Рациональная последовательность энергосберегающих технических решений для сахарного завода Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 664.1

Рациональная последовательность энергосберегающих технических решений для сахарного завода

В.Н. ФИЛОНЕНКО, канд. техн. наук,

Национальный университет пищевых технологий (е-mail: ipren@ukr.net) Д.Н. ЦЫГАНКОВ, ООО «Техпроект» (е-mail: tehproekt_kursk@mail.ru)

А.А. ШВЕЦОВ, ООО «Балашовский сахарный комбинат» (е-mail: sanbskingeneer@yandex.ru)

Общеизвестно, что для создания энергосберегающей тепловой схемы сахарного завода необходимо внедрить в его теплотехнологиче-скую схему четыре группы технических решений, направленных:

1) на снижение количества воды, поступающей в соковый поток:

— с откачкой сока из диффузионного аппарата;

— известковым молоком;

— промоем станций фильтрации;

— конденсатом, вводимым в соковый поток для «сглаживания» неравномерности подачи сока в первую (по ходу сока) ступень выпаривания;

2) максимальное использование в тепловой схеме завода теплоты её вторичных энергоресурсов (ВЭР), а именно:

— теплоты утфельного пара вакуум-аппаратов;

— теплоты конденсата головных корпусов ВУ;

— теплоты конденсата последних корпусов ВУ;

— теплоты жомопрессовой воды;

3) достижение предельно возможной по условиям фильтрации концентрации сиропа из ВУ за счёт:

— максимально возможного смещения пароотборов на последние ступени выпаривания, выдерживая соответствие температуры вторичных паров ВУ эксплуатационному регламенту потребителей вторичного пара;

— использования подогревателей с минимальным (не выше 4 оС) не-

догревом потока на выходе до температуры конденсации греющего пара;

— увеличения числа ступеней выпаривания ВУ, обусловленного полнотой использования в тепловой схеме теплоты ВЭР;

4) минимизацию до функционально необходимого минимума (не выше 8 оС) снижения температуры сокового потока по соковому тракту вследствие потерь тепла в окружающую среду и неконтролируемых выпаров.

На сегодня накоплено огромное количество соответствующих технических решений по указанным направлениям энергосбережения. На рынке производственных услуг работает целый ряд фирм, владеющих этими решениями и осуществивших успешные реконструкции в энергосберегающем направлении, с результатами которых можно ознакомиться в том числе по публикациям в журнале «Сахар».

По всем вопросам и направлениям энергосбережения в сахарной промышленности собран достаточный объём научно-технической информации (например, [1—6]), позволяющей оперативному и административному персоналу любого сахарного завода страны поставить перед исполнителем работ задачи и оценить практически любые вопросы, решаемые в проекте.

При наличии у завода необходимых финансовых средств и досту-

па к трудовым ресурсам всеобъемлющую реконструкцию в направлении энергосбережения можно провести и в один межсезонный период. В случае же ограничения в финансировании и прочих ресурсах осуществить все приведённые выше технические решения в один сезон не представляется возможным. Поэтому приобретает актуальность формирование их поэтапной, в определённом порядке, реализации. Опыт неупорядоченной реализации технических решений на некоторых сахарных заводах свидетельствует не только об удлинении сроков получения результата — снижения расхода топлива на производство, но и о появлении проблем эксплуатационного характера, вплоть до возникновения предаварийных (а то и аварийных) ситуаций.

Ключевое положение эффективной последовательности на всех этапах реконструкции состоит в том, чтобы потребность в греющем паре технологических потребителей (вакуум-аппаратов, подогревателей) не превысила тепловые возможности корпусов ВУ, а «стремление» корпусов ВУ генерировать требуемое количество пара не вылилось в понижение температурного режима вторичных паров и не обернулось негативом для той же технологии, которая «инициировала» эту ситуацию.

Пример. Согласно плану работ одного из сахарных заводов по совершенствованию технологии ува-

СЕМЕНА ГИБРИДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ РОССИЙСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

ривания утфелей вакуум-аппараты были оснащены механическими цир-куляторами, и в них существенно увеличена поверхность теплообмена.

Перевод реконструированных вакуум-аппаратов на обогрев вторичным паром 3-го и 4-го корпусов ВУ, не подкреплённый ни увеличением поверхности теплообмена этих корпусов, ни изменением конфигурации движения сокового потока в рамках ВУ, привёл к неприемлемому для работы продуктового отделения и подогревателей станций дефекосатурации и фильтрации снижению температур вторичных паров этих корпусов ВУ.

Под рациональной последовательностью энергосберегающих технических решений авторы настоящей статьи подразумевают такой порядок её реализации, который обеспечивает получение экономии тепловой энергии (пара и топлива) в конце каждого этапа и исключает возникновение эксплуатационных проблем. На основании накопленного опыта, а также математического моделирования всего заводского комплекса «технология — теплотехника — энергетика» представляется целесообразной последовательность реализации энергосберегающих технических решений, приведённая ниже.

В группу решений первого этапа реконструкции необходимо включать технологические решения, которые не требуют теплотехнического сопровождения, не создают неприемлемой тепловой нагрузки на корпуса ВУ и используют возможности непосредственно тепловой схемы завода.

К таким решениям, в частности, относятся:

— мероприятия по повышению активности известкового молока;

— мероприятия по увеличению дигестии стружки;

— осуществление клеровки жёлтого сахара сиропом из ВУ;

№ 9 • 2016 САХАР 25 -

— гашение извести промоем станции фильтрации с добавкой горячего конденсата (возможно, сока);

— фильтрация сока на фильтрах, требующих минимального расхода воды на промывание фильтрационного осадка;

— снижение откачки диффузионного сока за счёт внутренних резервов диффузионной установки;

— установка ошпаривателя в структуре диффузионной установки, поскольку недогрев стружки в процессе диффузии приводит к недополучению товарного сахара;

— достижение, за счёт выбора соответствующей конфигурации ош-паривателя, разницы между температурами диффузионного сока и стружки на уровне 10—15 оС.

Реализация указанных решений не потребует крупных капиталовложений в сопутствующие теплотехнические решения. А главное — не создаст дополнительной тепловой нагрузки на поверхности теплообмена выпарных аппаратов.

В группе второго этапа должны быть представлены организационно-технические решения, а именно:

— изолирование трубопроводов и теплового оборудования, так как изоляция уменьшает потери в окружающую среду от их поверхности на 250—300% в зависимости от температуры;

— комплектация ТЭЦ завода паровыми котлами и турбинами соответствующих типоразмеров с высокими параметрами (po/to) острого пара — не ниже 35 атм/435 оС. Дело в том, что при более низких параметрах острого пара в ТЭЦ балансовая взаимосвязь между потреблёнными заводом теплом и электроэнергией, в случае достижения заводом низкого (ниже 190—204 Мкал/т свёклы) теплопотребле-ния, поставит перед необходимостью закупить для завода от 300 до 1000 кВт электрической мощности в районной энергосистеме (РЭС), закупочная цена которой

в 2,5—3 раза выше себестоимости электроэнергии собственной выработки. Это не приведёт к увеличению расхода газа в ТЭЦ, но ухудшит экономические показатели реконструкции;

— организация системы удаления неконденсирующихся газов из греющих камер диффузионных аппаратов, выпарных аппаратов и подогревателей, которые могут быть как легче, так и тяжелее водяного пара, в целях гарантии интенсивного теплообмена;

— закупка и установка кавита-ционно устойчивых насосов, так как предотвращение кавитацион-ных явлений в насосной установке гарантирует эффективную реализацию технических решений, использующих перемещение конденсатов (жидкостей в состоянии насыщения) с высокой температурой;

— минимизация поступления конденсата в сборник сульфитиро-ванного сока перед ВУ для создания гарантированного потока на 1-й корпус ВУ;

— минимизация неравномерности сокостружечного потока по всем технологическим станциям завода, поскольку неритмичность работы завода ведёт к перерасходу энергоресурсов;

— совершенствование системы смешения сатурационого газа с соковым потоком для увеличения степени утилизации сатурацион-ного газа и уменьшения его количества, также уносимого газом водяного пара, и чрезмерного снижения температуры сокового потока на станциях сатурации;

— организация системы «стандарт-сироп» на выпарной установке, так как она обеспечивает минимизацию затрат тепловой энергии на продуктовое отделение завода;

— использование антинакипина на всех корпусах ВУ с коррекцией его дозировки на протяжении всего сезона. Это гарантирует стабильные температуры вторичных

паров ВУ и регламентный температурный режим на технологических станциях завода;

— оснащение вакуум-аппаратов механическими циркуляторами, так как их установка обеспечивает и минимизацию времени уваривания, и подачу низкотемпературного пара в греющие камеры, и должный гранулометрический состав утфеля, и повышение производственной мощности продуктового отделения завода.

В группу третьего этапа реконструкции нужно объединить решения по использованию в тепловой схеме завода теплоты ВЭР, понимая, что, введённая в завод, она гарантирует достаточно высокую степень «вытеснения» первичного энергоносителя завода — технологического пара из ТЭЦ.

Дело в том, что всей теплоты ВЭР сахарного завода достаточно много, не менее 50% количества тепловой энергии, полученной заводом от ТЭЦ. Остальная её часть — функциональные потери, так называемая тепловая цена производства сахара. Однако, поскольку «теплотехнологическая площадка» сахарного производства недостаточно велика для использования такого большого объёма

низкотермпературной тепловой энергии, уровень её потребления невысок.

На рисунке приведена типичная структура потерь тепловой энергии в окружающую среду в тепловой схеме сахарного завода.

К сожалению, использование теплоты ВЭР в тепловой схеме завода не приводит к эквивалентному уменьшению потребления тепловой энергии отработанного пара.

Среди пригодных по своей температуре и приемлемых по количеству теплоты, относительно вошедшей в завод, практическую ценность представляют следующие потоки ВЭР:

— утфельный пар вакуум-аппаратов 1-го продукта — не выше 6,0%;

— переданная в теплообменниках теплота конденсата последних корпусов ВУ — от 8 до 13%;

— конденсат последних корпусов, введённый в диффузионную установку, как составная часть питательной воды — на уровне 15%;

— жомопресовая вода, введённая в диффузионную установку, как составная часть питательной воды — на уровне 15—20%.

Конденсат отработанного пара, несмотря на значительный объём

11

Типичная структура потоков теплоты, функционально отводимой за пределы сахарного завода: 1 — теплота утфельного пара вакуум-аппаратов 19,3%; 2 — теплота конденсата последних корпусов ВУ17,6%; 3 — потеря теплоты вследствие неритмичной работы 1—3%; 4 — теплота мелассы 0,5%; 5 — теплота сушки сахара 2%; 6 — прочие потери теплоты 0,5%; 7 — потеря теплоты в продуктовом отделении 6,0%—9,7%; 8 — потери теплоты по соковому тракту от диффузии до ВУ 11,4%; 9 — теплота фильтрационного осадка 2,5%; 10 — потеря теплоты из последенего корпуса ВУ 0—1,5%; 11 — теплота конденсата, возвращаемого в ТЭЦ20,3%; 12 — теплота сырого жома 13,7%

своей теплоты, не может быть использован как ВЭР, поскольку является функциональным отводом теплоты.

Отработанный сатурационный газ (выпар из сатураторов), несмотря на высокую (не ниже 80 оС) температуру и объём (по нашим расчётам, не менее 8%) теплоты, не может рассматриваться как ВЭР, поскольку имеет низкое парциальное давление водяного пара и неприемлемо низкую температуру его конденсации.

Не следует воспринимать сумму тепловой энергии потоков ВЭР (обычно это десятки процентов от расхода её на производство), которые реально могут быть возвращены в тепловую схему как прогноз эквивалентного уменьшения расхода тепловой энергии на завод. В тепловой схеме завода существет сложное взаимодействие между возвращаемыми потоками массы и теплоты ВЭР (конденсатом, утфельным паром и др.) и аналогичными компонентами первичных энергоносителей (греющего пара, воды, свёклы). И результирующий эффект снижения эксплуатационного расхода тепловой энергии на производство будет значительно (на 60—80%) меньше суммы тепловой энергии потоков ВЭР, использованных в тепловой схеме завода.

Примером может служить сопоставление вариантов использования и сброса в дренаж двух мощных потоков ВЭР — жомопрес-совой воды (в количестве 55% к массе свёклы) и конденсата последних корпусов ВУ (31% к массе свёклы) в качестве питательной воды диффузионной установки.

Если в случае неиспользования этих компонентов удельный расход тепловой энергии в заводе составлял 205,3 Мкал/т свёклы, то при их использовании — 196,9 Мкал/т свёклы, т.е. расход тепловой энергии уменьшился только на 4% несмотря на то, что содержание тепловой энергии в

26 САХАР № 9 . 2016

СЕМЕНА ГИБРИДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ РОССИЙСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

двух потоках ВЭР составляло не ниже 30% расхода тепловой энергии на завод. Это обстоятельство формирует высокие требования к достоверности методов тепло-технологических расчётов сахарных заводов, гарантирующих объективность проектно-расчётных результатов реконструкции.

Следует обратить внимание на то, что внедрение эффективного в тепловом отношении технического решения по вовлечению ВЭР всегда требует формирования и внедрения в тепловую схему завода одновременно так называемого компенсаторного теплотехнического решения.

Так, внедрение даже небольшого нескомпенсированного объёма ВЭР, например теплоты конденсата в количестве 0,54 Гкал/ч, уменьшит отбор пара на 1 т/ч, а следовательно, снизит (если это был вторичный пар 4-го корпуса ВУ) количество выпаренной воды в ВУ на 4 т/ч. При расходе сока на ВУ в 125 т/ч «исчезновение» 1 т/ч пароотбора из 4-го корпуса вызовет снижение СВ сиропа от 65 до 58%, что повлечёт за собой заметное увеличение расходов пара на его уваривание, в целом на ВУ и в конечном итоге расхода топлива в ТЭЦ.

Таким образом, приступая к выбору решения о внедрении ВЭР, следует одновременно формировать «компенсаторное» решение, чтобы при реализации проекта не допустить снижения СВ сиропа.

В группу четвёртого этапа реконструкции следует включить системные проектно-конструк-торские решения, в частности успешно апробированные промышленностью:

— повышение СВ сиропа путём смещения пароотборов на последние корпуса ВУ при существующей их поверхности, которая допускает это смещение без «критического» снижения температур вторичного пара;

— использование плёночных

№ 9 • 2016 САХАР 27 -

длиннотрубных или пластинчатых конструкций выпарных аппаратов, в частности для сиропных корпусов, при проектировании энергоэффективных ВУ;

— сохранение пятикорпусных ВУ, но с увеличением поверхности теплообмена последних ступеней выпаривания (предпочтительно плёночных) до уровня удельных поверхностей теплообмена — 0,40-0,45 м2/(т св/сут.);

— увеличение числа ступеней выпаривания ВУ, продиктованное полнотой использования теплоты ВЭР в тепловой схеме. При высокой стоимости топлива и убедительном экономическом обосновании возможны и 6- и 7-ступен-чатые ВУ;

— повышение производительности ВУ за счёт проектирования ВУ с проектно-расчётным перепуском (до 15 т/ч) отработанного пара во вторичный пар 1-го корпуса ВУ и активизацией его в случае снижения производительности существующей системы пароотбо-ров без увеличения расхода пара, теплоты и топлива;

— повышение производительности ВУ за счёт установки батареи пароструйных компрессоров при наличии ресурса (до 10 т/ч) редуцированного пара на завод;

— изменение конфигурации сокового потока в пределах ВУ, т.е. впуск сульфитированного сока не в 1-й корпус ВУ, а в корпус, вторичный пар которого направляется на уваривание вакуум-аппаратов 1-го продукта;

— использование в качестве питательной воды для диффузионной установки охлажденного конденсата, последних корпусов ВУ, прошедшего либо деаммони-зацию, либо подкисление до регламентного значения рН;

— использование в качестве питательной воды для диффузии жо-мопрессовой воды, прошедшей тепловую обработку;

— использование теплоты ут-фельного пара для нагревания на

16—25 оС диффузионного сока перед прогрессивным преддефе-катором в скоростном трубчатом подогревателе;

— использование теплоты конденсата последних корпусов для нагревания сокового потока;

— использование теплоты конденсата для нагревания сиропных и паточных сборников, понимая, что это решение снижает расход греющего пара на компенсацию потерь теплоты в продуктовом отделении.

Главным требованием к реализации решений третьего и четвёртого этапов является недопуск эксплуатационного снижения температур вторичных паров ВУ ниже регламентного уровня, чтобы у оперативного персонала не создалось мнение, что у ВУ не хватает пара для того или иного потребителя. Дело в том, что пара всегда будет достаточно, если у потребителя не будет снижена температура этого пара против проектно-рас-чётного уровня. Если потребитель допустит снижение температуры (давления) греющего пара, то снизится количество переданной паром и воспринятой потребителям тепловой энергии, а уже это явление в соответствии с законом теплопередачи приведёт к нехватке греющего пара как носителя этой энергии. Пара у потребителя действительно недостаточно, но не потому, что его мало, а потому, что температурные условия (температурный напор у потребителя) тормозят его вход в греющую камеру. Повысится давление (температура) пара, вырастет температурный напор у потребителя, и пар войдет в греющую камеру в необходимом количестве.

В качестве иллюстрации идеи, обозначенной в названии статьи, представляем проектно-расчётную версию последовательной реализации трёх групп работ по реконструкции сахарного завода в направлении энергосбережения, т.е. в направлении

снижения уровня потребления пара, тепловой энергии и топлива на производство сахара с прогнозными эксплуатационными результатами.

При наличии финансовых средств и трудовых ресурсов весь комплекс можно реализовать за один сезон, как это осуществлено на некоторых успешных сахарных заводах. Если таких возможностей нет, работу можно распределить на два-три межсезонных периода, гарантировав ежегодный прирост эффективности.

Стартовые (перед началом реконструкции) эксплуатационные показатели работы завода представлены в таблице.

В первую группу работ в направлении энергосбережения включены решения «технологической направленности»:

— осуществление гашения извести нагретым до 95 оС промоем соковых фильтров с автоматизированной добавкой горячего (95 оС) конденсата последних корпусов ВУ;

— замена станции фильтрации сиропа новыми конструкциями фильтров, обеспечивающими фильтрацию густого (> 65% СВ) сиропа из ВУ.

Данные мероприятия не требуют «компенсаторого» теплотехнического решения, поскольку не влияют на систему пароотборов ВУ. Существующая тепловая схема завода остаётся без изменений.

Прогноз реализации первой группы работ:

— откачка сока не изменится и составит 123% к массе свёклы;

— СВ сока перед ВУ повысится от 14,5 до 15,4% СВ;

— СВ сиропа повысится от 65,0 до 69,0% СВ;

— расход пара на вакуум-аппараты 1-го продукта уменьшится от 15,0 до 13,3% к массе свёклы;

— расход пара на ВУ уменьшится от 50,6 до 48,5% к массе свёклы;

— удельный расход тепловой энергии на переработку свёклы уменьшится от 253,3 до 242,4 Мкал/т свёклы;

— расход топлива в ТЭЦ завода уменьшится на 4,0%: от 154,1 до 148,2 тыс. м3/сут;

— удельный расход условного топлива уменьшится на 4,0%: от 4,9 (42,5 м3 газа/ т свёклы) до 4,7% к массе свёклы (40,9 м3 газа/т свёклы).

Во вторую группу работ в направлении энергосбережения вошёл ряд решений «теплотехнической» направленности, а именно:

1) увеличена степень использования теплоты ВЭР в тепловой схеме завода, в том числе:

— теплоты конденсата последних корпусов ВУ за счёт увеличения нагрева преддефекованного сока до 11 оС (на 5 оС) путём установки подогревателя с большей поверхностью теплообмена;

— теплоты и массы (30% к массе свёклы) конденсата последних корпусов ВУ за счёт использования после подкисления сернистым газом для питания диффузионной установки в смеси с барометрической водой;

— теплоты и массы (50% к массе свёклы) жомопрессовой воды после термообработки для питания диффузионной установки в смеси (учитывая характер заполнения стружкой 1-й зоны наклонного дифаппарата) с барометрической водой и конденсатом;

2) организационно обеспечено снижение откачки сока от 123 до 115 % к массе свёклы;

3) организационно обеспечено повышение СВ клеровки сахара 2-го и 3-го продукта от 65 до 69% СВ;

4) организационно обеспечено сохранение гашения извести смесью промоя станции фильтрации и конденсата.

Учитывая тот факт, что приведённый комплекс решений требует «компенсаторного» тепло-

технического сопровождения, поскольку вторая группа решений уменьшает эффективность системы пароотборов ВУ, снижая паро-отборы последних корпусов ВУ, в качестве «компенсаторных» мероприятий предложено:

— изменить существующую систему «2-1-0» обогрева трёх установленных подогревателей перед ВУ на систему «3-2-1», существенно увеличивающую испарительную способность системы паро-отборов ВУ, допустив высокий (до 21 оС) недогрев сока перед первым корпусом ВУ до температуры кипения;

— увеличить нагрев преддефеко-ванного сока до 6 оС (против 3 оС) путём установки подогревателя с большей поверхностью теплообмена.

Прогноз реализации второй группы работ:

— откачка сока снизится от 123 до 115,5% к массе свёклы;

— СВ диффузионного сока возрастёт от 16 до 17,0%;

— СВ сока перед ВУ возрастёт от

15.4 до 16,4%;

— расход сокового потока на ВУ уменьшится от 111,9 до 105,4% к массе свёклы;

— СВ сиропа оставляем неизменным, на уровне 69% — пропускной способности существующей станции фильтрации сиропа;

— расход пара на ВАА-1 уменьшится от 13,2 до 12,5% к массе свёклы;

— расход пара на ВУ несколько уменьшится — от 48,5 до 43,7% к массе свёклы;

— удельный расход тепловой энергии на переработку свёклы уменьшится от 242,5 до 218,4 Мкал/т свёклы;

— расход топлива в ТЭЦ уменьшится от 148,2 до 135,8 тыс. м3/сут;

— удельный расход условного топлива уменьшится от 4,7 до 4,31% к массе свёклы (от 40,9 до

37.5 м3/т свёклы).

СЕМЕНА ГИБРИДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ РОССИЙСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Таблица. Стартовые эксплуатационные показатели работы реконструируемого завода

№ п.п. Наименование показателя Обозначение Размерность Величина Оценка

1 Производственная мощность завода А Тонн свёклы в сутки 3500 Соответствует среднеотраслевой

2 Дигестия стружки Дг % 17,0 Соответствует среднеотраслевой

3 Откачка сока из диффузионной установки G отк % к массе свёклы 123,0 Превышает энергосберегающий уровень

4 Концентрация диффузионного сока СВ ф диф.с % СВ 16,0 Превышает энергосберегающий уровень (ДГстр СВдиф.с >0,0)

5 Концентрация сульфитированного сока перед выпарной установкой СВ ф сульф.с % СВ 14,5 Превышает энергосберегающий уровень (СВ , —СВ , >0,5) 4 диф.с сульф.с ' '

6 Концентрация сиропа из выпарной установки СВ сир % СВ 65,0 Превышает энергосберегающий уровень (СВСИр < 71%)

7 Наименование вторичного пара, обогревающего ВАА-1 - — Вторичный пар 2-го корпуса ВУ (0,7 атм (ман); 114 оС) Не соответствует уровню

8 Удельный расход извести на производство % к массе свёклы 2,50 Соответствует уровню содержания несахаров в диффузионном соке

9 Удельный расход известкового молока на производство а ИЗБ.МО % к массе свёклы 13,9 Соответсвует приемлемой (1,18 ед.) плотности известкового молока

10 Содержание воды в известковом молоке w ИЗБ.МО % к массе свёклы 11,0 Соответсвует балансовому содержанию «известь — вода»

11 Удельный расход пара на технологические нужды завода d техн % к массе свёклы 50,6 Существенно превышает энергоэффективный уровень — 25—30% к массе свёклы

12 Удельный расход тепловой энергии на переработку свёклы q -'техн Мкал/ т свёклы 253,3 Существенно превышает энергоэффективный уровень — 136—160 Мкал/т свёклы

13 Удельный расход электрической энергии на переработку свёклы е техн кВт-ч/ т свёклы 32,0 Превышает энергоэффективный уровень — 25—27 кВт-ч/т свёклы)

14 Параметры острого пара в ТЭЦ РЛ атм/оС 35/435 Соответствуют требованию завода и энергетическому балансу турбоагрегата на базе паровой турбины типа «Р»

15 Удельный расход условного топлива на отпущенную от ТЭЦ тепловую энергию ЬШ кг у.т/Гкал 171,1 Достаточно низкий, соответствует эксплуатационному ПтТЭЦ = 83,6%

16 Удельный расход условного топлива на отпущенную от ТЭЦ электрическую энергию bе г у.т/ (кВт-ч) 173,0 Достаточно низкий, соответствует эксплуатационному Птэц = 71,1 %

17 Суммарное снижение температуры сокового потока от диффузионной до выпарной установки - оС 18о Не соответствует энергосберегающему уровню — 8—10 оС

18 Температура диффузионного сока - оС 30о Не соответствует энергосберегающему уровню — 20—25 оС

19 Содержание СО2 в сатурационном газе - % 29 Не соответствует энергосберегающему уровню — 36%

20 Коэффициент утилизации СО2 в сатураторах - % 60 Не соответствует энергосберегающему уровню — 80%

21 Удельный расход условного топлива на переработку свёклы - % к массе свёклы 4,90 Не соответствует энергосберегающему уровню — 2,70% к массе свёклы

22 Удельный расход природного газа на переработку свёклы - м3 газа/т свёклы 42,5 Не соответствует энергосберегающему уровню — 23,5 м3/т свёклы

№ 9 • 2016 САХАР 29

Как видно из результатов реализации второй группы решений, существенного снижения энергоёмкости завода не достигнуто. Такой результат иллюстрирует тот факт, что приоритет в энергосбережении принадлежит не концентрации сиропа из ВУ, а иным факторам использования ВЭР и снижения поступления воды в соковый поток.

Третья группа работ в направлении энергосбережения содержит следующие технические решения:

— существенно увеличена степень использования теплоты ВЭР в тепловой схеме завода за счёт использования теплоты ут-фельного пара для нагревания на 20 оС (от 30 до 50 оС) диффузионного сока перед прогрессивным преддефекатором в дополнительном скоростном трубчатом подогревателе, обогреваемого ут-фельным паром вакуум-аппаратов 1-го продукта;

— организационно, за счёт внутренних резервов диффузионного аппарата, снижена откачка диффузионного сока до 111% к массе свёклы;

— организационно уменьшается до технологического минимума расход барометрической воды в диффузионный аппарат за счёт увеличения расходов жомопрессо-вой воды и конденсата.

Учитывая тот факт, что предложенный комплекс решений также требует «компенсаторного» теплотехнического сопровождения, поскольку третья группа решений значительно снижает испарительную способность системы па-роотборов ВУ, уменьшая пароот-боры из последних корпусов ВУ, в качестве «компенсаторных» решений предложено:

— оснастить вакуум-аппараты первого продукта механическими циркуляторами и перевести их на обогрева вторичным паром третьего корпуса ВУ без увеличения

его поверхности теплообмена. Существующая высокая удельная поверхность теплообмена ВУ — 3,1 м2/ (т свёклы в сутки) гарантирует приемлемую температуру вторичного пара третьего корпуса ВУ;

— увеличить до 13 оС повышение температуры преддефекованного сока в конденсатном подогревателе второй группы нагревания за счёт установки нового скоростного трубчатого подогревателя с большей поверхностью теплообмена.

Прогноз реализации третьей группы работ:

♦ откачка сока снизится от 115,5 до 111,0% к массе свёклы;

♦ СВ диффузионного сока возрастёт от 16,9 до 17,7%;

♦ СВ сока перед ВУ возрастёт от 16,4 до 16,9%;

♦ расход сокового потока на ВУ уменьшится от 105,4 до 100,8% к массе свёклы;

♦ СВ сиропа возрастёт от 69 до 71%;

♦ расход пара на вакуум-аппараты первого продукта уменьшится от 12,5 до 11,4 % к массе свёклы;

♦ расход пара на ВУ уменьшится от 43,7 до 38,1% к массе свёклы;

♦ удельный расход тепловой энергии на переработку свёклы уменьшится от 218,4 до 190,6 Мкал/т свёклы. Значительное снижение потребления заводом энергоресурсов приводит к проблеме нарушения приемлемой балансовой взаимосвязи между выработкой тепловой и электрической энергии в ТЭЦ завода, результатом которого является появление частичного выхлопа отработанного пара паровой турбины в атмосферу в количестве 1,1 т/ч. Варианты решения этой проблемы рассмотрены в [5];

♦ расход топлива (природного газа) в ТЭЦ уменьшится :

— от 135,8 до 122,4 тыс. м3/сут в случае согласия с существованием

выхлопа отработанного пара паровой турбины в атмосферу;

— от 135,8 до 119,0 тыс. м3/сут в случае организационно-технического уменьшения на 6% удельного электропотребления завода от 30,5 до 28,7 кВт-ч/(т свёклы);

— от 135,8 до 119,0 тыс. м3/сут в случае покупки 6888 кВт-ч/ сут электроэнергии в районной энергосистеме, компенсирующей снижение на 287 кВт электрической мощности турбоагрегата и гарантируюшей устранение выхлопа части отработанного пара из турбины.

Обращаем внимание на равенство расходов топлива в ТЭЦ двух последних вариантов решения проблемы выхлопа. Дело в том, что для обоих вариантов электрическая мощность в количестве 287 кВт в ТЭЦ не вырабатывается и соответственно топливо для них в ТЭЦ завода не расходуется;

♦ удельный расход условного топлива уменьшится:

— от 4,3 до 3,90 % к массе свёклы в случае согласия с существованием выхлопа отработанного пара паровой турбины в атмосферу от 135,8 до 122,4 тыс. м3/сут;

— от 4,3 до 3,77 % к массе свёклы в случае организационно-технического уменьшения удельного электропотребления завода до 28,7 кВт-ч/(т свёклы) от 135,8 до 119,0 тыс. м3/сут;

— от 4,3 до 3,77 % к массе свёклы в случае покупки 6888 кВт-ч/ сут электроэнергии в районной энергосистеме (287 кВт мощности) от 135,8 до 119,0 тыс. м3/сут.

Таким образом, в результате реализации трёх групп приведённых выше технических решений на сахарном заводе прогнозное снижение расхода условного топлива в ТЭЦ составляет 23% (от 4,9 до 3,77% к массе свёклы).

Эффект снижения потребления тепловой энергии и топлива относительно невелик, поскольку всё

СЕМЕНА ГИБРИДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ РОССИЙСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

CûKQpaccaxap - 20 лет на fuaia страны-!

САХАРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ещё сохраняются весомые энергозатратные факторы, а именно:

— остаются чрезмерные потери температуры сокового потока от диффузионной установки до ВУ (18 оС против 8-10 оС);

— остаётся чрезмерно высоким паропотребление станции уваривания утфелей всех продуктов (17,8 против 11,0—13,5% к массе свёклы);

— остаётся 33% недоиспользова-ной теплоты утфельного пара (20 оС против 30 оС повышения температуры сока в «утфельном» подогревателе);

— остаётся повышенная температура диффузионного сока (30 оС против 20 оС);

— остаётся повышенная потеря теплоты от неритмичности работы завода;

— остаётся нагрев сиропа и паток в продуктовом отделении паром, а не конденсатом.

Обращаем внимание на тот факт, что достигнутый уровень удельного расхода тепловой энергии и топлива на производство не потребовал ни формирования шестикорпусной ВУ, ни использования выпарных аппаратов плёночного типа, ни заметного смещения пароотборов на последние корпуса ВУ, ни изменения конфигурации сокового потока в системе ВУ (так называемого межкорпусного ввода сока), ни покупки электроэнергии в РЭС.

Потребность в решении поставленных выше проблем возникает только тогда, когда проектом реконструкции поднимаются вопросы:

— повышения производственной мощности завода выше 6000 т свёклы в сутки, требующей применения выпарных аппаратов большой единичной мощности;

— полномасшабного внедрения теплоты ВЭР в схему завода, предусматривающего увеличение числа ступеней выпаривания;

— достижения предельной минимизации потерь на технологических станциях, требующей создания ВУ с коэффициентом эффективности на уровне 3,5—3,8 т выпаренной воды на 1 т поданного на 1-й корпус технологического пара;

— возрастания качества производимого сахара, в частности по цветности продукта, предусматривающего минимизацию времени пребывания выпариваемого сока в ВУ, а также другие вопросы организации энергоснабжения завода.

Вывод. Используя приведённый выше подход к реконструкции, располагая ещё достаточным перечнем неиспользованых технических решений, вполне возможно достичь минимального уровня энергопотребления сахарного завода. На сегодняшний день это удельный расход:

— пара на завод — 28,1% к массе свёклы;

— тепловой энергии на завод — 136,1 Мкал/т свёклы;

— электрической энергии на завод — 27,5 кВт-ч/т свёклы;

— условного топлива в ТЭЦ — 2,7% к массе свёклы (при Ьт = = 164,6 и Ье = 166,6); т

— природного газа в ТЭЦ — 23,5 м3 газа/т свёклы.

Указанный уровень энергоёмкости производства достигнут некоторыми сахарными заводами Европы, внедрившими максималь-

ный объём теплоты ВЭР и минимизировавшими поступление воды в соковый поток на всех технологических станциях завода.

Список литературы

1. Маркитан, С.В. Пути повышения технико-экономических показателей тепловых схем сахарных заводов / С.В. Маркитан [и др.] // Цукор Украши. - 2002.- № 5 (29). - С. 5-8.

2. Филоненко, В.Н. От аудита к реконструкции: теплотехнический аспект / В.Н. Филоненко, В.В. Сыщиков, О.В. Никитин // Сахар. - 2005. - № 6. - С. 24-26.

3. Филоненко, В.Н. Теплоэнергетика сахарного производства: тех-нико-экономическй аспект / В.Н. Филоненко, О.В. Никитин // Сахар. - 2006. - № 5. - С. 2-6.

4. Филоненко, В.Н. Эффективный сахарный завод: вопросы проектирования / В.Н. Филоненко, О.В. Никитин, В.И. Михайлов,

A.П. Ветров // Сахар. - 2006. -№ 6. - С. 51-54.

5. Филоненко, В.Н. К вопросу о финансовой целесообразности достижения европейского уровня потребления топлива сахарными заводами СНГ / В.Н. Филоненко,

B.И. Михайлов, А.П. Ветров // Сахар. - 2008. - № 10. - С. 34-37.

6. Филоненко, В.Н. Современные выпарные установки: потенциал, проблемы / В.Н. Филоненко, В.И. Михайлов, А.П. Ветров // Сахар. -№ 1. - 2009. - С. 46-49.

Аннотация. В статье приведены методы формирования групп технических решений энерогосберегающей направленности и рациональной последовательности их реализации для сахарного завода, исключающие возникновение эксплуатационных проблем, вызванных возникновением непомерной тепловой нагрузки на тепловое оборудование (выпарные аппараты и подогреватели). Ключевые слова: сахарное производство, технические решения, тепловая энергия, топливо, энергосбережение, реализация, этапы, рациональность, последовательность.

Summary. The article presents the methods of formation of groups of technical solutions ene^ saving orientation and rational sequence of its realization for sugar factory, precluding the occurrence of operational problems caused by the occurrence of excessive heat load on the existing thermal equipment (on the evaporators and heaters). Keywords: sugar production, technical solutions, thermal energy, fuels, energy conservation, implementation stages of rationality, consistency.

№ 9 • 2016 САХАР 31