Исследование, разработка и внедрение энергосберегающей модели цикла промышленного производства керамического кирпича тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат технических наук Ставских, Виктор Михайлович

• Ставских, Виктор Михайлович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ставских, Виктор Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1 Описание нормативного технологического процесса.

1.1.1 Технологическая схема.

1.1.2 Теплоэнергетическая схема.

1.1.3 Теплоснабжение.

1.2 Потребление топлива.

1.3 Методические особенности расчета норм потребления энергии.

1.3.1 Электрическая энергия.

1.3.2 Топливо и тепловые балансы.

1.3.3 Технологический и тепловой КПД.

1.4 Существующие мероприятия энергоресурсосбережения.

Выводы по главе.

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ

МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ.

2.1 Основные фрагменты системного анализа.

2.2.1 К определению модели объекта. щ 2.2 Идентификация модели объекта.

2.2.1 Алгоритм функционирования системы.

2.2.2 Пространство состояния системы.

2.3 Блочное многоуровневое представление.

2.4 Идентификация модели.

2.5 Маршрут моделирования.

Выводы по главе.

3 ПОСТРОЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ПРЕДПРИЯТИЯ

3.1. Системный анализ технологической схемы.

3.2. Анализ работы каждого блока системы.

3.3. Анализ работы всей модели.

3.4. Результаты анализа.

3.4.1 .Электроемкость.

3.4.2.Теплоемкост ь.

3.4.3. Энергоемкость.

3.4.4.Потенциал энергосбережения.

Выводы по главе.

4. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ.

4.1. Об основных энергосберегающих мероприятиях.

4.2. Энергосбережение первичных ресурсов.

4.2.1. Источник энергии - котельная.

4.2.2. Источник энергии - печь обжига.

4.2.3. Источник энергии - газо-поршневая электростанция.

4.3. Энергосбережение вторичных ресурсов.

4.3.1. Сушка кирпича-сырца.

4.3.2. Утилизационный теплообменник.

Выводы по главе.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование, разработка и внедрение энергосберегающей модели цикла промышленного производства керамического кирпича»

Актуальность проблемы

Энергетической стратегией России [33], на период до 2020 года в числе основных проблем называется проблема энергоэффективности работы промышленности.

Удельная энергоемкость экономики (ВВП) России более чем в 4 раза были выше, чем в Японии, в три раза выше, чем в развитых странах Европы и в 2 раза выше, чем США.

По оценкам различных специалистов, в России нерационально используется от 40 до 60% потребляемых топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), что составляет от 400 до 600 млн. т. условного топлива в год (ТУТ).

Поэтому требуется снижение удельной энергоемкости экономики путем улучшения использования имеющегося производственного потенциала с одновременным относительным снижением энергетических затрат при росте ВВП. Указывается, что это можно будет сделать за счет:

- снижения удельных энергетических расходов при догрузке имеющихся производственных мощностей;

- снижения энергоемкости за счет перераспределения доли услуг в обеспечении ВВП;

Доля энергоемких производств за счет энергосберегающей политики снизится, а не энергоемких возрастает.

Должно получить распространение технологическое энергосбережение за счет снижения потенциала энергосбережения. Здесь может произойти реализация идей за счет использования высокоэффективных технологий и организационных мероприятий. Указывается, что особенно много резервов в модернизации технологических процессов. Это связано еще и с тем, что модернизация обычно ведется тогда, когда достигнут полный моральный износ. В мировой практике выгодно это делать после окончания «экономического срока службы оборудования», который значительно меньше «технического срока» службы.

Отмечается, что необходимо обратить внимание на следующие вопросы:

- обеспечить устойчивое обеспечение населения экономики страны энергоносителями;

- повысить эффективность использования ТЭР и создать необходимые условия - для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития;

- уменьшить негативное воздействие энергетики на окружающую среду.

Это возможно только за счет реализации программных мероприятий, которые построены на основе системного и комплексного подхода к их разработке и осуществлению.

К ним можно отнести следующие тенденции:

1. приоритетность энергосбережения перед наращиванием объемов добычи и производства энергоресурсов;

2. включение в топливно-энергетический баланс (ТЭБ) страны и регионов заданий по экономии ТЭР; использованию местных видов топлива; нетрадиционных источников энергии в качестве реального энергетического ресурса;

3. возвратность и самоокупаемость средств на энергосбережение; реализация в инвестиционный ресурс стоимости сэкономленных топлива и энергии; инвестирование краткосрочных и малозатратных энергосберегающих проектов со сроком окупаемости не более 1,5-2 лет;

4. установление нормативных стандартов таким образом, чтобы они регулировали энергопотребление; введение штрафных санкций за невыполнение правил учета и правил энергопотребления;

5. развитие системы выделения лимитов для потребителей федерального и региональных бюджетов;

6. проведения обязательных энергетических обследований [4], [5] и энергоаудита; включение в бюджеты отдельных статей средств для финансирования проектов энергосбережения;

7. стимулирование создания специализированных энерго-сервисных организаций.

Таким образом, важным обобщающим показателем эффективности экономики страны является энергоресурсоемкость ее продукции.

Производство керамического кирпича является энергоемким процессом, поэтому техническое перевооружение (модернизация) - это один из существенных методов снижения энергоресурсопотребления для предприятий подобного цикла.

Негативное влияние на техническое перевооружение оказывает рост цен на энергоносители, в результате чего доля энергоресурсов в себестоимости продукции возрастает и снижается рентабельность (прибыль).

Поэтому в работе поставлена задача, разработать методику модернизации схемы энергоресурсопотребления производства для группы предприятий по производству керамического кирпича, которые подобны по технологическим условиям ведения теплотехнического процесса.

Цель работы

Исследование, разработка и внедрение энергосберегающей модели цикла промышленного производства кирпича, по которой можно вывести предприятие на рациональный энергоресурсосберегающий режим функционирования.

Научная новизна

Впервые разработана и реализована на практике функциональная математическая модель предприятия кирпичного производства, позволяющая на основе представления каждого блока предприятия в виде "преобразователя энергии", построить технологический процесс промышленной теплоэнергетической системы (ПТЭС) в виде последовательного ряда схем, указывающих направление оптимального преобразования энергии.

Практическая значимость

Созданы функциональная модель, алгоритмы и программы в технологиях Microsoft Excel. [47], [70].

Определен потенциал энергосбережения для каждого блока и всего предприятия в целом. Найдены градиенты потенциала.

Предложена и реализована на практике методика модернизации энергетической схемы кирпичного завода, которая учитывает ограничения накладываемые реальными начальными и граничными условиями существования предприятия.

Разработан оригинальный комплекс технических решений, дающих устойчивое функционирование предприятия с одновременным накоплением инвестиций на реконструкцию теплоэнергетической системы.

Впервые сформулирован системный и комплексный подход, заключающийся во внедрении в плановом прогнозируемом режиме мероприятий по использованию первичных и вторичных энергоресурсов. Мероприятия включают: модернизацию процессов сушки кирпича-сырца в туннельных сушилах и в печах обжига, установку газо-водяного теплообменника и газо-поршневой электротепловой станции, выставление оптимальных режимов работы тепловых сетей предприятия и жилой зоны, перевод работы котельной на водогрейный режим

Методы исследования.

Системный подход с применением процедур анализа и синтеза для каждого блока и всей энергетической системы предприятия в целом.

Достоверность научных положений и выводов.

Приведенные в диссертационной работе научные результаты и выводы получены путем сопоставления численного и натурного промышленного экспериментов. Эффективность полученных решений подтверждена их промышленным внедрением со значительным экономическим эффектом.

Основные положения, выносимые на защиту.

Системный подход и его применение для анализа работы теплоэнергетического хозяйства кирпичного производства.

Результаты численного экспериментального и теоретического исследования теплоэнергетических процессов, имеющих место при производстве керамического кирпича.

Концептуальная модель, позволяющая анализировать структурное представление промышленной теплоэнергетической системы кирпичного производства.

Оригинальная по набору структура теплоэнергетической схемы предприятия.

Методика преобразований, приводящая к технической организации энергосберегающего режима работы предприятия.

Апробация работы и публикации

Основные положения работы, результаты теоретических и расчетных исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции. "Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов и систем". (Вологда, 2001г.), II региональной межвузовской научно-технической конференции "Вузовская наука - региону". (Вологда, 2001), Всероссийской научно-практической конференции: "Инновационное развитие регионов: Механизмы формирования технологической политики". (Пенза, 2001г.), III международной научно-технической конференции "Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах" (ИНФОТЕХ-2001).(Череповец, 2002г.), III региональной межвузовской научно-технической конференции "Вузовская наука -региону". (Вологда, 2002г.), международной научно-технической конференции "Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений". (Вологда, 2003г.), II общероссийской научно-технической конференции Вузовская наука региону. (Вологда, 2003), II общероссийской научно-технической конференции Вузовская наука региону. (Вологда, 2004 г.). По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Заключение диссертации по теме «Промышленная теплоэнергетика», Ставских, Виктор Михайлович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе анализа существующих технологических схем производства кирпича, литературного обзора и тезисов, сформулированных в энергетической стратегии развития России, в работе поставлена задача, исследовать, разработать и внедрить энергосберегающую модель цикла промышленного производства кирпича. По ней можно вывести предприятие на рациональный энергосберегающий режим функционирования.

2. Применен для исследований системный подход с применением процедур анализа и синтеза для каждого блока и всей энергетической системы промышленного производства кирпича в целом.

3. Впервые разработана и реализована на практике в терминах пространства состояния функциональная математическая модель предприятия кирпичного производства, позволяющая на основе представления каждого блока предприятия в виде "преобразователя энергии", построен технологический процесс промышленной теплоэнергетической системы в виде последовательного ряда схем, указывающих направление оптимального преобразования энергии.

4. Определены теплоемкости, электроемкости, энергоемкости, потенциал энергосбережения для каждого блока и всего предприятия в целом. Найдены градиенты энергетического потенциала. Составлены координатные и временные функции по основным энергетическим параметрам, характеризующим работу его энергетической системы.

5. Впервые предложена и реализована на практике методика модернизации энергетической схемы кирпичного завода, которая учитывает ограничения накладываемые реальными начальными и граничными условиями существования предприятия.

6. Разработан оригинальный комплекс технических решений, дающих устойчивое функционирование предприятия с одновременным накоплением инвестиций на реконструкцию теплоэнергетической системы.

7. Впервые сформулирован системный и комплексный подход, заключающийся во внедрении в плановом прогнозируемом режиме мероприятий по использованию первичных и вторичных энергоресурсов. Мероприятия включают, модернизацию печи обжига, установку газо-водяного теплообменника и газопоршневой электротепловой станции, выставление оптимальных режимов работы тепловых сетей предприятия и жилой зоны, перевод работы котельной на водогрейный режим.

8. Полученные в диссертационной работе научные результаты и выводы подтверждены путем сопоставления численного и натурного промышленного экспериментов. Эффективность полученных решений определена их промышленным внедрением со значительным экономическим эффектом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ставских, Виктор Михайлович, 2004 год

1. Юренев, В.Н. Промышленные электростанции./ М,- Л., Госэнерго-издат., 1963 464 с.

2. Энергетическое топливо СССР: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991.-273 с.

3. Энергетический менеджмент. Руководство по энергсбережению концерна Du Pont (США). Нижний Новгород. 1997.г.223с.

4. Вагин, Г.Я.Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях. справочно-методическое пособие/авторы-составители:, JI.B Дудникова, Е.А. Зенютич, А.Б. Лоскутов, Е.Б. Солнцев ; под ред. С.К. Сергеева; НГТУ, НИЦЕ- Н. Новгород,2001,- 296с.

5. Щукин, A.A. Промышленные печи и газовое хозяйство заводов: Учебник для вузов / А. А. Щукин,- Изд. 2-е, перераб,- М.:Энергия, 1973. -224с.

6. Чижский А. Ф. Сушка керамических материалов и изделий: 3. К. Косякина,- М.: Стройиздат,1979. 169с.

7. Ховах М.С., Автомобильные двигатели: Маслов Г.С. М.: «Машиностроение», 1971. 456с.

8. Трембовля В.И. и др. Теплотехнические испытания котельных установок. М., «Энергия», 1977. 296 с.

9. Теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. / Под ред. Клименко A.B., Зорина В.М., М. 2000 г. 530 с.

10. Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок: Учебник для вузов/В.Л. Иванов,А.И. Леонтьев, Э.Л. Манушин,М.И. Осипов;-М.: Изда-во МГТУ им. Н.Э. баумана, 2003.-592 с.

11. Таубман Е.И. Анализ и синтез теплотехнических систем. М.: Бус-ленко Н.П. Моделирование сложных систем / М.: Наука 1988 г. 400с.

12. Стратегия энергосбережения: региональный подход/А.П. Ливин-ский, Л.С. Казаринов,И.В. Осипов и др.; под ред. А.П.Левинского/.- Челябинск: Областной фонд энергосбережения,ЧГУ, 1996,- 170с.

13. Стаскевич Н.Л., Северинец Г.Н., Видгорчик Д.Я. Справочник по газоснабжению и использованию газа Л.: Недра, 1990,- 762 с.

14. Ставских В.М., Игонин В.И., Петринчик В.А. О внедрении энергосберегающих технологий на предприятии ОАО «Соколстром». Энергосбережение в теплоэнергетических системах: Материалы Международной научно -технической конференции. -Вологда: ВоГТУ,2001.-4с.

15. Справочник по теплообменникам : В 2ух т.м.: Энергоатомиз-дат,1987,- 560с.

16. Современные методы идентификации систем: Перс англ./Под ред. П. Эйкхоффа,- М.: Мир,1983 400с.

17. СНиП 12 03 - 99 «Безопасность труда в строительстве». - М.: Госстрой России, 1999. - 41с.

18. Семёнова, В Н. Правила по охране труда / В.Н. Семёнов. М.: Экология, 1992. - 367 с.

19. Сазанов, Б.В., Ситас, В.И. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий./ Уч.пособ. дла вузов., М., Энергоиздат., 1990 г. 304 с.

20. Ривкин, C.JI. Теплофизические свойства воды и водяного пара // C.JI. Ривкин, A.A. Александров. М.: Энергия, 1980. - 424с.

21. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К.Оптимизация в технике: В 2-х кн.Кн.1.Пер.с англ.-М.:Мир, 1986.-350с., ил.

22. Преображенский, Н. И. Контроль за рациональным использованием газа / Н. И. Преображенский. JI.: Недра, 1983. - 368с.

23. Попырин, JI.C. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок./ М., Энергия., 1978 г. 415 с.

24. Показатели использования энергии.(Методы определения и применения).Подготовлено Центральным управлением по экономическому использованию энергии, Лейпциг, ГДР.»Энергия».Москва .1968 г. 175с.

25. Паспорт энергетического обследования предприятия «ОАО Сокол-стром» // Вологда: Облжилкомхоз, 2000.-32с.

26. Панюшева, З.Ф. Технический контроль работы газифицированных котельных./ JL, Недра., 1983 г. -216 с.

27. Отчет НИР Проведение первичного энергетического обследования систем теплоснабжения жилья и соцсферы в микрорайонах ЗАО Солдек и ОАО Соколстром с рекомендациями по нормализации теплового режима. ВоГТУ. Институт энергоресурсосбережения. Вологда .2003г.

28. Отчет НИР Анализ эффективности печи обжига №3 ОАО Соколстром после реконструкции. ВоГТУ. Институт энергоресурсосбережения. Вологда ,2003г.

29. Основы современной энергетики: Курс лекций для менеджеров энергетических компаний. В двух частях/под общей редакцией чл.кор. РАН Е.В. Аметистова.-М.: Издательство МЭИ, 2003.-454 с.

30. Основные положения энергетической стратегии России на период до 2020 года. Вторая редакция. Парламентские слушания. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года и структурная реформа в электроэнергетике. 72. с.

31. Ope О. Теория графов,- 2-ое издание.- М.: наука, ГРФМЛ, 1980.336с.

32. Нормативы потребления тепловой и электрической энергии при производстве керамического кирпича. Министерство строительных материалов. 1989 г.

33. Нигматулин И.Н. и др. Тепловые двигатели. М. Высш. школа», 1974 г.375 с.

34. Неуймин Я.Г. Модели в науке и технике. История, теория, практика. Под. ред. Соломенко Н.С. Ленинград.: «Наука», 1984г. 190с.

35. Методика определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения. Москва.2003. 108 с.

36. Математический аппарат инженера. Сигорский В.П. Изд. 2ое, стереотип. «Техника»,1977.-768 с.

37. Кузнецов, Н.В.Тепловой расчёт котельных агрегатов (нормативный метод) // Н.В. Кузнецов, В.В. Митор, И.Е. Дубовский, Э.С. Карасин. М.: Энергия, 1973. - 296 с.

38. Критерии энергетической эффективности и резерва энергосбережения теплотехнологии, теплотехнологических установок, систем и комплексов. А.Д. Ключников. М.: Изд-во МЭИ, 1996.-38с.

39. Костин А.К. и др. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания: справочное пособие/А.К. Костин, В.В. Ларионов Л.И. Михайлов Л.: машиностроение. Ленингрюотд.,1979,- 222 с.

40. Корячко, В.П. Теоретические основы САПР. Уч. для вузов. М. Энергоатомиздат, 1987 - 400 с.

41. Клюев, А.С. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие // А.С. Клюев, А.Т. Лебедев, С.А. Клюев, А.Г. Товарнов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.-368.

42. Игонин, В.И., Осипов, Ю.Р. Модели температурного и напряженного состояния в элементах конструкций турбогенераторных аппаратов./ Вологда, 1995 г. 160 с.

43. Игонин, В.И., Болтухов, С.П. Численные методы руками Microsoft Exel. / Учеб.пособ., Вологда 1998 г. 70 с.

44. Игонин, В.И. Теоретические основы моделирования нестационарных процессов переноса теплоты и массы промышленных теплоэнергетических системах. / Автореферат., Череповец., 2000 г. 40 с.

45. Игонин, В.И. Моделирование тепловых схем теплогенерирующих установок в технологиях Microsoft Excel: Учебн. пособие // В.И. Игонин, А.В. Бобылев,- Вологда: ВоГТУ, 2002.- 106 с.

46. Игонин В.И., Петухов В.В., Синицин А.А., Корюкин С.И. Специфика определения энергетического пространства предприятия. Вузовская наука региону Материалы Второй общероссийской научно-технической конференции. Вологда: ВоГТУ,2004.-664с. 445-447

47. Игонин В.И., Стратунов В.В., Слепченко В.И. Реализация программы энергосбережения в Вологодской области. РСЭ ИНФОРМ. Ежеквартальный бюллетень №1, 1999.-22-27с.

48. Игонин В.И. Теоретические основы моделирования нестационарных процессов переноса теплоты и массы в промышленных теплоэнергетических системах. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Вологда ,2000г.-438с.

49. Игонин В.И. Основы теории моделирования переноса тепла и массы в неравновесных термодинамических системах. Повышение эффективности теплообменных процессов и систем: Материалы 2-ой Международной научно-технической конференции. Вологда: ВоГТУ, 2000.-Зс.

50. Игонин В.И Ставских В.М, Григоруца Ю.А. Моделирование процессов энергосбережения кирпичного производства. Вузовская наука региону Материалы. Второй общероссийской научно-технической конференции Вологда: ВоГТУ,2004.-664с. 455-457

51. Золотарский, А. 3. Производство керамического кирпича: Учеб. пособие для обучения рабочих на пр ве // А. 3. Золотарский, Е. Ш. Шейман. -М.: Высш. шк., 1989. - 264с.

52. Дрейпер. И, Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. «Статистика» Москва. 1973.-390с.

53. Дмитриев А.Н. Управление энергосберегающими инновациями в строительстве зданий: Учебное пособие.- М.: АСВ 2000 г.-320 с.

54. Данилов-Данильян, В.И. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час/ В.И. Данилов-Данильян,- М., 1999. 55с.

55. Гудман, С. Введение в разработку и анализ алгоритмов М., 1981 — 368 с.

56. Громов, Н.К. Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию // Н.К. Громов, Е.П. Шубин. М.: Энергоатомиздат, 1988. -376с.

57. Государственный стандарт российской федерации. Энергосбережение. Энергопотребляющее оборудование общепромышленного применения. Виды.Группы. Типы. Показатели энергетической эффективности. Идентификация. ГОССТАНДАРТ РОССИИ. Москва, 2001 г.

58. Газо-поршневые электрогенераторные установки российского производства: Справочное пособие.- М.: 1999. 28с.

59. Веников, В. А., Веников, Г. В. Теория подобия и моделирования: Учебник для вузов. М. Высш. школа., 1984г - 439 с.

60. Вагин, Г.Я., Дудникова JT.B. Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях. Справ.-методич. пособие./ НГТУ, НИЦЭ -Н.Новгород., 2001 -286 с.

61. Visual Basic 6.0: пер. с англ. СПб.:БХВ - Санкт-Петербург, 1999,-992с., ил.