Для обеспечения потребности страны в горючем в топливную промышлен­ность вкладываются крупные, возрастающие с каждым годом средства. Так, в 1950 г. капиталовложения в угольную промышленность составили в сопо­ставимых ценах 630 млн. руб., а в 1967 г. 1281 млн. руб., т. е. в два раза больше.

В 1950 г. в нефтяную и газовую промышленность было вложено 652 млн. руб., а в 1967 г. в четыре раза больше — 2604 млн. руб. [1].

Как указывалось выше, для развития топливно-энергетической базы стра­ны ежегодно направляется около 30,% всех капиталовложений в промышлен­ность, а доля суммарных затрат на развитие топливно-энергетической базы, а также создание и усовершенствование установок, использующих топливо и энергию, достигает 45—50, % всех капиталовложений в промышленность [167].

Развитие топливной промышленности вызывает необходимость сооруже­ния железных дорог и повышения их пропускной способности, поскольку удельный вес топлива в суммарном грузообороте транспорта составляет около 40%.

Несмотря на весьма крупные ассигнования, выделяемые для обеспечения страны топливом и энергией, в ряде районов Европейской части СССР ощу­щается недостаток топлива [3]. Это в значительной степени объясняется недостаточно высоким к. п.д. использования топлива в народном хо­зяйстве.

Следует отметить, что и за рубежом топливо используется с низким к. п.д. В связи с этим Д. Томсон писал: «В высокоцивилизованный век с ограни­ченностью энергетических ресурсов некоторые из наших технологических процессов могут выглядеть примерно так, как если бы вздумали сжечь целый дом для того, чтобы зажарить свиную тушу. Уменьшение расхода энергии совместимо с повышением жизненного уровня» [110, стр. 48].

Для повышения эффективности использования топлива в СССР проведены огромные работы, в результате которых средний к. п.д. использования топ­лива повысился с 26,5/% в 1940 г. до 31,6% в 1965 г. Это соответствует сред­нему к. п.д. использования топлива в передовых по промышленному разви­тию зарубежных странах. Ставится задача повышения к. п.д. использования топлива до 45%.

Для повышения эффективности использования топлива существенное значение имеет обоснованный его выбор.

Для высокотемпературных процессов целесообразно использовать топ­ливо с высокой жаропроизводительностью и малым содержанием балласта. По этим характеристикам различные виды топлива можно подразделить на две группы: топливо высокой и топливо пониженной жаропроизводитель — ности (табл. 121). Из данных табл. 121 видно, что жаропроизводительность некоторых видов топлива второй группы, например торфа, генераторного и доменного газов, на несколько сот градусов ниже жаропроизводительности топлива, входящего в первую группу.

Эффективность использования топлива в теплотехнических процессах может быть оценена выражением

Где — начальная температура процесса;

/2 — конечная температура.

Поскольку начальная температура в значительной степени определяется жаропроизводительностью сжигаемого топлива, а конечная — температурой уходящих газов, естественно, что для высокотемпературных технологиче­ских процессов и в особенности для процессов, в которых в атмосферу выпу­скаются уходящие газы с высокой температурой, весьма существенно приме­нение топлива высокой жаропроизводительности. Напротив, при низкой температуре уходящих газов эффективность использования топлива почти не зависит от его жаропроизводительности.

Следует отметить, что эффективность использования в высокотемператур­ных процессах топлива с высокой жаропроизводительностью по сравнению — с использованием топлива с низкой жаропроизводительностью значительна повышается благодаря возможности интенсификации работы печей вследствие большей разности температур горящего топлива и нагреваемого материала.

Интенсификация работы печей, обеспечивая повышение производитель­ности установок, приводит вместе с тем в большинстве случаев к снижению удельного расхода топлива на единицу выпускаемой продукции благодаря уменьшению продолжительности процесса и снижению потерь тепла в окру­жающую среду. Поэтому весьма важно при распределении ресурсов топлива между потребителями стремиться к обеспечению высокотемпературных технологических процессов топливом с высокой жаропроизводительностью, пригодным для эффективного использования в технологии.

Применение в технологических печах топлива с малым содержанием зо­лы и серы не только повышает качество продукции и устраняет загрязнение воздушного бассейна, но и увеличивает к. п.д. использования топлива вслед­ствие уменьшения расхода тепла на плавление шлаков.

Сжигание несортированного твердого топлива обусловливает в слоевых топках (помимо неудобства его применения) большой перерасход топлива из-за провала мелочи сквозь колосниковые решетки.

Первостепенное значение для оценки топлива, естественно, имеет его стоимость.

В табл. 122 приведены данные о себестоимости добычи различных видов топлива [168]. В таблице приведены также расчетные затраты на 1 тп годовой

Добычи условного топлива.

Расчетные затраты определяются как сумма себестоимости топлива плюс определенный процент (13%) по отношению к капиталовложениям, т. е.

Ррасч = Сд -[- О, 13Яуд руб/т. (XXIX.1)

Себестоимость топлива у потребителей, естественно, значительно выше, чем в районах добычи, на сумму транспортных расходов.

Проф. А. Е. Пробст [31 на основе отчетных данных за 1962 г. оценивает среднюю по СССР себестоимость потребляемого горючего 9 руб/т условного топлива.

Таблица 121

Некоторые теплотехнические характеристики топлива

При оценке средств, направляемых в топливную промышленность, весьма важно учитывать возможность снижения капиталовложений в установки, работающие на прогрессивных видах топлива. Так, по ряду расчетов капи­таловложения, необходимые для сооружения электростанций, работающих на природном газе, примерно на 20% ниже капиталовложений, затрачиваемых на создание станций, работающих на твердом топливе.

Наряду с уменьшением капиталовложений на создание установок работа на природном газе и других видах квалифицированного топлива позволяет обеспечить значительную экономию горючего.

Экономия, полученная в течение 1956—1965 гг.. благодаря повышению к. п.д. установок, работающих на природном газе и мазуте, оценивается в 2—3 млрд. руб.

В связи с широким и все возрастающим применением природного газа особую актуальность приобретают вопросы дальнейшего повышения эффек­тивности его использования.

Применение газа во многих случаях сопровождается интенсификацией работы установок и снижением расхода топлива. Однако наряду с этим пе­ревод на газ часто сводится лишь к простой замене одного вида топлива другим.

Далеко не в полной степени используются важные преимущества высоко­калорийного бессернистого природного газа, позволяющие коренным образом перестроить технологию, резко удешевить стоимость оборудования и отка­заться во многих случаях от применения пара и электроэнергии в качестве промежуточных теплоносителей. Это большие скрытые резервы промышлен­ности, которые можно широко использовать в ближайшее время.

Вот несколько примеров.

1. Применение специализированных газовых котлов, работающих с вы­сокими тепловыми напряжениями, позволяет резко уменьшить расход ме­талла на их сооружение и снизить потери тепла.

2. Применение трубчатых печей беспламенного горения с излучающими стенами из панельных горелок позволило снизить стоимость печи теплопро — изводительностью 16 Гкал/час с 200 тыс. руб. до 100 тыс., уменьшить рас­ход металла с 240 до 132 т, огнеупоров с 425 до 160 т и повысить к. п.д. печей с 65 до 80 %.

3. Процессы сушки часто осуществляют с применением промежуточного теплоносителя — водяного пара, используемого для нагрева сушильного агента — воздуха. Между тем для сушки можно применять непосредственно чистые продукты сгорания газа и отказаться от сооружения котлов, котель­ных установок, калориферов для нагрева воздуха паром и паропроводов.

4. Во многих отраслях промышленности расходуется большое количество горячей воды, нагрев которой часто осуществляют паром — в бойлерах.

Для получения пара строят котельные. Таким образом, металл расходуют на сооружение котлов и бойлеров. Между тем при работе на газе можно соз­дать компактные водогрейные котлы, устанавливаемые непосредственно в технологических цехах, нуждающихся в горячей воде, и отказаться от сооружения дорогих паровых котлов, выносных котельных, установок для водоочистки, паропроводов и бойлеров. Расход металла на сооружение про­мышленных паровых котлов ДКВ и пароводяных бойлеров составляет

— 6 гп/Гкал-час, а на постройку водогрейных котлов всего лишь 1 — 1,5 т/

/Гкал-час. Несомненна возможность создания более совершенных и менее металлоемких промышленных водогрейных котлов, предназначенных для работы на газообразном топливе.

5. Если в производстве используют пар или горячую воду и осущест­вляют процессы сушки, целесообразно отказаться от раздельного сжигания газа в котлах и топках сушильных установок и разместить непосредственно в цехах автоматизированные компактные газовые котлы с использованием в сушилках чистых продуктов сгорания, отводимых от котлов.

6. На каждый кубометр сжигаемого природного газа образуется два кубо­метра водяного пара, уходящего с продуктами сгорания.

Использование для нагрева питательной воды теплоты конденсации водя­ного пара, содержащегося в продуктах сгорания природного газа, позволяет повысить «истинный» коэффициент полезного действия котельных установок, подсчитываемый по высшей теплоте сгорания газа, с 82 до 92% и довести «к а ж у щ и й с я» к. п.д., определяемый по стандартной методике по отно­шению к низшей теплоте сгорания, до 103—105%.

Естественно, что экономия горючего обеспечивает не только снижение эксплуатационных расходов и себестоимости выпускаемой продукции, осо­бенно ощутимой в энергоемких производствах, по и уменьшение капитало­вложений, необходимых для обеспечения потребности страны в топливе.

Повышение эффективности использования топлива во многих случаях требует затраты крупных средств, привлечение которых целесообразно лишь при условии окупаемости в достаточно короткий срок. Так, например, развитие хвостовых поверхностей нагрева котлов эффективно лишь до опре­деленной температуры уходящих газов, поскольку удельные капиталовло­жения резко возрастают с уменьшением съема тепла с единицы поверхности нагрева, обусловленного малым температурным градиентом.

Срок окупаемости оборудования и выбор температуры уходящих газов в большой степени зависят от типа установки, стоимости применяемого топ­лива и его свойств.

По мнению проф. А. Е. Пробста, на основании средних данных по основ­ным районам Европейской хасти СССР можно считать вполне эффективными мероприятия по экономии топлива, требующие до 100—150 руб. капитальных затрат на 1т сэкономленного условного топлива в год, т. е. требующих вложений, на целый порядок больше необходимых дтя добычи и транспорти­ровки эквивалентного количества горючего.

В связи с этим весьма важно отметить, что во многих случаях можно обес­печить экономию топлива с гораздо меньшими капиталовложениями. Такт в главе XXXII рассмотрены установки для комплексного (ступенчатого) использования тепла продуктов сгорания природного газа, затраты на соору­жение которых составили всего лишь 3 руб. на 1 тп сэкономленного условного топлива в год, т. е. в несколько раз меньше вложений, необходимых для добычи и транспорта топлива, особенно дорогих его видов.

Естественно, что подобного рода дешевые установки целесообразно созда­вать всюду, где это возможно.

При разработке путей повышения к. п.д. топливоиспользующих устано­вок следует всесторонне оценивать эффективность необходимых для этого капиталовложений Куя. Указанную эффективность часто определяют по сроку окупаемости капиталовложений Т, исходя из достигаемого при этом снижения себестоимости продукции (Сг С2)

Т = сг^с; <ХХ1Х-2>

Или из стоимости сэкономленного топлива за вычетом амортизационных от­числений и других эксплуатационных расходов, возникающих при установке дополнительного оборудования.

Ход расчета по указанной методике показывает формула

*-г=г£г*. <ХХ1Х-3>

Где Т — срок окупаемости;

К — капиталовложения;

С — стоимость сэкономленного за год газа;

Сэ — дополнительные эксплуатационные расходы (на привод вентиля­торов и пр.) за год;

А — амортизационные отчисления за год.

Однако при подсчете срока окупаемости по формулам (XXIX.2) и (XXIX.3) не учитываются следующие существенные затраты:

1) дополнительные капиталовложения, необходимые для производства теплоутилизационного оборудования, обеспечения анергией теплоутилиза­ционной установки, включая сюда стоимость сооружения соответствующей электростанции, добычи и транспорта расходуемого на электростанции топ­лива, в пересчете на киловатт установленной мощности; эти капиталовложе­ния — Ки очевидно, необходимо добавить к средствам, затрачиваемым на создание установки, повышающей к. п.д.;

2) капиталовложения, высвобождаемые в результате устранения необхо­димости в установке оборудования, замещаемого котлами-утилизаторами, экономайзерами и иными устройствами, улучшающими к. и.т.

Так, при установке котлов-утилизаторов отпадает необходимость в соо­ружении котлов, работающих па природном газе, а применение поверхност­ных или контактных экономайзеров высвобождает средства, необходимые для сооружения водогрейных котлов.

Оснащение промышленных печей рекуператорами, помимо экономии топлива, позволяет в ряде случаев интенсифицировать работу печей и сни­зить благодаря этому удельные капиталовложения, расходуемые на сооруже­ние собственно печей. Улучшение теплоизоляции печей и сушилок также сказывается не только на удельных расходах топлива, но и на производитель­ности установок.

Высвобождаемые таким путем капиталовложения — К2 следует вычесть из средств, расходуемых на сооружение теплоутилизационного оборудования. Иными словами, при подсчете срока окупаемости надлежит оценивать не полную стоимость теплоутилизационных установок, а лишь дополнительные капиталовложения, необходимые для их создания по сравнению со стоимостью ■сооружения соответствующих установок, работающих на природном газе или других видах топлива.

При подсчете срока окупаемости дополнительно устанавливаемого тепло — нспользующего оборудования по формулам (XXIX.2) и (XXIX.3) не учиты­вается еще один весьма важный фактор, а именно уменьшение капиталовло­жений в топливную промышленность, достигаемое в результате снижения расхода топлива благодаря установке рассматриваемого оборудования.

В расчетах это приводит к преуменьшению народнохозяйственной эффектив­ности работ, проводимых с целью повышения к. п.д. использования природ­ного газа.

Большое значение для повышения эффективности использования топлива я энергии имеет правильное маневрирование ресурсами природного газа и электроэнергии и выбор оптимального энергоносителя для промышленных печей и сушил.

В 1968 г. около 25% природного газа, добываемого в стране, было исполь­зовано на электростанциях. На газе вырабатывается свыше 20% всей элек­троэнергии. Вместе с тем значительная часть генерируемой электроэнергии расходуется в печах и сушильных установках предприятий, расположенных в районах, обеспеченных природным газом.

Применение электроэнергии в термических процессах имеет ряд достоинств (по сравнению с печами, работающими на топливе), а именно:

1) высокая температура процесса;

2) сосредоточение в малом объеме большого количества энергии;

3) предотвращение загрязнения нагреваемого материала серой и золой топлива;

4) возможность создания искусственной атмосферы (инертной, восстано­вительной “I т. д.), необходимой для оптимального ведения технологического процесса;

5) легкость и точность регулирования процесса;

6) улучшение условий труда.

Указанные положения, несомненно справедливые при сопоставлении электрических печей с печами, работающими на твердом топливе или сер­нистом жидком топливе, и со старыми типами газовых печей, не использую­щими всех возможностей, открывающихся при внедрении прогрессивных методов сжигания гана, подлежат тщательному анализу в связи с резким увеличением ресурсов бессернистого природного газа и новыми путями его использования.

В современных горелочных устройствах можно осуществить сжигание газа при тепловом напряжении в несколько десятков миллионов килокалорий на кубический метр в час и таким образом сосредогочигь выделение большого количества энергии в малом объеме [981.

Точность регулирования процесса при работе на газе с применением со­временной автоматики весьма велика. Разработаны методы создания контро­лируемой защитной атмосферы в газовых печах.

Обслуживание хорошо налаженных и автоматизированных газовых пе­чей не имеет ничего общего с обслуживанием пламенных печей старых типов и сопоставимо с условиями труда у электропечей.

При сжигании природпого, нефтепромыслового, коксового и других газов с высокой жаропроизводительностью обеспечивается возможность развития в печах весьма высокой температуры.

Использование располагаемого тепла уходящих газов для нагрева воз­духа позволяет поддерживать в печах температуру, практически ограничев — вую лишь стойкостью огнеупоров.

Для большинства технологических процессов плавления, нагрева и суш­ки (в тех случаях, когда это не противоречит специальным условиям техно­логии) возможно применение газообразного топлива, сжигаемого по прогрес­сивным методам [206].

Вопрос о капиталовложениях особенно четко вырисовывается для райо­нов, в которых электроэнергия генерируется с использованием в качестве топлива природного газа. В этих случаях трансформация энергии газа в элек­трическую вызывает дополнительные капиталовложения сверх расхода средств на добычу и транспорт газа.

Стоимость сооружения электростанции, потребляющей газ, часто равна стомости добычи и транспорта природного газа, поставляемого данной элек­тростанции. Следовательно, капиталовложения удваиваются при трансфор­мации энергии газа в электрическую. Если же вести расчет на количество тепла, заключенное в сопоставляемых энергоносителях, т. е. в природном газе и вырабатываемой электроэнергии, то капиталовложения возрастают с учетом к. п.д. станций примерно в четыре раза. К этому следует добавить крупные капиталовложения, затрачиваемые на сооружение электросетей, и дополнительные затраты, связанные с применением электропечей по срав­нению с газовыми печами.

В связи с тем что в суммарных капиталовложениях, ассигнуемых на развитие топливно-энергетической базы, велика стоимость сооружения элек­тростанций, генерирующих вторичный энергоноситель (часто используемый в рядовых термических процессах, не претендующих на обязательное приме­нение электроэнергии), соответственно уменьшаются капиталовложения, направляемые на добычу и транспорт первичного энергоносителя — топлива.

Расход значительной части вырабатываемой электроэнергии в термиче­ских процессах существенно затрудняет обеспечение потребности в энергии для электропривода, электролиза, электротранспорта, освещения и других целей и обусловливает сохранение в эксплуатации маломощных, морально устаревших и крайне неэкономичных электростанций, работающих с весьма низким к. п.д.

Так, удельный расход условного топлива на 1 квт-ч электроэнергии, отпу­щенной районными электростанциями, составляет около 380 г, а на многих старых станциях расход топлива в два раза выше. Прекращение эксплуатации неэкономичных морально устаревших станций обусловливает возможность значительного сокращения расхода топлива на генерирование электроэнергии.

Существенно меньшие капитальные затраты повышают рентабельность применения в печах и сушилках природного газа по сравнению с электроэнер­гией (при условии обеспечения должного качества нагрева материала). Кроме того, необходимо сопоставить к. п.д. использования газа и электроэнергии. В наиболее простой форме сопоставление этих энергоносителей можно про­извести по коэффициенту использования топлива в печах (к. и.т.), принимая потери тепла в окружающую среду неизменными при работе однотипных печей па газе и электроэнергии.

В этом случае

К. И. Т. = 100 — (?г + <7з)%1

Где <72 — потери тепла с уходящими газами;

<7з — потери тепла вследствие химической неполноты сгорания.

Принимая, что в современных печах должна быть обеспечена полнота сго­рания газа (в случае необходимости с дополнительным дожиганием продуктов неполного сгорания, т. е. с осуществлением двухстадийиого процесса), по­лучаем следующее значение к. и.т. газовых печей:

Значение д2 и уменьшение потерь тепла с уходящими газами Ад, достига­емое при снижении их температуры и степени разбавления избыточным воз­духом, можно подсчитать по формулам

Д, = о, о1 (^-дго/о, Ад = 0,01 («! — г2)2%,

Где ^ — начальная температура уходящих газов;

— температура уходящих газов после включения дополнительной теплоиспользующей установки;

£в — температура воздуха, °С;

Ъ — коэффициент, зависящий от жаропроизводительности газа, темпе­ратуры уходящих газов и степени их разбавления избыточным воздухом.

Значения величины 2 для продуктов сгорания природного газа в зависи­мости от их состава и температуры приведены в главе XXIV.

Если принять к. п.д. наиболее мощных и прогрессивных электростанций равным 40%, то газовые печи при условии полноты сгорания газа и неболь­шом коэффициенте избытка воздуха (а = 1,1) по к. и.т. сопоставимы с элек­тропечами (в пересчете на первичное топливо, сжигаемое на электростанции) при температуре уходящих газов около 1200°. При более низкой температуре уходящих газов и том же избытке воздуха к. и.т. газоиспользующих устано­вок значительно превышает к. и.т. электропечей.

Для обеспечения страны наиболее дешевым углеводородным топливом, добываемым с минимальными капиталовложениями и обладающим высокой жаропроизводительностью и транспортабельностью, в стране осуществляется опережающее развитие нефтяной и газовой промышленности и коренная пере­стройка топливного баланса.

В 1970 г. удельный вес прогрессивных видов топлива — нефти и газа — достигнет 60% против 51,3% в 1965 г. Такая перестройка топливного баланса позволила сэкономить в текущем пятилетии около 70 млн. тп условного топлива.

На развитие топливных отраслей промышленности в 1970 г. направляют централизованные капитальные вложения в размере 6,6 млрд. руб. примерно на 22% больше, чем в 1969 г.

По плану развития народного хозяйства СССР на 1970 год добыча газа возрастет на 8% и составит 195,8 млрд. м3, добыча нефти увеличится на 6,4% и достигнет уровня 350 млн. т, добыча угля возрастет примерно на 2% и составит 618 млн. т («Известия», 1969, 16 декабря).

Приводим соотношение стоимости электроэнергии и углеводородного топ­лива в некоторых зарубежных странах в пересчете на 1000 ккал:

Великобритания — сетевая электроэнергия стоит примерно в 9 раз доро­же природного газа;

ФРГ — электроэнергия стоит в 6—12 раз дороже жидкого топлива;

США — электроэнергия стоит в 6—8 раз дороже природного газа.