CC BY
40
УДК 631.371:621.07
СОСТОЯНИЕ ГАЗИФИКАЦИИ ТОПОЧНЫХ ОТДЕЛЕНИЙ ЗЕРНОСУШИЛОК СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
Михаил Станиславович Волхонов1, д. техн. наук, профессор Игорь Борисович Зимин2, к. техн. наук, доцент Денис Николаевич Драчев3, гл. инженер проекта
Анатолий Валентинович Зиновьев , инженер-проектировщик 1 категории
1 ФГБОУ ВО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия», Россия, г. Кострома
2 ФГБОУ ВО «Великолукская государственная сельскохозяйственная академия», Россия, г. Великие Луки
3 Великолукское ремонтно-эксплуатационное управление АО «Газпром газораспределение Псков», Россия, г. Великие Луки
По промышленным запасам природного газа Россия занимает одно из первых мест в мире, по разведанным и добыче - первое. Использование такого удобного, экологически чистого и дешевого вида топлива как природный газ - один из важнейших факторов развития экономики Псковской области и России в целом.
Природный газ в сельской местности - не только кардинальный путь улучшения социально-бытовых условий сельских жителей, но и эффективный путь экономии топливно-энергетических ресурсов на производственных объектах в сельском хозяйстве.
Одной из энергоемких операций в сельскохозяйственном производстве является сушка зерна, на ее долю приходится от 35 до 55%, а на долю топлива - до 90% от общих затрат.
При переводе топочных отделений зерносушилок на работу с природным газом реализуются такие преимущества, как относительная дешевизна газообразного топлива, эко-логичность, возможность автоматического управления процессом горения топлива и достижения высокого КПД теплогенератора, безопасность и качество высушиваемой продукции.
В целях дальнейшего повышения энергоэффективности систем газоснабжения топочных отделений зерносушилок целесообразно рассмотреть такие направления, как установка в теплогенераторах зерносушилок более совершенных газовых горелок, дистанционное управление процессом горения в теплогенераторах зерносушилок с помощью модуля GSM, внедрение системы дистанционного контроля рабочих параметров газорегуляторных пунктов и пунктов учета расхода газа, обеспечивающей передачу информации по каналам сотовой связи стандарта GSM/GPRS на сервер сбора данных и автоматизированные рабочие места (АРМ) оператора.
Предлагаемые нами перспективные технические решения по переводу топочных отделений зерносушилок на работу с природным газом позволяют получить значительный технологический, экономический и экологический эффект. Это особенно важно в условиях ежегодного ухудшения экологической обстановки и увеличения себестоимости сушки зерна, где затраты на топливо занимают одну из ключевых позиций.
Ключевые слова: газификация, природный газ, сушка зерна, энергосбережение, топочное отделение, теплогенератор.
По промышленным запасам природного газа Россия занимает одно из первых мест в мире, а по разведанным и добыче - первое [4]. В Европе наша страна - монополист по запасам этого вида топлива. Объемы добычи и производства природного газа в России находятся на уровне 600 млрд м в год, что превышает внутренние потребности страны в природном газе в 1,5 раза [9]. В настоящее время без широкого использования природного газа как высококачественного энергоносителя немыслимо развитие практически всех сфер экономики нашей страны.
Использование такого удобного, экологически чистого и дешевого вида топлива как природный газ является одним из важнейших факторов развития региональной экономики Псковской области. Природный газ подается в Псковскую область по магистральному газопроводу Валдай-Псков-Рига. В настоящее время на территории Псковской области действует «Региональная программа газификации Псковской области на 2017-2022 годы». На 2020 год общий уровень газификации населённых пунктов в Псковской области составляет 52%. В этом отношении вызывает обеспокоенность низкий уровень газификации сельских территорий, который на сегодняшний день не превышает 5% (при общем уровне газификации сельской местности в целом по стране 59,4% [9]). Причинами такого состояния дел в сельской местности являются отдаленность сельских населенных пунктов от магистральных газопроводов, а также ограни-
ченность областного бюджета для полноценной реализации задач, поставленных в программе газификации Псковской области.
Природный газ в сельской местности - это кардинальный путь улучшения социально-бытовых условий сельских жителей путем широкого применения газовых малогабаритных котлов, водонагревателей, воздухонагревателей, газовых отопительных приборов беспламенного горения [2]. На производственных объектах в сельском хозяйстве существует возможность использования природного газа для нужд комплексов по послеуборочной обработке зерна, тепличных хозяйств, линий по производству гранулированных кормов, животноводческих и птицеводческих помещений, цехов по переработке и хранению сельскохозяйственной продукции. Использование природного газа весьма эффективно в установках непосредственного обогрева теплиц продуктами сгорания и позволяет существенно экономить электрическую энергию. Помимо этого экономится углекислый газ, используемый для подкормки тепличных культур [1, 8].
Одной из энергоемких операций в сельскохозяйственном производстве является сушка зерна, на долю которой приходится от 35 до 55%, а на долю топлива - до 90% от общих затрат [3, 6, 7]. Благодаря природному газу появляется возможность снижения затрат на сушку зерна не только из-за относительно низкой стоимости применяемого топлива, но и одновременного применения энергосберегающих техно-
логических приемов, в частности, отказа от теплообменников в теплогенераторах зерносушилок. Переход с косвенного на прямой нагрев агента сушки продуктами сгорания топлива позволяет дополнительно снизить энергозатраты до 20% по сравнению с сушкой зерна воздухом, подогретым до требуемой температуры в теплообменнике [3]. При этом в случае применения природного газа риск снижения качества высушиваемого зерна из-за загрязнения канцерогенными веществами практически отсутствует.
Принимая во внимание очевидные преимущества природного газа, следует отметить, что положительный опыт функционирования зерносушильного оборудования на природном газе накоплен в ряде хозяйств Псковской области, таких как ООО «Зеленая лига» Новосокольнического района (конвейерная зерносушилка), АО «Ударник» Бежаниц-кого района (зерносушилка колонкового типа СЗТ-10, производство -«ОКБ по теплогенераторам», г. Брянск), ООО «Озерное» Бежа-ницкого района (зерносушилка шахтного типа АпШ, производство -Финляндия), ООО «Тригорское» Пыталовского района (сушилка зерновая шахтная модульная СЗШ-40МА, производство -ОАО «Амкодор», г. Минск, Республика Беларусь), ООО «Великие Луки - Зернопродукт» г. Великие Луки (зерносушилка шахтного типа С-20, производство - ЗАО «Агропромтех-ника», г. Киров), ООО «Великолукский свиноводческий комплекс» (высокопроизводительная башенная
сушилка ОБ1, производство -США).
Газификация топочных отделений зерносушилок может осуществляться по различным схемам от централизованных систем газоснабжения, проложенных в непосредственной близости от сельскохозяйственных угодий конкретного предприятия. При этом обязательно рассчитывается расход газа на основании теплового расчета зерносушилки, определяется место и способ прокладки газопровода, выбирается оборудование пункта редуцирования газа и запорная арматура, определяется сметная стоимость строительства газопровода и всех сооружений на нем, а также разрабатываются мероприятия по защите газопровода и его безопасной эксплуатации [5].
При подводке природного газа к топочному отделению зерносушилки принимаются во внимание различные конструктивные решения по топочным устройствам зерносушилок в случае работы их на при-р о дн ом газе. В этой связи возможны следующие варианты:
- модернизация жидкотоплив-ного теплогенератора для работы на природном газе (в этом случае, как правило, в теплогенераторе ограничив ают ся заменой горелки). Данный технический прием применяется в основном на зерносушилках, эксплуатируемых в хозяйстве уже длительное время на дизельном топливе, а также при отсутствии средств на покупку газового теплогенератора;
- реконструкция топочного отделения путем оборудования его
специальным теплогенератором для работы на газообразном топливе заводского исполнения.
Рассмотрим пример газоснабжения зерносушильного агрегата шахтного типа производительностью 20 пл.т/ч, оборудованного теплогенератором ТБ-1,5. Газоснабжение топочного агрегата зерносушилки предусматривается от существующего распределительного газопровода среднего давления, проложенного в конкретном населенном пункте сельской местности. Точка подключения определяется
напротив зерносушильного пункта (рисунок 1).
Точка подключения - подземный распределительный газопровод среднего давления 0110x10 пэ. Давление в точке подключения -0,3 МПа.
Прокладка газопровода среднего давления осуществляется из труб полиэтиленовых ПЭ100 БОЯН по ГОСТ Р 50838-2009. Врезка в существующий газопровод среднего давления осуществляется седловым отводом для врезки под давлением 0110x63 пэ.
Рисунок 1 - Схема привязки газопровода к топочному отделению зерносушилки
От точки врезки до газорегу-ляторного пункта (ГРПУ) проектом предварительно предусматривается прокладка газопровода среднего давления 063х5,8 пэ из труб полиэтиленовых по ГОСТ Р 50838-2009 ПЭ100 SDR11. На выходе из земли, на входе газопровода среднего давления в ГРПУ, предусматривается установка отключающего устройства - крана шарового изолирующего КШИ Ду50с под приварку. На опуске газопровода в землю после ГРПУ проектом предусматривается установка отключающего устройства - крана шарового изолирующего КШИ Ду100с. На выходе газопровода среднего давления, непосредственно перед топливным агрегатом ТБ-1,5, предусматривается установка отключающего устройства КШИ Ду80с.
Газопровод прокладывается из полиэтиленовых труб
ПЭ 100 SDR11 0110х10, 063х5,8 по ГОСТ Р 50838-2009; стальных электросварных труб 057х3,5, 089х4,0, 0108х4,0 по ГОСТ 1070491. Соединение полиэтиленовых газопроводов планируется выполнить муфтами с закладными электронагревателями, соединение стальных труб - выполнить на сварке в соответствии с ГОСТ 16037-80.
Рабочей документацией
предусматривается строительство газопровода среднего давления (Р=0,3 МПа) от точки подключения до отдельно стоящего газорегуля-торного пункта (ГРПУ-2-1С). ГРПУ-2-1С осуществляет снижение и поддержание на заданном уровне давления природного газа (Р1/Р2 =0,3/0,022 МПа) (рисунок 2).
4
7 1
1 - кран шаровый КШ-50; 2 - фильтр газовый ФГ-50; 3 - кран шаровый КШ-20; 4 - входной манометр МТ-10; 5 - напоромер НМП-52; 6 - регулятор давления газа РДСК-50М-2; 7 - кран шаровый КШ-15; 8 - коммерческий узел учета газа СГ-ЭК-Р-100 с ротационным счетчиком газа RVG-65; 9 - клапан предохранительный сбросной КПС-20Н; 10 - регулятор давления газа РДГБ-6; 11 - газовый конвектор; 12 - счетчик газовый ВК^4Т; 13 - клапан электромагнитный СИКЗ-15; 14 - импульсный клапан Рисунок 2 - Функциональная схема ГРПУ-2-1С
В состав ГРПУ-2-1С входят:
- фильтр газовый ФГ-50 (2). Предназначен для очистки газа от механических примесей (окалины, пыли), повреждающих уплотнитель-ные поверхности клапанов, регуляторов давления, запорной и другой арматуры;
- регулятор давления газа РДСК-50М-2 (6) (диаметр седла 014 мм). Способен автоматически понижать давление газа и поддерживать давление в контролируемой точке на заданном уровне;
- коммерческий узел учета газа СГ-ЭК-Р-100 с ротационным счетчиком газа ЯУО-65 (8). Предназначен для учета объема природного газа по ГОСТ 5542, приведенного к стандартным условиям посредством автоматической электронной коррекции показаний ротационного счетчика газа RVG-65 по температуре, давлению и коэффициенту сжимаемости измеряемой среды, с учетом вводимых значений относительной плотности газа, содержания в газе азота и углекислого газа, удельной теплоты сгорания газа в соответствии с ГОСТ 30319 и ПР50.2.019. Принцип действия комплекса СГ-ЭК-Р-100 основан на одновременном измерении объема газа, давления и температуры газа с последующим вычислением, обработкой и архивированием приведенного к стандартным условиям объема газа с учетом коэффициента сжимаемости;
- предохранительно-сбросной клапан КПС-20Н (9). Предназначен для сброса газа за регулятором в случае кратковременного повышения давления газа сверх установленных значений.
Помимо основного оборудования, ГРПУ-2-1С оснащается системой газового отопления, состоящей из таких элементов, как:
- регулятор давления газа РДГБ-6 (10). Его основные функции: а) автоматическое редуцирование среднего давления газа на более низкое; б) автоматическое поддержание давления на выходе в указанных нормах независимо от расхода газа и изменения давления на входе; в) автоматическое прекращение подачи газа в случае резких аварийных повышений и понижений давления на выходе;
- газовый отопительный конвектор (11). Это автономный обогревательный прибор, работающий на основе рекуперативного теплообменника, где поток воздуха обогревается продуктами сгорания газа. Необходимость установки газового отопительного конвектора обусловлена следующими преимуществами: а) компактность и возможность установки практически в любом помещении (без ограничения по площади); б) отсутствие необходимости учета расположения труб отопления (по сравнению, например, с водяным отоплением); в) устойчивость к зам е р занию;
- клапан электромагнитный СИКЗ-15 (13). Предназначен для вы-д ачи сигнализации о превышении установленного значения довзрыво-опасной концентрации горючих газов (природного - по ГОСТ 5542-87) в воздухе и выдачи управляющего воздействия на электромагнитный клапан;
- счетчик газа ВК-04Т (12). В конструкции счётчика применены самые передовые и высококачественные технологии и материалы,
что определяет очень слабую потерю давления, малый уровень шума при работе, минимальный износ подвижных деталей, высокую антикоррозионную стойкость,
а также его высокую чувствительность;
- запорная и контрольно-измерительная арматура.
ГРПУ устанавливается на отдельно стоящих опорах. Сбросной газопровод выводится выше корпуса ГРПУ на 1 м.
Что касается топочного отделения зерносушилки, то в теплогенераторе ТБ-1,5 сушильной установки предусматривается замена жид-котопливной горелки на газовую горелку MG1650М (N=1,65 МВт). Топливом служит природный газ по ГОСТ 5542-87 с низшей теплотой
"5
сгорания 33,58 МДж/м . Газовая горелка MG1650М обеспечивает безопасное и экономичное сжигание природного газа на всех режимах работы.
Рассмотренный вариант газификации топочного отделения зерносушилки шахтного типа имеет следующие очевидные преимущества перед существующими топочными отделениями зерносушильных агрегатов, работающими на жидком (дизельном) топливе:
- относительная дешевизна (природный газ в 6,6 раз дешевле дизельного топлива и в 2,6 раза дешевле сжиженного газа);
- экологичность (природный газ генерирует меньше СО2 и сернистых соединений при том же количестве вырабатываемой для снабжения энергии, чем дизельное топливо, поскольку он содержит больше водорода по отношению к углероду, чем другие виды топлива);
- возможность автоматического управления процессом горения топлива и достижения высокого КПД теплогенератора;
- безопасность и качество высушиваемой продукции.
На дальнейшем этапе, по мере наличия возможности внедрения в производство энергоэффективных технологических подходов в системах, работающих на природном газе, представляет интерес применение в топочных отделениях зерносушилок следующих передовых технических решений в сфере газоснабжения природным газом:
- установка в теплогенераторах зерносушилок более совершенных газовых горелок от ведущих европейских производителей (Riello (производство - Италия), CIB Unigas (производство - Италия), Oilon (производство - Финляндия), Weishaupt (производство - Германия)).
- дистанционное управление процессом горения в теплогенераторах зерносушилок с помощью модуля GSM. В настоящее время подобная система хорошо зарекомендовала себя в котельных агрегатах, оборудованных блоком управления ZOTA. В случае с теплогенератором зерносушилки блок управления можно заказать в качестве дополнительной опции при покупке и монтаже нового газового теплогенератора, а также установить блок управления на уже работающий газовый теплогенератор. В результате с помощью специального мобильного приложения, установленного в сотовом телефоне оператора, появляется возможность дистанционно изменять мощность теплогенератора, температуру агента сушки, задавать
необходимые параметры по расходу газа, запрограммировать включение и выключение горелки. Помимо этого, в случае возникновения аварийной ситуации на мобильный телефон оператора в виде смс-сообщения приходит код ошибки в работе горелки (например, «утечка газа», «пожар», «углекислый газ» и т.д.).
- внедрение системы дистанционного контроля рабочих параметров газорегуляторных пунктов и пунктов учета расхода газа, обеспечивающей передачу информации по каналам сотовой связи стандарта
GSM/GPRS на сервер сбора данных и автоматизированные рабочие места (АРМ) оператора.
Предлагаемые нами перспективные технические решения по переводу топочных отделений зерносушилок на работу с природным газом позволяют получить значительный технологический, экономический и экологический эффекты. Это особенно важно в условиях ежегодного ухудшения экологической обстановки и увеличения себестоимости сушки зерна, где затраты на топливо занимают одну из ключевых позиций.
Библиографический список
1. Амерханов, Р. А. Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства / Р. А. Амерханов, А. С. Бессараб, Б. Х. Драганов. - Москва : Колос-Пресс, 2002. - 424 с. -ISBN 5-5901705-17-3 . - Текст : непосредственный.
2. Борзов, В. П. Энергоэффективность систем теплоснабжения в агропромышленном комплексе / В. П. Борзов. - Кострома: КГСХА, 2006. - 128 с. - ISBN 5-93222-050-3 . - Текст : непосредственный.
3. Голубкович, А. В. Сушка высоковлажных семян и зерна / А. В. Голубкович, А. Г. Чижиков. - Москва : Росагропромиздат, 1991. - 174 с. - ISBN 5-260-00367-5 . - Текст : непосредственный.
4. Ионин, А. А. Газоснабжение / А. А. Ионин. - Санкт-Петербург : Лань, 2012. - 448 с. -ISBN 978-5-8114-1286-0 . - Текст : непосредственный.
5. Колибаба, О. Б. Основы проектирования и эксплуатации систем газораспределения и газопотребления / О. Б. Колибаба, В. Ф. Никишов, М. Ю. Ометова. - Санкт-Петербург : Лань, 2013. - 208 с. - ISBN 978-5-8114-1416-1. - Текст : непосредственный.
6. Малин, Н. И. Энергосберегающая сушка зерна / Н. И. Малин. - Москва : КолосС, 2004. - 240 с. - ISBN: 5-9532-0100-1. - Текст : непосредственный.
7. Пестис, В. К. Основы энергосбережения в сельскохозяйственном производстве / В. К. Пестис. - Минск: ИВЦ Минфина, 2007. - 200 с. - ISBN 978-985-6847-45-8. - Текст : непосредственный.
8. Чучакин, Л. А. Сельская газовая служба / Л. А. Чучакин. - Ленинград : Недра, 1984. -208 с. - Текст : непосредственный.
9. Об утверждении Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года : Распоряжение Правительства РФ N 1523-р от 09 июня 2020 года. - Текст : электронный // Министерство энергетики Российской Федерации : [сайт]. - URL: http://static.government.ru/media/files/w4sigFOiDiGVDYT4IgsApssm6mZRb7wx.pdf (дата обращения 10.10.2020). - Режим доступа : свободный.
E-mail: igzimin@yandex.ru
182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина д. 2, ФГБОУ ВО Великолукская ГСХА
Тел.: +7 (81153) 7-16-22
