Возможные причины перерасхода энергии в насосном оборудовании системы водоснабжения
1. Высота подъема скважинного насоса не соответствует глубине динамического уровня воды в скважине.
2. Напор, создаваемый насосами второго подъема, превышает необходимый по технологическим условиям.
3. Напор и подача насосного агрегата должны соответствовать режиму разбора воды из сети. Мощность, потребляемая насосным агрегатом в холостом режиме, достигает 60% мощности номинального режима. Поэтому целесообразно при снижении водопотребления до 50-60% номинальной величины переключаться на насосные агрегаты меньшей производительности.
4. Наличие в системе водоснабжения больших геодезических перепадов рельефа местности, зданий повышенной этажности в районах низкоэтажной застройки, потребителя с небольшим водопотреблением и номинальным большим напором на входе.
5. Потери электроэнергии пропорциональны величине утечек, умноженных на удельные затраты электроэнергии (тепла на подогрев воды в системах теплоснабжения и ГВС). Утечки зависят от размеров отверстий и давления в системе.
6. В мощных повысительных насосных станциях потери хозяйственно-питьевой воды на охлаждение подшипниковых узлов насосов можно устранить применением мини-градирен и оборотных систем охлаждения.
Стоимость затрат на водопотребление соизмерима со стоимостью затрат на тепловую и электрическую энергию. Необходимо составлять водные балансы и выявлять неоправданные потери воды.
Организационные мероприятия
1. Рекомендуется заменять одновременно параллельно работающие малопроизводительные насосы высокопроизводительными с более высоким КПД в рабочем диапазоне расходов.
2. Следует максимально загрузить насосы. Наименьший удельный расход электроэнергии наблюдается при максимальной подаче насоса.
3. Необходимо заменить насос, если характеристика системы по подаче и напору не соответствует его паспортным данным.
4. Можно повысить КПД насосов до их паспортных значений путем установки новых уплотнений и тщательной балансировки рабочих колес.
5. КПД передачи от привода намного выше, если рабочее колесо находится непосредственно на валу двигателя.
6. Применять более современные методы регулирования (например, частотное регулирование приводом — ЧРП), если значительная часть давления, создаваемого насосом, теряется на регулирующей задвижке.
7. При работе насоса на гидросистему с пониженным напором можно провести корректировку рабочей характеристики насоса, применив подрезание диаметра рабочего колеса, рассчитанное на основе теории подобия гидромашин (не более 10%).
8. Если мощность электродвигателя выше мощности, потребляемой насосом, в 1,2-1,25 раза, то он работает в режиме с максимальным КПД
.
Улучшение конструкции системы
1. Проанализировать потери давления в системе. Потери из-за трения жидкости в трубах можно уменьшить при увеличении диаметра трубы, так как они для турбулентного режима течения обратно пропорциональны диаметру трубопровода в пятой степени.
2. В случае если подача регулируется с помощью дроссельной заслонки (задвижки, вентиля), следует рассмотреть другие способы управления подачей (несколько небольших насосов, работающих параллельно, частотное регулирование электропривода и др.).
3. В системах водоснабжения с насосными агрегатами, рассчитанными на кратковременное максимальное потребление воды при максимальном напоре, целесообразна, если это технически возможно, установка накопителя воды (бака аккумулятора) на высоте номинального напора с устройством автоматического отключения насосного агрегата при заполнении накопителя водой, так как потребность в максимальном разборе воды на практике бывает кратковременной.
Возможные резервы экономии финансовых затрат
1. Насосы первого подъема работают в часы пиков электропотребления, и не используются преимущества оплаты за электроэнергию по зональным и двухтарифным тарифам при наличии буферных емкостей для накопления воды. Рекомендуется оптимизировать график работы насосного оборудования первого подъема на накопительные резервуары, увеличив энергопотребление в период льготного тарифа.
2. Насосы второго подъема работают по сильно меняющему графику водопотребления, минимум которого обычно приходится на ночной период. На городскую сеть водоснабжения работает несколько водозаборных узлов. Мощность электропотребления насосами второго подъема на холостом ходу (по характеристикам электронасосных агрегатов) составляет 40—60%, номинальной мощности. Рекомендуется в период значительного снижения водопотребления автоматически переключать систему подачи воды на менее мощные по подаче насосы либо отключать часть водозаборных узлов при развитой кольцевой системе водораспределения. Необходимо оценить КПД системы водозаборных узлов, выявить из них наиболее экономичные и учитывать это при выборе режимов эксплуатации системы. Необходима автоматизированная система управления насосными системами с применением датчиков давления, расположенных в критических (по давлению) точках системы водораспределения.
3. Большой перерасход воды населением, экономически не заинтересованным в экономии воды. Необходимо вначале оборудование крупных потребителей, в том числе отдельные здания, узлами учета расхода воды. Введение ежемесячной платы за воду фактическому расходу воды с разбросом оплаты пропорционально численности жильцов в квартирах является первым этапом включения населения в компанию за экономию. Оснащение каждого потребителя узлами учета расхода воды будет способствовать большей заинтересованности населения в энергосбережении.
В системе водоотведения причины потерь энергии аналогичны и связаны с неоптимальными режимами эксплуатации насосного оборудования, а также компрессорного оборудования системы аэрации стоков.
Лекция 6. Особенности энергосбережения в высокотемпературных технологиях (ВЭР)
Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) разделяются на три большие группы:
- горючие (топливные) – побочные горючие газы металлургических производств ( доменный, конверторный, коксовый и генераторный газы, являющиеся низкокалорийными видами топлива). Доменный газ –это отходящий газ доменных печей; конверторный газ –образуется при конвертерной выплавке стали; коксовый газ –получается при коксовании каменного угля; генераторный газ –образуется при газификации угля в газогенераторах.
- тепловыепредставляют собой физическую теплоту отходящих газов технологических агрегатов (дымовые газы –уходящие из промышленных печей; горячий сушильный агентна выходе из конвективных сушильных установок; пары дистиллятаректификационных установок; вентиляционный воздух, удаляемый из помещений).
- вторичные энергоресурсы избыточного давления – потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические установки с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью их использования или при выбросе в атмосферу (сжатый природный газ,поступающий в котельные установки, энергию давления которого можно использовать в турбодетандерных агрегатах; водяной пар, давление которого перед применением снижается в РОУ – редукционно-охладительных установках).
Тепловые ВЭРв энергоёмких отраслях промышленности являются наиболее представительной группой, на долю которой приходится более 60% потенциала энергосбережения.
В чёрной металлургии все доменные печи оборудованы системой искусственного охлаждения, предназначенной для защиты от износа конструкций и деталей, работающих при высоких температурах, а также для предохранения кожуха и фундамента печи от воздействия высоких температур. До настоящего времени наиболее распространённым видом охлаждения являлось охлаждение оборотной или проточной водой, с которой уносится 0,42-0,5 ГДж подведённой в печь теплоты на 1 т чугуна.
При водяном охлаждении повышение температуры воды во избежание образования накипи на охлаждаемых элементах допускается не более чем на 20 °С. При этом огромное количество теплоты, отводимой от охлаждаемых элементов металлургических печей, не используется ввиду её низкого потенциала. Перевод элементов доменных печей (холодильников, воздушных фурм, клапанов горячего дутья) на испарительное охлаждениедаёт большие технологические преимущества, так как увеличивает службы охлаждаемых элементов, снижается расход охлаждающей воды и, следовательно, расход электроэнергии на её перекачку.
В сталеплавильном производстве при выплавке стали значительное количество теплоты выходит из печи в виде физической теплоты уходящих газов, стали, а также теплоты, выделяющейся при охлаждении элементов печи.
Физическая теплота шлака сталеплавильного производства, как и доменных шлаков, не утилизируется.
Уходящие газы мартеновских печей на выходе из регенераторов имеют температуру 500—700°С. Использование уходящих газов с такой температурой позволяет вырабатывать в котлах-утилизаторах пар довольно высоких параметров.
На металлургических заводахс полным рабочим циклом часть физической теплоты стали используется с горячим всадом слитков в нагревательные устройства прокатных станов. Оптимальная температура горячего всада находится в пределах 800—900°С. Применение технологии горячего всада слитков в нагревательные устройства позволяет значительно сократить расход топлива на нагрев металла.
В цветной металлургии основными ВЭР являются физическая теплота побочных и промежуточных продуктов и отходов, уходящих газов технологических агрегатов, а также теплота, выделяющаяся при охлаждении печей.
Доля тепловых ВЭР в тепловом балансе цветной металлургии велика. В зависимости от типа и назначения печей потери теплоты составляют: с уходящими газами— 10—60%; с охлаждающей водой 10- 30 %; со шлаками — 15—70 %.
Эти особенности свидетельствуют как о больших потенциальных возможностях использования ВЭР в целях экономии топлива, так и о технических трудностях разработки и эксплуатации утилизационного оборудования. Основным направлением использования физической теплоты уходящих газов в цветной металлургии является её комплексное применение в специальных котлах-утилизаторах для получения пара и нагрева воздуха, подаваемого в печь при сгорании топлива.
В технологических процессах основных подотраслей химической промышленности образуются только тепловые ВЭР, к которым относятся:
- физическая теплота уходящих серных газов;
- физическая теплота сернистых и продукционных газов обжиговых печей;
- теплота конденсата подогревателей фосфорной кислоты, водяного пара печей сернокислотного производства, а также теплота, получаемая при охлаждении кислоты и др.
В нефтеперерабатывающей промышленности к основным ВЭР относится теплота уходящих дымовых газов трубчатых печей, нагретых нефтепродуктов и охлаждающей воды. Теплота нагретых нефтепродуктов применяется, как правило, для подогрева холодных сырьевых материалов.
В зависимости от вида и параметров ВЭР используются по четырём направлениям:
- топливное – непосредственное применение горючих ВЭР в качестве котельно-печного топлива в энергогенерирующих или топливосжигающих установках;
- тепловое – использование энергоносителей, вырабатываемых за счёт ВЭР в утилизационных установках или получаемых непосредственно как ВЭР, для обеспечения потребностей в тепловой энергии или искусственном холоде;
- электроэнергетическое – использование ВЭР избыточного давления с преобразованием энергоносителя для получения электроэнергии в газовых или паровых турбоагрегатах или применение их для привода отдельных агрегатов и установок;
- комбинированное – преобразование ВЭР для выработки в утилизационных установках по теплофикационному циклу электроэнергии и теплоты.
Тепловые ВЭР с температурой выше 4000С относятся к высокотемпературным ресурсам. Перспективным способом утилизации является их использование в котлах-утилизаторах (КУ).
При использовании теплоты высокотемпературных отходящих газов ≥ 4000С, устанавливаемые для этого КУ имеют обычно экономайзерные и испарительные поверхности нагрева и пароперегреватель.
Газотрубные КУ широко распространены во многих отраслях промышленности. Продукты сгорания (отходящие технологические газы) в этих КУ проходят внутри труб, размещённых в водяном объёме барабана. Для этих котлов не требуется специальная обмуровка, они характеризуются высокой газоплотностью, простотой изготовления, монтажа, обслуживания и пониженными требованиями к питательной воде.
К основным недостаткам КУ подобного типа относятся низкий коэффициент использования теплоты отходящих от технологических агрегатов газов (50-60%), высокий удельный расход металла на выработку пара (до 8кг/кг*ч). К недостаткам следует отнести низкий предел давления вырабатываемого пара (всего 15-20 атм) из-за наличия барабана большого диметра, ограниченный расход отходящих газов.