Энергосбережение в пищевой промышленности

В таблицах 3.3.1, 3.3.2 приведены нормы расхода электроэнергии в пищевой промышленности и основные направления снижения расхода энергоносителей на предприятиях пищевой промышленности.

 

Таблица 3.3.1

Удельные расходы электроэнергии на производство в пищевой

промышленности

Вид продукции	Ед. изм.	Удельный расход, кВт·ч/ед. прод. (по различ- ным источникам информации)
Мука	т	51–88	50–60	50–70
Крупа	т	30–32	30–40	25–30
Сушка зерна	т	10–13	–	–
Сахарный песок	т	24–30	25–30	25–30
Мясо и субпродукты	т	55–60	55–60	50
Колбасные изделия	т	74–90	75–90	65–80
Консервы мясные	1000 усл. банок	20–25	23–26	50
Растительное масло	т	132–184	130–180	175
Хлебобулочные изделия	т	–	–	20–40

 

Таблица 3.3.2

Удельные нормы расхода холода, пара, воды и электроэнергии на выпуск молочной продукции

Вид продукции	Норма расхода (на 1 т готовой продукции)
	Холода, тыс. стандартных ккал	Пара, т/ч		Воды, м3	Эл/эн, кВт·ч
		На техно- логические нужды	На венти- ляцию
творог	342	1,4	2,5	53	930
молоко	22	0,1	0,1	4	84
простокваша	107	0,4	0,35	15	226
кефир	69	0,3	0,35	11	125
ряженка	110	0,8	0,5	19	193
сливки	76	0,5	0,5	29	142
сметана	113	1,0	0,73	27	237
сырки	265	1,7	2,3	33	696
сыр	750	2,5	3,3	79	1488
Масло сливоч- ное	326	2,6	0,5	53	667

Энергосбережение в нефтеперерабатывающей промыш- ленности

В таблицах 3.3.3, 3.3.4 приведены удельные расходы топлива, теп- ловой энергии и электрической энергии по некоторым установкам и вы- пускаемой продукции предприятий нефтепереработки.

Таблица 3.3.3

Удельные расходы топлива и тепловой энергии по некоторым ус- тановкам предприятий нефтепереработки

Наименование установки	Удельный расход топлива, кг у.т./т	Удельный расход теплоэнергии, МДж/т
Первичная переработка	30,3	82,8
Гидрокрекинг	173,2	81,3
Термический крекинг	48,4	96,4
Каталитический крекинг	54,6	207
Каталитический крекинг на облагораживание	94,7	136
Производство масел	212,0	2763
Коксование	75.6	222
Гидроочистка топлива	25,0	17,5

 

Таблица 3.3.4 Удельные расходы электроэнергии по некоторым установкам предприятий нефтепереработки (в среднем по отрасли)

Наименование процесса	Удельный расход, кВт·ч/т
	По различным источникам инфор- мации
Переработка нефти	31,3	29,5	–
Первичная переработка нефти	14,5	13,8	–
Термический крекинг нефти	14,8	13,9	11–15
Каталитический крекинг нефти	59,6	60	60
Каталитический риформинг	83,4	80	–
Производство катализатора	2368	2100	–
Пиролиз нефти	20,5	19	–
Коксование	30,4	27	30–40
Производство масел	284	295	–

 

– использование низкопотенциальной сбросной теплоты для теп- лоснабжения (дает экономию топлива до 20 %).

Основными способами снижения расходов энергоресурсов в неф- тепереработке являются:

– применение ЭВМ для управления технологическими процессами;

– повышение эффективности утилизации сбросной теплоты;

– увеличение КПД печей;

– увеличение КПД дистилляционной установки путем использо- вания дополнительных стадий;

– усовершенствование тепловых насосов.

 

Энергосбережение при работе тепломассообменного обору-

Дования

Выпарные установки

Выпаривание представляет собой термический процесс кипения раствора с выделением паров растворителей в практически чистом виде (если не считаться с уносом жидкости); при этом растворимое нелетучее вещество (твердое тело, например соль, или вязкая жидкость, например вазелин) остается в концентрированном виде в аппарате. Получаемые при выпаривании пары удаляются в атмосферу или в конденсирующее устройство.

Превращаться в пар растворитель может при кипении жидкости или при поверхностном испарении ее. В выпарных аппаратах применя- ется более интенсивный из этих способов превращения растворителя в пар, а именно кипение.

Чтобы правильно спроектировать выпарную установку для задан- ного раствора, необходимо экономически обоснованно и технологиче- ски оптимально выбрать:

• схему подогрева раствора;

• схему питания аппаратов раствором;

• оптимальное число ступеней установки;

• рациональную систему использования вторичного тепла.

Как известно, применением выпаривания в многоступенчатой выпарной установке достигается значительная экономия греющего па- ра. С учетом потерь тепла расход греющего пара D в установке с п сту- пенями выражается приближенно формулой:

=

D   W,

0,85× n

(3.4.1)

где W – количество выпариваемого растворителя во всех ступенях ус- тановки.

Таким образом, увеличение числа ступеней в обратной пропорции снижает расход пара на установку, однако в прямой пропорции увели- чивает поверхность нагрева выпарных аппаратов, т. е. капитальные за- траты. Обычно бывают трех- или четырехступенчатые выпарные уста- новки.

Разработана методика технико-экономического анализа и опреде- ления наивыгоднейшего числа ступеней по эксплуатационным затратам в зависимости от стоимости обслуживания установки, а также расходов на пар, воду и электроэнергию. Оптимальное число ступеней выпарной

установки n опт

приближенно можно определить по формуле:

é                                                                           ù0,5

n = ê          k п0×п(J - t)

´ æ   B   +

C × i п ¢

öú

, (3.4.2)

опт ê é

G × c

ù ç 0,85 t ¢

- t ¢ ÷ú

ê  A c ê(i п ¢  - t п0)п-

0 0 × (t

- t)ú è

вод вод øú

ëê ë              W             û                            úû

где k п – коэффициент теплопередачи в последней ступени,

ккал/м²·ч·град;

c – поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение коэф- фициента теплопередачи от корпуса к корпусу;

J – температура греющего пара на входе в установку, град;

0пи t

– t температура кипения раствора в первой и в последней

ступенях, град;

i п ¢  – энтальпия пара в последней ступени, ккал/кг;

0 и G ₀ – н c ачальные вес (кг) и теплоемкость (ккал/кг·град) раствора;

A – стоимость обслуживания, ремонта и автоматизации 1 м ² по- верхности нагрева, руб./м²·ч;

B – стоимость пара, руб./кг;

C – стоимость воды, руб./кг;

E – стоимость электроэнергии в формуле в окончательном виде выпадает за малостью по сравнению с другими членами.

Приведенная формула пригодна для определения наивыгоднейшего числа ступеней только с точки зрения технико-экономических показа- телей; в ней не учитываются условия работы отдельных аппаратов.

 

Ректификационные установки

Ректификация представляет собой такой термический процесс раз- деления жидких смесей на их составные части, в котором из кипящей смеси выделяются пары, содержащие те же компоненты, но в другой пропорции.

Процесс ректификации основан на различной летучести состав- ляющих смесь компонентов, т. е. на различии в температурах кипения компонентов при одинаковом давлении.

Расход тепла на ректификацию жидких смесей весьма велик, при- чем большая часть его обусловливается повторным испарением флегмы, возвращаемой в колонну. Тепло, уносимое из колонны кубовым остат- ком и дистиллятом, относительно невелико и в значительной степени может быть использовано в пределах самой установки на нагревание исходной жидкой смеси.

Наибольшего эффекта в экономии тепла можно достичь путем ис- пользования скрытой теплоты испарения уходящих из колонны паров низкокипящего компонента. Используя тепло этих паров, можно резко сократить расход охлаждающей воды в дефлегматоре и конденсаторе- холодильнике.

Однако давление паров из колонны невелико (около 1 ат), и поэто- му их нельзя транспортировать на значительные расстояния. Вследствие этого иногда представляется целесообразным применение теплового на- соса для повышения давления и температуры паров низкокипящего компонента с целью использования их в качестве теплоносителя в дис- тилляционном кубе ректификационной колонны (рис. 3.4.1, а).

После отдачи парами тепла и их конденсации часть жидкости на- правляют в виде флегмы в колонну, а часть выводят из установки в ка- честве готового продукта. Следует, однако, иметь в виду, что степень, сжатия паров в описываемой схеме может оказаться выше экономиче- ски целесообразной, так как при равных давлениях температура кипе- ния кубового остатка всегда выше температуры кипения низкокипящего компонента. Тепловой насос не выгоден при степени сжатия выше двух, поэтому область его рационального применения ограничена процессами ректификации смесей с близкими температурами кипения чистых ком- понентов.

В некоторых случаях может оказаться целесообразным использо- вание эффекта самовскипания конденсата греющего пара из трубчатки дистилляционного куба и последующего сжатия пара самовскипания при помощи струйного насоса (рис. 3.4.1, б). Расчеты показали, что применение инжектора экономически выгодно до тех пор, пока требуе- мое повышение температуры конденсации сжимаемого пара не превы- шает 10–15 °С.

 

Рис. 3.4.1. Схемы ректификационных установок с тепловыми насосами а – использование тепла пара низкокипящего компонента; б – использование пара вторичного вскипания конденсата из греющей трубчатки дистилляционного куба;

1 – турбокомпрессор; 2 – инжектор

 

Может оказаться выгодным использование скрытой теплоты ухо- дящих из колонны паров низкокипящего компонента для испарения во- ды в дефлегматоре, т. е. совмещение дефлегмации с производством во- дяного пара. Образующийся в дефлегматоре водяной пар может быть использован после сжатия его в компрессоре для обогрева дистилляци- онного куба. Применение такой схемы должно быть обосновано эконо- мическим расчетом.

Наконец, во всех случаях следует сводить к минимуму потери теп- ла в окружающую среду через стенки колонны вопреки существующему мнению, что потери тепла в окружающую среду, обусловливая увели- чение количества стекающей в колонне флегмы, улучшают работу ко- лонны.

 

Сушильные установки

Сушкой называется термический процесс удаления из твердых ма- териалов или растворов содержащейся в них влаги путем ее испарения.

Большое применение на практике имеют сушильные установки, работающие с рециркуляцией сушильного агента, т. е. с частичным воз- вратом отработавшего воздуха в сушилку для повторного использова- ния его (рис. 3.4.2).

Рис. 3.4.2. Схема сушилки с рециркуляцией воздуха и процесс сушки на Hd -диаграмме

 

По выходе из сушилки поток отработавшего влажного воздуха с

параметрами, соответствующими точке C или

C 1, разветвляется: часть

воздуха выпускается в атмосферу, а другая возвращается к вентилятору. Вместо выброшенного отработавшего воздуха в систему подается такое же количество свежего воздуха с параметрами, соответствующими точ- ке А. Свежий воздух смешивается с отработавшим. Полученная смесь с параметрами точки М нагревается в калорифере до состояния, характе- ризующегося точкой, B ₁ и поступает в сушилку. По выходе из сушиль-

ной камеры поток смеси снова разветвляется и т. д. На Hd -диаграмме процесс в такой теоретической сушилке изображается линией AMB ₁ C ₁ M. Расходы свежего и выбрасываемого из системы отработав-

шего воздуха для такой теоретической сушки одинаковы и выражаются формулой:

l = 1000

= 1000,кг на 1кг влаги,

(3.4.3)

DC 1 M d

d T - d

2   0

так как всю испаренную влагу уносит только удаляемый отработавший воздух.

Количество циркулирующего воздуха в сушилке определяется из условия, что 1 кг смеси увеличивает в сушилке свое влагосодержание с

d см

до 2, d

l ц =

1000

= 1000, кг на 1 кг влаги.

(3.4.4)

D 1¢ C 1 M d

d T - d

2см

Как видно из последней формулы, возврат отработавшего воздуха значительно увеличивает количество циркулирующего воздуха, а сле- довательно, и расход энергии на вентилятор.

Так как на 1 кг влаги.

AB / DC 1 = MB 1 / D ¢ C 1, то расход тепла

(_{1 0}) q, кД l ж I I =  -

Рециркуляция сушильного агента применяется, как правило, при

сушке деформирующихся материалов, досок, деревянных и керамиче- ских изделий и тому подобных материалов, требующих во избежание их растрескивания значительного содержания влаги в сушильном агенте для уменьшения интенсивности испарения влаги с поверхности мате- риала.

При работе без рециркуляции необходимо было бы увлажнять су- шильный агент перед вводом в сушильную камеру и затрачивать на это дополнительно тепло. Применение рециркуляции позволяет вести суш- ку при высоких влагосодержаниях сушильного агента без расхода тепла на его увлажнение. Кроме того, при рециркуляции возможно регулиро- вание влажности воздуха в сушильной камере, благодаря чему улучша- ется качество высушенного материала.

При рециркуляции увеличивается скорость воздуха относительно материала, повышается коэффициент теплообмена и сокращается про- должительность сушки материалов, не склонных к растрескиванию, что приводит к уменьшению расхода тепла. При выборе кратности цирку- ляции сушильного агента в рециркуляционной сушилке экономию теп- ла и сокращение других эксплуатационных расходов на нее необходимо сравнить с увеличением расхода средств на электрическую энергию для привода вентилятора значительно большей производительности.

 

Контрольные вопросы

1. Перечислите потенциальные возможности энергосбережения на предприятиях.

2. Перечислите и охарактеризуйте пути экономии ТЭР.

3. Что понимается под ВЭР?

4. Назовите и охарактеризуйте виды ВЭР.

5. Причины использования ВЭР.

6. Перечислите основные направления использования ВЭР.

7. С помощью каких показателей определяется эффективность ме- роприятий по использованию ВЭР?

 

чах.

8. Способы переработки ТБО.

9. Преимущества и недостатки ТБО.

10. Пути снижения удельных расходов энергии в электрических пе-

 

11. За счет чего можно улучшить технологию электросварки?

12. Пути снижения энергопотребления зданий на отопление.

13. Факторы, влияющие на расход тепловой и электрической энергии

в зданиях.

14. Основные составляющие теплового баланса здания.

15. Пути повышения эффективного использования тепловой энергии в системах отопления.

16. Перечислите основные мероприятия по снижению расхода элек- троэнергии в вентиляционных установках.

17. Основные показатели эффективности осветительных установок.

18. Показатели эффективности использования энергоресурсов в пред- приятиях машиностроения.

19. Что представляет собой процесс выпаривания?

20. Какой из процессов происходит при выпаривании: кипение или испарение раствора?

21. Что представляет собой процесс ректификации?

22. Перечислите пути экономии тепла в ректификационных уста- новках.

23. В чем заключается процесс сушки материала?

24. Что дает применение рециркуляции в сушильных установках?

4. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

 

Насосные установки

В зависимости от назначения и рода перекачиваемой жидкости на- сосные установки подразделяются на: водопроводные, канализацион- ные, мелиоративные, теплофикационные, нефтеперекачивающие и др.

На современных насосных установках набольшее распространение получили лопастные насосы: центробежные и осевые.

Центробежные насосы регулируются изменением частоты враще- ния рабочих колес или изменением степени открытия задвижки (затво- ра) на напорной линии (рис. 4.1.1). Прикрывая или открывая затвор, из- меняют крутизну характеристики GH трубопровода, которая зависит от его гидравлического сопротивления.

Рис. 4.1.1. Регулирование режима работы центробежного насоса:

1 – характеристика насоса при номинальной частоте вращения; 2 – то же при уменьшенной частоте вращения; 3 – характеристика трубопровода при полном от-

крытии затвора; 4 – то же при уменьшении степени открытия затвора

 

Прикрывая затвор, увеличивают крутизну характеристики, при этом рабочая точка насоса А     ₁ перемещается в положение А ₂, подача уменьшается до значения G ₂. Напор, развиваемый насосом, возрастает до значения Н ₂, а напор на трубопроводе за затвором снижается до зна-

чения H 2¢ за счет потерь напора D Н n   в затворе.

Увеличивая степень открытия затвора, уменьшают крутизну харак- теристики трубопровода. Этот способ регулирования считается мало- экономичным, так как на преодоление дополнительного гидравлическо-

го сопротивления в затворе требуются дополнительные затраты энер- гии.

При изменении частоты вращения насоса изменяется положение характеристики GН насоса. Уменьшая частоту вращения, перемещают характеристику вниз параллельно самой себе. При этом рабочая точка, перемещаясь по характеристике трубопровода, занимает положение А' ₂ следовательно, подача уменьшается также, как и напор в сети и напор, развиваемый насосом.

Мощность электродвигателя насоса, кВт, определяется по врыже- нию:

P =  k з ×  G н × (H с + D H)× g ,

н     367200 ×hн ×hэ.д

(4.1.1)

где G -н

k -з

подача насоса, м³/ч;

коэффициент запаса (при G н < 100 м ³/ч, k з =1,2÷1,3; при G н >

100 м³/ч,

H -с

м вод.ст.;

k з =1,1÷1,5);

статический напор (сумма высот всасывания и нагнетания),

D H - потери напора в трубопроводах, м вод.ст.;

hн - КПД насоса;

hэ.д - КПД электродвигателя;

g - плотность жидкости, кг/м³.

Удельный расход электроэнергии в насосных установках определя- ется по выражению, кВт·ч/м²:

w = 0, 00272 (H с

H ×) + D

.

(4.2.2)

уд            hн ×hэ.д

Как видно из данного рисунка, экономии электроэнергии в насос- ных установках можно добиться правильным выбором характеристик насосного агрегата (G_mH).

При работе насосной установки с подачей меньше расчетной воз- никает несоответствие между напором, развиваемым насосом, и напо- ром, требуемым для подачи того или иного количества жидкости (т. е. превышение напора насоса). Из рисунка видно, что при уменьшении подачи требуемый для сети напор уменьшается, а развиваемый насосом напор увеличивается. Разность значений этих напоров:

D Н n   = Н н - Н с.

(4.2.3)

Из графика совместной работы насоса и трубопровода видно, что

значение

D Н n

тем больше, чем круче характеристики насоса и трубо-

провода и чем меньше фактическая подача насоса по сравнению с рас- четной.

Годовые потери электроэнергии за счет повышения напора соста- вят, кВт·ч:

D W =

k з × G н × D Hn × g

367200 ×hн ×hэ.д

× T г ,

(4.2.4)

где

T г- годовое время работы насоса с повышением напора на

D Н n  .

Если насос работает с переменным напором и давлением, то

D W =

k з × g

× (G

× D H

× T),

(4.2.5)

n

367200 ×h ×h å

н i      ni г i

н э.д i =1

где

G н- i

H D ni

T г- i

подача насоса на i -м интервале времени; п-овышение напора на i -м интервале времени;

годовая продолжительность i -го интервала;

n - число интервалов изменения напоров.