Энергосбережение в теплоэнергетики и теплотехники

Поэтому теплопроводность жидкостей и газов встречается редко. Согласно аналитической теории теплопроводности любое вещество рассматривается как сплошная материальная среда — континуум, что весьма удобно для математического анализа, так как позволяет представлять физические явления в малой дифференциальной форме и создает более широкие возможности для приложения существующих законов естествознания. Однако такой взгляд на материю приемлем лишь тогда, когда размеры дифференциалов вещества достаточно велики по сравнению с размерами молекул и расстояниями между ними. Указанное обстоятельство соблюдается в подавляющем большинстве случаев. Если расстояния между молекулами становятся соизмеримыми с величиной дифференциалов вещества (например, в сильно разреженном газе, когда не сохраняются понятия температуры, давления и т. п.), допущение о том, что среда сплошная, становится неприемлемым. Всякое физическое явление протекает во времени, пространстве и связано с понятием поля (температур, давлений, потенциала). Процесс теплопроводности связан с распределением температур внутри тела. Температура характеризует степень нагрева и тепловое состояние тела.

2.4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОКПромышленный теплотехнологический комплекс является одним из основных потребителей топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) страны. Одни только высокотемпературные теплотехнологические системы, по уровню прямого потребления топлива, конкурируют с ТЭС страны. Теплотехнологические системы имеют низкий КПД использования топлива (не более 15.35%), но в то же время обладают исключительно большими потенциальными возможностями экономии топлива. Так, повышение среднего КПД топливных печей в 2 раза (что еще существенно ниже принципиально возможного) приведет к годовой экономии топлива, примерно в 35 — 40 раз превышающей плановую экономию топлива в производстве электроэнергии на ТЭС [29]. Недостатки промышленных теплотехнологических систем:

низкая интенсивность процессов теплои массообмена и эффективность применяемых теплотехнических принципов;

значительные материальные потери из-за несовершенства тепловых схем;

несовершенство конструктивных схем ограждения технологических камер и установок;

ограниченность применения прогрессивных источников энергии;

отсутствие органической увязки технологического, энергетического, эксплуатационного аспектов теплотехнологических систем с задачами охраны окружающей среды. Преодоление перечисленных недостатков возможно только путем разработки новых научно-методологических, научно-организационных, технологических, энергетических основ. Это особенно актуально при реализации новых и коренной модернизации действующих теплотехнологических систем. Идеальная теплотехнологическая систем — установка, в основе которой лежит полная и одновременная реализация принципов безотходной технологии, которая характеризуется:

полным товарным извлечением всех компонентов исходного сырья, полуфабрикатов, материалов;

экономным и высокоэффективным использованием ТЭР;применением замкнутых циклов промышленного использования воды, пара, конденсата;

благоприятным производственным комфортом для человека;

обеспеченной охраной окружающей среды. В настоящее время особое значение приобретают научноорганизационные мероприятия, направленные на развитие научно — исследовательских работ по безотходным технологиям и новым прогрессивным теплотехнологическим процессам, на развертывание научноисследовательских работ по энергетическому обеспечению, теплотехническому и конструктивному оформлению новых технологий и их отдельных процессов. Совокупность общих современных требований может быть сформулирована на базе важнейших научно-методологических, технологических, эксплуатационных, экономических, экологических и научно-технических мероприятий, нацеленных на обеспечение:

высокой устойчивости новых технических решений от быстрого морального их старения;

технологического комфорта — благоприятных условий проведения заданного технологического процесса;

эксплуатационного комфорта — благоприятных условий обслуживания установок и систем;

высоких энергоэкономических показателей и низких общих издержек производства и природы. При таком подходе любые новые теплотехнологические установки или системы будут конкурентоспособными с действующими крупными системами и откроют путь дальнейшего их совершенствования на базе роста единичной мощности. Основные мероприятия, способствующие обеспечению высокой устойчивости новых теплотехнологических установок от быстрого морального старения, включают в себяреализацию перспективной и высокой удельной производительности установки;

новые технические решения теплотехнических принципов, открывающих пути оптимизации работы отдельных зон (камер) установок (систем), чтобы иметь возможность и далее радикально улучшать их работу на базе как традиционных, так и новых источников энергии;

реализацию в данной установке (или системе) значительно большого числа технологических процессов, что способствует достижению большей устойчивости новых идей и новых решений при отдельных неудачах их освоения, создает более прочную основу универсального, и следовательно, экономически более выгодного их применения, стимулирует формирование большей убежденности и настойчивости научных коллективов в реализации новых решений.

2.5. ПРОГРЕССИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОКВ настоящее время к числу прогрессивных источников энергии теплотехнологии следует отнести топливно-кислородный, а также комбинированный топливно-электрический и электрический (в разных формах реализации) источники энергии. Топливно-кислородный источник энергии по праву рассматривается как мощный рычаг технического прогресса высокотемпературных тепло-технологических систем и открывает следующие возможности:

резкое снижение удельного (на единицу технологической продукции) выхода продуктов сгорания топлива;

снижение расхода топлива;

снижение выноса технологических материалов и загрязнения окружающей среды, снижение общих строительных габаритов и во многих случаях упрощение конструктивных схем установок;

повышение удельной производительности систем и единичной мощности, существенное снижение затрат на извлечение полезных компонентов из газовой фазы. Топливно-электрический источник энергии открывает еще более широкие технические и экономические возможности для повышения качества технологической продукции в топливно-энергоемких производствах. При этом превращение электрической энергии в теплоту может осуществляться одним из способов:

прямой, когда тепловыделение происходит непосредственно в термически обрабатываемом изделии при прохождении по нему тока;

косвенный, когда тепловыделение исходит от специальных нагревательных элементов (ТЭН), по которым проходит ток;индукционный, когда тепловыделение в обрабатываемом материале проистекает за счет трансформации магнитного потока;

дуговой, когда тепловыделение идет от факела электрической дуги (от плазмы из частиц газа и неподвижной окружающей среды);плазменный, когда тепловыделение проходит в плазме движущегося с определенной скоростью газа;

электронный, когда обрабатываемый материал подвергается электронной бомбардировке. Наиболее эффективно использование в высокотемпературных теплотехнологических установках комбинированного топливно-электрического источника энергии, когда начальные, наиболее теплоемкие стадии технологического процесса реализуются на топливно-воздушном или топливнокислородном источнике энергии, а заключительные («чистовые», рафинировочные) и обычно наименее теплоемкие технологические стадии могут проводиться на высококачественном электрическом источнике энергии. Топливно-электрический источник энергии повышает качество технологической продукции и существенно снижает удельный расход органического топлива.

2.6. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ. В течение двух последних десятилетий в России не происходило существенного обновления энергетического оборудования. Российская энергетика в современном состоянии не сможет обеспечить значительных темпов роста промышленного производства. Для ее обновления и реконструкции нужны огромные средства. Проведение энергосберегающих мероприятий обходится намного дешевле и быстро окупается. Ввод в действие новых, современных энергетических объектов требует еще и времени. Выходом из создавшейся ситуации может быть энергосбережение. Экономия энергии неразрывно связана не только с состоянием окружающей среды, но и со сбережением ресурсов. На добычу руды и выплавку металла, на производство бумаги, ткани, пищевых продуктов требуется значительное количество топлива, тепловой и электрической энергии.

Важнейшим ресурсом, который можно и нужно экономить, является вода. Экономия ресурсов во всех отраслях хозяйственной деятельности влечет за собой существенную экономию первичного топлива. Энергосбережение — это не только техническая проблема. Она имеет и социальную и воспитательную сторону. Следует помнить, что впустую тратить энергию, питьевую воду, металл, другие ресурсы не менее аморально, чем выбрасывать хлеб.

Их выработка требует не меньше труда, а холод и отсутствие света не менее страшны для человека, чем голод. Энергосбережение может явиться одним из главных рычагов для подъема экономики, однако повсеместное применение энергосберегающих мероприятий должно сопровождаться их всесторонним и серьезным анализом. И этот анализ должен включать не только технико-экономический анализ эффективности энергосберегающих мероприятий у одного конкретного потребителя энергии. Необходимо знать, как скажутся эти мероприятия на работе источника теплоты и других потребителей, на работе сетей теплоснабжения. Возможны такие негативные последствия как работа мощностей у источников энергии на неноминальных режимах (с уменьшением КПД и срока службы), разбалансировка тепловых сетей и т. д. Одновременно необходимо рассматривать технологические, экологические, социальные последствия внедрения энергосберегающих мероприятий. Таким образом, вопросы энергосбережения необходимо рассматривать в комплексе, то есть при их решении необходим так называемый системный подход. Роль государственных органов в решении проблемы энергосбережения. Государство, региональные и муниципальные органы принимают меры призванные развивать энергосбережение. Вышли в свет такие важные законодательные документы, как Федеральный закон «Об энергосбережении», «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» .

Большая роль в решении задачи энергосбережения отводится подготовке кадров. Специалистам в области теплоэнергетики необходимо знать основные пути использования тепловой энергии и основные способы ее экономии в тех или иных теплоиспользующих установках. Технически труднее по сравнению с электрической энергией осуществить передачу тепла на дальние расстояния, обеспечить его учет и регулирование. Наибольшие непроизводительные затраты связаны с процессами сжигания топлива, а также выработки, передачи и использования тепловой энергии. С чисто термодинамической точки зрения теплоту, как менее организованную форму энергии труднее полезно использовать. В технике и технологии разработано большое число энергосберегающих мероприятий. Многие из них связаны с перераспределением потоков тепловой энергии внутри установок или предприятий. Для их осуществления широко используются теплообменные аппараты. В настоящем пособии рассматриваются вопросы применения теплообменных аппаратов для экономии энергетических ресурсов в промышленных теплоиспользующих установках и в коммунальном хозяйстве, знание которых необходимо для практической реализации энергосберегающих мероприятий. Как одно из направлений снижения энергоемкости валового внутреннего продукта, рассматриваются вопросы ресурсосбережения при проектировании и изготовлении теплообменных аппаратов, которое может быть достигнуто с помощью интенсификации процессов теплоимассообмена в их проточной части, а также за счет применения развитых поверхностей теплообмена. В целях стабилизации кризисных явлений в энергообеспечении российской экономики и социальной сферы Правительство в 90-е годы приняло меры к формированию научной и правовой базы энергосбережения. Указом Президента и постановлением Правительства на Минтопэнерго возложены в том числе и такие функции как:

разработка и реализация совместно с федеральными органами исполнительной власти государственной политики в области энергосбережения;

разработка и координация реализации основных направлений политики энергосбережения, подготовка предложений по их финансированию;

надзор за эффективным использованием энергоресурсов. Реализация активной государственной политики повышения экономической эффективности использования энергии, сочетающей как государственное управление, так и рыночные механизмы заинтересованности в энергосбережении позволит:

существенно сократить общенациональные затраты на обеспечение надежного энергосбережения, поскольку энергосберегающие проекты в среднем в 5 раз менее капиталлоемки, чем проекты по производству энергии;

сократить издержки производства и расходы населения на энергоносители, и тем самым смягчить финансовый кризис и инфляционный эффект повышения цен на энергоносители;

повысить экспортный потенциал страны без увеличения добычи топлива;

повысить конкурентоспособность российских товаров и услуг на внешних рынках;

существенно сократить негативное воздействие энергетики на состояние окружающей среды без дополнительны затрат на оснащение объектов, производящих и потребляющих энергию, оборудованием по улавливанию вредных отходов;

продлить сроки использования невозобновляемых энергетических ресурсов, имеющихся в недрах Российской Федерации;

увеличить занятость, поскольку каждый рубль, вложенный в производство энергоэффективного оборудования, создает в 8 раз больше рабочих мест, чем рубль инвестированный в производство энергии. Сказанное выше определяет актуальность совершенствования системы управления реализацией федеральной политики повышения экономической эффективности использования энергии.

ЛИТЕРАТУРА

Распоряжение Правительства РФ от 13.

11.2009 N 1715-рОб Энергетической стратегии России на период до 2030 года;

Основы энергосбережения и энергоаудита. Фокин В. М. 2006 г. Борщов Д. Я. Устройство и эксплуатация отопительных котельных малой мощности. М.: Стройиздат, 1982. 360 с. Делягин Г. Н., Лебедев В. И., Пермяков Б. А. Теплогенерирующие установки. М.: Стройиздат, 1986

Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергоиздат, 1982

Энергосбережение на промышленных предприятиях. Яворский М. И. 2000 г.