Табл. 1. Мероприятия при реконструкции промышленных печей
Внедрение современных энергои ресурсосберегающих технологий — необходимое условие развития производства и путь в завтрашний день. Сегодня одним из главных направлений промышленной политики стало энергосбережение, потенциал которого в России оценивается в 421,15 млн тонн условного топлива (примерно столько ежегодно потребляется, например, во Франции).
Учет и контроль
Энергоаудит — необходимая составляющая экономии. При отсутствии учета ресурсов невозможно минимизировать их использование, зато экономическая эффективность даже самых простых мероприятий по энергоаудиту весьма велика.
Нормативные документы. Порядок проведения энергоаудита установил Закон «Об энергосбережении» (ФЗ РФ № 261-ФЗ от 23.11.2009), определивший также категории организаций, которые обязаны его проходить. В частности, это потребители ТЭР на сумму более 10 млн руб. в год и все организации с участием государства, муниципалитетов, а также сами органы государственной власти и местного самоуправления.
Отметим, что некоторые коммерческие компании уже давно проводят такие обследования по собственной инициативе: ведь энергоаудит дает возможность снизить расход энергоресурсов, и денежные вложения в него достаточно быстро окупаются. Даже на высокоэффективном современном производстве, где налажен строгий учет потребления энергии, аудит позволяет получить экономию до 10–15 % энергоресурсов.
Часто же экономия исчисляется десятками процентов! Обычно специалисты рекомендуют такую последовательность действий: организация учета расхода энергоносителей — организация сервиса — проведение энергоаудита — разработка и реализация программы энергосбережения. Впрочем, это верно лишь для предприятий с современной технологией, где аудитор выявляет возможность сэкономить несколько процентов электроэнергии и топлива на каждом этапе производства.
Если же оборудование изношено, предпочтительней провести предварительный аудит и лишь после выполнения его рекомендаций и устранения неоправданных потерь приступать к установке приборов учета и комплексному аудиту. При таком подходе работа займет больше времени, но обойдется в конечном итоге дешевле и эффект даст гораздо больший. Конечным результатом энергоаудита становится разработка энергетического паспорта предприятия и программы энергосбережения.
Законы «О саморегулируемых организациях» и «Об энергосбережении» дают право на проведение энергоаудита только членам саморегулируемых организаций в области энергетических обследований, имеющим соответствующее свидетельство, приборное и методическое обеспечение и аттестованный персонал. Однако аудит — лишь первый этап работы по энергосбережению. Окупятся ли расходы на его проведение, зависит от выполнения рекомендаций аудиторов, а это потребует вложений и усилий всего коллектива предприятия.
В программу энергосбережения включают не только сами энергосберегающие мероприятия, но и принципы их финансирования, документирования всего процесса работы, контроля и оценки результатов, обучения персонала, его мотивации и многие другие моменты. Основной способ сократить расход ресурсов — это применение современных энергосберегающих технологий.
Снижение потребления электричества. Мероприятия по снижению потребления электричества специфичны в разных отраслях промышленности, однако почти всегда включают в себя и ряд общих способов. Для электроприводов различного оборудования — это установка двигателей повышенной экономичности, применение контроллеров мягкого пуска, частотно-регулируемого привода.
Для распределительных пунктов и трансформаторов — выравнивание графика нагрузки, установка фильтров, стабилизаторов и компенсаторов реактивной мощности. Организация экономичного освещения включает в себя замену ламп накаливания на энергосберегающие, применение светодиодных светильников. Например, компактные люминесцентные лампы во многих случаях могут напрямую заменять лампы накаливания. Они имеют в восемь-десять раз больший срок службы, в пять раз большую световую отдачу.
Уменьшение непроизводительных расходов тепла. Свою специфику имеет и организация отопления промышленных зданий. Их огромные площади и, особенно, значительная высота, при которой рабочая зона составляет всего 20–30 % общего объема цеха, требуют значительных затрат тепловой энергии на отопление. Ведь при этом нагрев 70–80 % воздуха, находящегося над рабочей зоной, относится к прямым потерям.
Показатели термометра от пола к потолку возрастают, и при нормальной температуре в рабочей зоне воздух под крышей оказывается нагретым до 30 °C и более. Это приводит к резкому возрастанию тепловых потерь через крышу и стены. Выходом может стать, например, применение электрического инфракрасного отопления вместо распространенного сегодня воздушного.
В этом случае температура вверху будет лишь ненамного выше, чем в рабочей зоне (рост составляет всего 0,3 °C на метр), что приведет к снижению тепловых потерь через кровлю и стены, и как итог — к существенному снижению расхода энергии на отопление. Наиболее значительная возможность уменьшить энергопотребление предприятия — модернизация промышленного оборудования.
Автоматизация процессов нагрева, например, в печах различного назначения, позволяет получить экономию топлива до 15 % при одновременном повышении качества термообработки. А утилизация тепла отходящих газов даст еще 15–25 % экономии. Возможно использование этого тепла для общезаводских нужд (отопление, горячая вода) либо применение дымовых газов одной печи в качестве энергоносителя для другой, температура в рабочем пространстве которой ниже.
Наконец, можно использовать отходящие газы для нагрева воздуха горения через рекуператор. Приведем примеры мероприятий, которые практикуются при реконструкции промышленных печей в различных отраслях промышленности (табл. 1). Разумеется, задача теплоизоляции помещений и оборудования также исключительно важна. Без этого все другие меры не дадут должного эффекта. Рассмотрим более подробно специфику теплоизоляции технологического оборудования и трубопроводов.
Теплоизоляция как инструмент экономии
Необходимо отметить, что теплоизоляция в промышленности дает эффект не только в виде снижения расхода энергоносителей, но и в виде экономии сырья, повышения срока службы оборудования, возможности оптимизации параметров технологического процесса. Приведем несколько примеров, позволяющих оценить масштабы возможной экономии при применении современных теплоизоляционных материалов.
Промышленная теплоизоляция на примерах. Так, тепловая изоляция оголовка дымовых труб с газоотводящими стволами из металла снижает скорость коррозии металла в четыре-шесть раз, а это означает соответствующее увеличение срока службы. Тепло все равно выбрасывается в атмосферу, но такая теплоизоляция снижает тепловые потоки через стенки трубы и предотвращает выпадение конденсата из химически агрессивных веществ на внутренней поверхности металлических стволов.
Другим случаем, когда требуется теплоизоляция, является защита от нагревания различных емкостей. Например, за счет разогрева солнцем стандартного резервуара РВС-5000 с нефтью в течение года происходит выброс через дыхательный клапан более 200 тонн нефтепродуктов различных фракций, что означает потери, выражающиеся в миллионах рублей. Загрязняется атмосфера и повышается пожарная опасность. Поэтому теплоизоляция резервуаров (разумеется, не только с нефтепродуктами) является обязательным мероприятием и дает большой экономический эффект.
Следует обязательно упомянуть и еще одну область, где применяются теплоизоляционные материалы — это футеровка (внутренняя огнеупорная облицовка), с качеством которой тесно связаны теплопотери, к примеру, промышленных печей. Применение для этой цели высокоэффективных волокнистых огнеупорных и теплоизоляционных материалов позволяет достичь:
- экономии энергоносителей до 40 % (в печах периодического действия) и до 25 % (в печах непрерывного действия);
- снижения массы футеровки печи в десять раз по сравнению с использованием традиционных материалов;
- сокращения времени выхода на рабочий режим до полутора-двух часов;
- увеличения числа теплосмен.
Поэтому затраты на такие мероприятия окупаются за шесть-восемь месяцев. В настоящее время существуют огнеупорные и теплоизоляционные материалы, обеспечивающие надежную работу оборудования при различных температурах. Для температур до 750 °C применяют плиты и маты из каменной ваты, до 875 °C — перлитокерамику и пенодиатомит, до 1500 °C — муллитокремнеземистые материалы.
Хорошие огнеупорные и изоляционные свойства, низкая теплопроводность — общие характеристики перечисленных (в остальном весьма различных) волокнистых материалов. Это и стало причиной их применения для футеровки практически всего парка термического оборудования и замены применявшихся ранее материалов. Стенка печи из таких материалов часто выполняется многослойной.
Например, внутренний огнеупорный слой (собственно футеровка) — плита из муллитокремнеземистого волокна, второй — перлитобентонитовый кирпич, а третий (изоляция внешнего контура) выполнен в виде плиты из каменной ваты. Причем в каждом слое наилучшим образом используются те или иные качества всех материалов.
Для первого — это способность выдерживать очень высокую температуру эксплуатации, второй обеспечивает прочность, у третьего слоя из каменной ваты ниже теплопроводность в конкретном интервале и очень малая инерционность. При этом каменная вата дешевле материалов из двух предыдущих контуров, и это делает ее применение выгодным. Таким образом, многослойные футеровки из волокнистых материалов позволяют обеспечить наилучшее соотношение цены и качества.
Материалы для промышленной теплоизоляции. Требования к теплоизоляции большей части трубопроводов и промышленного оборудования содержат нормы СНиП 41-03–2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». Существуют и специфические требования, задаваемые технологиями каждой отрасли. Так, выбор теплоизоляционного материала определяют и нормы пожарной безопасности для соответствующих отраслей производства. Для промышленной теплоизоляции важны следующие качества:
- Высокая теплоизолирующая способность в широком диапазоне температур.
- Негорючесть. Это свойство является одним из важнейших для всех видов промышленной изоляции. Для многих отраслей (газовая, нефтехимическая, химическая промышленность, производство минеральных удобрений) действующие нормы пожарной безопасности предполагают применение только негорючих материалов в составе теплоизоляционных конструкций для зданий и оборудования основного производства.
- Устойчивость к деформациям. Это, прежде всего, отсутствие усадки на протяжении всего срока службы материала. Можно отметить, что именно отсутствие этого качества привело к отказу от некоторых традиционных материалов.
- Экологическая безопасность. Работающая в условиях высоких температур теплоизоляция не должна выделять различных вредных веществ.
- Долговечность.
В качестве примера материалов, достаточно удачно сочетающих перечисленные выше качества, можно привести изделия из каменной ваты, специально предназначенные для технической изоляции. Этот материал обладает хорошими теплоизоляционными свойствами во всем диапазоне температур применения. Изделия из нее негорючи (класс пожарной опасности КМ0) и применяются также в качестве огнезащиты.
Благодаря особой структуре каменная вата обладает хорошими механическими свойствами, в том числе устойчивостью к вибрациям, и сохраняет формостабильность во время эксплуатации. Кроме того, она обладает важной для технической изоляции химической стойкостью по отношению к маслам, растворителям, кислотам, щелочам и биостойкостью. На российском рынке эти изделия представлены в широком ассортименте.
Например, фирма Rockwool (она является мировым лидером в производстве каменной ваты) имеет в ассортименте техническую изоляцию, предназначенную для применения при различной температуре: ТЕХ Мат — до +570 °C, Wired Mat 50 — до +650 °C. Маты могут быть покрыты алюминиевой фольгой. Некоторые маты дополнительно армируются: например, у Wired Mat одна сторона покрыта сеткой из гальванизированной или нержавеющей проволоки, кроме того, мат прошивается стальной нитью.
Специализированные материалы. В последнее время имеется тенденция использовать специализированные для каждой конкретной задачи материалы. Так, существуют материалы, специально предназначенные для изоляции воздуховодов. В качестве примера можно привести «Ламелла Мат», который представляет собой полосы (ламели) каменной ваты, наклеенные на подложку. При этом волокна ориентированы в основном в направлении, перпендикулярном основанию мата, что придает материалу повышенную жесткость и позволяет сделать более экономичным монтаж на воздуховодах.
Отдельно можно отметить и теплоизоляцию трубопроводов малого диаметра, которая имеет свои особенности. До недавнего времени эта работа представляла собой достаточно непростую задачу и требовала значительных затрат времени. Сегодня же различными производителями выпускаются формованные изделия из каменной ваты: цилиндры диаметром от 18 до 273 мм.
Очевидные преимущества этих изделий — быстрый и легкий монтаж, стабильность формы, низкая теплопроводность, пожарная безопасность, долговечность — стали причиной их широкого распространения. Цилиндры легко поддаются обработке режущим инструментом и могут быть разделены на сегменты необходимой длины. Основной способ экономии энергоресурсов — использование наиболее современных, качественных материалов и технологий. Это позволяет снизить себестоимость продукции и обеспечить стабильную работу оборудования.
