Экономия электрической энергии при эксплуатации оборудования

По сравнению с другими  энергоносителями электрическая энергия позволяет снизить затраты туда, повысить его производительность, культуру, технический уровень, улучшить качество продукции и уменьшить загрязнение окружающей среды.

 

Электроустановки сопротивления  прямого и косвенного нагрева

Электротермические установки  по принципу работы подразделяют на аппараты непрерывного и периодического действия. В установках периодического действия последовательно чередуются операции загрузки нагреваемого материала, нагрева до конечной температуры и выгрузки.

По принципу нагрева установки  подразделяют на приборы прямого  и косвенного действия, В свою очередь, установки косвенного действия отличаются одни от других способом теплопередачи. Есть контактный, конвективный, лучистый и смешанный способы теплопередачи.

Электронагрев можно проводить разными способами: сопротивлением, электрической дугой, индуцированными токами, токами электрического смещения, инфракрасным излучением.

К установкам сопротивления  прямого электронагрева относят электродные водонагреватели, паровые котлы и парогенераторы, пастеризаторы, кормозапарники, стерилизаторы почвы.

К установкам косвенногоэлектронагрева относят элементные водонагреватели, калориферы, электрические печи, электрообогреваемые полы, инфракрасные обогреватели.

Расход электроэнергии (кВт·ч) на нагрев воды в электродных нагревателях

 

,

 

где а₀— среднечасовой расход энергии на покрытие суммарных потерь тепла, кВт·ч; τ — продолжительность работы аппарата, ч; а₁ — полезный расход энергии на нагрей воды, кВт·ч; V — объем рабочей камеры нагревания, м³; t₁ — начальная температура воды, °С; t₂— конечная температура воды, °С.

Потери энергии зависят  от слоя теплоизоляции рабочей камеры водонагревателя. Показателем состояния теплоизоляции может служить температура его корпуса. Теплоизоляцию можно считать удовлетворительной, если корпус снаружи нагрет не выше 20...25^oC.

За последние годы широкое  распространение получили электродные водогрейные котлы типа КЭВ, КЭВЗ, ЭЗП. Они предназначены для обогрева помещений и получения горячей технологической воды при работе в первичном контуре теплообменник) аппарата. Открытый водозабор из котлов КЭВ возможен лишь при условии предварительной водоиодготовки или при использовании воды с температурой не выше 60°С. Расход электроэнергии в таких котлах зависит от качества воды. Номинальная мощность котла рассчитана на воду с удельным электрическим сопротивлением 1000...3000 Ом·см при 20°С. При большем удельном сопротивлении воды мощность котла резко снижается. Например, котел КЭВЗ-0,4 номинальной мощностью 25 кВт при использовании воды сопротивлением 5000 Ом-см потребляет всего 5 кВт с соответствующим уменьшением производительности.

С целью рационального  и экономного расходования электроэнергии котлы КЭВ агрегатируют с баками-аккумуляторами горячей воды (рис. 3). Котел и бак устанавливают на разных уровнях так, чтобы вода, нагретая в котле, поступала в бак за счет естественной циркуляции.

 

Рис. 3. Установка с проточным  водогрейным котлом и баком-аккумулятором горячей   воды:

1 — изолирующие вставки; 2 — водогрейный котел; 3 — трубопровод горячей воды; 4 и 8 — вентили;

5 — бак-аккумулятор; 6 — бачок с регулятором уровня;7 — труба от водопроводной сети; 9 — терморегулятор

 

При использовании бака-аккумулятора удельный расход электроэнергии а (кВт·ч/м³°С)на нагрев воды определяют так:

 

a = P_cр/G,

 

где Р_ср — средняя за период нагрева воды в баке мощность котла, кВт; G— производительность котла, м³-°С/ч.

Производительность котла  находят по выражению

 

,

 

где V— объем бака-аккумулятора, м³; τ — общее время (ч) нагрева воды в баке от начальной t₁ до конечной t₂температуры, °С.

Количество нагретой воды, а следовательно, и выбор нагревательных установок должен строго соответствовать действующим нормам (табл. 12).

 

Таблица 12. Нормы расхода горячей воды и теплоты на молочных фермах

Процесс	Температура воды, °С	Нормы расхода горячей воды, л/гол		Нормы расхода теплоты, кДж/(гол сутки)
		в сутки	на 1 про- цедуру
Подмывание вымени	40	3,0	1,0	440
Промывка доильных аппаратов	50...80	5,34	150	1000
Мытье фляг	70	1,66	20	452
Мытье   молочной  автоцистерны	70	0,55	150	147
Мытье молочных танков	80	3,0	300	943
Промывка   молокопроводов	60	4,4	130	1380
Промывка оборудования молочной	50	1,48	216	260

 

Отопление производственных помещений, в том числе и животноводческих, тепловую обработку кормов, пастеризацию молока, стерилизацию молочной посуды и почвы в теплицах ведут при  помощи паровых котлов. Эти котлы, как правило, производят пар низкого давления (20...40 кПа) с температурой 105...110°С. Мощность котла Р(кВт) определяют по формуле

,

 

где   G— производительность  котла,  кг/ч;   i— теплосодержание пара, кДж/кг; λ — теплосодержание конденсата, кДж/кг.

В практических расчетах суточную потребность пара определяют по удельным нормам расхода (табл. 13).

 

Таблица 13. Нормы расхода пара на выполнение технологических процессов

Процесс	Единица нормирования	Удельный рас- ход пара, кг
Запаривание: корнеклубнеплоды измельченная солома кормовые смеси	1 кг 1 кг 1  кг	0,16...0,2 0,4...0,5 0,3.0,4
Варка кормов	1 кг	0,3...0,4
Пастеризация молока	1 кг	0.12...0.1S
Пропаривание молочных фляг	1 шт.	О.2...0.25
Нагрев воды от 10° до 90°С	1 л	0,18-0,2
Отопление кормоцеха и  молочной	1 м3/сутки	0,5...0,75

В паровых котлах при работе по замкнутому циклу с возвратом конденсата для поддержания уровня содержания солей в воде периодически раз в несколько дней проводят продувку. При работе с разомкнутым циклом без возврата конденсата нарастание концентрации солей происходит очень быстро и для нормальной работы требуется ежедневная продувка котла. Каждая продувка связана с большими потерями тепла (кДж):

Q = Mi_к ,

где М — количество котловой воды, выбрасываем.ой при продувке, кг; i_к — теплосодержание котловой воды, кДж/кг.

Чтобы уменьшить потери энергии, связанные с продувками, следует предварительно умягчать воду и отдавать предпочтение режимам замкнутого цикла работы.

В сельском хозяйстве наибольшее распространение получил косвенный нагрев. Установки косвенного нагрева безопасны в эксплуатации, не требуют постоянного обслуживания, позволяют легко регулировать мощность нагрева. Нагреватель этих установок представляет собой высокоомное сопротивление, снабженное устройствами для электроизоляции, защиты от механического повреждения, крепления и подвода тока. Конструкции нагревателей весьма разнообразны и зависят, главным образом, от назначения и мощности. Открытые нагреватели применяют в электрических печах, электробрудерах, калориферах, обогревателях почвы в парниках. Закрытые нагреватели имеют кожух, защищенный от механических воздействий, нагреваемой среды, воздуха.

Трубчатые электронагреватели (ТЭН) чаще всего изготовляют герметическими. Их применяют в водонагревателях, калориферах, установках лучистого нагрева, электрообогреваемых полах и т. п. Промышленность выпускает ТЭНы мощностью от 15 Вт до 15 кВт, развернутой длиной от 250 до 6300 мм, наружным диаметром от 7 до 19 мм, номинальным напряжением от 12 до 380 В, в одно- или трехэлементном исполнении. Удельная нагрузка нагревания зависит от его условий работы, материала трубки и наполнителя (табл. 14).

 

Таблица 14. Допустимые нагрузки на трубчатые электронагреватели

Процесс	Материал трубки	Допустимые удельные нагрузки, Вт/см2
Нагревание и испарение воды	Нержавеющая сталь Х18Н10Т	9...11
Нагрев воды в спокойном состоянии	Сталь 10...12	1,2...1,8
Нагрев движущегося воздуха	Сталь 10...20	4,5...5,0
Подогрев молока	Сталь Х18Н10Т	1.5...2.0
Бытовые электроплитки	Сталь 10...20	5,0...7,0

 

На практике часто применяют  элементные водонагреватели-термосы типа ВЭТ и УАП. Водонагреватели ВЭТ используют для снабжения горячей водой сравнительно мелких разбросанных потребителей, где особо важны требования к электробезопасности. В водонагревателях-термосах тепловая изоляция обеспечивает длительное поддержание температуры нагретой воды. Электрическая схема аппарата обеспечивает его автоматическое отключение при достижении заданной температуры воды.

Водонагреватели УАП применяют  для подогрева воды в системах автопоепияживотных и полива растений в теплицах и парниках. Температура воды поддерживается автоматически.

Трубчатыми нагревателями  оснащены проточные водонагреватели  типа ЭПВ-2А. Их корпус имеет двойные металлические стенки. Производительность аппарата 120 л/ч при температуре воды 90°С, мощность 12 кВт. Схема автоматики позволяет вести двухпози-ционное регулирование температуры входной воды путем отключения и включения нагревателей.

Наличие совершенной автоматики включения и отключения электроводонагревателей с аккумуляцией тепла позволяет планировать их работу по принудительному графику в часы наименьших нагрузок энергосистемы. Привязка к конкретному технологическому процессу дает возможность снизить единичные мощности и повысить коэффицент использования автоматизированных электроводонагревательных установок.

Выпускаемые промышленностью нагревательные провода ПОСХП и ПОСХВ представляют собою стальную оцинкованную проволоку диаметром 1,1 мм, заключенную в полиэтиленовую (ПОСХП) или полихлорвиниловую (ПОСХВ) изоляцию с наружным диаметром соответственно 2,2 и 2,9 мм.  Оптимальные токи для этих проводов равны соответственно 7,8 и 9,2 А, а удельные мощности — 11 и 16 Вт на каждый метр длины.

В мастерских, на предприятиях Госкомсельхозтехники используют различные электропечи сопротивления. Расход электроэнергии (кВт·ч) в этих печах

 

Э = α₀τ + α₁g + α₂ ,

 

где α₀— среднечасовой расход энергии на покрытие суммарных потерь тепла, кВт·ч; α₁ — полезный расход электроэнергии на нагрев металла за 1 садку, кВт·ч; g — масса садки, т; α₂ — расход электроэнергии на нагрев тары, кВт·ч; τ — продолжительность нагрева, ч.

Снижение удельных расходов электроэнергии на термообработку может  быть обеспечено уменьшением тепловых потерь и улучшением теплоизоляции  печей, повышением их производительности, рационализацией электрических и технологических режимов работы.

Основные тепловые потери происходят через стенки и под печи. Если тепловая изоляция удовлетворительна, то при рабочей температуре 700...800°С температура кожуха печи не должна превышать 40°С, а при рабочей температуре 800...1200°С—50°С (рис. 4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Зависимость тепловых потерь  печи   от  температуры  ее кожуха:

1 — для кожуха, окрашенного  темной краской;  2 — для кожуха, окрашенного алюминиевой   краской

 

Известным резервом экономии энергии является устранение неплотностей в загрузочных дверцах, отверстиях для термопар, кирпичной кладке и т. п. Этим можно сэкономить за год на одной печи 15...20 тыс. кВт·ч.

 

 

Электросварочные установки

Установки электродугового нагрева широко используют при электросварке. В сельском хозяйстве электросварочное оборудование нашло распространение в ремонтных мастерских и в строительстве.

К основным параметрам электрической  дуги относят вольт-амперную характеристику, выражающую зависимость напряжения от тока (рис. 5). При сварке наибольшее значение имеет область II, когда напряжение дуги с увеличением тока почти не изменяется. Область III, отличающуюся увеличением напряжения при возрастании тока, используют при сварке под флюсом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Статическая вольт-амперная характеристика электрической дуги

 

Источниками сварочного тока могут быть сварочные трансформаторы напряжением 380/60...75 В, сварочные выпрямители, осцилляторы.

При ручной дуговой сварке удельный расход электроэнергии (кВт·ч/кг)

 

,

 

гдеС — коэффициент, учитывающий потери холостого хода источника питания. При переменном токе и при питании аппарата через сварочный трансформатор и отключении его на холостом ходуС = 1. На постоянном токе C = l,17; U— напряжение сварочной дуги, В; k_n— коэффициент наплавки. При электросварке на переменном токе электродами с толстым покрытием k_n= 6...18 г/(А·ч); η — к.п.д. источника питания.