CC BY
35
УДК 662.6
М. А. Таймаров, Д. А. Ефремов, Т. О. Степанова
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ ТЕПЛОВЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ В ОАО «КАЗАНЬОРГСИНТЕЗ»
Ключевые слова: пластинчатый теплообменник, завод поликарбонатов, схема теплообмена, тепловые вторичные энергоресурсы.
В данной статье рассматривается схема трансформации теплоты вторичных энергоресурсов ОАО «КАЗАНЬОРГСИНТЕЗ».
Keywords: lamellar heat exchanger, a factory ofpolycarbonates, the diagram of heat exchange, thermal secondary power resources.
In this article the scheme of transformation of warmth of secondary energy resources of JSC KAZANORGSINTEZ is considered.
Введение
В данной статье исследуются схемы трансформации теплоты [1-3] по технико-энергетическим показателям источников низкопонециального тепла по технологическим объектам ОАО «Казаньоргсин-тез». Проводится анализ схем установок трансформации теплоты и разрабатывается теоретическая и практическая часть критериальной оценки эффективности применения тепловых насосов для выработки тепловой энергии или холода, используя потенциал вторичных тепловых энергетических ресурсов. Дается сравнительная оценка способов преобразования низкопотенциальной теплоты в требуемые по условиям технологии параметры энергоносителя и подбираются варианты конструктивного решения трансформации низкопотенциальной теплоты с помощью различных конструкций тепловых насосов.
Исследование схем и основных потребителей вторичных энергоресурсов
Основным потребителем теплоты вторичных энергоресурсов (ВЭР) на ОАО «Казаньоргсинтез» является цех пароснабжения (корпуса 0813 и 100а.). Трансформация теплоты вторичных тепловых энергоресурсов осуществляется в 4-х точках (рис. 1), баланс теплоты ВЭР по корпусу 100а приведен в табл. 1.
Как видно из табл. 1, теплота пара 13 ати с 1=180°С конденсата завода поликарбонатов с 1=95 °С полностью используется вначале для первичного подогрева тепло-спутниковой воды, а затем для первичного подогрева воды горячего водоснабжения в пластинчатых теплообменниках. Однако имеется практическая возможность утилизации теплоты конденсата с 1=40 °С в количестве 77,5 т/ч в пиковой парокомпрессионной теплонасосной установке (ТНУ) для подогрева воды горячего водоснабжения с 1=5°С до 1=80°С.
Исследование балансов тепловых вторичных энергоресурсов водооборотной системы блока №781. Значимым источником вторичных энергоресурсов является блок 781, включающий 8 градирен (рис. 2). Вода в него поступает для охлаждения с
расходом от 14 до 17 тыс. куб. м/час. с температурой 29,6°С и после градирен идет на производство с температурой 24,8 °С при летнем режиме. Диаметр труб прямой и обратной воды к градирням равен 600 мм. По данным для зимнего режима расход оборотной воды через все градирни 15,2 тыс. куб. м/час, с температурой 25,1 °С. После охлаждения в градирнях вода идет на производство с температурой 19,9 °С.
OSpJtMJ WIHfc
K«LKHCil с toy
»НЛ1 <3-69 т л G^ljJ т ч
т-из-е
Рис. 1 - Трансформация теплоты вторичных энергоресурсов в корпусе 100а: 1- пластинчатый теплообменник для первичного подогрева тепло-спутниковой воды; 2- пластинчатый теплообменник для первичного подогрева воды горячего водоснабжения; 3- магистральная пароэжек-торная установка (МПЭУ) для окончательного подогрева тепло-спутниковой воды путем смешения ее с паром;; 4 -пластинчатый теплообменник для окончательного подогрева воды горячего водоснабжения; ПК - завод поликарбонатов; Схема теплообмена в пластинчатых тепло-обменниках-противоток
Баланс теплоты ВЭР для источника теплоты и преобразователя - теплового насоса приведен в табл. 2. Расчет выполнен исходя из предпосылки применения парокомпрессионного теплового насоса при выработке теплоты зимой и комбинированного теплового насоса летом [4-9]. Суммарная потребляемая мощность электропривода парокомпрессионного насоса зимой 26,16 МВт и летом 34,88 МВт.
Таблица 1 - Баланс тепловой энергии при зимнем варианте работы паросилового цеха 0813 ОАО «Казань-оргсинтез»
Источник теплоты Потребление теплоты
№ Наименование источника Разм. Кол-во № Наименование потребителя Разм. Кол-во
Теплота пара 13 ати с 1=180°С
1 КТЭЦ-3 , пар с 1=180°С т/ч 3 1 МПЭУ, окончальный нагрев спутниковой воды до 110°С т/ч 3
2 КТЭЦ-3 , пар с 1=180°С т/ч 8,5 1 Пластинчатый теплообменник для окончательного подогрева воды горячего водоснабжения до 80°С т/ч 8,5
Итого т/ч 11,5 Итого т/ч 11,5
Теплота конденсата с 1=133°С
1 Завод поликарбонатов, конденсат 1=133 °С т/ч 69 1 Пластинчатый теплообменник для первичного подогрева тепло-спутниковой воды до 1=101°С т/ч 69
Итого т/ч 69 1 Итого т/ч 69
Теплота конденсата с 1=95°С
1 Конденсат завода поликарбонатов т/ч 69 1 Пластинчатый теплообменник для первичного подогрева воды горячего водоснабжения до 1=36 °С т/ч 69
Итого т/ч 69 1 Итого т/ч 69
Теплота конденсата с 1=40°С
1 Конденсат с 1=40°С т/ч 69 1 Корпус 0813. ТНУ т/ч 69
2 Конденсат с 1=48°С т/ч 8,5 2 т/ч 8,5
Итого т/ч 77,5 1 Итого т/ч 77,5
Таблица 2 - Баланс теплоты ВЭР блока №781 ОАО «Казаньоргсинтез»
Источник теплоты Потребление теплоты
№ Наименование источника Размерность Кол-во № Наименование потребителя Размерность Кол-во
Баланс источника низкопотенциальной теплоты ВЭР при летнем режиме
1 Оборотная вода с 1=30°С на входе 3 тыс. м /ч 15 1 Теплонасосная установка (ТНУ) охлаждает оборотную воду до 10 °С на выходе из ТНУ 3 тыс. м /ч (Гкал/ч) 15 (30)
Итого 3 тыс. м /ч 15 Итого 3 тыс. м /ч (Гкал/ч) 15(30)
Баланс источника низкопотенциальной теплоты ВЭР при зимнем режиме
1 Оборотная вода с 1=25°С на входе 3 тыс. м /ч 15 1 Теплонасосная установка (ТНУ) охлаждает оборотную воду до 10 °С на выходе из ТНУ 3 тыс. м /ч (Гкал/ч) 15(22,5)
Итого 3 тыс. м /ч 15 Итого тыс. м /ч (Гкал/ч) 15(22,5)
Баланс преобразователя теплоты (теплового насоса) при летнем режиме с получением холода с 1=+7 °С
1 ТНУ (летний режим).за счет теплоты 15 тыс.м3 /ч оборотной воды с 1=30°С на входе Гкал /ч 300 1 Охлаждение хозбыто-вой воды с 15°С до 7 °С 3 тыс. м /ч 28,13
Итого Гкал /ч 300 1 Итого 3 тыс. м /ч 28,13
Баланс преобразователя теплоты (теплового насоса) при зимнем режиме с получением теплоты ГВС с 1=80 °С
1 ТНУ (зимний режим).за счет теплоты 15 тыс.м3 /ч оборотной воды с 1=25°С на входе Гкал /ч 225 1 Нагрев хозбытовой воды с 5°С до 80 °С тыс.м3 /ч 3
Итого Гкал /ч 225 1 Итого тыс.м3 /ч 3
Исследование вариантов применения абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины АБХМ - 1500П для использования теплоты вторичных энергоресурсов. Для утилизации теплоты вторичного пара абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина АБХМ - 1500П с холодильной мощностью 1750 кВт может быть подключена для охлаждения этилена в холодильниках боковых потоков по двум вариантам (рис.2).
Рис. 2 - Принципиальные схемы подключения АБХМ - 1500П: а - схема с разомкнутым контуром захоложенной воды; б - схема с замкнутым автономным контуром захоложенной воды
Основные параметры холодильной машины АБХМ-1500П:
- потребляемая мощность эл. энергии 6,9 кВт;
- потребление пара 120 °С 7 ати 4 т/час;
- состав основных узлов: 2 гидронасоса , 1 ваку-умнасос, 1 эжектор;
- заправочный объем раствора 3 куб. м;
- габариты холодильной машины АБХМ-1500П 7,5 м х 3,35 м х 2,075 м.
Технологически абсорбционная бромистолитие-вая холодильная машина АБХМ-1500П предназначена для захолаживания воды. Как видно из рис. 2, после использования теплоты пара ВЭР, получается конденсат с температурой 80 °С в количестве 4 куб. м/час. Эта температура достаточна для использования теплоты конденсата в парокомпрессионной холодильной машине. Допустимый диапазон изменения параметров приведен на рис. 3.
Выводы
1. Теплота конденсата с температурами 1=133 °С и 1=95 °С, поступающего в корпуса 0813 и 100а используется в существующей технологической схеме в пластинчатых теплообменниках для первичного подогрева спутниковой воды и подогрева воды горячего водоснабжения.
Остаточная теплота конденсата с температурами 1=40 °С и 1=48 °С после пластинчатых теплообменников (корпуса 0813 и 100а ) в виду небольших объемов 69 т/ч и 8,5 т/ч для целей использования этой теплоты в промышленном масштабе ОАО «Казань-оргсинтез» значительного практического интереса не имеет.
2. Для использования теплоты ВЭР оборотной воды градирен с выработкой теплоты наиболее приемлемой является схема цикла парокомпрессионно-го насоса с получением теплоты ГВС зимой и комбинированного цикла (парокомпрессионный тепловой насос , работающий в связке с абсорбционным насосом) для получения холода +7 °С летом. В обоих случая получается захоложенная до +10 °С оборотная вода, используемая в основной производственной технологии.
3. Имеющаяся на заводе ПВД схема с абсорбционным насосом показывает возможность использования последнего в качестве надстройки к паро-компрессионному насосу. Источником теплоты в схеме с абсорбционным насосом может служить перегретая вода, после расширителя высокого давления (пар вторичного вскипания).
Од , кВт - халодояроизеадителъность
26 РЯ
, . 1С -температура охлаэ/сдакпцей еоды
5 6 7 8 9 Ю Г! 72 13 К 75 ' г Т -температура охлажденной еоды
Рис. 3 - Зависимость холодопроизводительности
АБХМ-1500П от температур охлаждающей воды
на входе в машину и охлажденной воды на выходе из машины
Литература
1. Таймаров М.А. Направления развития энергосбережения в энергетике. Казань, КГЭУ, 2003. 67 с.
2. Сафин, Р.Г. Основы научных исследований. Казань, КНИТУ, 2013 . 160 с.
3.Таймаров М.А. Основы физико-химических процессов производства тепловой энергии. Казань, КГЭУ, 2003. 120 с.
4.Таймаров М.А.,Забелкин С.А., Гильфанов К.Х, Грачев А.Н. Экспериментальное исследование термической переработки древесины. Вестник Казанского технологического университета т. 15, № 4, 2012 г., с.52-53
5. Таймаров М.А. Тепловые насосы. Казань, КГЭУ, 2003. 80 с.
6. Григоров В.Г., Нейман В.К., Чураков С.Д. Утилизация низкопотенциальных тепловых вторичных энергоресурсов на химических предприятиях. М.: Химия, 1987.
7. Журавленко В.Я., Ракитин О.И. Анализ работы адсорбционного теплового насоса // Холодильная техника. 1991. № 11, с. 12-15
8. Использование тепловых насосов как направление энергосбережения // Промышленная энергетика. 1992, № 4, с. 7-10.
9. Калкинь И.М. Перспективы развития тепловых насосов // Холодильная техника. 1994. № 1, с. 4-8.
10. Сафин Р.Г., Степанов В.В., Хайруллина Э.Р., Гайнул-лина А.А., Степанова Т.О. Современные строительные материалы на основе древесных отходов. // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. -Т. 17. №20. - С. 123-128.
11. Сафин Р.Г., Исхаков Т.Д., Гайнуллина А.А., Степанова Т.О., Хабибуллина А.Р. Разработка композиционных материалов на основе древесных отходов. // Деревообрабатывающая промышленность. - 2014. - №6. - С. 3237.
12. Сафин Р.Г., Степанов В.В., Исхаков Т.Д., Гайнуллина А.А., Степанова Т.О. Новые исследования и разработки в области получения древесно-композиционных материалов на основе древесных отходов. // Вестник техно-
логического университета. - 2015. -Т. 18. №6. - С. 139142.
13. Степанова Т.О., Мусин Х.Г., Хабибуллин И.Г. Тепло-влажностная обработка древесно-композиционных материалов. // Актуальные проблемы сушки и термовлаж-ностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе сборник научных статей Первых Международных Лыковских научных чтений, посвященных 105-летию академика А.В. Лыкова. Москва, 2015. С. 324-326.
14. Сафин Р.Г., Зиатдинова Д.Ф., Сафина А.В., Степанова Т.О., Крайнов А.А. Современные направления переработки лесных ресурсов. // Вестник технологического университета. - 2015. -Т. 18. №15. - С. 144-148.
15. Сафин Р.Г., Галиев И.М., Степанова Т.О., Разработка террасных досок и плит из древесины-полимерных композиционных материалов / Деревообрабатывающая промышленность. 2015, в.3, с.56-60.
© М. А. Таймаров - д-р техн наук, профессор каф. ПДМ КНИТУ, Taimarovma@yandex.ru; Д. А. Ефремов - ст. лаборант каф. КУПГ КГЭУ, dmitrij_efremov_1992@mail.ru; Т. О. Степанова - магистрант каф. ПДМ КНИТУ, stepanova-211190@yandex.ru.
© M. A. Taymarov - Doctor of Engineering, professor of chair of processing of wood materials, KNRTU, Taimarovma@yandex.ru; D. A. Efremov- senior laboratory assistant of the Department. KUPG, Kazan state power engineering University; dmitrij_efremov_1992@mail.ru; Т. О. Stepanova - undergraduate of chair of processing of wood materials, KNRTU, stepanova-211190@yandex.ru.
