Энергосбережение ремонтного цеха

Энергосбережение ремонтного цеха

• 1. Общие сведение о технологическом процессе ремонтного цеха
• 1.1 Ремонтные работы
• 1.2 Организация работы
• 1.3 Описание проекта
• 2. Энергоаудит базового варианта ремонтного цеха
• 2.1 Математическая модель энергетических потоков
• 2.1.1 Энергия, выделяемая энергоустановками
• 2.1.2 Энергия потерь
• 3. Модернизация объекта
• 4. Математическая модель модернизированного объекта
• 5. Сравнительный анализ начального и модернизированного объекта
• Введение
• Энергосбережение в промышленном секторе Украины давно развивается. Резкий рост энергозатрат в структуре себестоимости практически всех украинских предприятий начался в 1992 году. Спад производства в те годы выявил одну очень неприятную черту, общую для всех наших предприятий: их энергосистемы не были рассчитаны на работу при низкой и переменной производственной загрузке. КПД котельной или компрессорной станции, работающей на полупустые цеха, падал с 80−90% до 20−30%. А реконструкция производственных энергосистем на энергоэффективные требовала гигантских затрат, которых в нашей стране не было.
• Промышленность Украины, в силу многих причин, была и остаётся сегодня самой энергоёмкой из всех стран СНГ. Если в первые годы независимости Украины в промышленности ещё не возникало энергетического кризиса из-за привычно низких тарифов, то, начиная с 1996 года, энергетический кризис становится все ближе с каждым взлётом цен на энергоносители.
• Практически каждое украинское предприятие в эти годы внедряло энергосберегающие мероприятия. В основном, это были малозатратные и быстроокупаемые мероприятия со сроком окупаемости не более одного года. И только с приходом реальных собственников, начиная с 2004 года, понемногу начали внедряться среднесрочные проекты со сроком окупаемости 2−3 года.
• Подорожание природного газа в 2008 году почти поставило на грань рентабельности наиболее энергоёмкие отрасли промышленности Украиныметаллургию и нефтехимию. После газового кризиса для большинства украинских предприятий стало ясно, что без капиталоёмкой и энергоэффективной модернизации у них нет будущего — во всём мире начался период долговременного роста цен на энергоносители.
• В 2008 году для всех собственников энергоёмких промышленных активов в Украине качественно изменилась ситуация — чтобы устоять в конкурентной среде возникла тотальная необходимость энергоэффективной модернизации оборудования и технологий в относительно короткое время.

1. Общие сведение о технологическом процессе ремонтного цеха

1.1 Ремонтные работы

Ремонтный цех расположен в густозаселенной сельской местности и занимается мелким и капитальным ремонтом сельскохозяйственной техники. Имеется несколько предприятий, которые заинтересованы в наличии такого цеха.

Ремонтный цех производит ремонт техники на специальном участке, называемом «ямой». Для подготовки процесса ремонта используются станки (шлифовальный, хонинговальный, токарный), тельфер и специальный стенд для сборки двигателей. На станках изготавливаются мелкие и средних размеров детали, которые используются для крепления, для хонингования цилиндров и прочее. Тельфер используется для перемещения тяжелых деталей и сборочных комплектов.

1.2 Организация работы

Для удобства работы в здании размещены душевые кабинки, имеется котельная, кухня, уборные.

Директор находится в отдельном кабинете, занимается рассмотрением вопросов о приеме на ремонт, поисках возможных поставщиков, ищет покупателей на продукцию.

1.3 Описание проекта

Рисунок 1. План-схема цеха ремонтный цех энергетический установка

2. Энергоаудит базового варианта ремонтного цеха

2.1 Математическая модель энергетических потоков

В цеху находится оборудование, которое потребляя электрическую энергию, выделяет в окружающее пространство некоторое количество тепловой. Исследования показывают, что эта часть составляет приблизительно 30−50%.

2.1.1 Энергия, выделяемая энергоустановками

Хонинговальный станок

Станок используется для обработки цилиндров, количество 2, работают 10 часов в неделю, .

Токарный станок

Используется для обработки деталей двигателей, работает 5 часов в неделю, .

Стенд для сборки двигателей

Используется для ремонта двигателей, работает 40 часов в неделю, .

Тельфер

Используется для снятия тяжелых сборочных узлов и деталей техники, работает 8 часов в неделю, .

Электродвигатель

Используется для прокачки воды в трубах, работает 30 часов в неделю, .

Автомат для производства шайб

Используется для изготовления шайб, граверов, работает 8 часов в неделю, .

Компьютерная техника

Используется для ведения дел, оформления отчетов и других видов документации, работает 60 часов в неделю, .

Освещение

В помещении находится 32 осветительных прибора, но время работы зависит от участка. В цеху находится 6 ламп, работают 10 часов в неделю. В подсобных помещениях и в душе 10 ламп, работают 35 часов в неделю. В офисах и коридорах 16 ламп, работают 70 часов в неделю.

Персонал

В помещении находится 15 человек, работают 60 часов в неделю. Также считается, что в среднем человек выделяет .

Энергия, выделяемая оборудованием, равна произведению мощности на время его работы, поэтому:

(2.1.)

Горячее водоснабжение и отопление

В цеху работает человек, средние нормы расхода воды а — 70 литров на человека, на кухне расход воды а — 200 литров. Температура горячей воды, температура холодной воды. Теплоемкость воды Дж/кг^.К. Время работы подогревателя 4,5 часа Для отопления используются трубы, в которых находится 850 литров воды. Днем, ночью, температура холодной воды. Подогреватель работает в двух режимах по 12 часов.

Количество теплоты рассчитывается по формуле:

(2.2)

Энергия, затрачиваемая на подогрев воды: (2.3)

Газовые плиты

На кухне находится 8 газовых плит, которые потребляют газа ежедневно, также учтем что .

2.1.2 Энергия потерь

Сквозняки

Через двери (когда они открыты) в помещение попадает дополнительное количество воздуха, которое нужно подогреть. В общей сложности площадь дверных проемов равна, среднегодовая скорость ветра в регионе, температура внутри помещения, а окружающей среды зависит от месяца, время. Теплоемкость воздуха Дж/кг^.К. Плотность воздуха .

Количество теплоты рассчитывается по формуле:

(2.4)

Энергия, затрачиваемая на подогрев воздуха:

(2.5)

Но основные потери в помещениях происходят из-за теплопроводности материалов и излучения через остекленные конструкции. Потери из-за теплопроводности можно посчитать, используя законы Ньютона

(2.6)

и Фурье

(2.7)

где — коэффициент теплоотдачи, .

— коэффициент теплопроводности, .

— толщина ограждения, .

— температура внутренней поверхности ограждения, .

— температура наружной поверхности ограждения, .

Потери излучением рассчитывают по формуле Стефана-Больцмана:

(2.8)

где — степень черноты;

— постоянная Стефана-Больцмана, .

— площадь ограждающей конструкции, .

— температура внутри помещения, .

— температура окружающей среды, .

В дальнейшем для расчетов потерь будут использованы данные, которые приведены в таблицах 2.1, 2.2, 2.3.

Таблица 2.1. Площадь ограждающих конструкций предприятия.

Таблица 2.2. Температура в данной местности.

Таблица 2.3. Коэффициенты теплопроводности, теплоотдачи и толщины ограждающих конструкций.

Также для расчетов были использованы

(2.9)

(2.10)

Все расчеты произведены в расчетно-графических средах MS Excel и MathCAD. Результаты приведены в таблицах 2.4, 2.5 и 2.6.

Таблица 2.4. Энергия, выделенная оборудованием.

Таблица 2.5. Температуры внутренней и наружной поверхности ограждающих конструкций.

Таблица 2.5. Энергия, теряемая через ограждения.

2.1.3 Энергобаланс ремонтного цеха

В установившемся режиме работы энергобаланс цеха представлен в виде:

(2.11)

или расписав подробнее равенство (1.25) получим:

(2.12)

После первого приближения и проверки энергобаланса было выявлено несоответствие суммарного потока входящей энергией и энергией потерь. После анализа ситуации принято решение уменьшить количество энергии, которая затрачивалась на отопление. Результатом этого является таблица 2.7.

Таблица 2.7. Энергия, выделяемая отоплением (модернизированный вариант).

Теперь уравнение энергобаланса соблюдено (таблица 2.8).

Таблица 2.8. Энергобаланс.

3. Модернизация объекта.

Цех работает на устаревшем (как морально, так и технически) оборудовании, поэтому первым шагом для улучшения энергетической ситуации будет замена этого оборудования новым. Были подобраны образцы современной техники, которые справляются с тем же самым объемом работ за меньший срок времени, что позволит увеличить объемы работ и тем самым увеличить прибыль, либо уменьшить рабочее время, тем самым уменьшив затраты на производство.

Предлагаемые замены описаны ниже.

Станок для хонингования цилиндров Н260А.

· простое управление

· всегда совершенная сетка рисок

· очень точное регулирование крайних положений хонголовки легко обеспечивает хонингование блоков с глухими цилиндрами

· требует незначительного обслуживания

· переменные шпиндельные вращение и подача

· используются стандартные абразивные хонинговальные бруски Технические характеристики Электрический двигатель для гидравлической системы мощностью

Насос для подачи хонинговального масла

Требуемое рабочее место 3050*1400 мм.

Вес 1630 кг.

Цена 29 000 грн.

Требуется один станок для выполнения предыдущих объемов работы.

Настольный токарный станок BL320A

Мощность двигателя

Вес 220 кг Размеры 1370*625*450 мм Цена 27 000 грн

Канатный тельфер MD1−3

Грузоподъемность — 3 т Высота подъема — 6 м Мощность

Цена — 22 000 грн.

Освещение

Заменой для ламп накаливания были выбраны энергосберегающие лампы торговой марки REALUX и дуговые ртутные лампы ДРЛ. В рабочем цехе предлагается установить дуговые ртутные лампы ДРЛ 250 мощностью, световой поток 11 000 Lm, цоколь Е40.

Требуемое количество ламп определим из условия освещенности в цехе.

(3.1)

S = 90 м² — площадь помещения;

— коэффициент минимальной освещенности К_З = 1.4 — коэффициент запаса, зависит от типа помещения — механический цех;

F = 11 000 лм — световой поток лампы ДЛР 250;

= 0,51 — коэффициент использования светового потока;

Е_норм = 300 лк — уровень освещенности механического цеха.

шт Во всех остальных комнатах предлагается установить рефлекторные лампы REL3−30W мощностью, световой поток 2100 Lm, цоколь Е27:

— по три лампы в комнате секретариата, в кабинете директора и на кухне;

— по 4 лампы в коридоре, уборной и душевой комнатах;

— по 2 в яме, курилке и котельной.

Защита стен от тепловых потерь

Предлагается добавить 5 см слой теплоизоляции (пенополистирол,, , стоимость 1 м² — 60 грн) и покрыть его жидким теплоизоляционным покрытием КЕРАМОИЗОЛ слоем в 1,5 мм. Стоимость 1 литра 70 грн. Расход 1л на 1,2 м² поверхности., .

Отопление и горячее водоснабжение

Отопление предлагается заменить герметичным отоплением с использованием электрической трехфазной отопительной энергоустановки. Мощность, стоимость 2920 грн. Для горячего водоснабжения предлагается использовать систему отопительной энергоустановки мощностью, стоимость 2600 грн, совместно с магнитогидродинамическим резонатором для очистки воды, которая будет подаваться в отопительную энергоустановку, стоимость резонатора 9800 грн.

Для регулирования работы всех внедренных энергоустановок предлагается также установить 4 одноканальных программных ПИД-регуляторов стоимостью 822 грн каждый, потребление 5 Вт.

4. Математическая модель модернизированного объекта

Математическая модель модернизированного варианта аналогична изначальному проекту. Все расчеты произведены в расчетно-графических средах MS Excel и MathCAD. Результаты приведены в таблицах 4.1, 4.2 и 4.3.

Таблица 4.1. Энергия, выделяемая оборудованием.

Таблица 4.2. Энергия, теряемая через ограждения.

Таблица 4.3. Энергетический баланс объекта.

Не совсем точное соотношение между входящими и выходящими энергетическими потоками объясняется установленной точностью расчетов и принятыми упрощениями при расчетах температур.

5. Сравнительный анализ начального и модернизированного объекта

В результате проведенного энергоменеджмента объекта получили следующее:

Таблица 5.1. Количество энергии.

В конечном итоге экономия электроэнергии составляет около 38%, что в числовом эквиваленте равно 78 392 энергии.

На модернизацию было затрачено 146 517, 80 грн (с учетом установочных работ, 10% от стоимости). Предполагая, что предприятия может получить прибыль только из уменьшения энергопотребления и, полагая, что цена на электричество для предприятий 0.63, получено, что период окупаемости нововведений 3 года.

Заключение

В результате изучения объекта были определены главные источники потребления энергоресурсов, главные причины потерь из помещений, разработана структура проведения энергоаудита.

Годовые затраты энергоресурсов существующего цеха составляют 203 813 .

Разработаны рекомендации по энергосбережению в цехе:

1. заменить устаревшее оборудование;

2. улучшить изоляцию ограждающих конструкций;

3. внедрить автоматические системы регулирования и слежения за температурным режимом, за электроэнергией;

После внедрения всех рекомендаций ожидаемая экономия энергоресурсов за год составит 78 392 энергии, а срок окупаемости модернизации предприятия — 3 года.

1. Бакалін Ю.І. Енергозбереження та енергетичний менеджмент. — Харків: БУРУН і К, 2006. — 320 с.

2. Интернет ресурсы:

a. www.etw.com.ua

b. www.realux.bg

c. www.owen.ru

d. www.watson-tele.com

3. Конспект лекций.

4. Материалы конференции по энергосбережению 26−27 марта 2009 г.