Навчальний посібник Київ 2011

2
УДК 658.26
Праховник Артур Веніамінович
Суходоля Олександр Михайлович
Денисюк Сергій Петрович
Прокопенко Володимир Васильович
Навчальний посібник підготовлено на основі робочих навчальних програм з дисципліни «Енергозбереження в промисловості», яка викладається на кафедрі електропостачання Інституту енергозбереження та енергоменеджменту Національного технічного університету України
«КПІ».
Розглянуто технологічні процеси в промисловості України,
методологія оцінювання потенціалу енергозбереження, основні шляхи підвищення енергетичної ефективності обладнання, технологій та режимів експлуатації.
Для студентів вищих навчальних закладів та фахівців.

3
ВСТУП
Промисловість — це провідна високо розвинута галузь матеріального виробництва, від рівня розвитку якої залежить технічне переозброєння та інтенсифікація всіх галузей економіки, зростання добробуту народу, зміцнення обороноздатності країни.
За ознаками впливу на предмет праці всі галузі та підгалузі
промисловості поділяються на видобувні й обробні.
За видами діяльності промисловість України включає такі галузі:
електроенергетику, нафтовидобувну, газову, вугільну, торф'яну промисловість, чорну та кольорову металургію, хімічну і нафтохімічну промисловість, машинобудівну й металообробну, лісову, деревообробну та целюлозно-паперову, промисловість будівельних матеріалів, скляну та порцеляно-фаянсову, легку, харчову,
борошномельно-круп'яну,
комбікормову, мікробіологічну, медичну, поліграфічну та інші галузі
промисловості. Галузевий поділ промислового виробництва покладений в основу галузевого державного регулювання і реалізується через систему міністерств і державних комітетів.
Промисловість сприяє розвитку та підвищенню ефективності
сільськогосподарського виробництва, забезпечуючи його технікою,
будівельними матеріалами, мінеральними добривами та іншими видами продукції. Саме промисловість визначає масштаби й темпи розвитку інших галузей матеріального виробництва – транспорту й зв'язку, будівництва,
торгівлі та громадського харчування, заготівель, матеріально-технічного забезпечення.
Об'єктами державного регулювання на макроекономічному рівні
виступають міжгалузеві народногосподарські комплекси.

4
Міжгалузевий народногосподарський комплекс –єдина господарська система, яка включає в себе групу взаємопов'язаних галузей і покликана забезпечити потребу народного господарства у певному виді кінцевої
продукції (послуг). Кожен комплекс містить ряд спеціалізованих галузей,
технологічно, економічно і організаційно пов'язаних між собою.
До складу народногосподарських міжгалузевих комплексів промислового виробництва належать комплекси: паливно-енергетичний,
металургійний, машинобудівний, хіміко-лісовий.
До паливно- енергетичного комплексу входять галузі, які спеціалізуються на видобутку
і збагаченні палива, геології, електроенергетиці та електрифікації.
Металургійний комплекс об'єднує чорну та кольорову металургію. До машинобудівного комплексу належить основна частина підприємств галузей верстатобудування, важкого і середнього машинобудування,
автомобіле- та приладобудування. До хіміко-лісового комплексу входять хімічний і лісовий підкомплекси, які забезпечують випуск прогресивних матеріалів.
Частина галузей промисловості
є складовими агропромислового комплексу (мікробіологічна, борошномельно-круп’яна,
комбікормова тощо), інвестиційного (інвестиційне машинобудування,
промисловість будівельних матеріалів), комплексу соціального розвитку
(виробництво товарів народного споживання, легка і місцева промисловість).
Державне регулювання промислового виробництва здійснюють у складі Міністерства економіки України: департамент розвитку базових галузей промисловості та виробничої інфраструктури, у складі якого функціонують відділи економіки:

вугільної, нафтової та газової промисловості;

чорної та кольорової металургії;

5

хімічного та нафтохімічного комплексів;

розвитку енергетики;

лісопромислового та лісогосподарського комплексів;

машинобудівного та оборонного комплексу;

департамент реалізації соціальної політики, у складі якого працює відділ економіки виробництва непродовольчих товарів та послуг;

департамент розвитку агропромислового комплексу,
складовою якого є відділ виробництва продовольчих товарів.
Суб’єктами державного регулювання промислового виробництва виступають Міністерство промисловості, Міністерство машинобудування,
військово-промислового комплексу і конверсії, Міністерство енергетики і
електрифікації, а також державні комітети з легкої та текстильної
промисловості, з використанням ядерної енергії та деякі інші. Залежно від типу галузей і форм власності державне регулювання промислового виробництва здійснюється у вигляді прямого державного управління об’єктами
(підприємствами-товаровиробниками)
і регулювання підприємницької діяльності у сфері виробництва промислової продукції.
До методів регулювання підприємницької діяльності в промисловому виробництві відносять: контроль розміщення промислових підприємств на основі адміністративних важелів; залучення промислових підприємств незалежно від форм власності до виконання державних та регіональних цільових комплексних програм; застосування системи податків (податку на добавлену вартість, акцизного збору, податку на прибуток або доходи) і податкових пільг; грошово-кредитне регулювання ;

6
регулювання цін на деякі види промислової продукції аж до встановлення державних цін; використання норм амортизації та інших норм і
нормативів.
Важливим напрямом державного регулювання підприємництва у промисловості є вироблення і реалізація програм державної підтримки підприємництва, особливо малого. Так, на підтримку малих підприємств у
Японії уряд виділяє 2 – 3 млрд. дол., що становить 0,3 – 0,6 % витратної
частини бюджету.
Програма державної підтримки підприємництва в Україні,
спрямована передусім на підтримку підприємництва у приватному секторі
економіки, передбачає запровадження пільгового оподаткування суб'єктів малого бізнесу, які діють у пріоритетних напрямах підприємницької
діяльності, пільгового кредитування експортно-орієнтованих проектів,
підвищення норм амортизації для підприємницьких структур, що займаються пріоритетними видами промислової виробничої діяльності,
створення Українського фонду розвитку та стимулювання експортної
діяльності малих підприємств тощо.
Структурно-технологічна перебудова економіки країни в цілому, її
окремих галузей, підприємств і технологічних процесів передбачає
виведення з роботи морально застарілого та фізично зношеного устаткування, припинення випуску неенергоефективної продукції,
впровадження у виробництво новітніх технологій, обладнання та побутових приладів. Важливим фактором підвищення енергоефективності
є забезпечення інформаційно-аналітичної підтримки всіх суб'єктів економічної діяльності у вирішенні питань оптимізації енергоспоживання та енергозбереження.
Електроенергетика. Пріоритетними напрямками енергозбереження

7
в електроенергетиці є впровадження нових технологій експлуатації
енергетичного обладнання електростанцій та його реконструкція і
модернізація, скорочення власних потреб щодо енергоресурсів, скорочення втрат у системах розподілення електричної та теплової енергії,
впровадження нових енергозберігаючих технологій виробництва енергії
(парогенераторні установки, котли з циркулюючим киплячим шаром тощо).
Нафтогазова промисловість. Підвищення питомої ваги газопроводів великого діаметру та з підвищеним тиском, зниження гідравлічних втрат,
охолодження природного газу, оптимізація режимів транспортування газу,
зниження втрат за рахунок поліпшення стану парку агрегатів для перекачування газу, раціональне використання вторинних енергетичних ресурсів, застосування електропривода замість газотурбінного.
Впровадження нового високоефективного обладнання, підвищення рівня рекуперації тепла на установках атмосферної перегонки та використання тепла відхідних газів після гідроочищення газойлю,
збільшення частки теплообмінних агрегатів у технологічній схемі
підігрівання сировини, зменшення витрат нафти і нафтопродуктів під час впровадження автоматичних систем для наливних резервуарів.
Вугільна промисловість. Економія ПЕР в галузі передбачається за рахунок вжиття таких основних заходів, як створення нових та модернізація існуючих техніки й технології видобування та перероблення вугілля, в тому числі за рахунок застосування способів переведення вугілля в рухомий стан енергією вибуху та вібрації; використання методів газифікації, особливо для низькосортного та високо зольного вугілля;
використання шахтного метану як палива, вдосконалення систем електропривода, у тому числі збільшення коефіцієнта завантаження, та

8
вибір типу привода, обмеження режиму неробочого ходу, впровадження статичних регуляторів швидкості двигунів; перероблення та використання відходів вуглезбагачення як палива, зменшення його втрат; використання вторинних енергетичних ресурсів для теплофікації та виробництва холоду.
Чорна металургія. Підвищення рівня використання вторинних енергетичних ресурсів, заміна природного газу іншими видами палива,
зниження енерго- та матеріалоємності виробництва, підвищення якості
металу та металопрокату, впровадження нових способів та розширення масштабів використання існуючих енергозберігаючих технологій,
обладнання, підвищення частки застосування безвідходних технологій.
Кольорова металургія. Суттєві резерви енергозбереження має
алюмінієва промисловість. Пріоритетним напрямом енергозбереження в цій галузі є створення і впровадження у виробництво технологічних процесів і агрегатів з повним внутрішнім теплообміном, що забезпечує
найменші втрати тепла. Також ефективним є збільшення частки вторинної
кольорової металургії.
Машинобудування та металообробка. Впровадження в стале- і
чавуноливарне виробництво таких технологій, як позапічна обробка металу, використання кисневого дуття, поліпшення якості шихти і
попереднє її нагрівання перед виплавлянням. Оснащення вагранок дворядними формами та пристроями для підігрівання дуття дозволяє
значно знизити витрати палива. Заміна традиційних процесів термооброблення на прогресивні, з використанням концентрованих джерел електронагрівання, високочастотної та імпульсної індукції дозволяють зменшити питомі витрати електроенергії на 80 – 120 кВт·год на 1 т металу.
За рахунок впровадження таких енергоекономічних технологічних процесів, як електролітичне шліфування, ультразвукове, електроіскрове й

9
електрохімічне оброблювання металу, електропроменеве і дифузійне зварювання, заміна механічного оброблювання на холодне штампування і
гаряче накатування, оброблювання металу твердосплавним та алмазним
інструментом тощо. Можна знизити витрати електроенергії на 20 – 25%
загального обсягу її споживання у виробничих процесах металообробки.
Хімічна промисловість. Основний потенціал енергозбереження в цій галузі припадає на впровадження нових енерготехнологічних процесів,
ефективнішого устаткування, реконструкцію та модернізацію діючого обладнання, вдосконалення технологічних схем, підвищення рівня використання вторинних енергетичних ресурсів.
Промисловість будівельних матеріалів. До пріоритетних напрямів енергозбереження в промисловості будівельних матеріалів слід віднести впровадження нових технологій і енергозберігаючого устаткування,
удосконалення існуючих технологічних процесів і енергоспоживаючого обладнання. Наприклад, у цементній промисловості впроваджується енергозберігаюча технологія сухого способу виробництва з використанням вугілля як основного палива. У промисловості стінових матеріалів передбачено зниження енергоємності виробництва за рахунок збільшення випуску пустотної цегли та ніздрюватого бетону, використання відходів вуглевидобутку і збагачення вторинних енергетичних ресурсів. У скляній промисловості економія палива значною мірою залежить від досконалості
конструкції скловарних печей і зростання їх потужності. У виробництві
віконного скла передбачаються перехід на технологію термічного формування та організація виробництва сонце- та теплозахисного скла.
Харчова промисловість. Найкрупнішим в галузі споживачем енергоресурсів є цукрова промисловість. Враховуючи значну спрацьованість основних фондів, ключовими напрямами підвищення

12
1 ПАЛИВНО-ЕНЕРГЕТИЧНИЙ КОМПЛЕКС
1.1 Галузі паливної промисловості
1.1.1 Вугільна галузь
1.1.1.1 Загальний опис технологій
Загальна характеристика технологічного процесу видобутку
вугілля
На території України розташовані два басейни кам’яного вугілля
(Донецький і Львівсько-Волинський) та один басейн бурого вугілля
(Дніпропетровський). Видобуток вугілля відбувається переважно підземним способом у шахтах, тобто з гірничих виробок (рис. 1). Підземні
роботи включають комплекс процесів з відділення вугілля від масиву,
доставляння його до місця навантаження в транспортні засоби, кріплення та підтримання робочого простору. Видобування вугілля неможливе без здійснення інших робіт: провітрювання, водовідливу, транспортування вугілля та породи й підйому їх на поверхню.
Орієнтовний баланс енергоспоживання шахти:

електроенергія – 80–82%;

вугілля – 2–3%;

вода – 7–8%;

метан – 8–9%.
Найбільшими споживачами електроенергії на шахтах є:

головні вентиляційні установки – близько 20% (на шахтах крутого падіння компресорні установки – до 60%);

13

магістральні конвеєри – 12-15%;

підйомні установки – 10-15%;

обладнання видобувних та підготовчих дільниць – по 8-10%.
У міжнародному стандарті «Методи визначення норм витрат електроенергії гірничими підприємствами» (ДСТУ 30356-96) наведено структуру електроспоживання (у відсотках), яка має наступний вигляд:

видобувні дільниці – 5,26%;

підготовчі дільниці – 1,29%;

підземний транспорт – 5,6%;

кондиціювання повітря – 10,88%;

водовідлив – 14,28%;

підйом – 13,32%;

вентиляція – 17,13%;

технологічний комплекс поверхні – 3,75%;

вироблення стисненого повітря – 2,46%;

інші електроприймачі – 20,58%;

освітлення – 0,69%;

втрати електроенергії – 4,76%.
У теплий період року споживання електроенергії знижується на 10–
15% у порівнянні з холодним періодом.

14
З огляду на гірничо-геологічні умови застосовано погоризонтну систему підготовки, яка полягає в тому, що пласт у межах шахтного поля ділять на видобувні дільниці, витягнуті по падінню або по підніманню.
Підготовка пласту починається з проведення штреків, один з яких головний вентиляційний, а другий головний відкаточний.
Рис. 1 Вугільна шахта у розрізі
1 – штреки (вентиляційний та відкаточний); 2 – пласт вугілля 3-
лава; 4 - уклон та ходки; 5 - надшахтні будівлі стволів; 6 -
адміністративно-побутовий комбінат; 7 - склад; 8 - вугільний склад; 9 -
терикони; 10 - вентиляційний ствол (витяжний); 11,12 – клітьовий та
скіповий стволи; 13 –приствольний двір.
Штреки проводять із використанням прохідницьких комбайнів (рис.
2). Загалом до функцій комбайна входить оформлення контуру виробки під арочне кріплення; зачистка ґрунту в при забійному просторі, переміщення відбитої маси до завантажувального пристрою; доставка, підйом матеріалів кріплення та монтаж його елементів у вибої в межах зони при забійного простору; забезпечення умов праці для робітників у вибої при встановлюванні рам арочного кріплення.

15
Рис. 2 Схема прохідницького комбайну
1 - відбійна коронка; 2 - виконавчий орган; 3 - гідродомкрат; 4 -
корпус; 5 - електроустаткування; 6 - пульт керування; 7 - шкребків
конвеєр; 8 - задній опорний циліндр; 9 - ходовий візок; 10 - передній
опорний циліндр; 11 - навантажувальний пристрій.
Відбій вугілля (очисні роботи) здійснюються вугільними комбайнами (з барабанними та шнековими, буровими, стругальними виконавчими органами). Вугільні комбайни призначені для механізації
відбивання вугілля від маси породи в очисних вибоях та його завантаження на транспортні засоби (конвеєри).
Шахтний транспорт забезпечує доставляння вугілля з очисних вибоїв до відкаточних виробок, транспортування виробками вугілля та породи,
матеріалів, обладнання, перевезення людей. Вугілля із лави транспортується шкребковим конвеєром на збірний стрічковий
(шкребковий) конвеєр та відкаточним штреком до приствольного двору.
Транспортування вантажу у вагонетках рейковими коліями називають відкаткою і здійснюють поїздами за допомогою електровозів.
Із виробок вугілля і порода поступають приствольний двір
сукупність виробок та камер, які розташовані біля стволів, що призначені
для транспортування вугілля, породи, матеріалів, а також для пропускання

16
повітря і пересування людей. Він містить наступні об’єкти: скіповий та клітьовий стволи, камеру завантаження вугілля, центральну підземну електропідстанцію, центральну насосну камеру, посадочний майданчик,
водозбірник тощо.
Шахтне поле розкривається двома центрально-здвоєними вертикальними стволами. Головний ствол (скіповий) обладнаний двома скіпами для підйому породи (вугілля). Допоміжний ствол (клітьовий)
обладнаний підйомною установкою і служить для спуску-підйому людей,
обладнання і матеріалів (рис. 3).
Рис. 3 Комплекс центрально-здвоєних вертикальних стволів.
Під час видобування вугілля відбувається накопичення води у виробках, яка видаляється із шахти за допомогою головних та місцевих шахтних стаціонарних водовідливних установок. Головні водовідливні

17
установки відкачують на поверхню весь притік шахтної води, а місцеві
служать для відкачування води з дільниць у водозбірник головної
установки.
Для провітрювання вугільних шахт та видалення метану проектуються вентиляційні системи, які передбачають в основному нагнітальний спосіб вентиляції та використовують існуючі стволи,
виробки. В середньому у шахту подається 20 т повітря на кожну тонну видобутого вугілля.
У загальному випадку комплекс робіт з видобування вугілля можна відобразити наступною схемою (рис. 4).
Рис. 4 Схема видобування вугілля
Під час проходження виробок вугільним комбайном 1 гірську породу за допомогою при забійного конвеєра 3 переміщують від устя виробок, де перебуває завантажувальний пункт 4, до відвалів. Породу транспортують вагонетками 5, які приєднані до електровоза 6. Для розвантаження

18
вагонеток застосовують перекидачі 7, за допомогою яких перекидають гірську породу в навантажувальний бункер 8. У навантажувальному бункері порода надходить у навантажувальний пристрій 9, який подає
породу у скіп 10. Скіп підіймає породу на поверхню. Далі корисні
копалини потрапляють в завантажувальний бункер 11, що знаходиться на поверхні. Порода, вивантажена із бункера, через підживлювач 12,
поступово надходить на конвеєрні ваги 14, які контролюють кількість породи, що потрапляє на стрічковий конвеєр 13. Цей конвеєр транспортує
породу до розподільчого конвеєра 15, з нього – в акумулюючий бункер 16,
де відбувається розподіл отриманої породи, а саме: більшу частину завантажують у залізничні вагони 18 і транспортують до місця призначення, решта потрапляє на конвеєр 20 подачі вугілля на аварійний склад 21. Кількість завантаженого вугілля в залізничний вагон контролюється залізничними вагами 19. За необхідності, вугілля за допомогою конвеєра 22 подають із аварійного складу у залізничні вагони.