Лекция 4 Метод предельного энергосбережения

Проблема энергосбережения - важнейшая из проблем, поставленная современной наукой и практикой. Она является значительной для отраслей промышленного производства, основанных на теплотехнологии, так как здесь не только заключены крупные резервы экономии топлива, теплоты, энергии, но и широки возможности их практической реализации.

Главная задача в области энергетики теплотехнологии - разработка, исследование и создание энергосберегающего теплотехнологического оборудования для реконструкции действующих и реализации принципиально новых безотходных теплотехнологических процессов и систем.

Исследования должны быть направлены:

- на установление принципиально достижимых предельно низких уровней удельного расхода топливно-энергетических ресурсов (в основных теплотехнологиях энергоемких отраслях промышленного производства);

- на выявление резервов снижения норм удельного расхода топливно-энергетических ресурсов;

- на разработку конкретных направлений, способов, технических средств наиболее полного использования этих резервов.

Таким образом, формируется методология поиска энергосберегающих теплотехнологических систем с такими основными направлениями, как:

- энергосберегающая технология;

- энергосберегающие тепловые схемы оформления технологии;

- энергосберегающее оборудование.

Рассмотрим первое базовое направление - энергосберегающая технология.

Теплотехнология - совокупность методов преобразования исходного сырья, материалов и т.д. в заданный продукт на основе изменения теплового состояния вещества. Применительно к теплотехнологии энергосберегающая это такая технология, которой соответствует наиболее низкий уровень потребления теплоты сырьевыми материалами в процессе их преобразования в товарный продукт, или это такая технология, которой соответствует максимальное значение коэффициента энергосбережения технологии.

К наиболее существенным факторам, снижающим коэффициент энергосбережения теплотехнологии, относятся:

- наличие потерь теплоты в окружающую среду технологическими продуктами;

- многооперационность ряда технологий, реализуемых в периодическом режиме работы установок, что, как правило, связано с большим числом прямых и длительных контактов полупродуктов с окружающей средой;

- использование многоводных вариантов технологических процессов (например, мокрый способ производства цементного клинкера);

наличие энергоемких стадий предварительной механической обработки сырьевых материалов;

- наличие значительных, товарно не используемых, технологических отходов.

Наивысшие возможности энергосбережения технологии открываются на основе реализации принципов безотходной технологии.

Можно отметить следующие пять принципов безотходной теплотехнологии:

- обеспечение комплексного и полного товарного извлечения всех компонентов исходного сырья, полуфабрикатов, материалов, т.е. технология должна быть ресурсосберегающей;

- наличие наиболее низкого уровня теоретически необходимого

общего энергопотребления в процессе комплексной переработки исходного сырья, полуфабрикатов, материалов, т.е. технология должна быть энергосберегающей;

- наличие в технологии наиболее низкого уровня водопользования, т.е. технология должна быть маловодной;

- обеспечение охраны окружающей среды, т.е. технология должна быть экологически совершенной;

- создание благоприятных производственных условий для человека, т.е. технология должна быть безопасной и легкоуправляемой.

Формируемые на базе этих принципов конкретные теплотехнологии будут потенциально направлены на высший уровень энергосбережения.

Энергосберегающие мероприятия в теплотехнологии сводятся к следующим трем группам. Утилизационные, в задачу которых входит использование имеющихся отходов теплоты и потенциалов энергии. Энергетической модернизации - снижение отходов теплоты, энергии в действующих установках и системах. Эти две группы мероприятий являются

традиционными и не отличаются масштабностью энергосберегающего эффекта. Мероприятия третьей группы, интенсивного энергосбережения, решают принципиально новую задачу - достижение в теплоэнергетическом объекте одномоментного предельно высокого крупномасштабного энергосберегающего эффекта, называемого потенциалом резерва интенсивного энергосбережения. Он достигается на базе изменения принципиальных основ технологии и техники, управления, повышения качества технологической продукции и полноты ее использования.

Максимальный энергосберегающий эффект может быть достигнут только на основе энергетического анализа замкнутых теплотехнологических комплексов и на основе мероприятий интенсивного энергосбережения.

Предельно полный резерв экономии топливно-энергетических ресурсов в теплотехнологическом комплексе страны может быть выявлен на основе анализа совокупности замкнутых комплексов и на базе мероприятий интенсивного энергосбережения, которые можно объединить в следующие группы:

- технологическую;

- энергетическую;

- теплотехническую;

- техническую.

Технологические мероприятия, к числу которых можно отнести, например, использование альтернативного сырья меньшей энергоемкости, применение маловодных теплотехнологических операций, Обеспечение непрерывности технологических операций и безотходности технологии, предельно глубокой технологической регенерации теплоты и высокого качества продукции, формируют энергосберегающую технологию крупнейший для многооперационных технологий резерв экономии топливно- энергетических ресурсов. Однако для их реализации требуются нетривиальные энергетические, теплотехнические и технические решения.

Итогом реализации энергетических мероприятий являются энергосберегающие тепловые схемы технологических объектов и энергосберегающие источники энергии. Эталоном энергетического совершенства выступает термодинамически идеальные модели теплотехнологических объектов. В число энергетических мероприятий помимо традиционных входит широкий круг новых (использование нетрадиционных источников энергии).

Группа теплотехнических мероприятий диктует поиск новых высокоэффективных и, как правило, принципиально новых теплотехнических способов организации теплотехнологического процесса.

Группа технических мероприятий предусматривает применение энергосберегающего технологического оборудования нового поколения.

Лекция 5

Вторая фундаментальная основа для создания систем с наиболее высоким энергосберегающим эффектом закладывается разработкой энергосберегающих тепловых схем. Для плодотворного решения задач по этому направлению целесообразно стимулировать рассмотрение как можно большего числа вариантов тепловых схем, наиболее полно отражающих принципиальные пути достижения предельно высокой энергоэкономичности конкретных теплотехнологических процессов.

Возможность такого подхода, в первую очередь, открывается на основе применения принципов термодинамически идеальных технологических установок и анализа их тепловых схем, изыскания возможности реализации безотходности не только собственно технологического процесса, но и технологического оборудования.

Конечный результат цели поиска энергосберегающих технологических систем будет определяться энергосберегающими характеристиками оборудования этих систем. В связи с этим создание энергосберегающего оборудования рассматривается как третье фундаментальное направление в поиске и реализации энергосберегающих теплотехнологических систем.

Необходимыми предпосылками решения задач этого направления являются:

-разработка, исследование и реализация эффективных

теплотехнических принципов (способов) осуществления технологических процессов и их отдельных стадий;

- разработка, исследование и реализация эффективных способов организации тепло-энергоиспользования в нетехнологических устройствах производственных систем;

- разработка и оптимизация конструктивных схем технологических

реакторов, теплотехнических элементов установок и их компоновок, наиболее полно реализующих принятые высокоэффективные

теплотехнологические принципы.

Рассмотренная методология неизбежно приводит к решениям, потенциально и практически направленным на предельно высокие уровни энергосбережения, на создание теплотехнологических систем с наиболее высокими энергетическими характеристиками, поэтому она получила название метода предельного энергосбережения.

Метод предельного энергосбережения это методология поиска направлений, способов, принципов технических средств реализации наиболее низкого уровня общих затрат первичных топливно-энергетических ресурсов на комплексную технологически, экологически и экономически эффективную переработку исходного сырья, материалов в совокупность товарных продуктов.

Таким образом, решение задач создания энергосберегающих теплотехнологических установок и систем на базе метода предельного энергосбережения основано на одновременном решении задач создания материалосберегающих и экологически совершенных установок и систем.