Меры по повышению энергетической эффективности производства в исправительных учреждениях


Федеральная служба исполнения наказаний Вологодский институт права и экономики












Н. Н. Стребков, Д. В. Титов




Меры по повышению энергетической эффективности производства в исправительных учреждениях




Практическое руководство
























Вологда
2017

УДК 658.5
ББК 65.24
    С84

           Рецензенты:
           И. Б. Федотовский - зам. начальника - начальник центра трудовой адаптации осужденных ИК-12 УФСИН России по Волог. обл.;
           А. А. Кольев - доц. каф. управления эконом, деятельностью в уголов.-исполн. системе ВИПЭ ФСИН России, канд. эконом, наук.





                Стребков, Н. Н.




 С84 Меры по повышению энергетической эффективности производства в исправительных учреждениях : практическое руководство / Н. Н. Стребков, Д. В. Титов ; Федер, служба исполн. наказаний, Вологод. ин-т права и экономики. - Вологда : ВИПЭ ФСИН России, 2017.-18 с.
           ISBN 978-5-94991-381-9



             В практическом руководстве отражены основные направления повышения энергоэффективности производства в учреждениях уголовно-исполнительной системы, приведена методика определения эффективности внедрения энергосберегающих мероприятий в производственные процессы.
             Руководство адресовано сотрудникам производственного сектора уголовноисполнительной системы, курсантам и слушателям инженерных специальностей образовательных учреждений ФСИН России.

УДК 658.5
ББК 65.24











ISBN 978-5-94991-381-9

       © ФКОУ ВО «Вологодский институт права и экономики Федеральной службы исполнения наказаний», 2017
                                © Стребков Н. Н., Титов Д. В., текст, 2017

                Введение





    Организация производства новых изделий предполагает не только разработку новых технологических процессов и применение новых технологических средств, но и изменение форм, методов организации производства и труда, приобретение новых профессиональных знаний и навыков сотрудниками и работниками, перестройку системы материально-технического снабжения производства.
    В этих условиях необходимо осуществить организационную подготовку производства, т. е. претворить в жизнь ряд мероприятий по перестройке производственных процессов на выпуск новой продукции. Комплекс работ, входящих в организационную подготовку производства, связан с решением задач внутрипроизводственного и внешнего характера. От качества выполнения этих работ во многом зависят уровень организации труда и производства, материальное обеспечение нового производства, общие технико-экономические показатели работы предприятия.
    Организационная подготовка производства представляет собой комплекс процессов и работ, направленных на разработку и реализацию проекта организации производственного процесса изготовления нового изделия, системы организации и оплаты труда, материально-технического обеспечения производства, нормативной базы внутризаводского планирования с целью создания необходимых условий для высокопроизводительного и ускоренного освоения и выпуска новой продукции требуемого качества.

3

                1.              Оценка энергоэффективности производственной деятельности в исправительных учреждениях





     В соответствии с Концепцией развития уголовно-исполнительно системы Российской Федерации до 2020 г., утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации № 1772-р от 14 октября 2010 г., планируется совершенствование производственно-хозяйственной деятельности уголовно-исполнительной системы, создание необходимых условий для трудовой занятости осужденных и повышение экономической эффективности их труда.
     Энергоэффективность технологических процессов на производственных объектах уголовно-исполнительной системы зависит от многих факторов: эффективности использования оборудования, применения ресурсосберегающих технологий, систем автоматики и контроля производственного процесса, квалификации спецконтингента, учреждения новых видов производств и др.
     В настоящее время эффективная производственная деятельность центров трудовой адаптации осужденных заключается в организации обеспечения своевременного выпуска конкурентоспособной продукции с применением новых энергосберегающих производств, снижением доли затрат на топливные, строительные ресурсы, используемые для внутрисистемных нужд уголовно-исполнительной системы.
     Согласно проводимой политике государства в области повышения энергоэффективности экономик различных отраслей энергосбережение становится главной задачей для субъектов и органов государственной власти.
     В Российской Федерации разработан рад нормативно-правовых актов, регулирующих вопросы энергосбережения:
     1.    Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ (ред. от 03.07.2016) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»;
     2.    Федеральный закон от 27.07.2010 № 190-ФЗ (ред. от 19.12.2016) «О теплоснабжении» (с изм. и доп., вступ. в силу с 03.03.2015);
     3.    Постановление Правительства Российской Федерации от 31.12.2009 № 1225 (ред. от 22.07.2013) «О требованиях к региональным и муниципальным программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности»;
     4.    Приказ Минэнерго России от 30.06.2014 № 399 «Об утверждении Методики расчета значений целевых показателей в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности, в том числе в сопоставимых условиях» (зарегистрирован в Минюсте России 28.07.2014 № 33293);

4

    5.     ГОСТ 31607-2012 «Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения».
    Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ содержит ряд определений, касающихся энергосбережения и повышения энергетической эффективности, приведем некоторые из них:
    энергетический ресурс - носитель энергии, энергия которого используется или может быть использована при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, а также вид энергии (атомная, тепловая, электрическая, электромагнитная энергия или другой вид энергии);
    вторичный энергетический ресурс - энергетический ресурс, полученный в виде отходов производства и потребления или побочных продуктов в результате осуществления технологического процесса или использования оборудования, функциональное назначение которого не связано с производством соответствующего вида энергетического ресурса;
    энергосбережение - реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в том числе объема произведенной продукции, выполненных работ, оказанных услуг);
    энергетическая эффективность - характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта, применительно к продукции, технологическому процессу, юридическому лицу, индивидуальному предпринимателю;
    класс энергетической эффективности - характеристика продукции, отражающая ее энергетическую эффективность;
    энергетическое обследование - сбор и обработка информации об использовании энергетических ресурсов в целях получения достоверной информации об объеме используемых энергетических ресурсов, о показателях энергетической эффективности, выявления возможностей энергосбережения и повышения энергетической эффективности с отражением полученных результатов в энергетическом паспорте.
     Приказом Минэнерго России от 30.06.2014 № 399 утверждена методика проведения энергетического обследования, цель которого заключается в следующем:
     1)     оценке технического совершенства установок (год выпуска, ремонта, совершенство принципа действия, техническое состояние, надежность работы, правильность эксплуатации и технического обслуживания);
     2)     выбранных и установленных режимов работы (степени загрузки относительно паспортных данных, температурных пределов, графиков расхода ресурса, согласованность с потребностями в ресурсе технологического объекта);

5

    3)     необходимости замены (ремонта) деталей, узлов, агрегатов на типовые или более совершенные (их модернизация).
    Для определения энергоэффективности того или иного производственного процесса его необходимо представить в виде модели, а затем определить потенциал энергосбережения - показатель сохранения подводимой к системе энергии (энергоресурсов), способность эффективно ее расходовать с минимальными потерями.
    Практически любой реальный объект или процесс окружающей среды может быть представлен моделью с определенным уровнем адекватности. Сведения об объекте уменьшают степень неопределенности знаний для получения о нем достаточной информации.
    Для построения модели объект (процесс) представляется в виде некой системы, функционирующей по определенному закону с набором входных и выходных параметров (см. рис. 1).



где X = {хь х₂,..хп} — вектор входных параметров;
Y = {уь у?,..ут} — вектор выходных параметров системы

Рис. 1. Структурная схема модели системы

     В рассматриваемом нами случае таковыми соответственно будут подводимая тепловая (электрическая) энергия (вход) и полезно расходуемая энергия (выход). Характеристики объекта, определяющие долю энергетических потерь, будут внутренними параметрами системы.
     Следовательно, качественный анализ параметров (мониторинг) объекта позволит оказать влияние на потенциал энергосбережения энергетической системы.
     Энергетический мониторинг объектов при определении потенциала энергосбережения может быть осуществлен с помощью приведенной ниже методики:
     1.     Для каждого технологического процесса деревообработки (пиление, фрезерование, шлифование, термодинамическая сушка пиломатериала и т.п.) составляется таблица действующих норм и стандартов энергопотребления на единицу площади, объема или другую физическую величину.
     2.     Проводится обследование процессов, составляется перечень применяемого оборудования.


б

     3.    Формируется перечень энергетических показателей эффективности использования энергоресурсов для каждого производственного объекта (технологического процесса):
     а) производственного освещения (Вт/люкс);
     б) обогрева помещения (тепловой КПД);
     в)    электропривода деревообрабатывающих станков (электрический КПД, коэффициент мощности («косинус фи»), неравномерность фаз, потребление активной и реактивной мощности и т.п.).
     4.    Строятся модели зависимостей показателей энергоэффективности оборудования и установок от мощности (производительности), срока эксплуатации, технического состояния оборудования.
     5.    Определяются значения расходов энергоресурсов по известным графикам работы и времени использования оборудования в сутки, за смену, год.
     Выявление резервов сокращения расхода энергии возможно путем разделения общего расхода по операциям, технологическим линиям, установкам. При этом накапливаются статистические данные однотипных объектов и строятся статистические ряды показателей расходов энергии.
     Известно, что состояние котельного оборудования, электроприводов машин и агрегатов, вентиляционных установок, отопительноосветительного оборудования и других объектов, а также установленные режимы их работы прямо влияют на расход энергии.
     Одним из основных объектов трудовой адаптации в ЦТАО учреждений является деревообрабатывающее производство. Примем его как объект исследования по энергетическим показателям.
     Реализацию резерва экономии энергии в процессах деревообработки следует рассматривать в следующей последовательности:
     1)    выполнение инструкций по эксплуатации деревообрабатывающих станков как наиболее энергозатратного оборудования;
     2)     принятие своевременных эксплуатационных мер для поддержания уровня проектных значений расходов энергоносителей (электрической и тепловой энергии);
     3)    выполнение технологических графиков и режимов работы энергопотребляющего оборудования деревообрабатывающих цехов (светильников, нагревателей, электроприводов, транспортных средств), строгое выполнение предусмотренной технологией продолжительности работы энергоустановок (профилактика раннего износа);
     4)     проведение профилактических и капитальных работ по ремонту технологического и энергетического оборудования, применение более совершенного оборудования деревообработки, имеющего более высокий КПД, например, деревообрабатывающих комплексов с микропроцессорным управлением и компьютерной оптимизацией процесса распиловки (оптимального выхода пиломатериалов);

7

    5)     внедрение передовых технологий деревопереработки, имеющих меньшие затраты энергии на единицу производимой продукции, с целью повышения КПД производства и оптимального использования энергии.
    С уверенностью можно говорить о положительных перспективах внедрения энергосберегающих технологий глубокой переработки древесины на базе ЦТАО учреждений уголовно-исполнительной системы.





                2. Применение энергоэффективных генераторов на биотопливе




    Рассмотрим проблему использования биотоплива из древесных отходов, процессы его получения и применения. Начнем с процесса сушки.
    Сушка древесины базируется в основном на двух физических процессах - движении воды внутри древесины от внутренних слоев к наружным и отдаче воды из древесины в окружающий воздух.
    После рубки в древесине находится «свободная» вода в клеточных полостях и «связанная» - в клеточных стенках. «Свободная» вода во время сушки испаряется достаточно быстро, так как движение ее наружу облегчено трубчатой структурой клеток. Отдача «связанной» воды, напротив, значительно медленнее, поскольку происходит только благодаря диффузии - движению водяного пара, обусловленному перепадами парового давления внутри клеточных соединений. Переход находящейся на поверхности древесины воды в воздух проводится при испарении.
     Во многих случаях кусковые древесные отходы можно использовать в качестве технологического сырья для изготовления материалов и отопления.
     При этом кусковые древесные отходы необходимо перерабатывать в щепу и не только при использовании в качестве технологического сырья, но и в качестве заводского топлива (биотопливо). Практически доказано, что наиболее интенсивно и эффективно сгорают отходы, имеющие размер от 20 до 100 мм, т. е. щепа. Эффективное сжигание больших древесных отходов не может быть достигнуто ввиду невозможности создания в топке достаточно плотного их слоя. Таким образом, продуктом первичной переработки кусковых древесных отходов должна быть технологическая щепа.
     В зависимости от целевого назначения и предъявляемых требований щепу подразделяют на технологическую и топливную.
     Для работы сушилки необходим теплогенератор, который вырабатывает необходимую энергию для процесса сушки. На заводах по производству биотоплива теплогенератор обычно работает на том же сырье, которое используется для производства готовых пеллет или брикетов. Чаще всего это древесные отходы - опилки, щепа. В хороших теплогенераторах сжигается кора и прочие отходы древесины.

8

     Для теплогенератора целесообразнее использовать наименее ценные отходы древесины - влажную щепу, которую получают из горбыля и других кусковых отходов. Известно, что более влажное топливо сложнее сжигать в топке котла.
     Зависимость расхода топлива в теплогенераторе мощностью 1 МВт от его исходной влажности приведена на рис. 2.


Влажность отн., %
Рис. 2. Зависимость расхода биотоплива из древесного сырья

с увеличением влажности

     В работе теплогенератора, особенно на топливе повышенной влажности, решающее значение имеет конструкция топки.
     Рассмотрим вихревую конструкцию топки (см. рис. 3).


Рис. 3. Конструкция вихревой топки

     Горение в ней происходит в потоке воздуха, когда поступающее топливо срывается, закручивается и горит в сильном воздушном вихре, создаваемом системой дутья.
     Такая конструкция топки не предназначена для работы с топливом влажностью выше 30 %, поскольку вихрь не раздувает мокрые опилки или щепу.
     Процесс горения в «кипящем» слое позволяет сделать генератор теплоты более эффективным. Основанный на этом принципе теплогенератор


9

имеет более сложную конструкцию, но вместе с тем может эффективно работать на топливе с повышенной влажностью (см. рис. 4).


Рис. 4. Топка, организованная по принципу «кипящего» слоя

     Слой топлива создается на сужающейся колосниковой решетке и продувается снизу специальной системой дутья. В верхней части топлива образуется т. н. «кипящий» слой, горение которого непрерывно.
     Наиболее эффективный процесс горения обеспечивает пиролизный теплогенератор, схема которого изображена на рис. 5.


Рис. 5. Пиролизный теплогенератор

     Кусковая древесина предварительно измельчается до размеров щепы и подается в топку посредством мощного шнека в зависимости от сигнала контроллера, обрабатывающего показатели датчиков температур.
     Процесс горения древесины изначально разбит на три стадии:
     1) испарение влаги вне процесса горения;
     2)     процесс пиролиза - выделение из древесины пиролизных газов с получением тепловой энергии;
     3)     горение древесной пыли - древесина превращается в уголь, который горит с высоким выделением энергии без внешнего пламени.


10