- •Краткое содержание
- •Предисловие
- •1. Статус настоящего документа
- •2. Мандат на подготовку настоящего документа
- •3. Значимые нормативно-правовые положения Директивы КПКЗ и определение НДТ
- •4. Цель настоящего документа
- •5. Источники информации
- •6. Как использовать настоящий документ
- •Область применения
- •1. Введение и определения
- •1.1. Введение
- •1.1.1. Энергия в промышленном секторе ЕС
- •1.1.2. Воздействия энергопотребления на окружающую среду и экономику
- •1.1.3. Вклад энергоэффективности в сокращение эффектов глобального потепления и повышение устойчивости
- •1.1.4. Энергоэффективность и Директива КПКЗ
- •1.1.5. Место энергоэффективности в системе комплексного предотвращения и контроля загрязнения
- •1.1.6. Экономические аспекты и вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды
- •1.2. Понятие энергии и законы термодинамики
- •1.2.1. Энергия, теплота, мощность и работа
- •1.2.2. Законы термодинамики
- •1.2.2.1. Первый закон термодинамики: сохранение энергии
- •1.2.2.2. Второй закон термодинамики: рост энтропии
- •1.2.2.3. Баланс эксергии: сочетание первого и второго законов
- •1.2.2.4. Диаграммы свойств
- •1.2.2.5. Дальнейшая информация
- •1.2.2.6. Необратимость и ее источники
- •1.3. Определения показателей энергоэффективности и повышения энергоэффективности
- •1.3.1. Вопросы энергоэффективности и ее оценки в Директиве IPPC
- •1.3.2. Эффективное и неэффективное использование энергии
- •1.3.3 Показатели энергоэффективности
- •1.3.4. Практическое применение показателей
- •1.3.5. Значимость систем и границ систем
- •1.3.6. Другие используемые термины
- •1.3.6.1. Первичная энергия, вторичная энергия и конечная энергия
- •1.3.6.2. Теплота сгорания топлива и КПД
- •1.3.6.3. Меры по повышению энергоэффективности на стороне производителя и стороне потребителя
- •1.4. Показатели энергоэффективности в промышленности
- •1.4.1. Введение: определение показателей и других параметров
- •1.4.2. Энергоэффективность производственных единиц
- •1.4.2.1. Пример 1. Простой случай
- •1.4.2.2. Пример 2. Типичный случай
- •1.4.3. Энергоэффективность предприятия
- •1.5. Вопросы, которые должны быть рассмотрены при определении показателей энергоэффективности
- •1.5.1. Определение границ системы
- •1.5.1.1.Выводы относительно систем и границ систем
- •1.5.2. Другие существенные вопросы, заслуживающие рассмотрения на уровне установки
- •1.5.2.1. Документирование используемых подходов к отчетности
- •1.5.2.2. Внутреннее производство и потребление энергии
- •1.5.2.3. Утилизация энергии отходов и газа, сжигаемого в факелах
- •1.5.2.4. Эффект масштаба (снижение УЭП с ростом объемов производства)
- •1.5.2.5. Изменения в производственных методах и характеристиках продукции
- •1.5.2.6. Интеграция энергосистем
- •1.5.2.7. Неэффективное использование энергии из соображений устойчивого развития и/или повышения энергоэффективности предприятия в целом
- •1.5.2.8. Отопление и охлаждение помещений
- •1.5.2.9. Региональные факторы
- •1.5.2.10. Явная теплота
- •1.5.2.11. Дальнейшие примеры
- •2. Технологии, которые следует рассматривать для обеспечения энергоэффективности на уровне установки
- •2.1. Системы менеджмента энергоэффективности (СМЭЭ)
- •2.2. Планирование и определение целей и задач
- •2.2.1. Постоянное улучшение экологической результативности и вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды
- •2.2.2. Системный подход к менеджменту энергоэффективности
- •2.3. Энергоэффективное проектирование (ЭЭП)
- •2.3.1. Выбор технологии производственного процесса
- •2.4. Повышение степени интеграции процессов
- •2.5. Обеспечение дальнейшего развития инициатив в области энергоэффективности и поддержание мотивации
- •2.6. Поддержание и повышение квалификации персонала
- •2.7. Информационный обмен
- •2.7.1. Диаграммы Сэнки
- •2.8. Эффективный контроль технологических процессов
- •2.8.1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами
- •2.8.2. Менеджмент (контроль, обеспечение) качества
- •2.9. Техническое обслуживание
- •2.10. Мониторинг и измерения
- •2.10.1. Косвенные методы мониторинга
- •2.10.2. Оценки и расчеты
- •2.10.3. Учет потребления энергоресурсов и усовершенствованные системы учета
- •2.10.4. Снижение потери давления при измерении расходов в трубопроводах
- •2.11. Энергоаудиты и энергетическая диагностика
- •2.12. Пинч-анализ
- •2.13. Энтальпийный и эксергетический анализ
- •2.14. Термоэкономика
- •2.15. Энергетические модели
- •2.15.1. Энергетические модели, базы данных и балансы
- •2.15.2. Оптимизация использования энергоресурсов и управление ими на основе моделей
- •2.16. Сравнительный анализ
- •2.17. Прочие инструменты
- •3. Технологии, которые следует рассматривать для обеспечения энергоэффективности на уровне энергопотребляющих систем, процессов и видов деятельности
- •3.1. Сжигание
- •3.1.1. Снижение температуры дымовых газов
- •3.1.1.1. Установка подогревателя воздуха или воды
- •3.1.2. Рекуперативные и регенеративные горелки
- •3.1.3. Сокращение массового расхода дымовых газов за счет снижения избытка воздуха горения
- •3.1.4. Автоматизированное управление горелками
- •3.1.5. Выбор топлива
- •3.1.6. Кислородное сжигание
- •3.1.7. Сокращение потерь тепла при помощи теплоизоляции
- •3.1.8. Сокращение потерь тепла через отверстия печей
- •3.2. Паровые системы
- •3.2.1. Общие свойства пара
- •3.2.2. Обзор методов повышения энергоэффективности паровых систем
- •3.2.3. Дросселирование и использование турбодетандеров
- •3.2.4. Методы эксплуатации и управления технологическим процессом
- •3.2.5. Предварительный подогрев питательной воды (в т.ч. с помощью экономайзера)
- •3.2.6. Предотвращение образования и удаление накипи с поверхностей теплообмена
- •3.2.7. Оптимизация продувки котла
- •3.2.8. Оптимизация расхода пара в деаэраторе
- •3.2.9. Оптимизация работы котла короткими циклами
- •3.2.10. Оптимизация парораспределительных систем
- •3.2.11. Теплоизоляция паропроводов и конденсатопроводов
- •3.2.11.1. Использование съемных панелей для теплоизоляции клапанов и фитингов
- •3.2.12. Реализация программы контроля состояния конденсатоотводчиков и их ремонта
- •3.2.13. Сбор и возврат конденсата в котел
- •3.2.14. Использование самоиспарения
- •3.2.15. Утилизация энергии продувочной воды котла
- •3.3. Утилизация тепла и охлаждение
- •3.3.1. Теплообменники
- •3.3.1.1. Мониторинг состояния и техническое обслуживание теплообменников
- •3.3.2. Тепловые насосы (в т.ч. механическая рекомпрессия пара)
- •3.3.3. Системы охлаждения и холодильные установки
- •3.4. Когенерация
- •3.4.1. Различные методы когенерации
- •3.4.2. Тригенерация
- •3.4.3. Централизованное холодоснабжение
- •3.5. Электроснабжение
- •3.5.1. Компенсация реактивной мощности
- •3.5.2. Гармоники
- •3.5.3. Оптимизация систем электроснабжения
- •3.5.4. Энергоэффективная эксплуатация трансформаторов
- •3.6. Подсистемы с электроприводом
- •3.6.1. Энергоэффективные двигатели
- •3.6.2. Выбор оптимальной номинальной мощности двигателя
- •3.6.3. Приводы с переменной скоростью
- •3.6.4. Потери при передаче механической энергии
- •3.6.5. Ремонт двигателей
- •3.6.6. Перемотка
- •3.6.7. Экологические преимущества, воздействие на различные компоненты окружающей среды, применимость и другие соображения относительно методов повышения энергоэффективности систем с электроприводом
- •3.7. Системы сжатого воздуха
- •3.7.1. Оптимизация общего устройства системы
- •3.7.2. Использование приводов с переменной скоростью
- •3.7.3. Высокоэффективные электродвигатели
- •3.7.4. Централизованная система управления системой сжатого воздуха
- •3.7.5. Утилизация тепла
- •3.7.6. Сокращение утечек в системах сжатого воздуха
- •3.7.7. Техническое обслуживание фильтров
- •3.7.8. Использование холодного наружного воздуха для питания компрессоров
- •3.7.9. Оптимизация давления системы
- •3.7.10. Создание запаса сжатого воздуха вблизи потребителей с существенно варьирующим уровнем потребления
- •3.8. Насосные системы
- •3.8.1. Инвентаризация и оценка насосных систем
- •3.8.2. Выбор насоса
- •3.8.3. Оптимизация трубопроводной системы
- •3.8.4. Техническое обслуживание
- •3.8.5. Управление насосными системами и их регулирование
- •3.8.6. Привод и передача
- •3.8.7. Экологические преимущества, воздействие на различные компоненты окружающей среды, применимость и другие соображения относительно методов повышения энергоэффективности насосных систем
- •3.9. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ)
- •3.9.1. Отопление и охлаждение помещений
- •3.9.2. Вентиляция
- •3.9.2.1. Оптимизация проектных решений при внедрении новой или модернизации существующей системы вентиляции
- •3.9.2.2. Повышение эффективности существующей вентиляционной системы
- •3.9.3. Естественное охлаждение
- •3.10. Освещение
- •3.11. Процессы сушки, сепарации и концентрирования
- •3.11.1. Выбор оптимальной технологии или сочетания технологий
- •3.11.2. Механические процессы
- •3.11.3. Методы термической сушки
- •3.11.3.1. Расчет энергозатрат и КПД
- •3.11.3.2. Конвективная сушка
- •3.11.3.3. Контактная сушка
- •3.11.3.4. Перегретый пар
- •3.11.3.5. Утилизация тепла в процессах сушки
- •3.11.3.6. Выпаривание в сочетании с механической рекомпрессией пара или тепловым насосом
- •3.11.3.7. Оптимизация теплоизоляции сушильных систем
- •3.11.4. Радиационная сушка
- •3.11.5. Системы автоматизированного управления процессами термической сушки
- •4. Наилучшие доступные технологии
- •4.1. Введение
- •4.2. Наилучшие доступные технологии обеспечения энергоэффективности на уровне установки
- •4.2.1. Менеджмент энергоэффективности
- •4.2.2. Планирование и определение целей и задач
- •4.2.2.1. Постоянное улучшение экологической результативности
- •4.2.2.2. Выявление аспектов энергоэффективности установки и возможностей для энергосбережение
- •4.2.2.3. Системный подход к менеджменту энергоэффективности
- •4.2.2.4. Установление и пересмотр целей и показателей в области энергоэффективности
- •4.2.2.5. Сравнительный анализ
- •4.2.3. Энергоэффективное проектирование (ЭЭП)
- •4.2.4. Повышение степени интеграции технологических процессов
- •4.2.5. Поддержание поступательного развития инициатив в области энергоэффективности
- •4.2.6. Поддержание уровня квалификации персонала
- •4.2.7. Эффективный контроль технологических процессов
- •4.2.8. Техническое обслуживание
- •4.2.9. Мониоринг и измерения
- •4.3. Наилучшие доступные технологии обеспечения энергоэффективности энергопотребляющих систем, технологических процессов, видов деятельности и оборудования
- •4.3.1. Сжигание
- •4.3.2. Паровые системы
- •4.3.3. Утилизация тепла
- •4.3.4. Когенерация
- •4.3.5. Электроснабжение
- •4.3.6. Подсистемы с электроприводом
- •4.3.7. Системы сжатого воздуха
- •4.3.8. Насосные системы
- •4.3.9. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ)
- •4.3.10. Освещение
- •4.3.11. Процессы сушки, сепарации и концентрирования
- •5. Новые технологии обеспечения энергоэффективности
- •5.1. Беспламенное сжигание (беспламенное окисление)
- •5.2. Сжатый воздух как средство хранения энергии
- •6. Заключительные замечания
- •6.1. Временные рамки и основные этапы подготовки настоящего документа
- •6.2. Источники информации
- •6.3. Степень консенсуса
- •6.4. Пробелы и дублирование информации. Рекомендации по дальнейшему сбору информации и исследованиям
- •6.4.1. Пробелы и дублирование информации
- •6.4.3. Конкретная производственная информация
- •6.4.3. Направления дальнейших исследований и практической деятельности
- •6.5. Пересмотр настоящего документа
- •Источники
- •Глоссарий
- •7. Приложения
- •7.1. Энергия и законы термодинамики
- •7.1.1. Общие принципы
- •7.1.1.1. Описание систем и процессов
- •7.1.1.2. Формы энергии и способы ее передачи
- •7.1.2. Первый и второй законы термодинамики
- •7.1.2.1. Первый закон термодинамики: баланс энергии
- •7.1.2.2. Второй закон термодинамики: энтропия
- •7.1.2.2.2. Баланс энтропии для закрытой системы
- •7.1.2.3. Баланс энтропии для открытой системы
- •7.1.2.4. Анализ эксергии
- •7.1.3. Диаграммы свойств, таблицы свойств, базы данных и программы
- •7.1.3.1. Диаграммы свойств
- •7.1.3.2. Таблицы свойств, базы данных и программное моделирование
- •7.1.3.3. Источники неэффективности
- •7.1.4. Использованные обозначения
- •7.1.4.1. Библиография
- •7.2. Примеры термодинамической необратимости
- •7.2.1. Пример 1. Дросселирование
- •7.2.2. Пример 2. Теплообменники
- •7.2.3. Пример 3. Процессы перемешивания
- •7.3. Примеры анализа энергоэффективности производства
- •7.3.1. Производство этилена методом парового крекинга
- •7.3.2. Производство мономера винилацетата (МВА)
- •7.3.3. Горячая прокатка стали
- •7.4. Примеры внедрения систем менеджмента энергоэффективности
- •7.5. Примеры энергоэффективных технологических процессов
- •7.6. Пример подхода к поступательному развитию инициатив в сфере энергоэффективности: «совершенство в производственной деятельности»
- •7.7. Мониторинг и измерения
- •7.7.1. Количественные измерения
- •7.7.2. Оптимизация использования энергоресурсов
- •7.7.3. Энергетические модели, базы данных и балансы
- •7.8. Другие инструменты аудита и поддержки мероприятий по повышению энергоэффективности на уровне предприятия
- •7.8.1. Инструменты аудита и менеджмента энергоэффективности
- •7.9. Сравнительный анализ
- •7.9.1. Нефтеперерабатывающие заводы
- •7.9.2. Австрийское энергетическое агентство
- •7.9.3. Схема для норвежских МСП
- •7.9.4. Соглашения о сравнительном анализе в Нидерландах
- •7.9.5. Сравнительный анализ в стекольной промышленности
- •7.9.6. Распределение энергозатрат и выбросов CO2 между различными видами продукции в сложном последовательном процессе
- •7.10. Примеры к главе 3
- •7.10.1. Паровые системы
- •7.10.2. Утилизация отходящего тепла
- •7.11. Мероприятия на стороне потребителя
- •7.12. Энергосервисные компании
- •7.13. Сайт Европейской комиссии, посвященный вопросам энергоэффективности и Национальные планы действий государств-членов
- •7.14. Европейская схема торговли квотами (ETS)
- •7.15. Оптимизация транспортных систем
- •7.15.1. Энергоаудит транспортных систем
- •7.15.2. Менеджмент энергоэффективности автомобильного транспорта
- •7.15.3. Улучшение упаковки с целью оптимизации использования транспорта
- •7.16. Европейский топливный баланс
- •7.17. Коррекция коэффициента мощности при электроснабжении
Применимость
Данных не предоставлено.
Экономические аспекты
Данных не предоставлено.
Мотивы внедрения
Данных не предоставлено.
Примеры
Данных не предоставлено.
Справочная информация
[202, IFTS_CMI, 1999]
3.11.3. Методы термической сушки
3.11.3.1. Расчет энергозатрат и КПД
Общая характеристика
Сушка широко используется в различных отраслях промышленности. В процессе сушки сначала весь влажный материал нагревается до температуры испарения воды, а затем вода испаряется при постоянной температуре.
Qth = (cG mG +cW mW ) T +mD HV Уравнение 3.13
где:
Qth – полезные затраты тепла, кВт;
mG, mW – массовый расход сухого вещества и подлежащей удалению воды соответственно, кг/с;
∆T – температура нагрева, K;
mD – количество воды, испаряющейся в единицу времени, кг/с;
cG, cW – удельная теплоемкость сухого вещества и воды соответственно, кДж/кг·K;
∆HV – теплота испарения воды при соответствующей температуре испарения (примерно
2300 кДж/кг при 100°C).
Как правило, испарившаяся вода удаляется из сушильной камеры с потоком воздуха. Затраты энергии на нагрев проходящего через сушильную камеру воздуха Qpd (эта величина не включает полезные затраты тепла Qth) могут быть рассчитаны согласно уравнению 3.14:
Qpd =Vcpd Tpd |
Уравнение 3.14 |
где:
Qpd – затраты тепловой энергии на нагрев воздуха, проходящего через сушильную камеру, кВт (потери тепла с выбросами);
V – расход воздуха, проходящего через сушильную камеру, м3/ч;
cpd – удельная теплоемкость воздуха (примерно 1,2 кДж/м3·K при температуре 20°C и давлении 1013 мбар);
∆Tpd – разница между температурами свежего воздуха и воздуха, выбрасываемого из сушильной камеры, K.
Помимо указанных затрат тепла должны быть учтены и другие потери, например, потери тепла через стенки сушильной камеры. Эти потери Qhp соответствуют энергопотреблению незагруженной сушильной системы, функционирующей при обычной рабочей температуре в
281
режиме рециркуляции воздуха (т.е., без выбросов нагретого воздуха в атмосферу). Таким образом, общее энергопотребление системы может быть выражено уравнением 3.15:
QI = Qth +Qpd +Qhp |
Уравнение 3.15 |
где:
QI – общее энергопотребление сушильной системы; Qhp – энергопотребление незагруженной системы.
Для приведения энергопотребления к затратам первичной энергии необходимо учесть КПД сжигания топлива, зависящий от особенностей конкретного процесса и оборудования. Таким образом, общие затраты первичной энергии на процесс сушки Qtotal описываются уравнением
3.16:
Qtotal = QI ηfuel |
Уравнение 3.16 |
где:
Qtotal – общее потребление первичной энергии в процессе сушки; ηfuel – тепловой КПД процесса сжигания топлива.
На рис. 3.45 показаны диапазоны удельного потребления вторичной энергии на килограмм испаряемой воды для различных типов сушилок, функционирующих при максимальной загрузке и максимальной эффективности испарения. Для целей данного сопоставления было принято предположение, что источником тепла для конвективных сушилок служат электронагреватели.
Рисунок 3.45: Диапазон удельного энергопотребления для различных видов сушилок при испарении воды
[26, Neisecke, 2003]
Экологические преимущества
Данных не предоставлено.
Воздействия на различные компоненты окружающей среды
Данных не предоставлено.
Производственная информация
Как отмечено в разделе 3.11.1, применение процесса механической сепарации (отделения воды) в качестве предварительного этапа перед сушкой во многих случаях может способствовать снижению энергопотребления.
282
Оптимизация влажности воздуха в сушилках является важнейшим фактором, способным внести значительный вклад в сокращение энергопотребления в процессе сушки.
Применимость
Данных не предоставлено.
Экономические аспекты
Данных не предоставлено.
Мотивы внедрения
Данных не предоставлено.
Примеры
Данных не предоставлено.
Справочная информация
[26, Neisecke, 2003, 203, ADEME, 2000]
3.11.3.2. Конвективная сушка
Общая характеристика
При конвективной сушке основным механизмом теплопередачи является конвекция. Сушильный агент – горячий или теплый газ, как правило, воздух (возможно, в смеси с горячими дымовыми газами) или перегретый пар (см. раздел 3.11.3.4) – передает тепло высушиваемым материалам и деталям, которые могут находиться, например, во вращающемся барабане или на подвеске.
К типичным конструкциям сушильных систем относятся:
•системы, предусматривающие движение высушиваемых материалов, обдуваемых горячими газами:
oнапример, барабанные и туннельные сушилки, конвейерные сушильные печи, сушилки со спиральным конвейером, лоточные сушилки;
•системы, в которых горячие газы обдувают неподвижные твердые материалы или детали:
oнапример, сушилки периодического действия или сушилки со стационарными подвесками;
•системы, предусматривающие интенсивное перемешивание высушиваемых материалов:
oнапример, сушилки с кипящим слоем или аэрофонтанные сушилки.
Экологические преимущества
Конвективный нагрев, в частности, горячим воздухом, нагреваемым за счет непосредственного сжигания топлива, позволяет избежать многих потерь тепла, имеющих место в системах с косвенным нагревом, котлами, паропроводами и т.п.
Воздействие на различные компоненты окружающей среды
Воздействий не обнаружено.
Производственная информация
Высушиваемые материалы и удаляемые жидкости должны быть совместимы с сушильной системой и не создавать рисков при ее использовании. Например, при сушке горячими дымовыми газами, получаемыми за счет непосредственного сжигания природного газа, материалы и удаляемые жидкости не должны быть легковоспламеняющимися.
Применимость
Широко применяется.
Экономические аспекты
Данных не предоставлено.
Мотивы внедрения
•сокращение затрат;
283
•эффективное использование производственных площадей;
•простота (например, сушка горячим воздухом позволяет снизить потребности в производстве пара).
Примеры
Конвективная сушка широко применяется во многих отраслях. В частности, барабанные сушилки могут использоваться при производстве органических соединений, удобрений и пищевых продуктов, а также для сушки песка. Конвективные сушилки могут также использоваться в составе линий по обработке металлических поверхностей. При этом сушилка является последним компонентом подвесочной линии, и ее размер соответствует размеру ранее расположенных рабочих и промывочных ванн. Подвески с деталями могут опускаться в сушилку точно так же, как они опускаются в эти ванны. Сушилка может быть оборудована автоматически открывающейся крышкой.
Справочная информация
[263, Tempany, 2008, 266, Ullmann's, 2000]
3.11.3.3. Контактная сушка
Общая характеристика
При контактной сушке теплопередача осуществляется за счет теплопроводности. Тепло передается высушиваемому материалу от теплоносителя через твердую стенку. Материал может быть неподвижным или постоянно перемещаться вдоль поверхности или от одной поверхности к другой.
Ктипичным системам контактной сушки относятся:
•сушильные цилиндры, используемые для сушки полос плоских материалов, например, бумаги, картона или текстиля. Влажная продукция проходит вдоль вращающихся цилиндров, нагреваемых изнутри, как правило, при помощи пара;
•вальцовые сушилки используются для высушивания пастообразных материалов и вязких жидкостей, например, растворов органических и неорганических соединений. Материал тонким слоем выливается на поверхность вращающегося нагретого вальца. Образующееся в результате сушки твердое вещество удаляется с поверхности при помощи ножа-скребка, образуя пленку, хлопья или порошок;
•для сушки пастообразных материалов могут также использоваться:
oвальцовая сушилка с рифленой поверхностью барабана (формующая небольшие порции материала для дальнейшей сушки);
oшнековая сушилка, основу конструкции которой составляют один или два шнека, вращающиеся в желобе. Шнеки подогреваются горячей водой, насыщенным паром, горячим маслом и т.д.;
oгребковая сушилка, представляющая собой контактную сушилку с мешалкой. Кожух сушилки, главный вал мешалки и другие ее элементы подогреваются паром, горячей водой или горячим маслом;
•Для сушки зернистых материалов могут использоваться:
oсушилки с вращающимся барабаном, в которых либо нагреваемые изнутри трубы проходят внутри барабана, либо высушиваемый материал движется по трубкам, нагреваемым снаружи (сушилка трубчатого типа). Эти сушилки характеризуются невысокой скоростью воздуха, что позволяет использовать их для сушки пылящих материалов;
oсушилки с винтовым конвейером, в которых винт вращается внутри нагреваемого кожуха;
284