Федора Максимовича Черномурова отличали глубокая преданность науке, творческая энергия, завидная работоспособность. Он был крупным спе циалистом в области теплофизики и металлургической теплотехники. Особый вклад внес в решение
 Скачать 3.68 Mb.
|
|
1.2. Особенности энерго- и ресурсосбережения в некоторых отраслях промышленности 1.2.1. Химическая промышленность Продукция химической промышленности практически вытеснила из упо- требления естественные продукты. Топливо и пластмассы, резина, технические газы, лекарства, одежда и продукты питания, красители – это неполный пере- чень классов химической продукции. Исторически замкнутая экономика и низ- кие потребительские требования к этой продукции, продиктованные тотальным государственным строем, не заставляли доводить технологические процессы до необходимого уровня, а дешевое сырье и топливные ресурсы усугубили поло- жение расточительным потреблением, ядовитыми выбросами, сбросами. В настоящее время научно-техническое развитие не оказывает суще- ственного влияния на изменение технологического уклада химической инду- стрии. Так, доля производства прогрессивных материалов в 2–3 раза ниже, чем в развитых капиталистических странах. Доля продукции, выпускаемой по устаревшим технологиям первого поколения, составляет около 60 %, что при- водит к дополнительным издержкам производства и ухудшению экологиче- 17 ской безопасности. Такое состояние технического уровня привело к снижению эффективности и конкурентоспособности химической продукции. Средняя энерго- и материалоемкость по основным химическим продук- там в 1,5–2 раза выше, чем в ведущих странах, на 20–25 % выше потребление технологической и оборонной воды. Смена поколений многих технологиче- ских процессов осуществляется через 20–25 лет при 7–10-летних сроках сме- ны в ведущих странах. Износ основных фондов превышает 60 %, Тщательность отработки химико-технологических процессов, качествен- ное оборудование, автоматизация процессов позволяют не только уменьшить энергопотребление, но и, улучшив качество продукции, конкурировать на ми- ровом рынке. В настоящее время отсутствие собственных финансовых средств и неэффективное управление производством практически на всех предприятиях затрудняет внедрение перечисленных мер. В 2008 г. Министерство промышленности и энергетики Российской Фе- дерации разработало «Стратегию развития химической и нефтехимической промышленности на период до 2015 года», главной целью которой является формирование конкурентоспособного химического комплекса. Стратегией предусматривается разработка и реализация ряда целевых программ, отдельных проектов и обеспечивающих (непрограммных) меропри- ятий, нацеленных на эффективное решение системных социально- экономических проблем, экономической, оборонной и экологической безопас- ности страны, способствующих созданию долговременных условий для устой- чивого развития предприятий химического комплекса и повышение их конку- рентоспособности с учетом развития глобальных рынков в условиях открыто- сти экономики. Предприятия химической промышленности потребляют около 16 % энер- горесурсов всех предприятий промышленности, причем 70 % из них идет непо- средственно на технологические процессы. Наибольший расход энергоресурсов приходится на производство аммиака, желтого фосфора, метанола, карбамида, пластмассы, каустической соды, хлора, азотной кислоты. 18 Крупные потребители энергоресурсов – азотнотуковые заводы. На азот- нотуковом заводе (АТЗ) первоначально синтезируют простейшее химическое соединение азота с водородом – аммиак, затем перерабатывают его в более сложные химические соединения азота. Технологические схемы АТЗ различа- ются способами получения водорода и приготовления азотноводородной смеси. Конечной продукцией АТЗ являются аммиачная селитра, карбамид и слабая азотная кислота. Исходным сырьем служат природный газ и воздух. Основные энергоносители – электроэнергия, пар, вода. Электроприемники завода: порш- невые и центробежные компрессоры, насосы, вентиляторы. В табл. 1. приведе- ны характеристики потребления энергоресурсов при производстве соединений связанного азота на АТЗ. Таблица 1 Потребление энергоресурсов в производстве химических продуктов на АТЗ Производство Годовая произво- дительность, тыс. т Часовое потребление энергоресурсов Электро- энергия, тыс. кВт / ч Пар, т Газ, тыс. м 3 Вода, тыс. м 3 Аммиак 170 33,0 10,0 20,0 11,0 Карбамид 70 2,5 15,0 – 1,8 Слабая азот- ная кислота 190 8,5 6,0 – 4,1 Аммиачная селитра 300 0,5 14,0 – 2,0 Крупными потребителями электроэнергии являются заводы по выпуску фосфора из природных фосфатов путем восстановления углеродистыми мате- риалами в рудно-термических трехфазных печах мощностью до 100 МВА. Энергозатраты в производстве фосфора составляют 13 800–15 100 кВт·ч/т. В химической промышленности основными направлениями энерго- и ре- сурсосбережения являются: 1) повышение КПД печей путем внедрения теплоутилизационного обо- рудования, замена устаревших горелочных устройств, усиление теплоизоляции, 19 оптимизация режима горения на основе оснащения печей средствами автома- тического контроля и управления режимом горения; 2) комбинирование технологических процессов, применение новых вы- сокоэффективных катализаторов и экстрагентов; 3) модернизация действующих технологических установок; 4) комбинированное производство электроэнергии и тепла с использова- нием газотурбинных ТЭЦ; 5) плановая замена действующих агрегатов крупнотоннажных произ- водств аммиака на агрегаты нового поколения АМ-80, АМ-85 и АМ-90; 6) совершенствование технологических процессов производства калий- ных удобрений, апатитового концентрата, желтого фосфора, капролактама, карбамида, серной кислоты и других продуктов; 7) ввод высокопроизводительных агрегатов АК-72, АК-72М по произ- водству слабой азотной кислоты. 1.2.2 . Нефтехимическая промышленность Одной из самых важных отраслей химической промышленности является нефтехимическая промышленность. Данная отрасль занимается производством синтетических материалов и различных изделий, используя для этого продукты переработки нефти. На предприятиях нефтехимической промышленности про- изводятся такие виды материалов, как каучук синтетический, сажа, полиэтилен, пропилен, этилен, бытовая химия и моющие средства, удобрения. То есть все, чем человек уже давно привык пользоваться в повседневной жизни. В нефтехимической промышленности основным направлением энерго- и ресурсосбережения является техническое перевооружение производств бути- ловых спиртов, синтетического каучука, этилена, пропилена со снижением удельных расходов природного газа. План развития газо- и нефтехимии России на период до 2030 года, утвер- жденный приказом Минэнерго России от 1 марта 2012 г., определяет основные стратегические цели, а также направления, механизмы и инструменты их до- стижения на базе реализации крупных инвестиционных проектов по переработ- 20 ке легкого углеводородного сырья в крупнотоннажную продукцию нефтегазо- химии. В ходе разработки Плана развития газо- и нефтехимии России на период до 2030 года была выявлена основная проблема отрасли – избыток нефтегазо- химического сырья (сжиженные углеводородные газы, нафта, этан) и высокий потенциал роста спроса на нефтегазохимическую продукцию при явном дефи- ците мощностей для производства базовых мономеров этилена и пропилена – пиролизов. В соответствии с Планом в период с 2010 по 2030 годы планируется активное строительство и расширение пиролизных мощностей в 4,8 раза по этилену (табл. 2). Таблица 2 Количество крупных пиролизных мощностей и мощностей по дегидрированию, намечаемых к вводу в России (более 500 тыс. т/год по этилену или пропилену)* Предприятие / название комплекса Количество мощностей Год ввода Мощности по этилену, тыс. т. ООО «Тобольск-Полимер» 1 2013 г. 500 ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» 1 2016 г. 700 Саянский ГХК 1 2016 г. 610 Каспийский ГХК 1 2016 г. 600 ООО «Тобольск-Нефтехим» 1 2017 г. 1200. Балтийский НХК, Ленинград- ская область 2 2018– 2019 гг. 3050 ОАО «Нижнекамскнефтехим» 1 2020 г. 1000 Всего 8 2010−2020 гг. 7660 *При условии реализации всех заявленных в Плане проектов. В настоящее время (2010 г.) в России действует одна установка мощностью 600 тыс. т/год на ОАО «Нижнекамскнефтехим». Развитие мощностей отечественной нефтегазохимии в Плане до 2030 года предполагается осуществлять в рамках шести кластеров: Волжского, Западно- Сибирского, Каспийского, Восточно-Сибирского, Дальневосточного и Северо- Западного. Кластеры размещены вблизи источников сырья и/или рынков сбыта. 21 Создание кластеров позволит добиться сокращения затрат на логистику сырья и сбыт готовой продукции, экономии капитальных и операционных затрат, а также сбалансированного развития мощностей по производству и переработке нефтегазохимической продукции, прежде всего – этилена. Полным ходом идут крупные стройки по трем проектам: производства полипропилена в Тобольске, АБС-пластика в Нижнекамске, поливинилхлорида в Кстово. Еще пять крупных инвестиционных проектов находятся на стадии де- тального проектирования и/или закупки оборудования: ШФЛУ-провод от Пу- ровска до ООО «Тобольск-Нефтехим», строительство Каспийского газохимиче- ского комплекса ОАО «НК «ЛУКОЙЛ», строительство Восточной нефтехими- ческой компании ОАО «НК «Роснефть» в Приморском крае, расширение мощ- ности пиролиза на площадке «Ангарского завода полимеров», строительство нового производства полистирола на ОАО «Нижнекамскнефтехим». Проекты Западно-Сибирского кластера (Ленинградская область) пока находятся на этапе проработки. Их можно отнести ко «второй волне» инвести- ционных проектов с планируемым окончанием реализации к 2020 году. В случае реализации всех проектов, заявленных в Плане, российская нефтегазохимическая отрасль к 2030 году сделает качественный скачок вперед (табл. 3) Таблица 3 Динамика потребления основных видов нефтегазохимической продукции на душу населения в России, кг/чел. Наименование продукции 2009 г. 2010 г. 2015 г. 2020 г. 2025 г. 2030 г. Целевое значение плана на 2030 г. Синтетические смолы и пластмассы* 19,5 22,9 34,5 53,2 62,0 68,9 > 60 Синтетические каучуки 1,5 1,8 2,3 2,8 3,4 4,1 > 3,5 * Включает полиэтилен, полипропилен, полистирол и сополимеры стирола, поливинилхлорид и сополимеры винилхлорида, АБС-пластики и поликарбонат. 22 1.2.3 . Нефтяная промышленность Нефтяная промышленность – отрасль экономики, занимающаяся добы- чей, переработкой, транспортировкой, складированием и продажей природно- го полезного ископаемого – нефти – и сопутствующих нефтепродуктов. Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности производят топливо для двигателей и самолетов, дизельное топливо, мазут, сжиженный нефтяной газ, смазочные масла и сырье для химических заводов. Сырая нефть очищается до нафты, которая служит сырьем для производства ацетилена, ме- танола, аммиака и многих других химических продуктов. Современные нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) состоят из отдель- ных комплектных технологических установок, количество которых определяет годовую производительность НПЗ. Производительность крупных НПЗ достига- ет 20 млн т/год. В зависимости от выбранной структуры потребления нефте- продуктов может меняться технологическая схема НПЗ. Так, применяя различ- ные технологические схемы НПЗ, можно изменять глубину переработки нефти, т. е. получать, например, выход мазутов 15–45 % (по весу от количества пере- рабатываемой нефти). Имеются электроприемники общезаводского характера, из которых наиболее мощными являются блоки оборотной воды с насосными станциями мощностью несколько тысяч киловатт и товарно-сырьевая база с многочисленными насосами. Около 50 % себестоимости продукции НПЗ составляют затраты на энер- горесурсы. Основными потребителями энергии являются дистилляционные, отпарные и разделительные колонны, где сырая нефть разделяется на ряд ко- нечных продуктов. 50 % потребляемой энергии идет на колонны первичной фракционной дистилляции (она расходуется для нагрева сырой нефти и полу- чения пара, используемого в колонне). Еще 35 % энергии потребляется в уста- новке для конверсии, а остальные 15 % – для конечной обработки продукции. Показатели, отражающие потребление энергии в процессах нефтепереработки, приведены в табл. 4. 23 Таблица 4 Показатели технологических установок в процессах нефтепереработки Наименование Произво- дитель- ность, тыс. т/год Установ- ленная мощность, кВт Вторичная перегонка бензина 1000 1646 Каталитический крекинг 2000 2717 Термический крекинг 750 910 Каталитический риформинг однопоточный 750 8674 Каталитический риформинг двухпоточный 450 893 Азеотропная перегонка 300 6159 Сернокислотная очистка вторичной перегонки 300 7359 Гидроочистка дизельного топлива 150 500 Непрерывное коксование в необогреваемых камерах 50 254 Контактное коксование 700 5340 Газофракционирование 300 5338 Сероочистка газа 500 2013 Сероочистка сухого газа 400 1164 Сернокислотное алкилирование 35 159 Полимеризация пропан-пропиленовой фракции 160 196 Депарафинизация 125 3897 Депарафинизация сдвоенная 250 9615 Обезмасливание газа 160 4316 Контактная очистка масел 330 554 Производство строительных и дорожных битумов – 554 Производство катализатора для каталитического крекинга – 5658 Производство катализатора для гидроочистки – 1701 Производство присадок 6,64 180 24 В нефтяной промышленности в качестве приоритетных направлений в области энерго- и ресурсосбережения выделены следующие: 1) утилизация попутного нефтяного газа, в настоящее время сжигаемого в факелах 912 млрд. м 3 в год; 2) создание и широкое применение блочно-комплектных автоматизиро- ванных газотурбинных теплоэлектроцентралей, работающих на сырой нефти и попутном нефтяном газе, в сочетании с котлами-утилизаторами, блоками по за- качке в пласт дымовых газов с целью повышения их нефтеотдачи; 3) создание и внедрение парогенераторов и водогрейных котлов, специ- ально приспособленных для работы на сырой нефти или попутном нефтяном газе для выработки тепла с целью его закачки в продуктивные пласты для по- вышения их нефтеотдачи. 1.2.4 . Газовая промышленность Основная задача газовой промышленности – добыча и разведка природ- ного газа, газоснабжение по газопроводам, производство искусственного газа из угля и сланцев, переработка газа, использование его в различных отраслях промышленности и коммунально-бытовом хозяйстве. В газовой промышленности энерго- и ресурсосбережение планируется осуществлять за счет: − технического перевооружения газотранспортных систем с заменой низкоэкономичных газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным при- водом на высокоэкономичные с КПД 36–43 % (в комплекте с теплоис- пользующим оборудованием); − внедрения низконапорных технологий транспорта газа; − широкого применения эффективных систем управления и антипом- пажного регулирования; − совершенствования системы измерения расхода газа; − внедрения высокоэффективного утилизационного оборудования, в том числе регенераторов, подогревателей газа и теплообменников; 25 − использования парогазовых установок для приводов нагнетателей газа и электрогенераторов; − углубления комплексной переработки газа с извлечением ценных компонентов: серы, этана, пропан-бутана, гелия, водорода, и др.; − увеличения на 15–20 % доли электропривода в системе транспорта га- за, внедрение регулируемого привода; − применения газорасширительных турбин на газораспределительных станциях и пунктах магистральных газопроводов для производства до- полнительной электроэнергии без дополнительных затрат топлива; − снижения удельного расхода газа на собственные нужды на 20–25 % − использования вторичных энергоресурсов газокомпрессорных стан- ций на цели теплоснабжения. 26 2. УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГО- И РЕСУРСОПОТРЕБЛЕНИЕМ 2.1. Системы энергоснабжения промышленных предприятий Половина потребляемого промышленностью топлива и более трети элек- троэнергии преобразуется на специальных станциях и установках в энергетиче- ский потенциал разнообразных энергоносителей (теплоту пара и горячей воды, энергию сжатого воздуха, кислорода, технического холода и т. д.), применяе- мых в технологических комплексах предприятия. Остальная часть топлива и электроэнергии используется в технологических комплексах непосредственно. Система энергоснабжения промышленного предприятия – это единый, взаимосвязанный технологический и экономический комплекс, включающий: − сооружения и установки, обеспечивающие прием, трансформацию и аккумуляцию энергоресурсов и энергоносителей от районных или объ- единенных энергоснабжающих предприятий; − энергетические станции и установки предприятий для централизован- ной выработки необходимых потребителям предприятия энергоресурсов и энергоносителей, их трансформации и аккумуляции (ТЭЦ, котельные, насосные, компрессорные, воздухоразделительные станции и т. д.); − утилизационные установки и станции, производящие энергоносители за счет использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) техно- логического комплекса предприятия; − трубопроводные и иные подсистемы, обеспечивающие транспорти- ровку к потребителям предприятия и распределение между ними энерго- носителя и энергоресурсов, произведенных его энергетическими станци- ями и утилизационными установками, а также полученных со стороны энергоснабжающих организаций. На большинстве промышленных предприятий в состав системы энерго- снабжения в качестве подсистем входят системы паро- и теплоснабжения, снабжения твердым и жидким топливом, газоснабжения, электроснабжения, водоснабжения. Во многих отраслях промышленности к ним добавляются си- 27 стемы воздухоснабжения, обеспечения продуктами разделения воздуха (кисло- родом, азотом и др.), кондиционирования воздуха, хладоснабжения и др. Энергетические станции и установки промышленных предприятий про- изводят несколько видов энергоносителей или производят одни, а потребляют другие энергоносители, связывая подсистемы друг с другом и тем самым ока- зывая влияние на режимы и показатели работы каждой из них. Связи между подсистемами возникают и через те технологические аппараты и установки, ко- торые потребляют энергоносители из одних подсистем, а произведенные за счет ВЭР в утилизационных установках иные энергоносители направляют к их потребителям через другие подсистемы. Энергетические процессы могут быть разделены на силовые, тепловые, электрохимические, электрофизические и освещение. К силовым процессам относятся процессы, на которые расходуется меха- ническая энергия, необходимая для привода различных механизмов и машин (насосов, вентиляторов, компрессоров, дымососов, металлорежущих станков, подъемно-транспортного оборудования и т. д.). Тепловые процессы – процессы, расходующие тепло различных потенци- алов. В зависимости от температуры протекания выделяют высокотемператур- ные, среднетемпературные, низкотемпературные и криогенные процессы. Высокотемпературные процессы осуществляются при температуре выше 500 °С. Различают термические процессы (термообработка, нагрев под прокат- ку, ковку, штамповку, плавление металлов) и термохимические процессы (про- изводство стали, ферросплавов, выплавка чугуна, никеля, производство стекла, цемента и т. п.). Среднетемпературные процессы осуществляются при температуре 150–500 °С (сушка, варка, выпаривание, нагрев, мойка). Низкотемпературные процессы осуществляются при температуре ниже 150 °С (отопление, горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха и др.). Криогенные процессы происходят при температуре ниже –150 °С (разде- ление воздуха на составляющие, ожижение и замораживание газов и др.). 28 Электрохимические и электрофизические процессы осуществляются при использовании электрической энергии. К ним относятся электролиз металлов и расплавов, электрофорез, электронно-лучевая и светолучевая обработка метал- лов, плазменная и ультрафиолетовая обработка металлов и др. В связи с постоянно растущими ценами на энергоресурсы в последнее время существенно возросла роль энергетики в экономике предприятия. При- обретение современных навыков управления энергетикой единичного агрегата, цеха, группы цехов, промышленного предприятия жизненно необходимо. |