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 цукру характеризуєтьсянаступними 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:

- зменшення питомої витрати теплової енергії на перероблення цукрового буряку – q _техн;

- зменшення питомої витрати електричної енергії на перероблення цукрового буряку – е _техн;

- 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:

- 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.

- 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;

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:

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

- 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”.

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:

1. 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.

2. 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.

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

4. Вирішити проблему парових відтяжок в секційних та кожухотрубних підігрівниках.

5. 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.

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

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

8. 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.

9. 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.

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

11. 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.

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

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

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

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

16. 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.