Лисиенко Ресурсы и факторы управления в енергосбережении 2011

Kин =		1		,		(8.11)
			Bсл
Kp =		1			,	(8.12)
		Bкомп

где Вгод, Всл, Вкомп – производство готовой продукции данного передела соответственно за год, за срок службы инструмента (сменного оборудования) или за кампанию между ремонтами; 0,15 – амортизационный коэффициент.

Скрытые вредные выбросы определяются как:

В =	1	(ТЭЧ ϕ	+ТЭЧ ϕ		+ТЭЧ	ϕ	+ТЭЧ ϕ ),	(8.13)
				и
3		м м	и			об об	п п
	Kв

где ТЭЧм , ТЭЧи, ТЭЧоб , ТЭЧп – технологические экологические

числа сырьевых материалов, инструмента, оборудования, пылеочистки отходящих газов, кг у. т. на единицу источника вредных выбросов; ϕм, ϕи, ϕоб, ϕп – удельные расходные коэффициенты соответствующих источников вредных выбросов, единица источника вредных выбросов на единицу продукции.

Энергия вторичных ресурсов Э4 складывается из фактически сэкономленных энергозатрат при производстве топливных, тепловых и материальных ресурсов. При этом учитывается химическая энергия вторично используемых топлив, тепловая энергия (пар), а также материальные ресурсы на том переделе, на котором заменяются первичные ресурсы с учётом коэффициентов использования вторичных ресурсов.

Полезно используемые вредные выбросы В4 подразделяются на энергетически используемые и вещественно используемые. Они характеризуются не только улавливанием вредных выбросов, но и их утилизацией на данной операции.

Формула для расчета энергии вторичных ресурсов:

Э4 = Этеп + Эхим + Эмат ,	(8.14)
где
Этеп = ∑ ТТЧтеп ϕв.теп Kи.теп;	(8.15)
n
Эхим = ∑ ТТЧхимϕв.хим Kи.хим;	(8.16)
n

171

ед. прод.

Эмат = ∑ ТТЧматϕв.мат Kи.мат ;	(8.17)
n

где ТТЧтеп, ТТЧхим, ТТЧмат – технологические топливные числа соответственно тепловой энергии (пара, горячей воды), топливной (химической) энергии, материальных ресурсов – на технологических производствах (переделах), кг у.т./ ед. вторичных ресурсов; ϕв.теп, ϕв.хим, ϕв.мат – соответственно удельные выходы вторичных ресурсов на единицу готовой продукции данного передела (ед. вто-

ричных ресурсов / ед. готовой продукции); Kи.теп, Kи.хим, Kи.мат – соответственно коэффициенты использования вторичных ресурсов.

Вторичные полезно используемые выбросы. Для расчета зна-

чения выбросов вторичных полезно используемых ресурсов В4 применяется формула:

	В4 =	1	∑ТЭЧутiϕут i Kи.ут i ,	(8.18)
		Kв
			i

где ТЭЧутi – технологическое экологическое число улавливаемых вредных выбросов, кг у.т. на единицу источника вредных выбросов (отходящих газов); ϕутi –удельный выход отходящих газов, единица отходящих газов на единицу продукции; Kи.утi – коэффициент утилизации отходящих газов.

Как отмечалось, особенностью данной методики является представление стоимости эколого-экономического ущерба в единицах энергии в рамках демонстрируемой тесной связи энергосбережения и защиты окружающей среды. Данное представление позволяет непосредственно сопоставлять величины расходования энергии и сопровождающего эти процессы величины эколого-экономи- ческого ущерба. При этом для удобства за стоимость топлива принята цена природного газа, т.е. в нашем представлении используется, так называемый, «газовый эквивалент».

При этом величина ТЭЧ представляется следующим образом:

ТЭЧ = mn Kв ,	(8.19)
где тп – удельная приведенная масса вредных	выбросов,

кг усл. выбр. , которая, в свою очередь, определяется по формуле:

mп = ∑Мk Ak ,	(8.20)
k

172

кг у. т.

где Mk – фактическая удельная масса вредных выбросов k-го за-

грязняющего вещества, кг усл. выбр. ; Ak – коэффициент агрессивед. прод.

ности k-го загрязнителя, кг усл.выбр. ; Kв – условный показатель, кг выбр.

который характеризует степень компенсации экологического ущерба в кг у.т. при действующем соотношении цен на топливо (в данном случае за природный газ) Спр.газ и платы предприятия за единицу условного выброса Св.в:

	K		=	С		QнР.пр.газ	,
		в		в.в				(8.21)
				С		QР
				пр.газ		н.усл.т

где QнР.пр.газ и QнР.усл.т – теплоты сгорания природного газа и условно-

го топлива соответственно.

В данном представлении единицей измерения величины Kв яв- ляется кг усл. выбр. .

Отметим, что рассмотренная методика применительно к эмиссии вредных веществ, по аналогии, может быть применена и к эмиссии парниковых газов.

Особенности анализа энергопотребления при помощи технологических топливных чисел. Рассмотренные выше техноло-

гические топливные числа (ТТЧ) являются величинами, отражающими сквозные энергозатраты всех применяемых энергоресурсов в соответствующих процессах.

Заметим, что все приведенные в формулах и на рис. 8.1 ТТЧ, в свою очередь, являются сложными комплексными величинами, которые должны определяться по формуле (8.2).

При энергетическом анализе технологических процессов ТТЧ следует рассматривать в определенной последовательности (рис. 8.2): ТТЧ каждого отдельного передела включает в себя отдельно взятые формы потребления энергии внутри этого передела, ТТЧ последующего передела включает ТТЧ предыдущего, отраслевой ТТЧ должен учитывать ТТЧ любой технологической цепи внутри отрасли, межотраслевое ТТЧ учитывает отраслевые и т.д.

173

Рис. 8.2. Восходящая структура сквозного энергетического анализа

Такая схема энергетического анализа позволяет определить конечное технологическое топливное число, которое представляет удельный расход энергии, например, в кг у.т. на 1 рубль национального дохода или валового внутреннего продукта.

Вкачестве примера представлены результаты расчета ТТЧ при производстве чугуна по данной методике (табл. 8.1).

Врезультате подобных расчетов появляется возможность более достоверного анализа полных энергозатрат (ТТЧ) для самых различных технологических процессов и, как следствие, – возможность оценивания рациональных путей использования ТЭР при производстве конечной продукции.

Вчастности, из табл. 8.1 видно, что наибольшие энергозатраты при производстве чугуна приходятся на расход кокса и все мероприятия по снижению расхода кокса являются весьма актуальными

вчерной металлургии.

Изложенная выше методика расчета энергоемкости готовой продукции промышленных предприятий обеспечивает только общие принципы. В действительности на каждом технологическом этапе, отдельном переделе или производстве существуют определенные связи, которые требуют дополнительного учета посредством создания индивидуальных методик и расчетных схем.

174

Таблица 8.1

Результаты расчета ТТЧ чугуна доменной плавки

	Форма
	энергоза-	Статья расхода
	трат,
	энергия
	Первичная	Природный газ, 1000 м3
		Кокс, т
		Итого
		Дутье (подогрев), 1000 м3
		Кислород, 1000 м3
	Произве-	Тепловая энергия, Гкал
	денная	Электроэнергия, кВт·ч
		Вода, м3
		Сжатый воздух, 1000 м3
		Итого
		Агломерат, т
		Окатыши, т
		Руда (обогащенная), т
		Лом, т
	Скрытая	Флюсы, т
		Оборудование и капи-
		тальные сооружения
		Ремонты
		Транспорт
		Итого
	ВЭР	Доменный газ, 1000 м3
		Тепловая энергия, Гкал
		Итого
		ТТЧ чугуна

ТТЧ ед./т.укг.	Удельныйрасчугунаход, т./ед	Энергозатраты, чугунат./т.укг
i
1270	0,134	170,2
1369	0,510	698,2
-	-	868,4
104,1	1,4	145,7
246,1	0,128	30,7
190,8	0,06	11,4
0,388	12,3	4,8
0,12	19,0	2,3
49,3	0,027	1,3
-	-	196,2
111,3	1,382	153,8
122,9	0,399	49,0
39,1	0,067	2,6
7,3	0,027	0,2
9,6	0,070	0,7
-	-	40
-	-	8(-)
-	-	2(-)
		256,3
117,1	1,998	234,0
190,8	0,02	3,8
-	-	237,8
		1083,1

175

Особенно это относится к производствам, при котором получается не один, а несколько конечных продуктов. К ним относятся, например, коксохимическое производства. Здесь выходной продукцией является кокс, коксовый газ, смола и большое количество готовых химических продуктов: бензол, толуол, фенолы и т.д. При этом энергетические расходы по переделу могут разносятся на все получаемые продукты, например, пропорционально их массе.

Анализ данных показывает, что энергоемкости топливных и энергетических ресурсов зависят от расположения промышленного предприятия, то есть от географического региона (табл. 8.2).

Например, энергоемкость природного газа для Центра России на 10 % больше, чем для Среднего Урала. Это вызвано в первую очередь затратами на транспортировку газа. Отсюда в Центральном регионе соответственно выше энергоемкость большинства производных энергоресурсов – электроэнергии, все виды воды, сжатый воздух и т.д.

Таким образом, при определении энергоемкости продукции промышленного предприятия обязательно необходимо учитывать транспортные затраты на перевозку топливных и энергетических ресурсов.

Отметим для примера некоторые особенности определения энергоемкости в черной металлургии. При этом вначале производился расчет ТТЧ для основных железорудных материалов горнорудных предприятий, так как основным сырьем для производства черных металлов валяются железорудные материалы. Энергозатраты при открытой добыче руды примерно на порядок ниже, чем при подземной. С другой стороны, на многих горнорудных производствах используются руды различных месторождений как открытой, так и подземной добычи. И здесь уже значительный вклад в энергоемкость вносит перевозка руды.

Еще один фактор, влияющий на значение ТТЧ, – это качество добываемой руды, т.е. содержание железа в ней. Высокой энергоемкостью отличаются рудные концентраты ГОКов, кг.у.т./т: Костомукшский - 64, Ковдорский - 54,5 и Оленегорский - 86,3 кг у.т./т.

176

Таблица 8.2

Зависимость энергоемкости топливных и энергетических ресурсов от расположения промышленного предприятия

		Энергоемкость, кг у.т./единица измерения
	Наименование	Северо-	Средний	Централь-
		западный
			Урал	ный регион
		регион
	Топливо:
	мазут, т	1770	1717	1792
	дизельное, т	1888	1817	1834
	бензин, т	1940	1867	нет данных
	газ природный, тыс. м3	-	1280	1414
	газ доменный, тыс. м3	-	144	144
	газ коксовый, тыс. м3	-	700	766
	Уголь коксующийся:
	кузбасский, т	-	1063	1125
	печорский, т	-	-	920
	Кокс, т	-	1303	1442
	Электроэнергия:
	из системы, МВт·ч	340	422	510
	из собственных источни-	нет данных	324	474
	ков, МВт·ч
	Производные энергоносите-
	ли, тыс. м3:
	вода техническая,	нет данных	105	113
	вода хозяйственная	543	264	нет данных
	вода оборотная	109	128	135,5
	вода химочищенная, умяг-	-	нет данных	494/1044
	ченная/обессоленная
	воздух компрессорный	37	45	49
	Кислород, тыс. м3	1212	288	244
	Теплоэнергия ТЭЦ-	нет дан-	188/нет дан-	2220/210
	ПВС/котельные ГКал	ных/217	ных

Результаты расчетов ТТЧ по наиболее часто используемым добавочным и вспомогательным материалам приведены в табл. 8.3.

177

Таблица 8.3

Результаты расчетов ТТЧ по добавочным и вспомогательным материалам

Материал	ТТЧ, кг у.т./т
Доломит обожженный	21,5
Известняк	32,5
Боксит	40
Плавиковый шпат	237
Порошок шамотный	240
Известь	283
Порошок магнезитовый первого вида	388
Доломит торкретирования	490
Торкретная масса	490
Порошок магнезитовый второго вида	490
Электроды	7200

Далее приведены результаты расчетов ТТЧ некоторых огнеупорных материалов (табл.8.4).

Энергоемкость огнеупорных изделий по абсолютной величине равна или даже выше, чем многие из энергоносителей, применяемых в промышленном производстве. Поэтому необходимо экономно расходовать огнеупорные изделия во всех технологических переделах.

Результаты расчетов энергозатрат для ферросплавов показали, что все виды ферросплавов отличаются высокой энергоемкостью: от 200 до 20000 кг у.т./т. Основное мероприятие по их экономии – это сокращение расхода, замена на менее энергоемкие сплавы при обеспечении необходимого качества металлургической продукции.

Анализ результатов расчетов ТТЧ продукции доменных цехов позволяет определить, что главное направление в экономии ТЭР при производстве чугуна – это повышение содержания железа в шихте, повышение ее качества и в конечном итоге – снижение удельного расхода шихтовых материалов в доменном процессе.

178

Таблица 8.4

Результаты расчетов ТТЧ огнеупорных материалов

Материал	ТТЧ, кг у.т./т
Хромомагнезитовые изделия:
Хромитовый порошок	108,5
Дунит молотый	164
Дунит обожженный	174,5
Бетон дунитовый	182,5
Форстеритобезобжиговый кирпич	286,5
Хромомагнезитовый кирпич	346
Форстеритовый кирпич обожженный	395
Форстеритохромитовый кирпич	420
Форстеритобезобжиговые стаканы	586
Периклазохромитовый сводовый кирпич	600
Шамотные изделия:
Глина молотая	94
Шамот молотый	150
Нормальный кирпич	225
Шамот кусковый	250
Фасонный кирпич	455
Сталеразливочный кирпич	502

Существенная составляющая энергоемкости стали – это расход ферросплавов вследствие их высокой энергоемкости. Поэтому снижение расхода ферросплавов – это важное условие экономии.

Данная методика определения энергоэкологоемкости продукции рекомендована и уже используется на ряде предприятий и организаций. Отдельные элементы методики отражены в ГОСТ 517492001, Р 51750-2001.

С использованием данной методики приведены оценки энергоемкости продукции целого ряда предприятий и производств черной и цветной металлургии, производства цемента, бумаги и т.д.

Использование метода сквозного энергоэкологического анализа позволяет определять энергоэкологоемкость используемых в тех-

179

нологических процессах ресурсов и на этой основе оценивать возможности экономии при затратах энергетических и материальных ресурсов и вырабатывать рекомендации по организации технологических процессов таким образом, чтобы в максимальной степени избежать загрязнения окружающей среды. Особая ценность данного анализа заключается в возможности прослеживания за расходованием материальных и энергетических ресурсов, а также сопровождающих процессы вредных и парниковых выбросов по всей технологической цепочке, что и создает фон для истинного, глобального энергосбережения и защиты окружающей среды и позволяет избежать ошибок в оценках при локальных (участковых, цеховых и даже отраслевых) подходах.

8.3. Диссипативная методика СЭЭА

Диссипативная (обобщенная) форма была разработана В.Г. Лисиенко и получила дальнейшее развитие в работах УГТУ-УПИ. Она базируется на возможностях уже термодинамического анализа закономерностей массо- и теплопереноса и включает в себя рассмотрение удельных полезных теплот на производство продукции, тепловых КПД и расходных коэффициентов по всей разветвленной, состоящей из параллельных и последовательных звеньев, технологической цепи.

Блок-схема расщепления технологической цепочки на операции и звенья при определении ТТЧ по диссипативной методике на примере получения металлопродукции в классическом кислородноконверторном процессе с непрерывной разливкой приведена на рис. 8.3.

Процесс разбивается на последовательные операции i = n. В данном примере n = 6, при этом i = 6 – подготовка ресурсов для шихтовых материалов; i = 5 – подготовка ресурсов для доменной плавки; i = 4 – выплавка чугуна; i = 3 – выплавка стали; i = 2 – непрерывная разливка и прокатка; i = 1 – механическая обработка. Внутри каждой операции выделяются ρ параллельных звеньев ε, их обозначения даны в подписи к рис. 8.3.

180