Мероприятия по экономии электроэнергии на компрессорных станциях

Проблема повышения энергоэффективности использования электрической энергии в отраслях промышленности связана с весьма значительным кругом задач, взаимосвязь которых создает сложную систему, которая требует такой координации, которая может обеспечить наиболее эффективный результат в направлении снижения энергозатрат.

Сжатый воздух является одним из основных энергоресурсов и применяется как рабочая среда в технологических процессах (например, в химических производствах) и как энергоноситель (пневмоинструмент, пневмооснастка, пневмоавтоматика и т. д.) практически на всех предприятиях [1].

Потенциальная энергия сообщается воздуху в процессе его сжатия и используется затем в пневматических приводах для совершения механической работы. Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию струи расширяющегося сжатого воздуха.

Подбор оптимальной схемы распределения и рациональных режимов производства и потребления сжатого воздуха ведет к экономии, что не может не оказать значительного влияния на энергобаланс предприятия в целом. Поскольку на производство сжатого воздуха расходуется электроэнергия, его экономия влечет за собой снижение затрат на покупку энергоресурсов.

Особенностью выработки сжатого воздуха является то, что производительность компрессорного оборудования зависит от сезонного изменения плотности атмосферного воздуха (летом плотность воздуха на 15–17 % ниже, чем зимой) и давления нагнетания.

Увеличение давления с 5,0 до 6,0 кгс/см2 влечет снижение производительности компрессора на 4–7 %, а затраты энергии на компремирование при этом возрастают на 7–10 %. Существенным фактором, негативно влияющим на работу компрессорного оборудования, является неритмичное потребление сжатого воздуха, объемы которого доходят на некоторых компрессорных станциях до 40 %. Для обеспечения стабильной работы потребителей, при наличии значительных объемов неритмичного потребления, персонал компрессорных станций вынужден поддерживать повышенное давление сжатого воздуха на источниках [2,3].

Давление сжатого воздуха в сети воздухопроводов зависит от расхода воздуха и производительности компрессорной установки. Если производительность меньше расхода воздуха, то давление в сети снижается до тех пор, пока производительность не будет равняться расходу воздуха; если же производительность больше расхода воздуха, то в сети воздухопроводов будет расти давление сверх допустимого. Поэтому при избыточной производительности компрессорной станции необходимо регулировать подачу воздуха в сеть с тем, чтобы, изменой производительность компрессора, сохранить в ней постоянное давление.

При работе компрессоров в общую сеть следует установить порядок, при котором все компрессоры работают на полную мощность, кроме одного, производительность которого регулятором давления поддерживается в пределах, обеспечивающих нормальное рабочее давление в сети воздухопроводов.

Охлаждение воздуха на входе в компрессорной установки широко применяется для повышения КПД и мощности таких энергоблоков. Однако большое количество ранее созданных КУ не оснащались системами охлаждения воздуха на входе, что снижало затраты на их установку и монтаж. Кроме того, вырабатываемой в то время мощности энергоустановки было достаточно. Используя преимущества систем охлаждения воздуха в условиях роста электропотребления, мощность энергоблока такого типа можно повысить на 10–26 %, исключая собственные затраты мощности в системе, особенно в летний период [4].            

В воздухопроводах может допускаться скорость в пределах 5–20 м/с, но рекомендуются значения скоростей 12–15 м/с.

Определение давления на входе.

Выбираем давление на входе, равное конечному давлению плюс 3 % от значения конечного давления:

Далее рассчитываем разность конечного давления и давления на выходе из воздуходувной станции:

,

и само давление на выходе:

.

Если p₁ расчетное практически совпадает с выбранным давлением, следовательно выбор давления верен.

5) Построение характеристики сети:

Уравнение напорной характеристики сети записывается следующим образом:

H=a+(c+b)Q².

где

;

-коэффициент сопротивления трубопровода.

.

Рис. 1. Эскиз воздухопровода.

Рис. 2. Характеристика сети воздухопровода, график которой представляет собой параболу.

Практически все КУ имеют постоянный объемный расход воздуха. С повышением плотности воздуха, поступающего турбины и дизели системы, увеличивается его масса, при этом увеличивается потребляемая мощность установки. Значительные потери мощности КУ отмечаются в летний период. Но даже с учетом затрат используя данную систему энергии на охлаждение поступающего воздуха, можно ощутимо увеличить электрическую мощность установки со снижением ее тепловой мощности. Несмотря на то что вырабатываемая КУ мощность увеличивается практически линейно с понижением температуры воздуха, необходимо, чтобы она была не ниже 5…6 °С во избежание риска образования льда в воздушном тракте системы. Снижение температуры подаваемого в турбину воздуха с 38 °С до 17°С предотвращает потенциальное снижение мощности КУ на 27 % при такой высокой температуре. Если воздух будет охлажден до 6 °С, то вырабатываемая мощность увеличится до 110 %. Соответственно, снижение температуры всасываемого воздуха с 38 °С до 6 °С обеспечит возрастание мощности КУ с 73 % до 110 % от номинала. Номинальная мощность турбин обычно приводится для температуры воздуха 15 °С, относительной влажности 60 % и высоты над уровнем моря в соответствии с ISO. Данные по мощности для других условий эксплуатации можно получить у производителей оборудования. Для общих расчетов должны учитываться следующие факторы:        

1. Каждое повышение температуры воздуха на 10 °С приводит к падению мощности на 8 %;

2. Увеличение высоты площадки КУ над уровнем моря на 300 м приводит к падению мощности на 3,5 %;

3. Каждая дополнительная потеря давления на 1 кПа в фильтрах, шумоглушителях и выхлопных газоходах вызывает снижение мощности на 2 %;

4. Дополнительные потери давления в котле утилизаторе, шумоглушителе и газоходах на выходе приводят к снижению мощности на 1,2 %.

Литература:

1.         Хошимов Ф. А., Аллаев К. Р., Энергосбережение на промышленных предприятиях, Ташкент, Из-во «Фан», 2011 г., 209 стр.

2.         Хошимов Ф. А., Метод нормирования электрической энергии на предприятиях хлопкоочистительной промышленности, Ташкент, журнал «Проблемы энерго и ресурсосбережения», 2007, № 3–4, стр. 54–58.

3.         Гофман Г. Б. Нормирование потребления энергии и энергетические балансы промышленных предприятий. –М.-Л., Энергия, 1966, 320 стр.

4.         Хошимов Ф. А., Методические основы энергосбережения в промышленности, Ташкент, «Современные проблемы энергетики и использование возобновляемых источников энергии», Республиканская научно-техническая конференция, 2010 г.