Энергоэффективные
Битумные
Технологии
г. Москва, ул. Мытищинская 3-я, д.16, стр.5, помещение 11
Меню
Заказать звонок
Поиск по сайту

Вопросы энергосбережения при нагреве битумов

Какие затраты энергии на нагрев битума считать допустимыми? Общие затраты энергии включат полезное тепло на плавление (если битум переводится из аморфного состояния), нагрев до требуемой температуры и неизбежные потери в окружающую среду от поверхности технологического оборудования. В таблице представлены теоретические потребности в энергии, рассчитанные по [1], в котором неизбежные потери допустимо принимать на уровне 20% от полезно затрачиваемого тепла, с пересчетом на различные виды топлива по [2].

Таблица 1 — Теоретические затраты на нагрев 1 тонны битума
Показатель Затраты на 1 тонну битума БНД 60/90 для
плавления и нагрева до 90°С нагрев от 90 до 150°С
Тепловая энергия, Мкал 61,8 30,2
Электрическая энергия, кВт 71,8 35,1
Жидкое топливо (мазут), л 7,2 3,50
Природный газ, м³ 6,7 3,3

Примечание. Пересчет в различные виды топлив выполнен без учета коэффициента полезного действия преобразователя

Какие затраты энергии на нагрев битума считать приемлемыми? На этот вопрос отвечают сами владельцы производственных предприятий, видя счета за потребленные энергоресурсы. Как правило, когда уровень потребления энергии превышает приемлемый показатель, начинается поиск путей решения проблемы. Те, перед кем стояла подобная задача, знают, насколько сложно не имея качественной научно-методической базы, практических руководств и квалифицированных специалистов, справиться с нею.
Многие дорожники не знакомы с понятием «энергетическое обследование». В первую очередь это связано с бездействием научного сообщества, работающего в области термической обработки вяжущего для дорожного строительства. Между тем, существует высокий потенциал экономии ресурсов при нагреве битумов [3].
Термин «энергетическое обследование» хорошо известен в сфере ЖКХ. Согласно ФЗ № 261 от 23.11.2009 «Об энергосбережении …» энергетическое обследование – это 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. И если для жилищного хозяйства термин «энергетический паспорт» вполне понятен, то для дорожной сферы абсолютно нет. Последние методические документы, имеющие отношение к регулированию энергосбережения при производстве асфальтобетонных смесей, датируются 1982-84 гг. – это Методические рекомендации по нормированию расхода топлива для приготовления асфальтобетонных смесей [1] и Методические рекомендации по снижению энергоемкости приготовления асфальтобетонных смесей [4]. С переходом к свободному рынку вопросы энергосбережения при производстве горячих асфальтобетонных смесей решаются на уровне владельцев асфальтобетонных заводов.
Между тем, работы по энергетическому обследованию битумных хозяйств ведутся. Данная статья посвящена вопросам энергосбережения при подготовке битумов и существующей практике проведения энергетических обследований в сфере подготовки битумов на производственных предприятиях (на опыте компании «Энергоэффективные Битумные Технологии»).
Энергетическое обследование битумного хозяйства предприятий включает (рис.1):
— изучение технологии подготовки битумов, в том числе определение перечня технологического оборудования, температурных режимов и временных диапазонов нагрева битума на каждом этапе;
— оценку технического уровня технологического оборудования и линий связи, в том числе определение геометрических параметров битумных емкостей, хранилищ и элементов внутризаводского транспорта битума (битумопроводов, кранов, битумных насосов), элементов жидкостных систем нагрева (парогенераторов, нагревателей жидкого теплоносителя, масло- / паропроводов), наличия и состояния тепловой защиты;
— оценку энергетических затрат, в том числе анализ данных приборов учета расхода электрической энергии, воды, жидкого или газообразного топлива в процессе функционирования;
— измерение температурных полей на поверхности технологического оборудования в характерные периоды работы;
— составление теплового баланса для существующего уровня энергопотребления;
— расчет энергозатрат для обеспечения технологического процесса (минимально необходимого количества тепла для доведения битума до требуемого состояния);
— разработку рекомендаций по снижению энергопотребления, включая при необходимости расчет тепловой изоляции, требований к технологическому оборудованию, условий оптимизации технологического процесса, рациональное конструирование нагревательных элементов и др.

Энергоаудит

Рисунок 1 – Схема энергетического обследования битумного хозяйства предприятий

Основные проблемы в области энергосбережения на производственных предприятиях, выпускающих горячие асфальтобетонные смеси – это плохая или отсутствующая тепловая изоляция битумного оборудования, нерациональный выбор системы нагрева и неверный подбор тепловой мощности оборудования, неоптимальные технологические режимы подготовки.
Тепловая изоляция. К сожалению, не все руководители понимают важность данного мероприятия в рамках энергосбережения. И, если неизолированные резервуары сегодня встречаются все реже, то отсутствие тепловой защиты на элементах транспортной системы вполне обыденная картина (рис. 2), в том числе это касается битумопроводов, по которым течение битума не прекращается всю рабочую смену (прямой и возвратный битумопроводы). Учитывая, что при движении коэффициент теплоотдачи от битума в разы выше, чем битума в состоянии покоя (свободной конвекции), данный источник потерь нельзя не принимать во внимание.

MINOLTA DIGITAL CAMERA

DSC_0029

Рисунок 2 – Примеры отсутствия тепловой защиты на поверхности битумопроводов

В практике тепловой защиты технологического оборудования вовсе не используется съемная тепловая изоляция для запорной арматуры (краны, заслонки) транспортирующих магистралей (битумо- / маслопроводы) и битумных насосов, для которых также характерны высокие площади теплоотдачи и коэффициенты теплопередачи, соответствующие турбулентным режимам потока.
В табл. 2 представлены расчетные значения потерь тепла от поверхности битумопровода при различных условиях окружающей среды и параметрах тепловой защиты.

Таблица 2 — Потери тепла с поверхности битумопроводов, оборудованных масляной рубашкой

Параметры битумопровода Часовые потери тепла с одного погонного метра битумопровода, при скорости ветра, Вт/м
0 м/с 2 м/с 4 м/с 6 м/с
Внешняя масляная рубашка (труба ø100 мм) без тепловой изоляции 506,0 964,9 1183,8 1315,0
Внешняя масляная рубашка (труба ø100 мм) с тепловой изоляцией 5 см из минеральной ваты 35,0 36,1 36,4 36,6
Внешняя масляная рубашка (труба ø100 мм) с тепловой изоляцией 10 см из минеральной ваты 22,7 23,0 23,1 23,2

Примечание. Результаты расчета даны для следующих условий: температура термального масла – 140 °С, температура окружающей среды – 26 °С.
Другой, к счастью не так часто встречающейся, является проблема неверного выбора материала тепловой защиты. Например, использование закрытоячеистого пенополиуретана для резервуара подготовки битума, может обернуться скорой деградацией материала тепловой защиты в результате высоких технологических температур и старения под воздействием солнечных лучей и атмосферного влияния (рис. 3).

DSC_5750

DSC_5749

Рисунок 3 – Пример неверного выбора материала тепловой защиты наземных резервуаров

Подбором толщины тепловой изоляции, как правило, и вовсе никто не занимается. Между тем, в отношении оборудования битумных цехов и баз возможен выбор тепловой изоляции исходя из (СП 61.13330.2012):
— нормируемой плотности теплового потока;
— по заданной величине теплового потока;
— по заданной величине охлаждения в течение определенного времени;
— по заданному снижению температуры вещества при транспортировании по трубопроводам;
— по заданной температуре на поверхности изоляции.
Обычно в основе выбора лежит устоявшаяся практика на предприятии, либо выбор изоляции полностью отдается на откуп производителей резервуаров, не имеющих качественных знаний о специфике и технологиях подготовки битума на асфальтобетонных заводах.
Проблемой любой тепловой защиты является ее деградация с течением времени. Зачастую работники даже не понимают, что тепловая защита перестала работать и требуется ее замена, так как, находясь под защитным покровным слоем, не может быть обследована визуально. Измерение температурных полей на поверхности оборудования в рамках энергетического обследования позволяет выявить эти проблемы.

Выбор системы нагрева и мощности оборудования. Весьма распространенной проблемой перерасхода энергии на АБЗ является нерациональный выбор систем нагрева. Например, частой картиной является использование огневых систем (с жаровыми трубами) в расходных резервуарах битума (рабочих котлах). Там, где требуется лишь незначительное количество тепла для компенсации тепловых потерь, используют высокомощную огневую систему, к тому же небезопасную в пожарном отношении и отношении качества вяжущего. Практика замены подобных систем на электрические на ряде предприятий Ростовской области и Краснодарского края выявила возможность значительной экономии энергоресурсов.
Также значительную неэффективность демонстрируют ленточные электронагреватели для обогрева транспортирующих магистралей. Для трубопроводного транспорта куда эффективнее жидкостные способы обогрева (через внешнюю масляную рубашку) с электрическим нагревателем теплоносителя. Такой нагреватель мощностью 6-9 кВт способен обеспечить горячим маслом все транспортирующие магистрали завода производительностью 50-80 т/час.
Неверный выбор мощности теплового оборудования также часто становится причиной нерационального использования энергии. Так, выбор избыточной мощности (за исключением электрических систем) является причиной снижения КПД тепловыделяющего оборудования, значительных потерь в окружающую среду и деградации качества битума, недостаточная мощность – приводит к удлинению технологического режима и росту доли потерь в балансе энергозатрат. Однако, даже на стадии эксплуатации возможна корректировка мощности с учетом потребностей производства.
Масляные системы нагрева, получившие широкое распространение в последние годы, с огневыми горелками, работающими на газообразном или жидком топливе, имеют низкие возможности регулирования мощности. Подобранные под максимальную производительность, они становятся источником нерационального использования энергии в режимах низкой потребности цеха в тепле. Иными словами, нагреватели жидкого теплоносителя с огневой горелкой эффективны в режиме плавления и интенсивного нагрева битумов, но в режиме поддержания температур, как правило, их эффективность снижается в разы. Для компенсации потерь при подготовке битумов тех же масляных системах нагрева куда эффективнее использование электрических нагревателей масла, обеспечивающих выделение только требуемого производственным процессом тепла. Возможно комбинирование в рамках одной системы нагрева как огневых, так и электрических нагревателей масла. Компанией «ЭБТ» на одном из АБЗ НАО «Ейское ДСУ №2» реализован подобный подход: в режиме разогрева используется нагреватель масла с горелкой на жидком топливе, при достижении рабочих температур – система работает с электрическим нагревателем масла. Экономия энергии от подобной компоновки позволила окупить первоначальные затраты всего за один сезон.

Технологический режим подготовки. Серьезный потенциал экономии ресурсов заложен в оптимизации режимов подготовки битумов. Можно сформулировать цель оптимизации как «минимизация  времени и объема битума при высоких технологических температурах». Достижение данной цели позволяет также уменьшить фактор технологического старения битума.
Согласно поставленным ограничениям, значительная часть битума на предприятии должна находиться в аморфном состоянии или при температурах ниже 100 ºС [5], догрев до рабочих температур должен осуществляться в короткое время и лишь в объеме, требуемом для производства асфальтобетонных смесей. Согласно основному закону передачи тепла через многослойную стенку (что и представляют собой стенки хранилищ и резервуаров битума), потери тепла пропорциональны площади теплоотдающей поверхности и градиенту температур между битумом и окружающей средой. Снижение температуры битума в резервуаре приводит не только к сохранению его качества, но и пропорционально снижает тепловые потери от стенок резервуара, а, следовательно, и затраты предприятия на цех подготовки битумов.
В статье [6] представлены результаты измерений температуры битума при его хранении в вертикальном стальном резервуаре (битумохранилище), объемом 1 000 т. Температура хранимого битума составляла 138 ºС. Это распространенная практика подготовки битумов в хранилищах подобного типа. Без ущерба для производства при наличии вертикальных резервуаров возможно снижение температуры хранимого битума до 90-100 ºС (технологическая температура перекачки). При этом объемы сохраненной энергии при подобных изменениях в технологическом режиме подготовки достигают 6·106-14,5·106 ккал соответственно при расходовании битума в сутки 50-30 тонн, что эквивалентно 7 000-16 600 кВт∙час электрической энергии в год.

Подводя итог можно заключить следующее:
1. В сфере подготовки битумов на производственных предприятиях дорожного хозяйства существует огромный потенциал повышения энергоэффективности без снижения производительности;
2. Назрела необходимость актуализации устаревших методических документов в области снижения энергоемкости производственного комплекса дорожного хозяйства с учетом современного уровня техники;
3. Необходимо распространение практики энергетических обследований на сферу подготовки битумов и производства асфальтобетонных смесей.

Литература

  1. Методические рекомендации по нормированию расхода топлива для приготовления асфальтобетонной смеси. Союздорнии. М. 1982.
  2. Соотношение коэффициентов энергетической эффективности некоторых видов топлива //Энергоэффективные битумные технологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://bitum-tech.ru/articles/effektivnost-topliv, свободный – Загл. с экрана.
  3. Немчинов М.В. Энергосбережение в дорожном хозяйстве и программа его осуществления // Энергосбережение. – 2001. – № 3 – с. 63-66.
  4. Методические рекомендации по снижению энергоемкости приготовления асфальтобетонных смесей. Союздорнии. М. 1984.
  5. Васьковский В.В. О деградации битума при нагреве / В.В. Васьковский, С.В. Порадек // Наука и техника в дорожной отрасли – № 4, 2004 – с. 16-18.
  6. Саенко С.С. Повышение эффективности хранения и подготовки битума в наземных резервуарах / С.С. Саенко, Ю.Я. Никулин // Научное обозрение – № 11, 2013 – с. 55-58.

Источник: ж. Мир Дорог — июнь 2017