Методика определения удельных расходов тепловой энергии на технологические нужды в стационарной теплоэнергетике железнодорожного транспорта Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

УДК 620.92.003.13

А. Ю. ФИНИЧЕНКО

Омский государственный университет путей сообщения

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ НУЖДЫ В СТАЦИОНАРНОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Рассмотрен вопрос нормирования тепловой энергии в стационарной теплоэнергетике железнодорожного транспорта (ж.-д. транспорт), задачей которого является разработка норм расхода различных видов энергии и топлива на отдельные технологические операции и производственные процессы. Определена методика по определению удельных норм расхода тепловой энергии на технологические процессы, на основе анализа статистических данных структурных подразделений ОАО «РЖД». Ключевые слова: стационарная теплоэнергетика железнодорожного транспорта, удельные нормы расхода тепловой энергии, нормирование тепловой энергии, технологический процесс.

Структура потребления топливноэнергетических ресурсов в отрасли определяется структурой энергетики ж.-д. транспорта, которая объединяет под общим названием совокупность топливоэнергопотребляющих и энергогенерирующих установок ж.-д. транспорта, а также систем обеспечивающих их работу.

В широком смысле энергетику ж.-д. транспорта принято разделять на тяговую и нетяговую. Границы областей, охватываемых этими понятиями, в значительной мере условны. Тем не менее к тяговой энергетике относят энергетические установки электровозов, тепловозов, паровозов, электро- и дизель поездов, автомотрис, мотовозов, а также систем, непосредственно обеспечивающих их эксплуатацию. Устройства электроснабжения, вспомогательные электрические машины, тяговые трансформаторы, вспомогательные системы дизелей тепловозов (топливная, масляная, водяная, воздухоснабжения), системы охлаждения тяговых генераторов и двигателей, теплообменники этих систем и т. п. [1].

При энергетическом обследовании стационарной теплоэнергетики ж.-д. транспорта встал вопрос о том, что при определении расхода тепла на технологические нужды на некоторые технологические операции не существует официально утвержденных удельных норм расхода тепловой энергии в нормативных документах ОАО «РЖД» [2 — 4]. Предлагается на основе анализа статистических данных определить удельные нормы расхода тепловой энергии на ряд технологических операций в стационарной теплоэнергетике ж.-д. транспорта. Удельные нормы составляют расчетную основу потребления, распределения и экономии всех видов ресурсов и эффективность их использования. Известно, что затраты на приобретение топливноэнергетических ресурсов в целом по сети дорог составляют около 11% от общесетевых эксплуатационных расходов, при этом ежегодно в нетяговой энергетике затрачивается около 27 млрд рублей. Следовательно, один процент экономии потребления ТЭР в нетяговой энергетике обеспечивает сбере-

жение порядка 270 млн рублей ежегодно. Поэтому вопрос определения рациональных удельных норм расходы ТЭР является важным и актуальным.

Нормы расхода топлива и энергии выступают в качестве одного из критериев оценки совершенства технологического процесса производства, а также являются фактором стимулирующим внедрение новых технологий и более эффективных теплоэнергетических процессов.

Нормы удельных расходов энергии и топлива не являются стабильными. Они должны периодически пересматриваться и уточняться в связи с изменяющимися условиями производства (рост производственной программы, изменение ассортимента продукции и качества сырья, изменение технологии производства, автоматизация производственных процессов, улучшение организации производства и труда, сезонные факторы и т.д.). Величина удельных норм может изменяться как в сторону снижения, так и повышения. Поэтому каждая удельная норма относится, к соответствующим нормализованным условиям производства.

Основным из основных методов выявления и установления правильных пропорций потребления и прогнозирования потребления ТЭР при функционировании ж.-д. транспорта является составление топливно-энергетического баланса (ТЭБ). Он показывает структуру расхода энергии и отражает взаимосвязи между первичными параметрами и техникоэкономическими показателями.

ТЭБ — это статистическая характеристика динамической системы энергетического хозяйства за определенный интервал времени.

Структура баланса потребления и динамика расходования энергоресурсов, а следовательно и финансовых средств на их приобретение, в конечном итоге, определяются объемами работ во всех сферах деятельности ж.-д. транспорта и удельными нормами расхода энергоресурсов на единицу продукции. Тепловой баланс структурного предприятия ж.-д. транспорта рассчитывается по следующей формуле:

Перечень проанализированных предприятий

№ п/п Полное название структурного подразделения Сокращенное название

1 Пассажирское вагонное депо Омск ЛВЧД-1

2 Пассажирское вагонное депо Новокузнецк ЛВЧД-26

3 Моторвагонное депо Новосибирск ТЧ-32

4 Грузовое вагонное депо ст. Омск-Сортировочный ВЧД-2

5 Локомотивное ремонтное депо Московка ТЧ-1

6 Локомотивное депо Новокузнецк ТЧ-15

7 Пассажирское вагонное депо Красноярск ЛВЧД-2

8 Локомотивное депо Златоуст ТЧ-Златоуст

9 Локомотивное ремонтное депо Инская ТЧ-5

10 Вагонное депо Ленинск-Кузнецкий ВЧД-1

И Пассажирское вагонное депо Новосибирск ЛВЧД-7

12 Вагонное пассажирское депо Кемерово ЛВЧД-12

13 Локомотивное депо Новосибирск ТЧ-4

14 Локомотивное депо Красноярск ТЧ-2

15 Вагонное депо Белово ВЧД-22

16 Локомотивное депо Барабинск ТЧ-3

17 Локомотивное депо Карасук ТЧ-10

Таблица 2

Энергетические балансы расхода тепловой энергии на технологические процессы в структурных подразделениях ж.-д. транспорта

Тех. процесс < о [-Н и о < о 0) < со О аз < о >8 3 < (в <

Структурное подразделение Н О. сО С И 3 я о 0) < о ы; са *5 о 2 мойка букс, т/год мойка рол-х подшипни: т/год сушка унитазов, шт/г мойка аккумул-х батар шт/год стирка белья, т/год сушка белья, т/год глажение белья, т/го дезокамера, т/год наружная обмывка ваго шт/год мойка редукторов, т/г мойка гасителей колеба т/год ММД-13М, т/год химчистка раб. одежд т/год сушка древесины, т/г мойка тележек, т/го/ Суммарный расход тег Г кал/год

Обозначение уд. расхода Чо ч, ч2 Чз ч< ч5 Чв 47 Ча Ч9 Чю Чи Ч12 Чв ч,< 4,5 о

ЛВЧД-1 3562,5 327,01 16,992 400 7920 2400,4 1320 360 650 14601 0 0 0 0 0 0 2658,3

ЛВЧД-26 4562,5 468 230,4 0 0 3416,4 1879 512,5 613,2 0 108 19,44 0 0 0 0 1582,1

ТЧ-32 1275 132,6 65,28 0 0 108 59,4 16,2 0 0 0 16,11 10040 0 0 0 1051,3

ВЧД-2 3765 180,7 224,4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 210,8 120,5 18819,26 1704,4

ТЧ-1 0 0 120,48 0 0 0 0 0 0 0 0 0 16064 210,8 0 0 1491,2

ТЧ-15 2000 208 102,4 0 266 0 0 0 0 7665 79,8 0 0 0 0 26918,94 2645,2

ЛВЧД-2 6061,25 630,37 310,336 0 0 1930,1 1061,5 289,5 0 0 0 0 0 55 300 48091,14 4697,9

ТЧ-ЗЛАТ 0 400 200,8 0 0 2628 292 0 0 0 0 0 15860 200,8 0 0 2163,3

ТЧ-5 1275 132,6 65,28 0 0 108 62,2 24,5 0 0 0 11,052 15600 48,7 0 0 1562,9

ВЧД-1 10040 803,2 401,6 0 0 1168 642,4 175,2 0 0 0 0 16540 0 0 0 2657,5

ЛВЧД-7 8190 942 512 1512 0 2372 1304,6 355,8 0 27200 96 0 0 0 0 58773,8 7647,5

ТЧ-2 5028,75 440 0 0 0 0 0 0 0 3000 0 0 15050 230 500 0 2076,2

ТЧ-4 0 0 14,08 0 0 4380 2409 657 0 5380 124,5 0 12048 0 0 0 2892,1

ВЧД-22 251 65,26 160,6 0 0 1148 635 483 0 0 0 3,744 0 0 870 0 641,6

ТЧ-3 9312,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 16064 331,3 0 0 2127,5

ТЧ-10 0 0 46,7504 0 0 0 0 0 0 108 0 6,84 10000 137 630 0 1079,9

0 = 0+0 (1)

^ от ^тех 1 ’

где Оот — общие затраты тепла на отопление, вентиляцию иГВС, Гкал;

О-гех ~ общие затраты тепла предприятием на технологические нужды, Гкал.

Удельные нормы расхода тепловой энергии в стационарной теплоэнергетике ж.-д. транспорта могут быть рассчитаны на основании объемов работ по операциям технологического процесса с учетом составления теплового баланса общего потребления тепловой энергии предприятием на технологические операции за рассматриваемый период, по следующей формуле:

0 — 0 “ЬО + О + О ^ О (2)

^ -мм ^сл ^п.с ^прач ^ д ^ х 1 '

где Омм —расход теплоты на моечные машины, используемые в структурных подразделениях ж.-д. транспорта, Гкал;

Осл —расход тепловой энергии на сушку лесоматериалов, Гкал;

Оп с — расход тепловой энергии на обогрев подвижного состава, Гкал;

Опрач — расход тепловой энергии на обработку белья в прачечных (стирка белья, сушка, глажение), Гкал;

Ол — расход тепловой энергии в дезокамере, Г кал;

Ох — расход тепловой энергии на химчистку рабочей одежды, Гкал.

Произведем разложение формулы (2), выделив удельные расходы и объемы работ:

п т

Ртех =2Чм.М10і +2Хл^ +Чп.С^ +

І=1

+ 0б(Х!Чст +2Чс.б + ХЯгл)+ ЧД°ИЗД +ЧхСр.О (3)

где чмм — удельная норма расхода теплоты на 1 т обмываемых деталей в моечных машинах, Гкал/т; — масса деталей, обмываемых в моечных машинах за планируемый или отчетный период (месяц, квартал, годит.д.);

.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

к

Найденные удельные расходы тепловой энергии на технологические операции в структурных подразделениях ж.-д. транспорта

Удельные нормы расхода тепловой энергии Обозначение Результат

Удельные нормы расхода тепловой энергии на мойку колесных пар, Гкал/т Яо 0,068

Удельные нормы расхода тепловой энергии на мойку букс, Гкал/т Я, 0,073

Удельные нормы расхода тепловой энергии на мойку роликовых подшипников, Гкал/т Я2 0,071

Удельные нормы расхода тепловой энергии на сушку унитазов после окраски, Гкал/шт Яз 0,096

Удельные нормы расхода тепловой энергии на мойку аккумуляторных батарей, Гкал/шт Я, 0,066

Удельные нормы расхода тепловой энергии на стирку белья, Гкал/т Ъ 0,234

Удельные нормы расхода тепловой энергии на сушку белья, Гкал/т Яв 0,143

Удельные нормы расхода тепловой энергии на глажение белья, Гкал/т Я? 0,098

Удельные нормы расхода тепловой энергии в дезокамере, Гкал/т Я8 0,149

Удельные нормы расхода тепловой энергии на наружную обмывку вагонов, Гкал/шт Яд 0,065

Удельные нормы расхода тепловой энергии на мойку редукторов,Гкал/т Яю 0,087

Удельные нормы расхода тепловой энергии на мойку гасителей колебаний, Гкал/т Яи 0,077

Удельные нормы расхода тепловой энергии на моечную машину ММД-13М, Гкал/т Чі2 0,091

Удельные нормы расхода тепловой энергии на химчистку рабочей одежды, Гкал/т Ч.з 0,098

Удельные нормы расхода тепловой энергии на сушку древесины, Гкал/т Яи 0,231

Удельные нормы расхода тепловой энергии на мойку тележек, Гкал/т Яі5 0,073

3565,2я0 + 327,015?, + 16,992?2 + 400?3 +7920?„ +2400,4?, +1320?6 +360?7 +650?8 +14601?, =2658,3 4562,5?„ + 468?, + 230,4?2 + 3416,4?, +1879?6 + 512,5?7 + 613,2?8 +108?,0 +19,44?,, = 1582,1 1275?0 +132,6?, + 65,28?2 +108?, + 59,4?6 +16,2?, +16,11?,, +10040?, 2 = 1051,3 3765?,, +180,7?, + 224,4?2 + 210,8?13 +120,5?,4 + 18819,26?15 = 1704,4 1 20,48ч2 +16064?,2 + 210,8?,3 = 1491,2

2000?„ +208?, +102,4?2 +266?„ +7665?, + 79,8?,0 +26918,9?,5 = 2645,2

6061,25?0 +630,37?, +310,336?2 + 1930,1?5 + 1061,5?6 +289,5?7 +55?,з + 300?,4 + 48091,1?,5 =4697,9

400?, +200,8?2 +2628?, +292?6 +15860?,2 + 200,8?,3 =2163,3

1275?0 +132,6?, + 65,28?2 +108?, + 62,2?6 +24,5?7 +11,05?,, +15600?,2 + 48,7?13 = 1562,9

10040?„ + 803,2?, + 401,6?2 +1168?, + 642,2?6 +175,2?7 +16540?, 2 = 2657,5

8190?„ + 942?, + 512?2 +1512?, + 2372?, +1304,6?6 + 355,8?7 + 27200?, + 96?ш + 58773,8?,, = 7647,5

5028,75?0 + 440?, + 3000?, +15050?,2 + 230?13 + 500?,4 = 2076,2

14,8?2 + 4380?,2409?6+657?7 + 5380?, + 124,5?,0 + 12048?,2 = 2892,1

251?0 + 65,26?, +160,6?2 +1148?5 +635?6 + 483?, +3,744?,, +870?, 4 = 641,6

9312,5?0 +16064?,2 +331,3?,3 = 2127,5

46,7?2 +108?, + 6,84?,, +10000?,2+137?,з + 630?,4 = 1079,9

Рис.1. Система уравнений энергетических балансов расхода тепловой энергии на технологические процессы в анализируемых структурных подразделениях ж.-д. транспорта

Чс « ~ УДельиая норма расхода теплоты на 1 м3 высушиваемой древесины, Гкал/м3; ЛЛ — объем лесоматериалов , загруженных за нормируемый период в сушила деревообделочного цеха, м3; Опс—удельная норма расхода теплоты на наружную обмывку подвижного состава, Гкал/секция; N — количество единиц подвижного состава (вагонов, электросекций, локомотивов), подвергаемых обмывке за нормируемый период, секция/период; дст— удельная норма расхода теплоты на стирку белья, Гкал/т; Сб — масса белья, постиранного в прачечной, т; q(, б — удельная норма расхода теплоты на сушку белья, Гкал/т; ягл — удельная норма расхода теплоты на глажение белья, Гкал/т; дд — удельная норма расхода теплоты в дезокамере, Гкал/т;

СиЗЛ-масса изделий, обработанных в дезокамере, т; Чх ~ удельная норма расхода теплоты на химчистку рабочей одежды, Гкал/т; Сро —масса рабочей одежды, очищаемой при химчистке, т; п — число работающих моечных машин на предприятии; т —число работающих сушил деревообделочного цеха.

Для расчета удельных норм расхода тепловой энергии на технологические нужды в стационарной теплоэнергетике ж.-д. транспорта был проведен анализ результатов энергетических обследований 16 структурных подразделений Западно-Сибирской и Красноярской железных дорог (табл. 1), а также составлены энергетические балансы расхода ТЭР на технологические процессы в данных предприятиях (табл. 2).

q^qH

Рис. 2. График соотношения фактического и нормативного расхода по технологическим процессам анализируемых структурных подразделений ж.-д. транспорта

На основе составленного баланса тепловой энергии записывается следующая система уравнений (рис.1), из которой выразим средние значения удельных расходов по видам технологического процесса.

Данная система состоит из шестнадцати уравнений, содержит шестнадцать неизвестных и решается матричным способом, с использованием среды вычислений МаШСАБ. Представлена матрица найденных значений средних удельных расходов тепловой энергии по видам технологического процесса (табл.3).

Найденные расчетные значения удельных расходов энергоресурсов можно сравнить с нормативными показателями некоторых технологических операций, которые представлены в [2 — 4]. Показатель Чф/яН дает возможность проанализировать достоверность найденных значений. Представлен график (рис.2) данного показателя, откуда видно, что большая часть из представленных значений удельных расходов находится в области нормальных или допустимых значений, что говорит о правильности выбранного подхода для расчета удельных норм.

Остальные полученные удельные расходы тепла на обработку единицы продукции (д3, д4, д5, д6, д7,д8, Ч10, Ч11, Ч13, Ч14) в литературе были не определены, поэтому сравнить их с нормативными показателями невозможно.

Несколько повышенные значения удельных расходов тепловой энергии, полученные на основе анализа статистических данных, объясняются тем, что на многих предприятиях в стационарной теплоэнергетике ж.-д. транспорта, во-первых, технологические процессы организованы недостаточно оптимально, а во-вторых, используемое в них оборудование имеет высокую степень износа, что негативно отражается на потреблении ТЭР, либо применяются машины не заводского, а собственного изготовления с повышенными удельными расходами.

Например, в технологии ремонта подвижного состава часто применяются моечные машины собственного изготовления с типовой тепловой схемой. На предприятии, как правило, не удается найти технический паспорт машины, сведений об испытании и определении удельного расхода тепла на единицу массы очищаемых деталей, машины не оснащены современными измерительными средствами.

Особенно актуальна проблема нормирования в железнодорожных прачечных, где потребляется большая доля производственного расхода тепла. Анализ показал, что оборудование прачечных физически изношено, тепловые схемы использования тепла несовершенны, отсутствуют паспортные характеристики оборудования и сведения о нормативном потреблении тепла.

По результатам проведенного анализа можно сделать следующие основные выводы:

1) количество технологических процессов, по которым существуют официально утвержденные нормы расхода тепла на единицу продукции, весьма незначительно и составляет для анализируемой совокупности предприятий шесть из шестнадцати (38%);

2) актуальной остается задача разработки соответствующих методик для определения норм расхода тепловой энергии на технологические процессы, не представленные в нормативных документах по нормированию расхода ТЭР на ж.-д. транспорте [2-4];

3) предложенный автором подход может использоваться на железнодорожных предприятиях для обоснованного планирования потребности в тепловой энергии, на основе удельных норм расхода и объемов выпускаемой продукции/услуг.

Библиографический список

1. Минаев, Б. Н. Структура потребления топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте/Б.Н. Минаев, И.М. Хрунова // Вопросы теплоэнергетики и экологии на железнодорожном транспорте. - М. : МГУПС, 2001. - С. 9-16.

2. Методика нормирования расхода теплоты и топлива стационарными установками железнодорожного транспорта. - М: ВНИИЖТ, 2002. - 86 с.

3. Методика планирования расхода топлива на нетяговые нужды и тепловой энергии в GAG «РЖД». -М: ВНИИАС, 2007. - 97 с.

4. Нормативная база тепло- и топливопотребления стационарных объектов железныхдорог. - М. : ВНИИЖТ, 2001. - 112 с.

ФИНИЧЕНКО Александра Юрьевна, аспирантка кафедры теплоэнергетики.

Адрес для переписки: e-mail: finichenko@mail.ru

Статья поступила в редакцию 24.05.2010 г.

© А. Ю. Финиченко

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА