В целом проблема создания тепловых насосов вышла за рамки отдельных стран. Наибольшее количество действующих ТН имеется в США и Японии, где преимущественное распространение получили теплонаносные кондиционеры, предназначенные для круглогодичного кондиционирования воздуха помещений. Для этих целей и отопления тепловые насосы используются примерно в 30% жилых и коммерческих зданий.

Характеристики тепловых насосов компрессорного типа с регулируемой тепло производительностью, выпускаемые на одном их российских предприятий, приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1. Характеристики тепловых насосов

6.6 Автоматизированные системы контроля и учета энергоснабжения и управления процессом энергосбережения

В условиях рыночных отношений особое значение приобретает автоматизированный учет энергоресурсов: электрической и тепловой энергии, газа, сжатого воздуха и воды.

Актуальность внедрения автоматизированных систем контроля и учета энергии определяется не только экономической значимостью, но и необходимостью повышения оперативности, точности и достоверности учета электроэнергии и мощности в сложной финансовой ситуации энергосистем и промышленных предприятий.

Внедрение автоматизированных систем учета само по себе не дает экономического эффекта. Потребитель, внедряя АСКУЭ получает значительный экономический эффект по показателям потребления и снижения платы за тепловую и электрическую энергию. АСКУЭ является инструментом перераспределения денежных средств между производителем и потребителем электрической энергии, а также технической основой правового регулирования в сфере энергосбережения.

Оперативный автоматизированный контроль потребления ресурсов, производства и распределения энергии позволяет определить пиковые периоды и основные источники потерь, наметить мероприятия по их минимизации: в результате может быть достигнута экономия потребляемой энергии на 12-15%. Комплексная автоматизация систем производства и потребления основных энергоресурсов, систем водо-, газо- и теплоснабжения позволяет достичь экономии до 20% расходуемой энергии.

Автоматизированные системы контроля и учета энергии позволяют уменьшить потребление электрической энергии за счет эффективного регулирования электрических нагрузок и снижать оплачиваемую потребителем генерирующую мощность за счет формирования вне пикового энергопотребления предприятий (смещение предприятием своих электрических нагрузок с периодов прохождения минимума мощности в электросистеме в другие зоны). Необходимо (актуально) разработать и внедрить механизм, эффективно формирующий режимы электропотребления предприятий. С целью максимально приблизить к идеальной форме взаимные расчеты между энергоснабжающими организациями и потребителями энергии практически во всех развитых странах широко применяются современные метрологически аттестованные автоматизированные системы контроля, учета и управления электропотреблением (АСКУЭ).

Средства инструментального обеспечения АСКУЭ должны позволять производить сбор и оперативную дистанционную передачу по различным каналам связи на диспетчерские пункты энергоснабжающих предприятий всего необходимого объема данных для оперативного контроля и коммерческих расчетов потребления электроэнергии по многоставочным, дифференцированным по времени суток или сезонам, периодам любой сложности с использованием современной вычислительной техники.

Благодаря оперативному и одновременному контролю со стороны энергоснабжающей организации и потребителя появляется возможность без конфликтной без акцептной формы взаиморасчетов с автоматической выпиской и доставкой счетов каждому абоненту. Ускорение банковских операций, достигаемое благодаря применению безакцептной формы расчетов за электроэнергию, позволяет компенсировать затраты на создание и эксплуатацию АСКУЭ.

Другой функцией АСКУЭ является целенаправленное регулирование режимов энергопотребления для обеспечения энергосбережения. Необходимость такого регулирования обусловлена значительной разницей между пиком нагрузки и ночным провалом в энергосистемах, недостаточной регулирующей возможностью тепловых электростанций и АЭС для покрытия переменной части графиков нагрузки, неблагоприятной тенденцией снижения доли маневренных мощностей в энергосистемах, вызванной укрупнением энергоблоков, значительными капитальными и энергетическими затратами, связанными с сооружением и эксплуатацией пиковых агрегатов, технической возможностью и экономической целесообразностью искусственного выравнивания графиков нагрузки.

Структуры электропотребления в значительной степени определяют и особенности построения АСКУЭ. Если в России, где в балансе электропотребления энергосистем преобладающий удельный вес (до 70%) составляет потребление промышленных предприятий и система АСКУЭ сориентирована в основном только на них, то в развитых капиталистических странах, где преобладающий удельный вес (до 60%) приходится на потребление коммунально-бытовых предприятий, системы АСКУЭ в значительной степени ориентированы именно на таких массовых потребителей. В этих странах широко используются различные системы массового управления такими потребителями (по силовой сети, по радио и др.).

В настоящее время во многих энергосистемах России создаются (а в ряде энергосистем уже внедрены первые очереди) современные метрологически аттестованные автоматизированные системы контроля, учета и управления электропотреблением.

7. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

7.1 Энерго-экологическая оценка металлургического производства

Перспективы развития общества тесно связаны с разработкой новых технологических решений, с выбором новых направлений в технике, отвечающих экологическим требованиям. Комплексный энерго-экологический анализ - основа объективного и количественного выражения экологического качества технологий, базовая составляющая инженерного заключения о перспективности того или иного направления в технике.

Черная металлургия остается одной из наиболее энергоемких отраслей промышленности. При этом в отрасли расходуется около 18% топлива и до 16% электроэнергии, потребляемых в нашей стране. В этой связи важным представляется последовательное рассмотрение и оценка энергетической и экологической сторон металлургического производства.

Основные составляющие энергетической оценки целесообразно сгруппировать по следующим направлениям:

1. Прямые затраты электроэнергии и топлива (за вычетом образовавшихся и в дальнейшем используемых ВЭР) в основной технологической цепи основных цехов и производств продукции.

2. Косвенные затраты электроэнергии и топлива в отрасли или технологически связанных друг с другом комбинированных производствах.

2.1. В смешанных с основной экологической цепью цехах и производствах энергоносителей потенциальной энергии давления и тепловой энергии газа или жидкости (сжатого газа, сжатого или разделенного на составляющие воздуха, воды, пара и т.д.).

2.2 Скрытые в сырье и других используемых материалах, в капитальных сооружениях, в оборудовании, инструменте, в переработке или захоронении отходов.

3. Косвенные затраты электроэнергии и топлива в общенациональном масштабе:

3.1. На транспорт энергоносителей, сырья, продукции и отходов, включая и транспортные отраслевые затраты энергии, на оборудование в капитальные сооружения транспортных систем.

3.2. на капитальные сооружения, оборудование и функционирование топливно-энергетического комплекса (ТЭК). На потерю при преобразовании топливной энергии в электрическую, включая и на ТЭЦ отрасли.

3.3. На общенациональные и социальные составляющие отрасли.

7.1.1 Прямые затраты энергии

Черную металлургию России на 90% характеризует работа восьми комбинатов с двустадийным производством стали (железная руда - чугун - сталь). Это ММК, НТМК, КМК, НОСТА, ЧерМК, НЛМК, ЗСМК, МЕЧЕЛ. Их основные производственно-технологические показатели по данным за 1995 год приведены в таблице 7.1.

Среднегодовой средневзвешенный по комбинатам фактический прямой расход энергии на производство 1т продукции (в скобках приведены минимальные / максимальные значения для отдельных комбинатов) составил следующие величины, представленные в таблице 7.2.

Таблица 7.1 Производственно-технологические показатели работы восьми крупнейших комбинатов России

Таблица 7.2 Среднегодовой фактический расход энергии на производство 1т. продукции (в скобках минимальные / максимальные значения для отдельных комбинатов)

Из приведенных данных видно, что комбинаты, несмотря на то, что их объединяет в основном однотипный двухсторонний способ производства стали, значительно различаются по технологическим показателям, а значит и по прямым затратам энергии.

Для стали и проката это в первую очередь связано с различием структуры их производств способов разливки стали и видов продукции, так например, наименьший расход чугуна и наибольший расход лома на КМК особенно в сравнении с НЛМК и ЗСМК объясняется тем, что последние практически всю сталь производят конвертерным процессом для которого характерна ограниченная доля лома в металлической шихте (в пределах 24-26%). Существенное различие в расходе стали на производство проката на ЗСМК обусловлено тем, что при одинаковой структуре сталеплавильного производства вся сталь на первом комбинате разливается в изложницы, а на втором - получают непрерывно-литые заготовки.

Для агломерата и кокса структурные и видовые различия малозначимы. Однако в этом случае весьма большой процент приходится на различного рода нетехнологические затраты: простои, ремонты, неполная загрузка оборудования (недоиспользование мощности) и общецеховые затраты. Например, в коксохимическом производстве основное потребление топлива связано с работой коксовых печей. По балансу тепла в рабочий час на этих печах может расходоваться (с учетом отсева мелочи) до 100 кг у.т/т скипового кокса, что в сравнении с фактическими данными, приведенными в таблице 7.2, в 1,5-2,2 раза.

Средневзвешенный по комбинатам среднегодовой интегральный прямой расход энергии на производство 1т проката в основной технологической цепи составил: электроэнергия - 478 кВт.ч/т.; топливо - 1078 кг у.т.; первичная энегрия - 1245 кг у.т.

Учитывая большой объем необходимой информации при энерго-экологическом анализе по каждому отдельному комбинату, ниже приводится преимущественно средневзвешенные по восьми комбинатам данные.

7.1.2 Косвенные отраслевые затраты энергии на 1т проката

На различных этапах (стадиях) металлургического производства используются самые различные шихтовые материалы, топливо, огнеупоры, технологические газы. Энергоемкость, т.е. затраты энергии на получение, например, стали представляет собой сумму затрат потенциальной и тепловой энергии как, собственно, в сталеплавильном производстве, так и на всех предшествующих ему этапах получения материалов, использованных непосредственно на сталеплавильную операцию, включая энергоносители (топливо, электроэнергию и т.д.). Для каждого отдельного исходного материала учитываются затраты энергии на добычу сырья, его транспортировку и подготовку к производству (с учетом всех компонентов шихты). Энергоемкость используемого топлива, кроме затрат на его добычу, переработку и транспортировку, выключает и теплотворную способность. Поэтому при суммировании энергоемкости участвующих в процессе материалов вычитается, имеющих теплотворную способность или значительное теплосодержание и поддающихся утилизации для дальнейшего полезного использования в качестве теплоносителей.

В таблице 7.4 представлены обобщенные данные об энергоемкости основных шихтовых материалов, топлив и огнеупоров, технологических газов, использующихся в сталеплавильном производстве.

Таблица 7.4 Удельная энергоемкость основных материалов сталеплавильного производства

В результате расчета первичных энергетических затраты на получение чугуна (таблица 7.4), его удельная энергоемкость достигает значительных величин (23800 МДт/т) и на 85 % определяется энергоемкостью кокса и его расходом в доменной плавке.

Важнейшим шихтовым материалом сталеплавильного процесса является металлический лом, аккумулирующий энергетические затраты на стадиях его заготовки, складирования, транспортировки и подготовке к плавке. Суммарные энергозатраты на отмеченные операции составляют порядка 200 МДт/т, т.е. около 1,3% от энергозатрат на получение чугуна, что делает использование металлолома эффективным средством снижения энергоемкости сталеплавильного производства.

Результаты расчета расхода потенциальной энергии смешенных цехов и производств представлены в таблице 7.5.

Таблица 7.5 Потенциальная и тепловая энергия газов и воды, используемая в смешаных цехах

Расход потенциальной энергии смешных цехов и производств составил 179 кВт.ч/т проката.

В таблице 7.6 представлены данные о расходе материалов и энергии смешных цехов производств отрасли

Таблица 7.6 Скрытая энергия расходуемая в смешных цехах

Всего расход скрытой энергии смешных цехов производств отрасли составил: топливо - 230 кг у.т/т, электроэнергия - 185 кВт.ч/т. Общий же расход косвенных затрат энергии при производстве проката в отрасли соответственно: топливо - 230 кг у.т/т, электроэнергия - 364кВт ч/т

При расчете расхода энергии, обязанной с амортизацией капитальных вложений, было принято: удельные капитальные вложения на одну тонну вводимой годовой мощности проката в отраслевом разрезе - 470 долл/т (в народнохозяйственном - 520 долл/т), норма амортизации - 7%, энергоемкость национального дохода - 4,5 кг у.т./долл.

7.1.3 Косвенный общенациональный расход энергии на 1 проката

7.1.3.1 Транспортные энергозатраты

Для обслуживания единой металлургии в основном используют три вида транспортных систем: железнодорожная, трубопроводная и ЛЭП (линии электропередачи). Для нашей страны характерны перемещения грузов и энергии на большие расстояния. Так средняя дальность перевозки некоторых грузов для металлургии по железной дороге в 197 году составляла, км: руда железная - 778, лом черных металлов - 847, заготовки стальные - 2922 и т.д. Грузоперевозки железной руды и коксующихся углей в расчете на 1 т чугуна характеризовались следующими величинами, т.км: ЧерМК - 5300, НЛМК - 5200, ММК - 4700, ЗСМК - 3900.

Транспорт металлургических грузов по железной дороге в среднем по стране может быть принят 4000 т.км, причем из них 2500 т.км - электротягой, 1500 - с дизельной тягой. По нормативным данным на расход энергии на тягу поездов с учетом веса локомотива, вагонов, потерь в контактной сети и прогона порожняка, затраты электроэнергии на перевозку полезного груза (нетто) составляют 25 Вт.ч/(т.км), дизельного топлива - 15г.у.т/(т.км). Энергозатраты на капитальные сооружения и оборудование железобетонного транспорта определены из расчета: удельные капиталовложения на 1 т.км - 0,1 долл., энергоемкость национального дохода - 4,5 кг у.т/долл, с долей электроэнергии 0,2, норма амортизации - 3%.

В целом затраты энергии на железнодорожном транспорте в расчете на 1 т проката составили: электроэнергия - 94 кВт.ч, топливо - 65 кг к.т., первичная энергия - 98 кг у.т., доля амортизации - 55%. С учетом погрузочно-разгрузочных работ и внутриотраслевого перемещения грузов общие затраты энергии на транспорт сыпучих и материалов оцениваются в 110 кг у.т/проката (электроэнергия - 100 кВт.ч, топливо - 75 кг у.т).

Прямые затраты энергии (амортизация кап сооружений и оборудования учтена отдельно в показателях ТЭК) в трубопроводном транспорте в настоящее время составляют около 40 Вт.ч/(т.у.т км), при передаче электроэнергии по ЛЭП - 20 Вт.ч/(МВт.ч км). Принимая среднее расстояние трубопроводного транспорта для черной металлургии - 4500 км, а ЛЭП - 1500 км и учитывая, что общее потребление нефтегазового топлива, необходимого для функционирования металлургической отрасли с учетом общенациональных затрат примерно равно 900 кг у.т/т проката, потребление электроэнергии - 1530 кВт.ч/т проката (находятся, соответственно, как сумма всех топливных и электрических затрат с учетом амортизации коксооружений и образования в национальном масштабе и энергобалансов в черной металлургии и стране). В расчете итогов имеем: потребление энергии при трубопроводном транспорте нефти и газа составляет 162 кВт.ч/т проката, при передаче электроэнергии - 46 кВт.ч/т проката, что в сумме первичной энергии примерно равно 73 кг у.т/т проката.

7.1.3.2 Топливно-энергетический комплекс

Производство электроэнергии и добыча топлива сами по себе являются значительными потребителями энергии. Их энергетическая эффективность характеризуется коэффициентом энергоотдачи - отношением полученной энергии к полным энергозатратам на создание и функционирование объектов выработки энергии или добычи топлива.

С учетом динамики снижения коэффициентов энергоотдачи в настоящее время могут быть приняты следующие удельные величины энергозатрат ТЭК: электроэнергетика (при термодинамическом КПД преобразования энергии 100%) - 77 г.у.т/(кВт.ч), нефтегазовая промышленность - 140кг у.т/т у.т, угольная промышленность - 310кг у.т/т у.т. В соответствии с энергобалансом страны доля электроэнергии во всех энергозатратах ТЭК - 0,2.

При общем суммарном потреблении энергии на 1 т проката ( с учетом затрат энергии в ТЭК): электроэнергии - 1530кВт.ч, нефти и газа - 900кг у.т., каменного угля - 1000 кг у.т., - затраты энергии на создание и функционирование ТЭК равны: топливо - 443кг у.т., электроэнергия - 317 кВт.ч., первичная энергия - 554 кг у.т.

Основные источники электроэнергии: тепловые КЭС, ГЭС, АЭС и отраслевые ТЭЦ. На долю отраслевых ТЭЦ в среднем в черной металлургии приходится около 20% электроэнергии, хотя по комбинатам значение ТЭЦ неравнозначно: например, на ЧерМК доля собственной электроэнергии около 40%, на НЛМК - 25%. Расход первичной энергии в единицах условного топлива (у.т.) на 1 кВт.ч для ТЭЦ составляет 360-420, для КЭС электроэнергетики страны - 320-330 г у.т. В настоящем учебном пособии для пересчета электроэнергии в топливные единицы была принята средняя величина, равная 350 г у.т/(кВт.ч). Электроэнергия ГЭС и АЭС(ее около 30%) отдельно не учитывалась.

7.1.3.3 Общенациональные и социальные составляющие отрасли

Общенациональная часть металлургической отрасли в стоимостном выражении оценивается в 50 долл. на 1 т годовой мощности проката. По затрате энергии это соответствует примерно 11 кг у.т и 8 кВт.ч электроэнергии. Производство проката на одного работающего в металлургии составляет около 70 т/чел. год, что соответствует 0,014 чел.год/т проката. При удельном показателе расхода энергии 7000 кг у.т/чел год можно в первом приближении оценить социальные энергозатраты, приходящиеся на 1т проката, величинами 80 кг у.т. и 55 кВт.ч с электроэнергии.

7.1.4 Итоги энергетической оценки

Интегральный расход энергии при производстве 1т проката по усредненным данным работы восьми комбинатов и результатам экспертной оценки косвенных энергозатрат в отрасли и страны сведен в таблице 7.7.

Таблица 7.7. Интегральный расход энергии при производстве 1т проката

Обращает внимание, что от суммы затрат электроэнергии ее прямые затраты составляют всего около 31%. Из них на чисто технологические затраты приходится и того меньше (15-25%). В то же время почти 41% электроэнергии расходуется на транспорт и ТЭК.

С учетом амортизации кап сооружений трубопроводного транспорта и ЛЭП (она учтена в статье ТЭК) общие транспортные затраты составляют около 10% первичной энергии, или 240 кг у.т.

В ТЭК основная доля энергозатрат, связанных с металлургией, это затраты в угольной промышленности - 56%. В сумме с транспортными затратами затраты энергии в угольной промышленности соответствуют почти 25% всех затрат первичной энергии или половине прямого потребления энергии в отрасли.

Таким образом, из итогов энергетического анализа черной металлургии страны следует вывод о специфике структуры энергопотребления и о большой доле непроизводительных для отрасли энергозатрат.

При сложившихся энергобалансах потребления топлива приведенный баланс всех статей энергозатрат первичного топлива для черной металлургии России выглядит следующим образом (таблица 7.8).

Таблица 7.8. Баланс всех статей энергозатрат первичного топлива для черной металлургии России

С учетом приведенных балансов потребление натурального топлива на 1т проката распределится следующим образом, кг у.т.: природный газ - 1047; каменный (и бурый) уголь - 1194; нефть - 195.

7.1.5 Экологическая оценка

В металлургии большое значение в воздействии на окружающую среду (ОС) имеют выбросы. Они по комбинатам в 1995 году имели следующие показатели (таблица 7.9)

Таблица 7.9 Величина выбросов по металлургическим предприятиям России, кг

Средневзвешенная натуральная масса выбросов вредных веществ на 1т у.т, израсходованного в отрасли, составляет 56 кг.

Натуральная масса вредных выбросов на взаимосвязанных с металлургией производствах и в стране в целом по данным Государственного Комитета по охране окружающей среды в 1995 году составили:

Электроэнергетика - 24,5 кг/т у.т;

Газовая промышленность - 0,7 кг/ту добытого т;

Угольная промышленность - 3,6 кг/ту. добытого т;

Нефтедобыча - 3,1 кг/ту. добытого т;

Нефтепереработка - 3,5 кг/ту. переработанного т;

Страна в целом - 30кг/ту.т.

Выбросы в единицах натуральной массы без указания показателя их относительной агрессивности или показателя относительной опасности (обратная величина ПДК сут) не в полной мере отражают вред для окружающей среды. Для характерных загрязняющих веществ эти показатели приведены в таблице 7.10.

Таблица 7.10 Показатели агрессивности и опасности загрязняющих веществ

В подавляющем большинстве случаев имеются сведения о выбросах лишь 4 компонентов: пыль, SO2, NОx, и СО. По данным выбросов этих компонентов определяли базовые значения интегральных показателей относительной агрессивности.

Приведенная масса (натуральная масса, умноженная на показатель относительной агрессивности) прямых удельных выбросов в основных производствах черной металлургии по усредненным данным имеет следующие значения (таблица 7.11).

Таблица 7.11 Удельные приведенные выбросы в основных производствах черной металлургии

Из приведенных данных видно, что по удельным выбросам агломерационное производство резко превосходит все другие переделы в черной металлургии.

Размещено на Allbest.ru