Энергосбережение: модернизация промышленных технологий

Энергопотребление при производстве товаров и услуг — показатель, обратный размеру добавленной стоимости, а значит, и выгоды от осуществления хозяйственной деятельности. Стремление к повышению эффективности производства, кроме максимизации получаемой прибыли, имеет и моральную составляющую. Излишнее потребление материальных и энергетических ресурсов, чаще всего невозобновляемых, — это «кража у будущих поколений».
Большой отрезок пути в направлении достижения энергоэффективности пройден нашим государством за два предыдущих десятка лет (рис. 1). По данным Международного энергетического агентства, потребление нефтяного эквивалента при создании товаров или услуг стоимостью 1 тыс. долл. снизилось в Беларуси более чем в 2,5 раза [1]. Этот показатель значительно (на 17%) лучше, чем у России и Украины, сравним с уровнем энергопотребления Канады, но еще значительно уступает достижениям экономически развитых европейских стран и Японии.
Интересно проследить изменение за текущую пятилетку показателей расхода топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в сопоставимых условиях по сравнению с базисным периодом по хозяйственным отраслям (табл. 1) [2]. Среднее значение изменения расхода ТЭР за 4 года составляет 94%. Показатели выше среднего имеют 15 из 25 статистически описанных отраслей, однако их энергопотребление ниже более чем в 4 раза, чем у остальных менее энергосберегающих.
Модернизация промышленности должна проходить не только за счет крупных инвестиций, целью которых является масштабная смена укладов производства, но и малых шагов, способных приводить к синергетическому эффекту самоорганизации и замедлению накопления энтропии в уже сложившихся хозяйственных отраслях. В данном случае задача белорусской науки — разработать и предложить предприятиям ряд энерго¬сберегающих мероприятий и инноваций в области утилизации и вторичного использования теплоносителей.
Выполняемые НИЦПР НАН Беларуси на хлебозаводах концерна «Белгоспищепром» работы охватывают широкий спектр подготовки и проведения энергосберегающих мероприятий: создание и развитие схем теплоснабжения, модернизацию химводоочистки, деаэрацию питательной воды, сжатого воздуха, холода, замену морально устаревшего оборудования, устройств регулируемых приводов, нанесение современных теплоизоляционных материалов и др. В применяемых установках утилизации тепла используются оригинальные пластинчатые воздухоподогреватели конструкции нашего центра и экономайзеры на базе типовых калориферов для подогрева воды.
Энергоэффективность проведенных энергосберегающих мероприятий отражена в табл. 2. Наибольшую активность в модернизации производства проявляют РУПП «Гроднохлебпром» (в том числе Лидский и Слонимский хлебозаводы); хлебозаводы Гомельский №4, Калинковичский и Речицкий РУПП «Гомельхлебпром», а также головное предприятие РУПП «Брестхлебпром».
Для создания глубокого вакуума в аппаратах используются многоступенчатые пароструйные насосы, требующие значительных расходов пара и воды. Сотрудники нашего центра и Белорусского государственного технологического университета разработали различные варианты вакуумсоздающих установок, внедрение которых на участке регенерации капролактама позволило сократить потребление пара в 2 раза, обеспечив при этом устойчивый режим работы вакуум-выпарных аппаратов (установки были изготовлены на ОАО «Гродно Химволокно») [3]. Схема исходного многоступенчатого пароэжекторого насоса с рабочими характеристиками (вакуум — 200—500 Па, расход пара — 450 кг/ч, расход оборотной воды — 100 м3/ч) приведена на рис. 2.
Схема комбинированного эжектора, обеспечивающего тот же вакуум, что и многоступенчатый пароэжекторный насос, но имеющего улучшенные технологические параметры (расход пара — 80 кг/ч, оборотной воды — 64 м3/ч), приведена на рис. 3. Установка включает: пароструйный эжектор, последовательно соединенный с водоструйным, барометрические трубу и бак, циркуляционный насос, теплообменник и гидрозатвор.
Водоструйный эжектор размещен на определенной высоте над уровнем жидкости в барометрическом баке, с которым он соединен посредством барометрической трубы. В циркуляционном контуре эжектора установлен теплообменник, а слив избытка циркуляционного раствора из барометрического бака выполнен через гидрозатвор.
При установке водоструйного эжектора на определенной высоте над уровнем жидкости в барометрическом баке происходит уменьшение противодавления, что позволяет сократить необходимое число пароструйных эжекторов до одного и тем самым снизить расход пара и охлаждающей воды. При этом концентрация ценных компонентов конденсируемой части парогазовой смеси в растворе, циркулирующем по контуру «насос — теплообменник — эжектор — барометрическая труба — барометрический бак — насос», увеличивается. Организация слива избытка раствора через гидрозатвор позволяет вернуть ценные компоненты в производство. Аналогичные вакуумсоздающие установки были внедрены на Кемеровском заводе химического волокна в Российской Федерации.
В 2004—2006 гг. специалистами Центра проблем ресурсосбережения НАН Беларуси был выполнен анализ схемы применения сжатого воздуха в производстве цемента по всем переходам технологического процесса на ОАО «Красносельскстройматериалы» и ПРУП «Кричевцементошифер». На этих предприятиях в составе общих энергозатрат использование сжатого воздуха достигает 30%, а в структуре себестоимости выпускаемой продукции общие энергозатраты составляют порядка 40—45%. На основании выполненного анализа ОАО «ГИАП» были разработаны автоматические схемы регулирования расхода и учета использования сжатого воздуха.
На ОАО «Гродно Химволокно» внедрена разработанная специалистами нашего центра схема рекуперации тепла отходящих дымовых газов печей для нагрева теплоносителей, позволяющая охлаждать горячие дымовые газы в системе теплообменников с сетевой отопительной водой.
При производстве изделий из стекла на ОАО «Гродненский стеклозавод», «Полоцк-Стекловолокно» и других подобных предприятиях имеются значительные потери тепла в уходящих газах. Трудность их утилизации вызвана наличием компоненты с мелкозернистой пылью двуокиси серы (SO2), из-за которых в экономайзере при наличии конденсата на теплопередающей поверхности образуется сернистая кислота (H2SO3) слабой (до 9%) концентрации, которая в дальнейшем приводит к коррозии труб. В настоящий момент НИЦПР НАН Беларуси производит модернизацию системы утилизации тепла на ОАО «Гродненский стеклозавод» с исключением влияния этих факторов. При достижении существенных положительных результатов этот метод будет рекомендован другим стеклозаводам.
Таким образом, проведение энергосберегающих мероприятий на предприятиях ряда отраслей промышленности решает задачу по улучшению конкурентоспособности и экологичности производств, снижает использование топливно-энергетических ресурсов.