Принятие решений на основе
балансовой теплотехнологической схемы (БТТС)

Перед тем, как начинать проработку каких-либо энергосберегающих мероприятий, нужно убедиться в наличии необходимой информации по стоящему вопросу. В нашем случае информацией являются технологические схемы производства, материальные и тепловые балансы агрегатов или узлов (хотя бы наиболее существенных), режимные характеристики потоков (температура и давление).

1. Формирование данных.

Эти данные формируются на основе:

В качестве примера рассмотрим формирование исходных данных для печи риформинга производств на основе технологий оксосинтеза.

Схема печи риформинга

Для составления баланса данного агрегата необходимо иметь следующие данные:

Эти данные служат для расчёта:

2. Представление данных.

Балансовые и технико-экономические показатели определяются в целом по агрегату и/или по каждой его части (в данном случае их можно разделить). Расчёт и формирование базы данных (для разных режимов, составов исходных продуктов или иных условий) удобно вести, например, в офисном приложении типа Excel.

Из вышеприведённых показателей для формирования картины энергопотребления необходимы следующие сведения: энергетическая эффективность работы агрегата (его частей) и ценность всех исходящих, промежуточных и выходящих потоков. Первая группа данных отражается в технико-экономических показателях составленного баланса (КПД и т.п.) и показывает качество работы агрегата и его соответствие паспортным показателям, а при их отсутствии аналогичным или подобным агрегатам, т.е. является характеристикой качества эксплуатации оборудования или энергетической характеристикой процесса. Вторая группа данных должна отразить эффективность выбранного метода использования исходных и промежуточных потоков и ценность выходящих потоков, как вторичных энергоресурсов (ВЭР), т.е. эксергетическую характеристику.

Для определения количества и качества тепловых ВЭР и ВЭР избыточного давления необходимо иметь соответствующую удобную форму баланса.

Удачным решением поставленной задачи является составление баланса в виде балансовой теплотехнологической схемы (БТТС), которая является статической расчётной характери­стикой рассматриваемой системы. БТТС содержит информацию, дающую возможность оце­нить эффективность использования энергоресурсов во всех основных узлах технологического производства и наметить ме­роприятия по рационализации схемы.

3. Пример БТТС.

Пример БТТС
БТТС основных узлов стадии окисли­тельного хлори­рования этилена производства винил­хлорида мощностью 120 тыс. т/год (арабские цифры – порядковые номера потоков; Т-1 – Т-3 – подогре­ватели; Р-1 – реактор окси­хлори­рования; К-1 – колонна захола­живания; Т-4 – воздушный тепло­обменник; Т-5, Т-6 – конден­саторы).
Показатели Порядковые номера потоков
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Поток HCl HCl пар кон­ден­сат эти­лен эти­лен пар кон­ден­сат сжа­тый воз­дух сжа­тый воз­дух пар кон­ден­сат кон­ден­сат пар реак­цион­ный газ
Расход, т/ч 11,6 11,6 0,56 0,56 4,3 4,3 0,56 0,56 19,6 19,6 1,2 1,2 20,0 20,0 36,0
Давление, МПа 0,5 0,5 1,2 1,2 0,5 0,5 1,2 1,2 0,5 0,5 1,2 1,2 1,6 1,2 0,3
Температура, °С 30 150 197 197 30 150 197 197 30 150 197 197 100 191 230
Индекс узла и тепловая мощность, кВт Т-1 – 300 Т-2 – 300 Т-3 – 665 Т-4 – 11700
Показатели Порядковые номера потоков
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Поток реак­цион­ный газ реак­цион­ный газ воз­дух воз­дух реак­цион­ный газ реак­цион­ный газ вода вода реак­цион­ный газ реак­цион­ный газ рассол рассол
Расход, т/ч 37,0 37,0 480 480 26,6 26,6 80,0 80,0 20,8 20,8 198 198
Давление, МПа 0,3 0,3 0,0 0,0 0,3 0,3 0,3 0,25 0,3 0,3 0,3 0,25
Температура, °С 105 60 25 50 60 40 25 35 40 10 -15 -12
Индекс узла и тепловая мощность, кВт Т-4 – 3510 Т-5 – 935 Т-6 – 585

4. Анализ теплопотребления на основе БТТС.

Для анализа теплопотребления весьма эффективен так называемый метод "температурного соответствия". Как правило, исходные сырьевые и технологические потоки поступают в производство при температуре окружающей среды (от -30 до 25 °С) и подогреваются паром различных параметров до необходимых температур (чаще всего до 100÷150 °С). За редким исключением вполне обосновано использовать низкопотенциальные ВЭР для первой ступени подогрева этих потоков. При более широком рассмотрении и анализе энергоиспользования на химическом предприятии методом "температурного соответствия" выявляется возможность именно на основе утилизации низкопотенциальных ВЭР резко сократить потребление теплоты от внешних источников на цели отопления, вентиляции и ГВС (как правило, более чем на 50 %).

Следует отметить неадекватность поставленным задачам подхода, который делает упор на энергетический КПД агрегатов без учёта всей схемы. Например, энергетический КПД теплообменника 98 %, а используется он в схеме, где поток нагревается с 10 до 25 °С паром от ТЭЦ или котельной. Эксергетический температурный коэффициент продуктов сгорания в топке составляет 0,96, а нагреваемого конечного продукта только 0,08, что указывает на низкую эффективность оборудования. Причиной этого может являться изолированность выбора оборудования для каждой стадии и объединение в единую технологическую схему только на последнем этапе, что приводит к высокой экономичности отдельных узлов и оставляет без внимания огромные возможности рационализации энергопотребления при рассмотрении технологической схемы в целом.

Рассмотрение БТТС основных узлов процесса окисли­тельного хлори­рования этилена (пример БТТС) позволяет сделать следующие выводы:

  1. Для подогрева технологических потоков 1, 5 и 9 от 30 до 70 °С вместо пара можно использовать низкопотенциальную теплоту потока 16, который охлаждается воздухом от 105 до 60 °С. Расход пара на эту операцию сокращается на 30 %.
  2. Реакционный газ 24 охлаждается от 40 до 10 °С рассолом с температурой -15 °С, получаемым от парокомпрессионной холодильной установки. Тот же эффект охлаждения можно обеспечить, используя холод +5 °С, вырабатываемый на абсорбционной бромистолитиевой холодильной машине, в которой первичным теплоносителем является горячая вода, нагретая до 90 °С теплотой охлаждаемого потока 16. Расход электроэнергии сокращается при этом на 1,6 млн. кВт*ч/год.

Таким образом, БТТС позволяет:

Обеспечить высокую эффективность анализа энергопотребления любого производства можно только при системном подходе, начав работу с отдельных установок, отделений и стадий процессов, и переходя к цехам, производствам и предприятию в целом.

Hosted by uCoz