Енергозбереження у виробництві цукру.

Починаємо аналіз за розглянутою раніше глобальною структурою аналізу за етапами.

З дисципліни “Теплотехнологія харчових виробництв” відомо, що вироб­ниц­т­во цукру здійснюється на цукровзаводах, які можуть є споживачами палива, тепловї енергії та електричної енергії.

Етап 1.Конкретне виробництво цукру є споживачем палива, оскільки енер­го­тех­нологічний комплекс цукрового заводу містить в собі власну ТЕЦ. Стра­те­гія енергозбе­ре­ження виробництва цукру полягатиме у зменшенні абсолютної – В_ТЕЦ, (т у.п/год), та питомої – b_техн , (кг у.п/т буряку) витрати палива в ТЕЦ.

Розрахункові формули для визначення витрати палива в ТЕЦ – B_ТЕЦ,мають наступний вигляд:

B_ТЕЦ = B_т^ТЕЦ + B_е^ТЕЦ (12.12)

де:

B_т^ТЕЦ – частка палива, спаленого в котлагагрегатах ТЕЦ, з якої в подальшому буде отримана теплова енергія для відпуску цукровому заводу, т.у.п/ год; Визначається за формулами:

B_т = Q_відп / ( Q_н ^р · η_т^ТЕЦ) (12.13)

B_т = b_т^ТЕЦ · Q_відп^ТЕЦ (12.14)

B_е^ТЕЦ – частка палива, спаленого в котлагагрегатах ТЕЦ, з якої в подальшому буде отримана електрична енергія для відпуску цукровому заводу, т.у.п/ год. Визначається за формулами:

B_е = W_відп^ТЕЦ / (Q_н ^р · η_е^ТЕЦ)) (12.15)

або B_e = b_e^ТЕЦ · W_відп^ТЕЦ (12.16)

Вироблення цукрухарактеризуєтьсянаступними енергетичними парамет­рами: витратою пари, витратою електроенергії, густиною сиропу з ВУ, показ­ни­ком ефективності системи паровідборів ВУ.

Реальними енергетичними параметрами, що впливають на зменшення спо­жи­вання палива та електричної енергії є:

115. зменшення питомої витрати теплової енергії на перероблення цукрового бу­ряку – q_техн ;

116. зменшення питомої витрати електричної енергії на перероблення цукрового буряку – е_техн ;

117. зменшення питомих витрат палива – b_т^ТЕЦ і b_e^ТЕЦ .

Етап 2.Макропоказниками енергоспоживання цукрового заводу є:

- годинна витрата палива в ТЕЦ, що визначається формулою (12.12);

- годинна витрата теплової енергії, що визначається за формулою:

Q_техн = D_техн·(і_техн.п – β_{зв.конд}·с _{зв.конд}·t _{зв.конд}) (12.17)

W_відп ^ТЕЦ = е_техн· А_з-ду / 24 (12.18)

Показниками енергетичної ефективності енерготехнологічного цукрового заводу є:

- питома витрата теплової енергії – q_техн, Мкал/тбуряку;

- питома витрата електричної енергії – е_техн, кВт.год/т буряку;

^- питома витрата умовного палива на одну відпущену Гкал теплової енергії від ТЕЦ – b_т^ТЕЦ, кг у.п/Гкал;;

^- питома витрата умовного палива на одну відпущену кВт.год електричної енергії від ТЕЦ,– b_е^ТЕЦ, г у.п/кВт.год.

Етап 3.За базу порівняння визначаємо цукровий завод європейської комплектації, такої ж виробничої потужності у якої питомі витрати палива на перероблення буряку – (b_техн ^ЦЗ)^Lim на 40 % менші.

Етап 4.Формування методики теплотехнологічного розрахунку цукрового за­воду самостійно становить суттєві труднощі, тому варто застосувати вже роз­роблені фахівцями, в т.ч. НУХТ, апробовані методики, віикладені у відкритих джерелах інформації.

Етап 5.Енергетичними недосконалостями в існуючому цукровому заводі є:

ВЕН-1 – Низькі (19,5 ата /345 ^оС) параметри гострої пари від парових кот­лів на парові турбіни. Сутність ВЕН-1 полягає в тому, що такі параметри не до­зволяють досягти в паро­вих турбінах низької питомої витрати пари на ви­ро­б­лен­ня електричної енергії. А це призводить, за умови висо­ко­го електроспожи­вання заводу до значного функціонального пропуску гострої пари че­рез проти­тискову турбіну з наступною його подачею в заводський колектор пари. Тобто високе електроспоживання заводу диктує йому високе пароспоживан­ня. Част­ко­вим вирішенням проблеми могла б бути експлуатація котлів та парових тур­бін з номінальними параметрами (23 ата /370 ^оС).

ВЕН-2 –Понижені проти номінального числові значення ККД проточної час­тини встановлених парових турбін Р-2,5-15/3. Фактично η_оі= 0,67 (Номінал η_оі = 0,76). Сутність недосконалості в тому, що цей фактор обумовлює підви­щення питомої витрати пари на вироблення електричної енергії в турбінах. За нашим визначенням d_o^ту = 13,0 кг пари/кВт.год електроенергії.

ВЕН-3 – Відсутнє використання для живлення дифузій конденсату останніх кор­пу­сів ВУ (т.зв. “аміачних”) для живлення дифузійної установки. Негативні наслідки наступні:

– втрачається можливість зменшити відкачку соку з дифузії;
– перевитрачається пара на нагрівання баромет­ричної води і, як наслідок, на завод в цілому.

ВЕН-4 –Не ефективнасистема підігрівників ППД - дефекованого соку перед гарячою дефекацією. Сутність недосконалості:

1. система не містить підігрівника, що використовував би теплоту конденсату останніх корпусів ВУ. Гарячий (100-102 ^оС) “аміачний” конденсату із збір­ника “3-3” відкачується на аміачний ящик.

2. система не містить підігрівника, що використовував би вторинну пару 5-го корпусу;

Негативні наслідки:

- зменшена ефективність системи паровідборів ВУ, її випарювальна здатність);

- втрачається теплота конденсату;

ВЕН-5 –Не ефективнасистема підігрівників соку перед 2-ю сатура­ці­єю (П2С). Сутність недосконалості:

- система за наявності значного запасу поверхні теплообміну підігрівників (160 м²) не містить підігрівника, що використовував би вторинну пару 3-го корпусу ВУ;

Негативний наслідок – зменшена ефективність системи паровідборів ВУ і, як наслідок, збільшена витрата пари на завод.

ВЕН-6–Не ефективнасистема підігрівників - соку перед випарною уста­но­вкою (ПВУ). Сутність недосконалості: Система за наявності значного запасу по­верхні теплообміну підігрівників (160 м²) не містить системи нагрівання пос­лідовно вторинною парою 3-го, 2-го та 1-го корпусів ВУ;

Негативний наслідок – зменшена ефективність системи паровідборів ВУ і, як наслідок, збільшена витрата пари на завод.

ВЕН-7 –Частково використовується для обігріву пароконтактного піді­грів­ника баромет­рич­ної во­ди для дифузії (ПКП БВ) вторинна пара 4-го (наряду з 5-м) кор­пусу ВУ.

Негативний наслідок – не використана можливість 100 % вико­рис­тати ефек­тив­ніший з позиції енергозбережння паровідбір із 5-го корпусу ВУ, змен­ше­но про­дуктивність системи паровід­бо­рів ВУ, чим обумовлено певне недозгу­щен­ня си­ропу із ВУ, та певна перевитрата пари на продуктове відділення та завод в ці­лому .

ВЕН-8– Не достатньо ефективна система паровід­борів ВУ з кое­фі­цієнтом ефективності системи паровідборів ВУ - 2,51, що становить 88 % від гра­нично досяжного для 5-ти корпусних ВУ. Сутність недосконалості – вісутня достатня за тепловою потужністю кількість паровідборів з останніх (3-го, 4-го, 5-го) кор­­пусів ВУ.

Негативні наслідки:

- достатньо рідкий (59 % СР) сироп з ВУ обумовлює перевит­рату пари на продуктове відділення і, відповідно, на завод;

- не доцільно розпочинати роботи по викорис­тан­ню теплоти ВЕР тому, що викорис­тання ВЕР за умови не­ефективної системи паровідборів призведе до подаль­шого змен­шен­ня СР % сиропу із ВУ і викличе ще більшу перевитрату палива.

ВЕН-9 –Відсутність достатнього діаметру парових відтяжок з нижніх та вер­х­­ніх зон грійних камер всіх підігрівників соку. Сутність недосконалості – грійні камери не достатньо дегазуються від газів легших та важчих пари некон­денсованих газів – повітря, СО₂ , NH₃. Ця обставина призводить до помітної “втра­ти” поверхні теп­ло­об­міну підігрівників та низького коефіцієнту викорис­тання поверхні – 35...40 %.

Негативні наслідки: зменшена теплопродуктивність підігрівників, зменшене спожи­вання ними пари, зменшене випарювальної здатності системи паро­від­борів ВУ, недо­згущення сиропу, перевитрата пари на продуктове відділення та на завод в цілому.

ВЕН-10 –Не використовується утфельна пара для нагрівання дифузійного соку. Сутність недосконалості – не утилізується значна кількість теплоти утфельної пари в тепловій схемі заводу.

Негативний наслідок: перевитрата пари на завод і палива в ТЕЦ.

ВЕН-11–Система підігрівників соку не оснащена сучасними підігрівниками плас­тинчатого типу або трубчатими секційними. Сутність недосконалості – існуючі в заводі кожухотрубні підігрівники мають високий гідравлічний опір та високу температуру недогріву соку до температури грійної пари.

Негативні наслідки:

1. підвищується електроспоживання заводу (Небажане із врахуванням низьких параметрів гострої пари в ТЕЦ);

2. зменшується ефективність системи паровідборів ВУ, як наслідок, зростає витрата пари на завод.

ВЕН-12 –Випарювальне охолодження конден­сату відпрацьованої пари і конденсату вторинної пари 1-го корпусу здійс­нено одноступенево, у вторинну пару 3-го корпусу ВУ.

Негативні наслідки – зменшується ефективність системи паровідборів ВУ, і, як нас­­лі­док зростає витрата пари на завод. Відомо, що 3-х або 2-х ступеневем випа­рю­вальне охолодження в каскадних випарниках забезпечує приріст 2,7 % СР сиропу із ВУ і економію до 0,5 т/год пари на завод.

ВЕН-13 –В системі безперевного продування парових котлів ТЕЦ втра­чається в атмосферу пара само випаровування продувальної води з розширника безперевного продування (РБП).

Негативні наслідки: вВтрачається теплота пари самовипаровування з РБП в кількості не менше 75-200 кВт(т), і, як наслідок, існує перевитрата газу в ТЕЦ.

ВЕН-14 –В існуючій системі ВУ недостатня поверхня теплообміну 4-го (1180 м²) та 5-го (1000 м²) корпусів ВУ

Негативний наслідок – у разі впровадження в теплову схему заводу технічних рішень з використання теплоти ВЕР малі поверхні цих корпусів ВУ не дозво­лять суттєво навантажити їх паровідборами тому, що виникне загроза суттєво зменшення температур їх вторинної пари.

ВЕН-15 –В існуючому тепло технологічному верстаті заводу завищені (19 ^оС) втрати температури сокового потоку від дифузії до випарної установки, в т.ч.:

- 1^оС – на преддефекаторі та холодному дефекаторі;

- 5 ^оС – станції гарячої дефекації та 1-ї сатурації

- 6 ^оС – на станції 1=ї фільтрації;

- 7 ^оС – на станціях 2-ї сатурації , сульфітації та контрольної фільтрації.

Негативні наслідки: збільшуються витрати пари на відповідні підігрівники со­ку перед технологічними станціями і, як наслідок, збільшується пароспо­жи­ван­ня заводу.

ВЕН-16 –В технологічній схемі заводу має місце значне розбавлення соко­во­­го потоку водою (за рахунок вапнякового молока та фільтраційного “промою”.

Негативні наслідки: збільшуються витрати пари на відповідні підігрівники со­ку перед технологічними станціями і, як наслідок, збільшується пароспо­жи­ван­ня заводу.

Таким чином, існуючий цукровий завод налічує 16-ть вузлів енергетичної недосконалості (ВЕН).

Етап 6.Формую систему технічних рішень, що ліквідують всі виявлені ВЕН. Вказана системі має складатися з технічних рішень, що ліквідують всі 16-ть виявлених ВЕН. Повний перелік запропонованих технічних рішень наведено нижче:

· Перекомунікувати по грійній парі, відведенню конденсату, і паровим від­тяж­кам три існуючі кожухотрубні підігрівники перед ВУ, ПВУ-1, ПВУ-2 та ПВУ-3. Здійснити обігрівання ПВУ вторинною парою 3-го, 2-го та 1-го кор­пусів, як більш «випарювальну» для ВУ систему.

· Перекомунікувати по грійній парі, відведенню конденсату, і паровим від­тяж­кам перший по соку кожухотрубний підігрівник перед 2-ю сатурацією П2С-1. Здійснити обігрівання П2С-1 вторинною парою 3-го корпусу ВУ, як більш продуктивну для ВУ систему.

· Відвести надлишковий конденсат від в збірник конд. вт. пари 3-го корп., а не на аміачний ящик.

· Вирішити проблему парових відтяжок в секційних та кожухотрубних піді­г­рівниках.

· Перекомунікувати по грійній парі, відведенню конденсату, і паровій від­тяж­ці змійовиковий підігрівник “сироп+клеровка”, здійснити обігрівання його вто­ринною парою 1-го корпусу ВУ, як більш «випарювальну» для ВУ сис­тему.

· Відвести пару самовскипання з розширника безперевного продування (в ТЕЦ) в деаератор, в нижню частину деаераційної головки.­

· Змонтувати систему трубопроводів для подачі надлишку перегрітого (100 ^оС) “амміачного” конденсату з аміачного ящика в існуючу систему приготування живильної (барометричної) води для дифузії.

· Придбати (або виготовити) та змонтувати 4-х СЕКЦІЙНИЙ ТРУБЧАТИЙ підігрівник со­ку типу “конден­сат-сік” для нагрівання дефеко­ваного соку перед гарячою дефекацією. Встановити його в якості 2-ї групи нагрівання соку пе­ред гарячою дефе­ка­ці­єю, умовне позначення ППД_2.

· В ньому конденсат охолодиться від 101 ^оС до 70 ^оС. Охолодже­ний до 76 ^оС після теплообмінника конденсат направити на аміач­ний ящик для подальшого використання у виробництві – для гасіння вапна, промивки фільтрів та інш.

· Сік нагріється в ППД_1 не менше чим на 5 ^оС, від 49 ^оС до 54 ^оС.

· Встановити додатковий збірник конденсату для відведення в нього кон­ден­сату вторинної пари 5-го корпусу ВУ із грійної камери ППД_2 (умовне поз­начення „5-5”) ємністю 1,0 – 1,5 м³.

· Укомплектувати його двома насосами (на подачу до 10,0 тонн/год), запір­ною арматурою, засобами автоматичного регулювання рівня.

· Конденсат відкачати або на аміачний ящик, або в існуючий збірник кон­денсату вто­ринної пари 3-го корпусу ВУ (умовне позначення „3-3”).

· Збірник „5-5”) розташувати на висоті не менше 2,5 м над рівнем землі для уникнення кавітації на насосах.

· Реалізувати подачу охолодженого конденсату (в кількості не менше 40% до маси буряка на живлення дифузії.

· Придбати (або виготовити) та змонтувати 4-х секційний трубчастий піді­грів­ник со­ку типу “пара-сік” для нагрівання дефекованого соку перед гаря­чою дефекацією. Встановити його в якості 1-ї групи нагрівання соку пе­ред гарячою дефе­ка­ці­єю, умовне позначення ППД_1. Сік нагріється в ППД_1 не менше чим на 10 ^оС, від 54 ^оС до 64 ^оС. Буде створено паровідбір з 5-го кор­пусу в кількості 1,6 тонн/год. Принципову схему ув’язки вказаного піді­грів­ника в теплову схему заводу і 5-го корпусу ВУ наведено нижче, на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Принципова схема ув‘язки підігрівника преддефековнного соку 1-ї групи (ППД-1) в систему парвідборів випарноїустановки цукрового заводу.

Виконаний за відповідною методикою розрахунок теплової схеми енерго­ощадного цукрового заводу засвідчує зменшення витрати палива на 15 %.

Етап 7. У разі необхідності формуємо пропозиції на перший та другий етапи робіт з енергозбе­реження, вклю­чивши в них ліквідацію всіх виявлених ВЕН.

Етап 8. Новими, енергощадними експлуатаційними параметрами оновленої теплової схеми цукрового заводу будуть:

- вища концентрація сиропу із ВУ;

- збільшена питома поверхня теплообміну корпусів ВУ;

- зменшена питоме електроспоживання;

- зменшене питоме тепло споживання;

- зменшене питоме споживання технологічної пари з ТЕЦ;

- підвищені параметри гострої пари в ТЕЦ;

- підвищено температурний режим по ВУ.

Очікуваним результатом робіт з енергозбереження є зменшення вит­ра­ти палива, що визначено за ф-лою (12.12) шляхом підстановки в неї змінених проектно-очікуваних (енергоощадних) параметрів, визначених на 6-му етапі.

Етап 9. Оскільки всі виявлені ВЕН були ліквідовані за один етап (тобто на 1-му етапі робіт з енергозбереження) то проектно-очікувані показники всієї роботи будуть ідентичними, визначеним на 8-му етапі.

Етап 10.Економічним показником реалізованих робіт з енергозбереження буде зменшення витрат коштів на закупівлю палива та електроенергії.