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

В 1974 г. более 25% природного газа, добываемого в стране, было использовано на электростанциях. На газе вырабатывают около 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. іреимуществ по сравнению с использованием топлива, 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 и т. д.), необходимой для оптимального ведения техно»- логического процесса;

5) легкость и точность регулирования процесса;

6) улучшение условий труда.

Однако, применяя (беспламенные и другие прогрессивные методы сжигания природного газа, можно получить результаты, не уступающие достигаемым при электронагреве.

В современных гор елочных устройствах можно сжигать газ при теп­ловом напряжении в несколько десятков миллионов килокалорий на кубический метр в час и таким образом сосредоточить выделение боль­шого количества энергии в. малом объеме [149].

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 природного, 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 ограниченную 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 [191].

Это имеет особое значение 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 стоимости 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 КПД станций примерно в 4 раза. К этому следует добавить крупные капиталовложения, затрачиваемые на создание электросети, 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, в которых не обяза­тельно применение электроэнергии), соответственно уменьшаются ка­питаловложения, направляемые на добычу и транспорт первичного энергоносителя — топлива.

Расход значительной части вырабатываемой электроэнергии на термические процессы 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 КПД.

Так, удельный расход условного топлива на 1 кВт-ч электроэнергии, отпущенной районными электростанциями, составляет около 340 г, а на многих старых станциях расход топлива существенно выше.

Существенно меньшие ‘капитальные затраты повышают рентабель­ность применения в печах и сушилах природного газа по сравнению с электроэнергией (при условии обеспечения должного качества нагрева материала). Кроме того, необходимо сопоставить КПД использования газа и электроэнергии. В наиболее простой форме эти энергоносители можно сопоставлять по. коэффициенту использования топлива в печах (к. и.т.), принимая потери тепла <в окружающую среду неизменными при работе однотипных печей на газе и электроэнергии.

В этом случае

К. и.т. = 100—(<7г + <7з) %,

Где (j2 — потери тепла с уходящими газами; qz — 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 двух — стадийного процесса), получаем следующее значение к. и. т. газовых печей:

К. и.т. = 100 — 72 %•

Чем ниже температура уходящих газов и степень разбавления их избыточным воздухом, тем меньше потери тепла с уходящими газами и тем выше коэффициент использования топлива в печах.

По формулам, приведенным в ігл. VIII, легко подсчитать, до. какой температуры должны быть охлаждены продукты сгорания в зависимо­сти от степени разбавления их избыточным воздухом с тем, чтобы ко­эффициент использования топлива в печах превышал 40% и газовые печи были экономичнее электрических, разумеется, при равных потерях металла вследствие окалинообразования и при равном качестве на­грева.

Ниже приведены коэффициент избытка воздуха а и температура уходящих газов промышленных печей ty. r, работающих на природном газе, при которых газовые печи работают с коэффициентом использо­вания топлива 40%, т. е. более экономичны, чем электрические, с уче­том КПД тепловых электростанций:

Следовательно, при отсутствии разбавления уходящих газов избы­точным воздухом газовые печи становятся экономичнее электрических даже при весьма высокой температуре уходящих газов (порядка 1300 °С).

При этом сохраняется ‘возможность дальнейшего эффективного ис­пользования тепла уходящих газов путем применения рекуператоров, котлов-утилизаторов, водоподогревателей, а также при ступенчатом ис­пользовании тепла продуктов сгорания сначала в высокотемператур­ных, а затем в низкотемпературных процессах.

Опыт эксплуатации газовых печей показал, что их применение вмес­то электропечей целесообразно во многих процессах. Изделия повышен­ной надежности, нагреваемые и подвергаемые термической обработке в газовых печах беспламенного горения, по качеству не уступают изде­лиям, получаемым в электропечах.

Стоимость 1 ,кВт-ч электроэнергии, поставляемой предприятиям, сопоставима со стоимостью 1 м3 природного газа. А с учетом того, что 1 кВт-ч эквивалентен 862 ккал, а низшая теплота сгорания 1 м3 при­родного газа равна ~8500 ккал, стоимость единицы тепла в виде при­родного газа примерно на порядок меньше стоимости электроэнергии.

Несмотря на то что КПД электрических печей выше, чем газовых, затраты на энергоноситель в газовых печах беспламенного горения при­мерно в 4 раза меньше, чем в электропечах. К тому же детали в газо­вых печах нагреваются быстрее, чем в электрических.

На машиностроительном заводе газовые и электрические печи под­вергали капитальному ремонту один раз в четыре года. Однако электри­ческие печи проходят дополнительно к этому еще два средних ремонта в году. Стоимость ремонта газовых печей примерно в 2 раза меньше, чем электрических.

Проектирование и производство электропечей в СССР хорошо ор­ганизовано.

На специализированных заводах изготовлено ‘более 100 000 про­мышленных электропечей суммарной мощностью 15 млн. кВт.

Для повышения эффективности использования топлива крайне важ­но, чтобы печи, работающие на газе, также серийно выпускались спе­циализированными заводами.

Отсутствие серийного специализированного выпуска газовых печей вынуждает промышленные предприятия:

1) расходовать электроэнергию їв печах в тех случаях, когда эко­номичнее использовать газ;

2) заказывать электропечи, демонтировать дорогие электронагре­ватели и устанавливать газовые горелки;

3) сооружать не оснащенные должным образом газовые печи в ме­ханических мастерских и подсобных цехах, не приспособленных для вы­пуска печей.

В США и странах Западной Европы термических газовых печей значительно больше, чем электрических.

Г. М. Закгейм и В. А. Смирнова [203] показали, что себестоимость нагрева ‘металла в газовых. камерных печах ниже, чем в электрических, на 71 %, и їв толкательных — на 87%.

Сопоставление показателей работы газовых и электрических. индук­ционных печей для выплавки алюминиевых сплавов на передовых ав­тотракторных заводах дает следующие результаты [204]:

1) качество выплавленного металла и угар металла одинаковы;

2) расход на 1 т ісплава составляет в индукционных печах около 550 кВт-ч электроэнергии, а в газовых печах — 45—55 м3 природного газа. При КПД генерирования электроэнергии около 0,3 расход пер­вичного топлива при использовании электропечей примерно в 3 раза превышает расход топлива в газовых печах;

3) стоимость. расходуемой в печах электроэнергии в 5 раз больше стоимости газа;

4) стоимость электропечей в 2 раза превышает стоимость газовых печей (соответственно выше и амортизационные отчисления);

5) стоимость ремонта электропечей в 3—5 раз выше, чем газовых;

6) затраты при выпла»ке ‘металла в электропечах примерно в 3 ра­за выше, чем в газовых (без учета стоимости выплавляемого металла).

Дополнительно к. приведенному сопоставлению следует учесть. круп­ные капиталовложения в электростанции, необходимые для обеспече­ния энергией электрических печей.

На Уральском автомобильном заводе переведены с электронагрева на природный газ камерные термические печи и установки, генерирую­щие защитный газ, предохраняющий нагреваемый металл от окисле­ния, — эндогаз.

Это существенно повысило эффективность работы технологических установок. Расход энергии в пересчете на условное топливо снизился на 550 т в год. Устранено применение дорогостоящего нихрома. Ре­монт установок при электронагреве проводили через каждые 3—4 ме­сяца, а при работе на газе — раз в 10 месяцев. Производительность ге­нераторов эндогаза удалось повысить более чем в 2 раза [205].