Энергобалансы агрегатов и формы их представления

Первичным звеном в производстве и энергоснабжении на промыш­ленных предприятиях является технологическая операция (простой технологический процесс), осуществляемая на определенном агрегате (приемнике, преобразователе или генераторе энергии). Поэтому сос­тавление и анализ энергобалансов отдельных агрегатов имеет весьма важное и принципиальное значение для решения задачи повышения эффективности энергоиспользования на предприятии.

Как было сказано в предыдущем разделе, в приходной части энергобаланса агрегата показывается энергия, подводимая к нему од­ним или несколькими энергоносителями, а в расходной части - полез­ная энергия, ее потери и выход вторичных энергоресурсов. При этом под полезной понимается та часть энергии, которая затрачивается на основной и неизбежно связанные с ним побочные физико-химические процессы. Исключение составляют преобразователи и генераторы энер­гии, для которых полезная энергия представляет собой соответствен­но преобразованную или выработанную энергию.

Потери энергии в балансах энергоустановок показываются в виде отдельных их элементов. Это облегчает анализ энергобаланса и поиск путей сокращения потерь. Для удобства анализа потери энергии целе­сообразно группировать не поих физическому смыслу (потери на наг­рев, на намагничивание и т.п.), а по месту их возникновения.

Несмотря на многообразие энергоустановок, в них, как правило, могут быть выделены два основных элемента: приемник-преобразователь энергии (например, для электроустановок это – трансформаторы, выпрямители, инверторы, электродвигатели и т. д.) и рабочая машина (технологический аппарат). Поэтому в упрощенном виде электробаланс любой установки может быть записан уравнением:

W_подв. = W_пол. + W_пот.пр. + W_пот.ап

где W_подв. - подведенная к агрегату энергия;

W_пол. - полезный расход энергии;

W_пот.пр. - потери энергии в приемнике-преобразователе энергии:

W_пот.ап. - потери энергии в рабочей машине (технологическом аппарате).

Большинство технологических операций и простых технологичес­ких процессов в промышленности представляют собой процессы превра­щения энергии одного вида в другой. Поэтому при составлении энергобалансов агрегатов, как правило, возникает необходимость соизме­рения различных видов энергии, их приведения к одной единице изме­рения. Чаще всего в качестве такой единицы принимают Ккал, или Гкал., т.е. выражают баланс в тепловых единицах (для этого имеются соответствующие переводные коэффициенты). Если же говорить об электробалансах агрегатов, то они, как правило, составляются в кВт или кВт·ч. При этом в этих единицах выражают не только электричес­кую, но также и другие виды энергии.

Энергобалансы агрегатов оформляют в виде таблиц и диаграмм. Причем цифры баланса относят либо к определенной производительности агрегата (его нагрузке), либо к единице выраба­тываемойим продукции (расходуемого основного сырья). Цифры энер­гобаланса могут быть отнесены также к некоторому периоду времени (смене, суткам и т.п.).

Рис.4.1 Энергобаланс агрегата в виде диаграммы

Определение числовых значений статей энергобаланса, входящих в его приходную часть, как правило, не представляет серьезных затруднений. Поступление энергии в агрегат чаще всего осуществляется от какого-то одного источника и учитывается с помощью соответству­ющих измерительных приборов. Значительно сложнее дело обстоит с установлением числовых значений статей расходной части энергоба­ланса. Здесь, очевидно, возможны два пути: определить тем или иным способом величину полезного расхода энергии, а ее потери устанав­ливать как разность между подведенной энергией и ее полезным рас­ходом, или наоборот, найти способы определения величины потерь энергии, а через нее вычислять полезный расход энергии в агрегате. Более предпочтительным, пожалуй, является второй путь, т.к. для анализа энергоиспользования и повышения его эффективности необхо­димо знать, прежде всего, величину потерь энергии в агрегате по отдельнымих составлявшим. Кроме того, второй способ составления энергобаланса зачастую является единственно возможным, поскольку далеко не всегда можно найти способы непосредственного определения полезного расхода энергии в агрегате. В связи с этим для составле­ния энергобалансов агрегатов очень важно представлять себе, какие существуют виды потерь энергии в энергоустановках, какие причины вызывают их появление и как величина потерь энергии зависит от нагрузки агрегата.

Потери энергии в оборудовании могут быть самыми разнообразны­ми, но по причинам, их вызывающим, по характеру их зависимости от нагрузки агрегатов потери энергии можно разделить на четыре группы (Рис. 4.2).

Первую группу образуют потери рассеяния энергии, обусловлен­ные пребыванием оборудования во включенном состоянии (во вращении, под напряжением и т.п.). Потери этой группы не зависят от нагрузки и могут быть названы условно постоянными (например, потери энергии на намагничивание электрических машин и трансформаторов, отдельные разновидности потерь механической энергии в оборудовании и т.д.). Эту группу потерь можно иначе назвать потерями холостого хода. При неизменных технологических параметрах операции постоянные потери энергии в оборудовании зависят, в основном, от его технического состояния, т.е. от исправности оборудования, степени его износа, чистоты и т.п. Таким образом, снижение постоянных потерь энергии может быть достигнуто путем улучшения технического состояния обо­рудования, повышения качества его ремонтного обслуживания.

Вторую группу потерь образуют потери рассеяния энергии, обус­ловленные ходом операции и зависящие от ее интенсивности (т.е. от нагрузки оборудования). Поэтому эти потери могут быть названы наг­ рузочными (например, потери активной энергии в электрооборудовании, нагрузочные потери механической энергии в агрегатах и др.).

В третью группу входят потери от недоиспользования энергии, обусловленные физическими особенностями технологических операций и степенью несовершенства оборудования. Эти потери также зависят от нагрузки агрегата, т.е. это тоже нагрузочные потери (они характер­ны в основном для теплоэнергетического оборудования и практически всегда связаны с выходом вторичных энергетических ресурсов). Потери энергии второй и третьей группы могут иметь как близкий к ли­нейному, так и более сложный характер зависимости от нагрузки обо­рудования.

В четвертую группу входят дополнительные потери энергии, свя­занные с невозможностью обеспечения нормального хода технологичес­кого процесса в зонах малой нагрузки и зонах форсированного режима работы оборудования. Это также переменные или нагрузочные потери энергии.

Таким образом, все виды потерь энергии в агрегатах, кроме потерь первой группы, являются переменными (нагрузочными). Величина таких потерь энергии зависит от технологических параметров опера­ции, от технического состояния оборудования, от энергетической эф­фективности технологического процесса, а также от качества эксплу­атационного обслуживания агрегатов.

Подводя итог сказанному в данном разделе, необходимо еще раз подчеркнуть, что одним из наиболее важных вопросов при составлении расходной части энергобаланса какого-либо конкретного агрегата яв­ляется изучение всех видов потерь энергии, которые имеют место в данном оборудовании или технологическом процессе, а также нахожде­ние методов и способов определения их величины.