Энергосберегающие мероприятия в системах пароиспользования промышленных предприятий

Описание:

Реализация потенциала энергосбережения - приоритетное направление политики Правительства Москвы, где годовое промышленное потребление тепловой энергии превышает 29 млн. Гкал. Кроме ТЭЦ Мосэнерго, более 500 промышленных котельных работают на покрытие этой нагрузки, половина которой или 18-20 млн. тонн пара, поступает в системы пароиспользования (СПИ) предприятий.

Ключевые слова: энергосбережение в промышленности

Энергосберегающие мероприятия в системах пароиспользования промышленных предприятий

А. А. Баранов,инженер, ГУП, Агентство по энергосбережению, Москва

Н. И. Рябцев, канд. техн. наук, ГУП, Агентство по энергосбережению, Москва

Анализ многих энергетических обследований, в том числе проведенных специалистами Агентства но энергосбережению, показывает, что без значительных капитальных затрат на предприятиях химической, пищевой и легкой промышленности, строительных материалов и машиностроения можно устранить от 10 до 40% непроизводительных потерь пара за счет упорядочения организации сбора конденсата, правильным подбором и установкой конденсатоотводчиков (КО).

По оценке Мосгосэнергонадзора суммарная величина возможной экономии потребляемых городом энергоресурсов за счет малозатратных энергосберегающих мероприятий составляет около 14%.

Комплекс предлагаемых Агентством энергосберегающих мер включает схемные решения.

В подсистеме парораспределения - потенциал энергосбережения составляет 5-15% (от балансовой суммы поаппаратного потребления теплоты):

поступающий к соответственно сгруппированным аппаратам греющий пар необходимо разделять по давлению на два - четыре рабочих уровня (рабочее давление ограничивается термостойкостью продукта или прочностью аппарата). Рабочее давление в группе отличается не более чем на 30% от принятого уровня;
уровни давления на распределительных гребенках следует поддерживать с помощью редукционно-охладительных установок (РОУ). Для этого необходимы РОУ малой производительности (200-2 000 кг/ч), типовое конструирование и применение которых экономически оправдано, так как дросселирование связано с большими потерями;
гидравлический режим в раздающих магистралях и подводящих трубопроводах должен быть настолько интенсивным, чтобы транспорт пара осуществлялся при незначительном (5-10°С) его перегреве, когда охлаждение за счет теплоотдачи от ограждения компенсировалось бы перегревом от падения давления;
перепад давления на регуляторе тепловой нагрузки аппаратов должен быть возможно меньшим;
для устойчивости потоков теплоносителя, распределенных по параллельным ветвям, необходимо, чтобы наибольшее падение давления приходилось на КО;
следует установить КО для дренажа участков раздающих магистралей внутренних сетей перед разделяющей запорной арматурой, подъемными участками, присоединительной арматурой аппарата. Расчетный режим отвода - перегретый пар (паросодержание конденсата - X₁>1). На случай отклонения от расчетного режима устанавливается механический КО малой (до 10 кг/ч) пропускной способности с периодическим сбросом конденсата, например, модели "Армстронг" N1011 D_y=1/2 с опрокинутым ковшом (США).

Рисунок 2.

1 - пар от ТЭЦ или котельной, 2-4 - распределительные гребенки высокого, среднего и низкого давления, 5 - распределительная магистраль высокого давления, 6 - РОУ, 7 - эжектор, 8 - сепаратор, 9 - манометр, 10-12 - аппараты высокого, среднего и низкого давления, 13 - аппарат-источник «условно чистого» конденсата, 14 - конденсатоотводчик, 15-17 - сборные магистрали высокого, среднего и низкого (вакуумированная) давления, 18 - сборная магистраль для «условно чистого» конденсата, 19, 20 - баки-сборники «чистого» и «условно чистого» конденсата, 21 - насос вытеснения периодического действия, 22, 23 - утилизационные теплообменники на полный и частичный потоки конденсата, 24 - конденсатор выпара, 25 - конденсатный насос, 26 - термометр.

В подсистеме паропотребления - потенциал энергосбережения составляет 10-50%:

общее направление - дробление поверхности нагрева аппарата на как можно более малые части (см. табл. 1), что способствует достижению оптимальных показателей от использования суммарной поверхности. Справедливо и обратное: установка одного КО после группы поверхностей теплообмена всегда уменьшает их эффективность. Например, коэффициент теплопередачи уменьшается, если КО установлен после группы поверхностей, как бы они ни были соединены по теплоносителю - параллельно или последовательно. На рис. 1 показана рекомендуемая схема обвязки калориферной установки, в которой первая поверхность по потоку воздуха переохлаждает конденсат вторичного пара, поступающего от сепаратора, а последующие поверхности калориферов работают в режиме с "пролетным паром";
для аппаратов с широким диапазоном изменения тепловой нагрузки (возмущающего воздействия) следует применять особый способ управления, для реализации которого регулятор устанавливается на выходе греющего теплоносителя из аппарата (широта диапазона обеспечивается степенью затопления поверхности конденсатом);
групповое присоединение аппаратов к одному КО может применяться лишь как вынужденное исключение.

В подсистеме сбора и возврата конденсата потенциал энергосбережения составляет 15-45%:

аппараты, подсоединенные к сборной магистрали, необходимо группировать по давлению и вероятности загрязнения конденсата;
подъемные участки следует оснащать побудителями подъема конденсата;
вторичный пар после КО и сепаратора нужно направлять на подпитку раздающей магистрали пара низкого уровня давления;
при возникновении трудностей с утилизацией выпара из бака-сборника в сборной магистрали целесообразно с помощью эжекторного вакуум-насоса устанавливать давление P_к=0,5-0,7 ата, соответствующее температуре насыщения 80-90°С. При этом конденсат перекачивается в бак-сборник специальным устройством с попеременным подключением его сначала к вакуумируемой магистрали конденсата, а затем - к магистрали пара рабочего давления. Эжектируемый вторичный пар направляется к потребителям пара промежуточного давления.

Рекомендуемая схема системы пароиспользования, где учтены различные способы сокращения потерь теплоты, приведена на рис. 2.

Методологические рекомендации подбора КО также базируются на результатах энергообследования различных предприятий и сведены в табл. 1. Рекомендуемые конструкции для указанных условий обеспечивают эффективное использование теплоты пара, существенно снижая его расход на единицу выпускаемой продукции.

Таблица 1

№ пп	Задаваемые условия работы паропотребителя	Назначение режима отвода конденсата, признак подбора КО	Тип паропотребителя, где проводилась опытная проверка, оптимальные значения паросодержания конденсата, Х₁, %	Рекомендуемый тип конденсато- отводчика
1	Максимальный коэффициент теплопередачи при стабильной тепловой нагрузке	Сокращение рабочей поверхности. ускорение разгона аппарата	Калорифер тоннельной сушилки типа СТ Х₁₁=+5...+8	Термодинамический двухсопловой
2	Максимальное использование рабочей поверхности при ее избытке	Сокращение паропотребления при расчетной тепловой нагрузке	Вертикальный кожухо-трубчатый подогреватель Х₁₂=-4...-5	Термостатический биметаллический
3	Сокращение неравномерности обогрева до допустимого значения д6	Повышение качества продукции	Длинные греющие цилиндры узла сушки Dq=7°C Х₁₃=+2...+6	Термодинамический двухсопловой на 6-10 цилиндров
4	Вентиляция паровой полости от неконденсирующихся газов	Повышение уровня температуры поверхности аппарата	Периодические камеры вулканизации резины Х₁₄=+2...+5	Термодинамические дисковые
5	Сокращение гидравлических потерь в конденсатной сети	Ликвидация пульсаций потока на подъемном участке	Подъем 3-4 м Х₁₅=+1...+4	Термостатический биметаллический плюс термодинамический сопловой

Примечание:

Х₁₁, Х₁₂,...,Х₁₅ - с двойными индексами в отличие от места измерения Х₁

Многообразие форм поверхности нагрева оборудования и условий его работы обусловило и многообразие промышленных образцов КО. Действующая методика подбора КО, по которой он характеризуется только условным давлением Р_у, ати, присоединительным размером D_y, мм и пропускной способностью K_v, т/ч холодного конденсата при перепаде давлений Р=1 кгс/см², не позволяет принять однозначного решения, оценить эффективность применения КО и определить меры по улучшению его конструкции.

Предлагаемая методика отражает взаимодействие тепловых и гидравлических обменных процессов в паровой полости и на рабочей поверхности паропотребляющих аппаратов, а также форму потока в сети сбора конденсата. За количественный показатель режима отвода принято паросодержание Х₁ конденсата при давлении при давлении Р₁ на входе в КО. Значение Х₁ определяется типоразмером D_y термостатических, термодинамических или механических (поплавковых) КО. Последние рассматриваются как местные (сосредоточенные) гидравлические сопротивления, пропускная способность которых падает с ростом Х₁.

В свою очередь многие теплотехнические и технологические показатели работы паропотребителей (к их числу относятся участки дренируемых паропроводов, спутниковые линии и сепараторы) и других элементов СПИ также зависят от паросодержания отводного конденсата Х₁. Изменяя Х₁ можно управлять этими показателями для достижения и поддержания их требуемых значений.

Опыт показывает, что с увеличением Х₁ происходит следующее:

коэффициент теплопередачи увеличивается, достигает максимума при заметной доле "пролетного пара" и затем падает. Аналогично изменяется скорость образования конденсата.
неравномерность обогрева поверхности монотонно уменьшается, приближаясь к некоторому асимптотическому значению. Точно так же изменяется концентрация неконденсирующихся газов в паровой полости.
гидравлическое сопротивление подъемного участка конденсато-провода достигает минимума при положительном паросодержании потока конденсата. Ближайшие к участку конденсатоотводчики должны работать с пропуском "пролетного пара", при Х₁>0.

Предлагаемый энергоэффективный путь развития и совершенствования систем пароиспользования так же, как и ряд других энергосберегающих проектов, зачастую не находят своего воплощения на практике.

Одной из причин такого положения, по нашему мнению, является низкая доля затрат на покупку энергоносителей. Результатами вышеупомянутых энергетических обследований по программе Правительства Москвы и ТУ Госэнергонадзора установлено, что стоимость потребляемых энергоресурсов на 1 рубль произведенной продукции (услуг) колеблется от 0,7 до 6,3 копеек, где большая цифра относится к предприятиям строительной индустрии. В то же время, очевидно, возросшая за последние годы энергоемкость производства должна была проявиться в значительно большей доле энергетики в цене товаров и услуг. С нашей точки зрения, противоречие объясняется двумя обстоятельствами:

возможностью компенсации увеличенного потребления энергии производственными потребителями за счет роста стоимости продукции и услуг;
искусственного снижения рядом предприятий энергетических затрат за счет оплаты потребляемых энергоресурсов арендаторами по не всегда обоснованным расчетным нагрузкам.

Такими приемами часто затушевывается до полного исчезновения экономическая мотивация к приведению в действие потенциала энергосбережения, вынуждая вновь возвращаться к проблемам учета теплоэнергии и теплоносителя теперь уже на уровне внутризаводского потребления субабонентами (арендаторами).