повышение энергоэффективности это один измалозатратных методов уменьшения выбросов ватмосферу. Это так же может повыситьпроизводительность, качество продукции ибезопасность работающего персонала.

 

С другой стороны, показатели степениэффективности работы паро-конденсатной системыслишком часто отделяют от другихпроизводственных показателей как с физической,так и с экономической точи зрения. В результате,стоимость пара не заложена ни в параметрыэффективности отдельных промышленных процессов,ни в параметры эффективности работытехнологического оборудования, арассматривается как постоянные расходы, исчитается неизменной составляющей.

 

Пар является одним из самых эффективных изизвестных промышленных способов теплопередачипри постоянной температуре. В 1995 годупромышленные предприятия США потребили 4,2 млнГкал энергии на производство тепловой иэлектрической энергии. По заявлению Советасобственников промышленных котельных,приблизительно 2/3 всего топлива былоиспользовано компаниями для производства пара,что составило 2,4 млн Гкал тепла в 1995 году.

 

Пар: источник жизнедеятельности промышленнойотрасли

 

Производство пара является жизненно важным длямногих отраслей производства. Ожидается, что к 2015году общий объем потребления пара возрастет на 20% в 5 крупных отраслях промышленности (посравнению с 1990 годом). Интересно, что рост объемовпотребления пара интенсивнее в нетрадиционныхотраслях, включая производство резины,пластмасс, промышленного оборудования итранспорта (Рис. .

 

Более 33 000 больших котельных производят пар напромышленных предприятиях США. На это необходимо21 миллиард долларов ежегодно (в ценах 1995 года).При этом в атмосферу выброшено около 196 миллионовметрических тон углекислого газа и других газов.Эти выбросы составляют более 40 % промышленныхвыбросов углекислого газа и более 13 % всегообъема выбросов в США.

 

В рамках программы Промышленностьбудущего Департамент энергетики США проводитисследования в тесном сотрудничестве с семьюотраслями промышленности, предприятия которыхвыбрасывают в атмосферу наибольшее количествозагрязняющих веществ. Департамент энергетикиСША на основе средневзвешенного значенияповышения энергоэффективности установил, что вэтих отраслях в среднем потреблялось около 45 %общего энергопотребления для получения пара.

 

Рис.1 Рост производства пара впромышленности с 1990г. по 2015г.
Primery metal - первичная металлообработка;
Paper - бумажная промышленность
Refinery - нефтепереработка
Total - всего
Chemicals - химическая промышленность
Other - другие

 

Рис. Процент от общего количества энергии,затрачиваемой отраслями на генерирование пара(данные Отдела промышленных технологийДепартаментаа энергетики США

 

Из данного рисунка видно, что кривыетрадиционно энергоемких отраслейпромышленности и тех, в которых потребляетсябольшое количество пара - особенно влесопереработке, химической промышленности,нефтепереработке и металлургическойпромышленности - в основном накладываются однана другую (Рис. .

 

Из-за потери пара в одном элементепаро-конденсатной системы может быть оказанозначительное воздействие на другие ее элементы(например, наличие утечек впарораспределительных трубопроводах ухудшаетработу котла и котельного оборудования).Потенциал энергосбережения паро-конденсатнойсистемы представляет собой сумму выгод,получаемых в результате реализации всехэнергосберегающих мероприятий на этапахгенерации, распределения и использования пара втехнологическом процессе, а также во времяпланово-предупредительного техническогообслуживания. По данным Альянса по сохранениюэнергии , средняя величина потенциальнойэкономии энергии на промышленном предприятиисоставляет 30 - 40 % (Таблица .

 

Потенциал сбережения пара

 

2 - 5 % - настройка котлов 1 - 2 % - внедрение установок для утилизации тепла 2 - 4 % - монтаж оборудования для контроля выбросов и управления их величиной 1 - 2 % Эксплуатация / планово-предупредительное техническое обслуживание 10 - 15 % - водоподготовка 10 - 1 % - управление нагрузкой 3 - 5 % Система транспортировки пара 15 - 20 % - устранение утечек пара и ремонт конденсатоотводчиков 3 - 5 % - возврат конденсата 10 - 15 % - теплоизоляция 5 - 10 % Итого 30 - 40 %

 

Таблица 1 Котлы

 

Увеличение энергоэффективностипаро-конденсатных систем

 

Увеличение эффективности использования пара впаро-конденсатных системах (ПКС) - этовозможность глобального характера, потенциалувеличения энергоэффективности которойпревышает весь энергопотенциал США в 5 раз.Десятки развивающихся стран тратят значительнуючасть своих скудных энергетических ресурсов наполучение пара. Многие из этих стран имеютвысокие темпы роста энергопотребления и незнают, как удовлетворять свои энергетическиепотребности в будущем. Если бы технологииувеличения эффективности паро-конденсатныхсистем, описанные в данной статье,реализовывались в международном масштабе,потребность в энергии уменьшилась бы, по крайнеймере, на 14 квадриллионов ккал, а двуокисиуглерода было бы выброшено на 250 млн. тонн меньше.

 

Для котлов имеется интервал эксплуатационногокпд, который зависит от вида топлива, имеющегосяоборудования для утилизации тепла и от рабочейнагрузки. Должным образом отремонтированные иобслуживаемые котлы работают с кпд порядка 76 - 85 %.Величину кпд можно увеличить еще на 2 - 5 % путемнастройки котлов и вспомогательногооборудования при условии экономическойцелесообразности ее выполнения.

 

Каждое из мероприятий, повышающих ееэнергоэффективность, можно посчитатьмалозначительным. Однако, если целенаправленноизыскивать возможности энергосбережения, иделать это последовательно и настойчиво, торезультаты энергосберегающих мероприятийсуммируются и возрастают. Увеличениеэнергоэффективности паро-конденсатной системы -это не разовое мероприятие; для получениядействительно существенного результата онодолжно осуществляться постоянно.

 

Другой путь энергосбережения состоит виспользовании системы управления сгораниемтоплива и установке оборудования утилизацииотходящего тепла, например, подогревателейвоздуха для сгорания и экономайзеров. Приснижении количества избыточного воздуха накаждые 15 %, кислорода - на каждые 1,3 % илиуменьшении температуры уходящих газов на каждые4,4? С (40? F) кпд котла возрастает приблизительно на 1%. Внедрение системы управления с возможностьюконтроля выбросов не только помогает операторукотельной следить за уровнем выбросов ватмосферу, но и уменьшить затраты напроизводство энергии. Исследователи изуниверситета штата Северная Каролина выполнилианализ воздействия непрерывного контроля науровень выбросов и эффективность работыпромышленных котлов. Использование этих системуправления позволило уменьшить количествоизбыточного воздуха на 30 % (при малой нагрузке) ина 15 % (при максимальной нагрузке). Регулировкавыбросов с помощью такой системы должна снизитьпотери тепла с уходящими газами на 1,4 %. В конечномсчете, экономия энергии будет достаточной длятого, чтобы обеспечить срок простой окупаемости,равный 2,5 годам.

 

Значительные потери энергии в котле происходятвследствие отходящего тепла, которое просто вылетает в трубу . Уменьшение потерь теплас уходящими газами является одним из самыхзначительных резервов увеличения эффективностигенерации пара. Неполное сгорание и радиационныепотери тепла с поверхности котла также могутбыть существенным источником потерь. Суммарныепотери могут достигать 30 % от количества топлива,потребляемого котлом, снижая, таким образом, егокпд. Минимизации потерь тепла с уходящими газамиспособствуют следующие три стратегии:
минимизация избыточного воздуха в зоне сгорания топлива;
поддержание теплопередающих поверхностей в чистом состоянии;
установка в потоке уходящих газов оборудования для утилизации тепла, если это оправдано с экономической точки зрения.

 

Большой потенциал увеличенияэнергоэффективности котла и системытранспортировки пара заключен в правильномпланово-предупредительном техобслуживании иэксплуатации. Неправильный порядок действийможет привести к износу оборудования для подачитоплива, разрегулировке горелок и оборудованияуправления, а также стать причиной неправильнойподготовки котловой воды и обработки уходящихгазов, привести к потерям горячего конденсата.Если планово-предупредительное техническоеобслуживание не проводилось в течение 2 лет, топосле его проведения можно повысить кпд котловсразу на 20 - 30 %. Для увеличенияэнергоэффективности имеются следующиевозможности.
Водоподготовка. Водоподготовка - это одно из важных мероприятий, обеспечивающих нормальную эксплуатацию котла, пренебрежение которым может ухудшмитьработу котла и даже создать аварийную ситуацию, так как накипь на трубах способна ухудшить теплопередачу и снизить кпд котла на 10 - 12 %.
Возврат конденсата. Энергия, используемая для нагрева холодной питательной воды, составляет значительную часть тепла, использумого в паро-конденсатной системое; на каждые 0,5 литра питательной воды необходимо дополнительно расходовать 15 - 18 % энергии котла.
Управление котлом с переменной нагрузкой. Компьютеризованные системы управления для котлов с переменной нагрузкой более надежны и позволяют продлить жизненный цикл котла. Внедрение системы управления горелками с устройством регулировки подачи воздуха в камеру сгорания может сэкономить 3 - 5 % топлива. Например, система экономичного распределения нагрузки котельной может оптимизировать нагрузку на несколько котлов, работающих на общий коллектор, чтобы получать пар наименьшей стоимости. Отделение промышленной автоматики и систем управления американской фирмы Ханиуэлл обычно предлагает потребителям систему распределения нагрузки котлов, которая позволяет сэкономить 1 - 3 % топлива.

 

Резервы повышения энергоэффективности в ходеэксплуатации и тщательного техническогообслуживания ПКС

 

Хороший уход за системой транспортировки паранеобходимо рассматривать как часть техническогообслуживания паро-конденсатной системы.Экономия, получаемая в системе транспортировки,бывает существенной и потому заслуживаетбольшого внимания.
Утечки пара. В системах транспортировки пара обычно имеются утечки пара в трубах, клапанах, технологическом оборудовании, конденсатоотводчиках, фланцах и других соединительных устройствах. Устранение утечек пара - это простой, мало- или беззатратный способ экономии денег и энергии.
Конденсатоотводчики. Как правило, без планово-предупредительного ремонта конденсатоотводчиков, 15 - 20 % от их общего количества на любом предприятии неисправно. При хорошем техническом обслуживании конденсатоотводчиков возможно увеличить энергоэффективность паро-конденсатной системы на 10 - 15 %. По оценкам фирмы Армстронг интернэшнл , в каждом неисправном конденсатоотводчике в среднем ежегодно теряется более 182 тонн (400 000 фунтов) пара, что обходится более чем в 2 000 долларов. На обычном нефтехимическом заводе может быть до 5 000 конденсатоотводчиков, и потенциал энергосбережения здесь составляет сотни тысяч долларов в год. Даже на небольших заводах , как правило, установлено несколько сотен конденсатоотводчиков.
Теплоизоляция. На заводах, на которых Центр анализа процессов производства Департамента энергетики США провел плановый энергетический аудит, потенциал энергосбережения в среднем составил 3 - 13 % от общего количества потребляемого природного газа. После того, как на заводе по изготовлению облицовочной фанеры фирмы Джорджия-Пасифик в городе Мэдисон была отремонтирована теплоизоляция паропроводов, соединяющих котельную с сушильными камерами, экономия пара составила приблизительно 2,72 тонны (6 000 фунтов) в час, что позволило уменьшить закупку топлива, а выбросы двуокиси углерода уменьшились на 6 % при сроке окупаемости вложенных в ремонт средств, равном 6 месяцам. По словам инженера Дэррила Джексона, ответственного за котельное хозяйство завода, реализация этого энергосберегающего мероприятия эквивалентна экономии около 18 тонн топлива в сутки.

 

Система транспортировки пара

 

Основные положения программы Steam Challenge

 

Несмотря на достаточное количество информацииоб успешных результатах внедренияэнергосберегающих мероприятий, она малоизвестна широкой общественности. Каков эффект отодновременной реализации всех мероприятий инасколько эффективней стала работатьпаро-конденсатная система после ихосуществления? Иметь возможность получатьответы на вопросы по повышениюэнергоэффективности - это главная идея программы(Steam Challenge) Пароэффективность .

 

Steam Challenge открыта для участия в нейоператоров паро-конденсатных систем, ихразработчиков и энергоменеджеров,фирм-поставщиков оборудования паро-конденсатныхсистем, а также фирм-поставщиков пара иорганизаций. Активную роль в осуществлении этойпрограммы играют предприятия различных отраслейпромышленности, на которых действуютпаро-конденсатные системы, что свидетельствует отом, что программа Steam Challenge заслужила доверие, апредлагаемые ею услуги и информацияпредставляют интерес для предприятий. Этапрограмма оказывает помощь производителям ипоставщикам паро-конденсатного оборудования исоответствующих услуг: компаниям коммунальноготеплоснабжения, инженерам-консультантам, а такжефизическим лицам и организациям, способствующимповышению энергоэффективностипаро-конденсатных систем, выполняя при этом рольтретьей стороны, способной предоставитьдостоверную информацию.

 

Steam Challenge - это программа техническойпомощи повышения эффективностипаро-конденсатных систем, осуществляемая надобровольной основе, главная цель которой -увеличение эффективности использования пара вамериканской промышленности и оказание помощиспециалистам-энергетикам предприятий привнедрении в практику системного подхода припроектировании, закупке, монтаже котлов, системтранспортировки пара и технологическогопаропотребляющего оборудования, а также приэксплуатации. В содружестве с Альянсом посохранению энергии , Центром анализапроцессов производства Департамента энергетикиСША и специалистами по паро-конденсатнымсистемам из разных отраслей промышленности,программа Steam Challenge предоставляет пользователямцелую систему информационных ресурсов,помогающую определять потенциалэнергосбережения паро-конденсатных систем.

 

30 апреля 1998 года программа Steam Challenge началаосуществляться Управлением промышленныхтехнологий Департамента энергетики и Альянсом по сохранению энергии наголовном предприятии компании Бетлехемстил в городе Бёрнс Харбор, штат Индиана. Наэтом мероприятии, где было торжественнообьявлено о начале реализации этой программы,участвовало около 300 человек, здесь был проведенсеминар и осмотр предприятия, в ходе которогоосвещались и демонстрировались многочисленныепроекты повышения энергоэффективностипаро-конденсатных систем, которые позволят резкоуменьшить стоимость потребляемой энергии наэтом предприятии. (В настоящее время этот заводежегодно расходует на энергию более 100 млн.долларов). Альянс по сохранению энергии иОтдел промышленных технологий Департаментаэнергетики систематически встречаются сконсультативным комитетом программы Steam Challenge иобсуждают текущие мероприятия, осуществляемые врамках этой программы и вырабатывают совместныерешения. Этот консультативный комитет руководитвыполнением программы Steam Challenge и применениемпредлагаемых программой методов, обсуждаетновые области, где могут быть реализованы новыерешения в промышленных паро-конденсатныхсистемах и где требуются материальые иинформационные ресурсы для повышенияэффективности паро-конденсатных систем, а такжепомогает определять объекты для обследования врамках программы Steam Challenge.

 

Steam Challenge - это одна из добровольныхпрограмм, реализуемая Отделом оценок технологийУправления промышленных технологийДепартамента энергетики США вместе спрограммами Motor Challenge, Compressed Air Challenge, центрамипромышленных оценок и другими программами,направленными на развитие технологии. Все этипрограммы должны помочь предприятиям освоитьсамые современные энергоэффективные технологии.

 

Перспектива развития

 

В 1998 году было проведено ряд семинаров поповышению эффективности паро-конденсатныхсистем, в ходе которых решались две задачи.Первая задача состояла в том, чтобы обеспечитьоператоров котлов и паро-конденсатных системзнаниями, а также средствами определения идокументального обоснования проектовувеличения энергосбережения в паро-конденсатныхсистемах. Вторая задача заключалась в том, чтобыразработать учебный курс и учебные материалы поповышению эффективности паро-конденсатныхсистем, которые могут быть использованы другимипреподавателями и инженерами-консультантами повсей стране.

 

Эффективность использования пара расположенана трудно достигаемом пересечении кривойповышенных экономических показателей, большихвеличин кривой эффективности и кривой снижениявыбросов в окружающую среду, т.е. в данном случаедостигается выигрыш по всем составляющим.Первоначально программа Steam Challenge былаориентирована на промышленность США, однакосуществует заинтересованность враспространении ее на другие секторыамериканской экономики, в которых интенсивноиспользуется пар - теплоснабжение школ, больниц,муниципальные районные системы центральногоотопления, предприятия федерального подчиненияи международные компании. Реализовать этотпотенциал будет непросто, для этого потребуетсяусилить обучение, увеличить количествоактивистов, задействованных в этой программе иохватить новые группы потребителей пара.

 

По завершению программы Steam Challengeрассматривается возможность разработкидиагностического программного средства, котороедолжно дать промышленным пользователям параинформацию о том, насколько эффективно работаетпаро-конденсатная система предприятия. Этапрограмма укажет потенциальные места (и проекты)повышения эффективности паро-конденсатнойсистемы, определит потенциал экономии топлива ибудет содержать в себе интерактивные результатыизменений в технологии и производстве, еготранспортировке, управлении, использовании втехнологическом оборудовании и техническомобслуживании.

 

Тед Джоунз является менеджеромпрограммы Повышение энергоэффективности впромышленности Альянса по сохранениюэнергии . Исследует действенностьпромышленных технологий и помогаетконцентрировать усилия государственныхпрограмм, направленных на увеличениеэнергоэффективности в промышленности.Сотрудничает с Отделом промышленных технологийДепартамента энергетики США в деле разработкипрограммы Steam Challenge, нацеленной на повышениеэнергоэффективности промышленныхпаро-конденсатных систем. Получил степеньбакалавра по индустриальному менеджменту вИнституте Карнеги-Меллона и магистра по науке итехнике в университете им. Джорджа Вашингтона.

 

Данные об авторах

 

 

Дэвид Джейбер является младшимисследователем в Альянсе по сохранениюэнергии . Имеет степень бакалавра похимической технологии университета им. Райса истепень магистра в области охраны окружающейсреды, полученную в Калифорнийском университете(г. Беркли). До поступления на работу в Альянспо сохранению энергии занималсяисследованиями в таких областях, как теорияпотоков, транспортировка загрязненияповерхностных вод, использование компьютерныхмоделей и географических информационных систем.В настоящее время он активно занимаетсяисследованиями качества воздуха и разработкойприродоохранной политики. Представлял своидоклады на конференции по замедлению развития иконференции по защите окружающей среды, а такжеявляется соавтором публикаций попаро-конденсатным системам и комбинированномупроизводству тепловой и электрической энергии.

 



 

Концептуальные вопросы развития наружного освещения городов. Громадські об. Тепловая генерация. Программа. Новая страница 1.

 

Главная >  Потенциал энергии 

0.0033