Исследование, разработка и внедрение энергосберегающей модели цикла промышленного производства керамического кирпича

Актуальность проблемы.

Энергетической стратегией России [33], на период до 2020 года в числе основных проблем называется проблема энергоэффективности работы промышленности.

Удельная энергоемкость экономики (ВВП) России более чем в 4 раза были выше, чем в Японии, в три раза выше, чем в развитых странах Европы и в 2 раза выше, чем США.

По оценкам различных специалистов, в России нерационально используется от 40 до 60% потребляемых топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), что составляет от 400 до 600 млн. т. условного топлива в год (ТУТ).

Поэтому требуется снижение удельной энергоемкости экономики путем улучшения использования имеющегося производственного потенциала с одновременным относительным снижением энергетических затрат при росте ВВП. Указывается, что это можно будет сделать за счет:

— снижения удельных энергетических расходов при догрузке имеющихся производственных мощностей;

— снижения энергоемкости за счет перераспределения доли услуг в обеспечении ВВП;

Доля энергоемких производств за счет энергосберегающей политики снизится, а не энергоемких возрастает.

Должно получить распространение технологическое энергосбережение за счет снижения потенциала энергосбережения. Здесь может произойти реализация идей за счет использования высокоэффективных технологий и организационных мероприятий. Указывается, что особенно много резервов в модернизации технологических процессов. Это связано еще и с тем, что модернизация обычно ведется тогда, когда достигнут полный моральный износ. В мировой практике выгодно это делать после окончания «экономического срока службы оборудования», который значительно меньше «технического срока» службы.

Отмечается, что необходимо обратить внимание на следующие вопросы:

— обеспечить устойчивое обеспечение населения экономики страны энергоносителями;

— повысить эффективность использования ТЭР и создать необходимые условия — для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития;

— уменьшить негативное воздействие энергетики на окружающую среду.

Это возможно только за счет реализации программных мероприятий, которые построены на основе системного и комплексного подхода к их разработке и осуществлению.

К ним можно отнести следующие тенденции:

1. приоритетность энергосбережения перед наращиванием объемов добычи и производства энергоресурсов;

2. включение в топливно-энергетический баланс (ТЭБ) страны и регионов заданий по экономии ТЭРиспользованию местных видов топливанетрадиционных источников энергии в качестве реального энергетического ресурса;

3. возвратность и самоокупаемость средств на энергосбережениереализация в инвестиционный ресурс стоимости сэкономленных топлива и энергииинвестирование краткосрочных и малозатратных энергосберегающих проектов со сроком окупаемости не более 1,5−2 лет;

4. установление нормативных стандартов таким образом, чтобы они регулировали энергопотреблениевведение штрафных санкций за невыполнение правил учета и правил энергопотребления;

5. развитие системы выделения лимитов для потребителей федерального и региональных бюджетов;

6. проведения обязательных энергетических обследований [4], [5] и энергоаудитавключение в бюджеты отдельных статей средств для финансирования проектов энергосбережения;

7. стимулирование создания специализированных энерго-сервисных организаций.

Таким образом, важным обобщающим показателем эффективности экономики страны является энергоресурсоемкость ее продукции.

Производство керамического кирпича является энергоемким процессом, поэтому техническое перевооружение (модернизация) — это один из существенных методов снижения энергоресурсопотребления для предприятий подобного цикла.

Негативное влияние на техническое перевооружение оказывает рост цен на энергоносители, в результате чего доля энергоресурсов в себестоимости продукции возрастает и снижается рентабельность (прибыль).

Поэтому в работе поставлена задача, разработать методику модернизации схемы энергоресурсопотребления производства для группы предприятий по производству керамического кирпича, которые подобны по технологическим условиям ведения теплотехнического процесса.

Цель работы.

Исследование, разработка и внедрение энергосберегающей модели цикла промышленного производства кирпича, по которой можно вывести предприятие на рациональный энергоресурсосберегающий режим функционирования.

Научная новизна.

Впервые разработана и реализована на практике функциональная математическая модель предприятия кирпичного производства, позволяющая на основе представления каждого блока предприятия в виде «преобразователя энергии», построить технологический процесс промышленной теплоэнергетической системы (ПТЭС) в виде последовательного ряда схем, указывающих направление оптимального преобразования энергии.

Практическая значимость.

Созданы функциональная модель, алгоритмы и программы в технологиях Microsoft Excel. [47], [70].

Определен потенциал энергосбережения для каждого блока и всего предприятия в целом. Найдены градиенты потенциала.

Предложена и реализована на практике методика модернизации энергетической схемы кирпичного завода, которая учитывает ограничения накладываемые реальными начальными и граничными условиями существования предприятия.

Разработан оригинальный комплекс технических решений, дающих устойчивое функционирование предприятия с одновременным накоплением инвестиций на реконструкцию теплоэнергетической системы.

Впервые сформулирован системный и комплексный подход, заключающийся во внедрении в плановом прогнозируемом режиме мероприятий по использованию первичных и вторичных энергоресурсов. Мероприятия включают: модернизацию процессов сушки кирпича-сырца в туннельных сушилах и в печах обжига, установку газо-водяного теплообменника и газо-поршневой электротепловой станции, выставление оптимальных режимов работы тепловых сетей предприятия и жилой зоны, перевод работы котельной на водогрейный режим.

Методы исследования.

Системный подход с применением процедур анализа и синтеза для каждого блока и всей энергетической системы предприятия в целом.

Достоверность научных положений и выводов.

Приведенные в диссертационной работе научные результаты и выводы получены путем сопоставления численного и натурного промышленного экспериментов. Эффективность полученных решений подтверждена их промышленным внедрением со значительным экономическим эффектом.

Основные положения, выносимые на защиту.

Системный подход и его применение для анализа работы теплоэнергетического хозяйства кирпичного производства.

Результаты численного экспериментального и теоретического исследования теплоэнергетических процессов, имеющих место при производстве керамического кирпича.

Концептуальная модель, позволяющая анализировать структурное представление промышленной теплоэнергетической системы кирпичного производства.

Оригинальная по набору структура теплоэнергетической схемы предприятия.

Методика преобразований, приводящая к технической организации энергосберегающего режима работы предприятия.

Апробация работы и публикации.

Основные положения работы, результаты теоретических и расчетных исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции. «Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов и систем». (Вологда, 2001 г.), II региональной межвузовской научно-технической конференции «Вузовская наука — региону». (Вологда, 2001), Всероссийской научно-практической конференции: «Инновационное развитие регионов: Механизмы формирования технологической политики». (Пенза, 2001 г.), III международной научно-технической конференции «Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах» (ИНФОТЕХ-2001).(Череповец, 2002 г.), III региональной межвузовской научно-технической конференции «Вузовская наукарегиону». (Вологда, 2002 г.), международной научно-технической конференции «Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений». (Вологда, 2003 г.), II общероссийской научно-технической конференции Вузовская наука региону. (Вологда, 2003), II общероссийской научно-технической конференции Вузовская наука региону. (Вологда, 2004 г.). По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. На основе анализа существующих технологических схем производства кирпича, литературного обзора и тезисов, сформулированных в энергетической стратегии развития России, в работе поставлена задача, исследовать, разработать и внедрить энергосберегающую модель цикла промышленного производства кирпича. По ней можно вывести предприятие на рациональный энергосберегающий режим функционирования.

2. Применен для исследований системный подход с применением процедур анализа и синтеза для каждого блока и всей энергетической системы промышленного производства кирпича в целом.

3. Впервые разработана и реализована на практике в терминах пространства состояния функциональная математическая модель предприятия кирпичного производства, позволяющая на основе представления каждого блока предприятия в виде «преобразователя энергии», построен технологический процесс промышленной теплоэнергетической системы в виде последовательного ряда схем, указывающих направление оптимального преобразования энергии.

4. Определены теплоемкости, электроемкости, энергоемкости, потенциал энергосбережения для каждого блока и всего предприятия в целом. Найдены градиенты энергетического потенциала. Составлены координатные и временные функции по основным энергетическим параметрам, характеризующим работу его энергетической системы.

5. Впервые предложена и реализована на практике методика модернизации энергетической схемы кирпичного завода, которая учитывает ограничения накладываемые реальными начальными и граничными условиями существования предприятия.

6. Разработан оригинальный комплекс технических решений, дающих устойчивое функционирование предприятия с одновременным накоплением инвестиций на реконструкцию теплоэнергетической системы.

7. Впервые сформулирован системный и комплексный подход, заключающийся во внедрении в плановом прогнозируемом режиме мероприятий по использованию первичных и вторичных энергоресурсов. Мероприятия включают, модернизацию печи обжига, установку газо-водяного теплообменника и газопоршневой электротепловой станции, выставление оптимальных режимов работы тепловых сетей предприятия и жилой зоны, перевод работы котельной на водогрейный режим.

8. Полученные в диссертационной работе научные результаты и выводы подтверждены путем сопоставления численного и натурного промышленного экспериментов. Эффективность полученных решений определена их промышленным внедрением со значительным экономическим эффектом.