Экономия электроэнергии.

Сушилки классифицируют по ряду признаков: а) по способу подвода тепла (конвективные, контактные, терморадиационные, высокочастотные и сублимационные); б) по сушильному агенту (воздушные, газовые, паровые); в) по давлению (атмосферные и вакуумные); г) по способу организации (периодические и непрерывные); д) по направлению потоков (прямоток, противоток, перекрестный ток).

К конвективным сушилкам относятся камерные, туннельные, ленточные, петлевые, барабанные, с псевдоожиженным слоем, распылительные, пневматические, аерофонтанные, с виброожиженным слоем.

Камерные сушилки – аппараты периодического действия. Они применяются для сушки небольшого количества материала. Представляют собой герметичные камеры, в которых материал располагается на сетках, противнях и т.д. Несмотря на простоту, камерные сушилки низкопроизводительны, требуют много ручного труда. Используются, например, для сушки красителей.

Туннельные сушилки – длинные камеры, в которых медленно передвигается по рельсам ряд вагонеток с материалом. Нагретый воздух движется в камерах прямо- или противотоком. В них ручного труда меньше, чем в камерных, но они тоже низкопроизводительны. Применяются, например, для сушки керамических изделий.

Неравномерность сушки, обусловленнаянеподвижностью слоя материала, практически устранена в барабанных сушилках. Материал, поступающий в барабан из дозирующего питателя, благодаря наклону и вращению барабана непрерывно перемещается по длине барабана. Из выгрузочной камеры барабана материал попадает на транспортный шнек. Барабанные сушилки используются для сушки кусковых, зернистых и порошкообразных материалов (минеральных солей и т.д.).

Многие описанные сушилки в последние десятилетия вытесняются сушилками с псевдоожиженным слоем материала. Ожижающим агентом служит воздух или его смесь с топочными газами. Этим аппаратам характерны простота устройства и высокая интенсивность. Псевдоожиженный слой применяется не только для зернистых материалов, но и для концентрированных растворов и пастообразных веществ. Но при этом используется инертный материал (песок, стеклянные шарики и т.д.).

Высокой интенсивностью отличаются пневматические сушилки, применяемые для удаления свободной влаги из сыпучих материалов.

Для обезвоживания растворов и разбавленных тонкодисперсных суспензий применяются распылительные сушилки, в которых материал диспергируется в потоке нагретого воздуха. Способ может быть использован для термолабильных материалов.

В контактных сушилках тепло материалу передается при его контакте с обогреваемой металлической стенкой. В качестве греющего теплоносителя применяют в основном водяной пар, реже – газы и высококипящие жидкости.

Контактные сушилки применяют в основном для улаления из материала органических растворителей, а также для сушки тонкодисперсных суспензий, пастообразных веществ, тканей и т.д.

Используются, например, вакуум-сушильные шкафы, гребковые вакуум-сушилки, одно- и двухвальцовые сушилки, барабанные контактные сушилки.

Экономия электроэнергии.

1. Оптимизация системы электроснабжения.

Совокупность электроустановок, которые предназначены для обеспечения электрической энергией различных потребителей, называется системой электроснабжения.

Система электроснабжения это комплекс инженерного оборудования и сооружений, которыми являются распределительные сети, трансформаторные подстанции, электрооборудование (системы наружного освещения, станки, насосы и др.).

Потребителями электрической энергии обычно являются электроприемник (агрегат, аппарат, или механизм, который предназначен для преобразования электрической энергии в другой вид энергии), либо группа электроприемников.

Вырабатываемая электростанциями электрическая энергия поступает к потребителям через систему взаимосвязанных передающих, распределяющих и преобразующих электроустановок. При этом передача электроэнергии происходит по воздушным сетям (линиям электропередачи) с напряжением 35, 110, 150, 220 кВ и до 1150 кВ по шкале номинальных напряжений, которая утверждена ГОСТом. Пример принципиальной схемы передачи и распределения электроэнергии в электрических сетях показан на рис. 1.

Рис. 1. Пример принципиальной схемы передачи и распределения

электроэнергии в электрических сетях

ТП-трансформаторные подстанции; Г1,Г2-генераторы;

РП-распределительный пункт

Необходимо отметить, что электрическая энергия, которая вырабатывается генераторами электростанции, обычно имеющими номинальное напряжение 10-15 кВ, далее поступает в трансформаторы, где ее напряжение повышается обычно до 220 кВ. После этого эта электрическая энергия поступает на сборные шины открытой подстанции этой электростанции. Затем, при помощи ЛЭП, обычно напряжением 220 кВ, электрическая энергия поступает на шины 220 кВ понижающей подстанции, которая может быть связана с помощью ЛЭП также и с другими электростанциями.

На понижающей подстанции с помощью трансформаторов напряжение электрической энергии обычно понижается с 220 кВ до 6 или 10 кВ, причем с этим напряжением электрическая энергия поступает к распределительному пункту.

От распределительного пункта электрическая энергия поступает к подстанциям с силовыми трансформаторами, которые понижают напряжение обычно до 380 или 220 В, а далее эта электроэнергия поступает к потребителям.

Полная электрическая мощность, активная электрическая мощность и реактивная электрическая мощность.Полная электрическая мощность представляет собой максимальную мощность электрического тока, которая может быть использована потребителем электроэнергии. Активная электрическая мощность это мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока (источнику электроэнергии) нагрузки, имеющей активное (омическое) сопротивление.

Электрическое сопротивление, например, электрической цепи равно отношению напряжения (U), приложенного к этой цепи, к току (I), протекающему по этой цепи. При большом сопротивлении электрической цепи, прилагаемое к ней напряжение будет большим, а ток маленьким, а при малом сопротивлении электрической цепи, прилагаемое к ней напряжение будет маленьким, а ток большим.

Если нагрузка имеет только активное сопротивление (лампы накаливания, нагревательные приборы), то активная мощность будет равна полной мощности. Полная мощность непосредственно связана с активной и реактивной мощностями. Полная электрическая мощность равна:

S=U х I х cоs f.

Коэффициент активной мощности (cоs f) представляет собою отношение активной мощности к полной мощности.

Чем больше индуктивность или емкость включенного в электрическую сеть потребителя, тем большая доля полной мощности приходится на ее реактивную составляющую. С увеличением индуктивности или емкости нагрузки коэффициент активной мощности уменьшается и величина фактически используемой активной мощности снижается.

Приведем пример расчета коэффициента активной мощности (cоs f).

cоs f = Р (активная мощность в Вт) / S (полная мощность в В^.А).

Например, cоs f= 16000 Вт/ 20000 В^.А = 0,8.

Обычно значение cоs f указано в технических характеристиках конкретного потребителя электрической энергии.

Непроизводительные потери электроэнергии и мероприятия по сокращению этих потерь. Работа системы электроснабжения связана с наличием непроизводительных потерь электроэнергии, причем в ряде случаев эти потери составляют 10-20 %. В связи с постоянным ростом тарифов на электроэнергию целесообразен для потребителей выбор технологий, устройств или оборудования, которые позволят снизить эти потери.

Следует отметить, что поставщику электроэнергии не важно, что часть активной мощности преобразуется у потребителя в реактивную мощность и поэтому процент эффективного использования потребителем электроэнергии этой электроэнергии существенно уменьшается. Реактивная мощность (потери электроэнергии) наряду с активной мощностью учитывается поставщиками электроэнергии и следовательно подлежит оплате по действующим тарифам, причем составляет значительную часть счета за электроэнергию (в ряде случаев эти потери составляют 10-20 %).

При эксплуатации электрооборудования обычно возникают у потребителей существенные потери активной мощности. Это происходит в результате использования потребителями электроэнергии в промышленности и сельском хозяйстве неэффективного по своей конструкции электрического оборудования, причем даже у лучших образцов этого оборудования, а именно электродвигателей насосов, вентиляторов и компрессоров, различных станков, сварочного оборудования и другого оборудования, имеющего высокую индуктивную или емкостную составляющию мощности (индуктивную или емкостную нагрузку) с низким соs f. Кроме того, например, при прямом пуске асинхронного электродвигателя, большой пусковой ток вызывает резкое снижение напряжения в электрической сети, что приводит к увеличению скольжения остальных работающих электродвигателей.

Следует отметить, что имеются и потребители электроэнергии (например, лампы накаливания, нагревательные приборы), которые не имеют потерь активной мощности, а имеют только активную нагрузку с соs f=1.

Примеры соs f у различного электрооборудования.

Асинхронные электродвигатели - соs f=0,8.

Асинхронные электродвигатели при неполной загрузке (частом холостом ходе) - соs f=0,5.

Сварочные трансформаторы - соs f=0,4.

Мероприятия по сокращению непроизводительных потерь электроэнергии необходимы следующие:

1. Выявление мест наибольшего значения потерь электроэнергии у потребителей.

2. Анализ причин повышенных потерь электроэнергии в этих местах.

3. Определение путей уменьшения этих потерь.

4. Выполнение необходимых мероприятий для сокращения непроизводительных потерь электроэнергии.

Компенсация реактивной мощности. Необходима компенсация, причем выполняемая самими заинтересованными в этом потребителями, реактивной мощности ими у себя, что гарантированно позволит им повысить процент использования активной мощности, а значит снижать свои потери и соответственно снижать потребление энергоносителей.

Для улучшения качества работы электрической сети применяются, как нерегулируемые устройства компенсации реактивной мощности, так и регулируемые устройства компенсации реактивной мощности, причем у каждого устройства (УКРМ) имеются свои сферы применения.

Нерегулируемые устройства компенсации реактивной мощности.

К нерегулируемым устройствам компенсации реактивной мощности относятся следующие устройства:

- БСК (батареи статических конденсаторов);

- реакторы;

- ФКУ (фильтрокомпенсирующие устройства);

- УПК (устройства продольной компенсации).

Регулируемые устройства компенсации реактивной мощности.

К регулируемым устройствам компенсации реактивной мощности относятся следующие устройства:

- УБСК (УФКУ) – управляемые батареи статических конденсаторов или управляемые фильтрокомпенсирующие устройства;

- ТУР (тиристорные управляемые регуляторы);

- СТК (статические тиристорные компенсаторы);

- активные фильтры (статические компенсаторы реактивной мощности с возможностью фильтрации высших гармонических составляющих тока.

Необходимо отметить, что основным нормативным показателем поддержания в электросети, причем как в целом в электросети, так и в ее отдельных узлах нагрузки, баланса активной мощности, является частота переменного тока и уровень напряжения, симметрия фаз. Поэтому необходимо применение дополнительного источника (устройства компенсации реактивной мощности), который будет осуществлять периодические накопления электроэнергии с последующим возвратом ее в сеть.

БСК (батареи статических конденсаторов). Следует отметить, что их применение приводит к появлению в электрической сети высших гармонических составляющих (ВГС), в результате чего могут возникать резонансные явления на одной из частот ВГС, что сокращает срок службы батареи статических конденсаторов. Поэтому их применение в электрических сетях, где имеются электрические приемники с нелинейными характеристиками неэффективно. Их целесообразно применять для индивидуальной компенсации реактивной мощности электроприемников, которые значительно удалены от электропитания. Подключаются параллельно нагрузке.

Реакторы. Эти устройства обычно применяются для компенсации емкостной (зарядовой) реактивной мощности в высоковольтной линии при передаче электроэнергии на большие расстояния и представляют интерес только для МРСК и. т. д.

ФКУ (фильтрокомпенсирующие устройства). Эти устройства представляют собой усовершенствованные БСК (батареи статических конденсаторов), благодаря дополнительному включению в схему реактора, который включен последовательно батарее статических конденсаторов. При этом реактор выполняет функцию настройки колебательного контура «БСК – реактор – внешняя сеть» на заданную частоту и функцию ограничения токов включения. Эти функции позволяет использовать ФКУ в электрических сетях с высоким содержанием ВГС (высших гармонических составляющих), причем осуществлять фильтрацию ВГС в электросети. Подключаются параллельно нагрузке.

УПК (устройства продольной компенсации). Эти устройства отличаются схемой установки, а именно тем, что конденсаторные батареи подключаются последовательно нагрузке, а не параллельно, как во всех остальных устройствах. Эти устройства используются в основном на ЛЭП, причем использование их экономически эффективно только на вновь сооружаемых объектах. Подключаются последовательно нагрузке.

УБСК (УФКУ) – управляемые батареи статических конденсаторов или управляемые фильтрокомпенсирующие устройства имеющие несколько ступеней регулирования. Эти устройства перспективны для использования в паре с автономными генерирующими установками (ДГУ и т. д.). Необходимо отметить, что их отличие состоит в том, что управляемые конденсаторные установки более эффективны при наличии переменной нагрузки. Если нагрузка, например, изменяется в течение суток, то оптимальный режим может поддерживаться с помощью этих устройств. Подключаются параллельно нагрузке.

ТУР (тиристорные управляемые регуляторы) и СТК (статические тиристорные компенсаторы). Эти устройства обычно используются там, где имеются жесткие требования к стабильности напряжения и его качеству, например, на городских и тяговых подстанциях. При этом тиристорные управляемые регуляторы генерируют индуктивную составляющую, а статические тиристорные компенсаторы индуктивную и емкостную составляющие. Недостатком этих устройств является их высокая стоимость. Подключаются параллельно нагрузке.

Активные фильтры (статические компенсаторы реактивной мощности с возможностью фильтрации высших гармонических составляющих тока). Они обладают свойствами такими же, как и у всех ранее описанных устройств. Эти устройства перспективны для использования. Подключаются параллельно нагрузке.

Технические средства компенсации реактивной мощности у электрооборудования потребителей обычно включают в себя соответствующее электрооборудование, в том числе позволяющее и снизить несимметрию фаз. В качестве основных способов коммутации в устройствах компенсации реактивной мощности обычно применяются устройства управляемые реле (управляемые конденсаторные установки) и управляемые тиристорами (управляемые конденсаторные установки).

Применение тиристорного управления обеспечивает высокое быстродействие работы КУ, отсутствие бросков тока в момент коммутации, и уменьшает старение конденсаторов.

Коммутация конденсаторов в управляемых конденсаторных установках обычно происходит в момент нулевого напряжения.

Пример дефектов трехфазного напряжения, связанных с высокой реактивной мощностью у электрооборудования потребителя электроэнергии показан на рис. 2.

Рис. 2. Пример дефектов трехфазного напряжения, связанных с высокой реактивной мощностью у электрооборудования потребителя электроэнергии

Необходимо отметить, что при выборе мест установки конденсаторных установок необходимо стремиться к подключению их под общий коммутационный аппарат с электроприемником потребителя электрической энергии, чтобы избежать дополнительных затрат на дополнительный аппарат.

В конденсаторных установках необходимо наличие фильтров высших гармоник (снижающих помехи и защищающих конденсаторы).

Реактивная мощность, которая может быть скомпенсирована, соответствует той мощности, которая указана в паспорте установки, а также должен быть указан шаг компенсации (минимальная величина приращения, на которую изменяется емкость включенных конденсаторов).

Следует отметить, что конденсаторные установки необходимо ставить при эксплуатации на обслуживание, например, силами местных электриков предприятия (это электрооборудование обычно находится в их зоне ответственности), что несколько снизит их экономическую эффективность.

Необходимо также отметить, что конкретные технические решения по внедрению конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности можно разрабатывать и реализовывать исходя из анализа конкретных технических заданий.

Частотно-регулируемый электропривод.Как уже отмечалось, значительной эффективности при орга­низации энергоснабжения на современном инновационном уров­не можно достичь при использовании энергосберегающего регу­лируемого электропривода с преобразователями частоты. При этом на асинхронных низковольтных либо синхронных высоковольт­ных двигателях расход энергии сокращается до 50 %. Возможно регулирование скорости двигателя как в диапазоне от близкой к нулю до номинальной, так и выше номинальной. Увеличивается срок службы двигателя и приводного механизма, достигается мяг­кий, программируемый пуск двигателя. Улучшается технологичес­кий процесс и качество продукции, появляется возможность ав­томатизации и управления от АСУ ТП, сокращаются трудозатра­ты при эксплуатации привода и др.

К областям применения подобных приводов относятся:

насосы (от подкачек до магистральных);

компрессоры, воздуходувки, вентиляторы систем охлаждения, тягодутьевые вентиляторы котлов;

рольганги, конвейеры, транспортеры и другие транспортиро­вочные устройства;

дробильное оборудование, мешалки, экструдеры;

центрифуги различных типов;

линии производства металлического листа, пленки, картона, бумаги и др.;

буровое оборудование (от насосного до спускоподъемного); устройства откачки нефти из скважин (станки-качалки, по­гружные насосы и др.);

краны (от тельферов до мостовых);

металлообрабатывающие станки, пилы, прессы и другое тех­нологическое оборудование.

В качестве примера приведем использование преобразователя ча­стоты на приводе водозаборной станции. В этом случае до 50 % со­кращается расход электроэнергии за счет автоматического поддер­жания необходимого давления воды при изменении объема потреб­ления, в 2 — 3 раза увеличивается срок службы двигателя, приводно­го механизма и электрокоммутационных устройств благодаря исклю­чению пусковых перегрузок по току, гидравлических ударов при пуске электродвигателя. Увеличивается срок службы трубопроводов, со­кращается расход воды из-за уменьшения потерь при избыточном давлении, сокращаются трудозатраты при эксплуатации в связи с увеличением межремонтных периодов электропривода.

Повышение эффективности и надежности энергоснабжения при использовании тиристорных преобразователей частоты для синх­ронных высоковольтных электродвигателей объясняется следую­щими причинами:

один преобразователь может быть использован для поочеред­ного или группового пуска нескольких электроприводных агрега­тов с синхронными двигателями;

пуск двигателя осуществляется плавно с токами меньше номи­нального значения, что не приводит к перегреву поверхности ро­тора, ударным механическим воздействиям на обмотки статора. Вследствие этого обеспечивается значительное увеличение ресур­са двигателя;

отсутствие ограничений по числу частотных пусков электро­приводного агрегата с синхронным двигателем от тиристорного преобразователя частоты. Экспериментально подтверждена возмож­ность 15 пусков в течение одного часа серийных двигателей и бо­лее 2 000 пусков в течение одного года без какого-либо ремонта ротора или статора;

остановка электроприводного агрегата за счет рекуперативно­го электрического торможения обеспечивает возврат электроэнер­гии в питающую сеть;

реализация режима стационарной точной синхронизации элек­троприводного агрегата с питающей сетью гарантирует надежное переключение двигателя в сеть без бросков тока и механических ударов;

снижение требований к высоковольтной линии, питающей предприятие, поскольку при пуске очередного электроприводно­го агрегата не происходит посадки напряжения в линии (пуско­вой ток в 5 —10 раз меньше по сравнению с реакторным);

мощность тиристорного преобразователя частоты, используе­мого для пуска разгруженного двигателя, составляет 20... 30 % но­минальной мощности электроприводного агрегата, что предоп­ределяет высокие технико-экономические показатели.

Эффективность использования тиристорных преобразователей частоты в составе частотно-регулируемого электропривода с син­хронными двигателями определяется не только перечисленными выше факторами, но и значительной экономией электроэнергии и расширением технологических возможностей, особенно в тех случаях, когда требуется большой диапазон регулирования часто­ты вращения электроприводного агрегата.

Целесообразен для потребителей выбор этих устройств, которые позволят снизить потери электроэнергии, которые в ряде случаев составляют до 20 %.

2. Выбор электрооборудования по экономическим критериям

Одним из способов повышения надежности работы электрооборудования является его правильный выбор. При выборе электрооборудования электроприводов необходимо учитывать: мощность необходимую для привода рабочей машины; исполнение электродвигателя; модификацию электродвигателя; устройство защиты электродвигателя.

В связи с массовостью применения электроприводов даже незначительные погрешности выбора, в конечном счете, приводят к огромному суммарному ущербу.

В настоящее время предлагаемые методики выбора электрооборудования предписывают строго рассчитывать их энергетические параметры. При этом особенности рабочих машин и условий эксплуатации учитываются приближенно. Это было оправдано на первом этапе развития электрификации, но сейчас, при возросших требованиях к электроприводу, требуется учитывать большое число факторов и связей.

Предлагаемая методика оптимального комплектования электроприводов может быть использована для выбора не регулируемых по частоте вращения асинхронных электродвигателей серии "4А" и аппаратуры управления ими. Кроме этого электродвигатели не должны иметь особых требований к пуску и торможению. Эта методика не заменяет рекомендации по выбору электрооборудования, предложенные в книгах:

- Мартыненко И. Н., Тищенко Л. Н. Курсовое и дипломное проектирование по комплексной электрификации и автоматизации.-М.:Колос, 1978.

- Проектирование комплексной электрификации/Под ред. Л. Г.Прищеп.-М:Колос 1983.

- Система ППРЭсх.-М.:Агропромиздат, 1987.

А дополняет их за счет учета более широкого круга факторов.