CC BY
79
Энергоресурсосбережение
в электротехнических системах и комплексах
УДК 621.8.033.004.18
электросбережение при разделении воздуха
Ю.К. Демин, И.О. Слепоеа, С.В. Картавцев
ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия, г. Магнитогорск dyomin.ura@yandex. ru
Аннотация
Произведен анализ сокращения затрат электроэнергии на привод компрессора при промежуточном охлаждении сжатого воздуха жидким азотом или кислородом.
Ключевые слова: сжатый воздух, компрессор, промежуточное охлаждение, разделение воздуха.
electro savings for air separation
Ju.K. Dyomin, I.O. Slepova, S.V. Kartavcev
Nosov Magnitogorsk State Technical University Russia, Magnitogorsk dyomin.ura@yandex. ru
Abstract
The analysis reducing electricity costs to drive the compressor with intermediate cooling of compressed air with liquid nitrogen or oxygen.
Key words: compressed air, the compressor, intermediate cooling, air separation.
Актуальность работы
Спрос на продукты разделения воздуха в России постоянно увеличивается, особенно на азот и аргон. Стабильно высоким остается производство кислорода, основным потребителем которого является черная металлургия. Все крупные современные воздухоразделитель-ные установки (ВРУ), как правило, комплексные; в них одновременно получаются несколько различных продуктов, как в газообразном, так и
в жидком или сжатом виде. Многие установки позволяют переход на различные режимы, с тем, чтобы получить необходимые в данный момент продукты (жидкий азот или жидкий кислород).
Для снабжения современных крупных ВРУ сжатым воздухом в России применяют мощные турбокомпрессоры. Характерно, что затраты энергии на сжатие воздуха составляют, в зависимости от типа установок, от 70 до 90% всех энергозатрат установки [1].
Основные проблемы и решения
Для экономии энергии на привод компрессора применяют ступенчатое сжатие, с охлаждением сжатого воздуха между ступенями в специальных теплообменниках. Недоохлаждение воздуха в промежуточных охладителях турбокомпрессоров на каждые 10°С приводит к снижению производительности на 1-5%, что ведет к перерасходу электроэнергии на привод компрессора. В реальных условиях для охлаждения сжатого воздуха в качестве теплоносителя используется вода, при этом недоохлаждение в промежуточных воздухоохладителях достигает 40-50°С [2]. Таких значений оно достигает из-за несовершенства поверхностного охлаждения в воздухоохладителях и невозможности впрыска охлаждающей воды в поток сжатого воздуха. Так как это приведет к увлажнению, а следовательно дополнительным затратам на последующую осушку перед ВРУ.
Для решения этой проблемы предлагается впрыск жидкого азота или кислорода на входе в ступень сжатия. Благодаря этому сжатый воздух будет доохлажден без потери качества.
В качестве примера была рассчитана ВРУ КААр-15-3, с массовым расходом потребляемого сжатого воздуха 4,18 кг/с, при давлении 0,54 МПа. Производительность установки по жидкому кислороду -0,278 кг/с (давление 0,2 МПа), по жидкому азоту - 0,278 кг/с (давление 0,45 МПа). Сжатие в компрессоре трехступенчатое, давление воздуха после первой ступени 0,175 МПа, после второй 0,31 МПа. Таким образом, кислород можно использовать на входе во вторую ступень, азот на входе в третью. Температура недоохлаждения была принята 10-20°С.
Используя свойства воздуха и продуктов его разделения было рассчитано необходимое количество жидкого азота и кислорода, выигрыш в энергии привода компрессора (за счет ликвидации недоохлаждения), а также дополнительные затраты на сжатие обогащенного воздуха (за счет добавленной массы кислорода и азота). Разница между выигрышем и дополнительными затратами для одной ступени компрессора представлена на рис. 1.
s
s -
а
-.j s
m № S
s
о S о
■А Л
2 1,5 1
0,5 0
10
15
20
"кислород •азот
Температура недоохлаждения, °С
Рис. 1. Экономия электроэнергии в зависимости от температуры
недоохлаждения
Из рис. 1 видно, что использование кислорода более выгодно, чем азота. Годовая экономия электроэнергии на привод одной ступени воз -душного турбокомпрессора для ВРУ КААр-15-3, при температуре недоохлаждения 20°С, может составить около 50 тыс. кВт-ч для азота и 65 тыс. кВт-ч для кислорода.
Выводы
Таким образом, учитывая масштабы производства продуктов разделения воздуха, применение впрыска жидкого кислорода или азота в ступень сжатия воздушного компрессора может дать значительный энергосберегающий эффект.
Список литературы
1. Калинин Н.В., Кабанова И.А., Галковский В.А., Костюченко В.М. Системы воздухоснабжения промышленных предприятий: Учеб. пособие. - Смоленск: Смоленский филиал МЭИ (ТУ), 2005 — 122 с.
2. Рыбин A.A. Сокращение потерь энергии при производстве сжатого воздуха // Промышленная энергетика. — 2004. — № 7. — С. 33.
