Введение к работе
Актуальность работы. В отечественной целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) эксплуатируется большой парк отечественных и зарубежных технологических выпарных станций и содорегенерационных котлоагрегатов (СРК), для которых во многом вопросы, связанные с повышением эффективности работы, рассмотрены и решены. Недостаточное внимание уделено их совместному взаимодействию в теплотехнологическом комплексе. Анализ эффективности работы котлоагрегатов таких крупнейших в России ЛПК как Братский и Усть-Илимский показывает, что их КПД, как правило, на 8 -* 12 % ниже проектных значений. Эффективность работы и высокие КПД СРК зависят от рабочей низшей теплоты сгорания черного щелока, которая в свою очередь зависит от его концентрации. Концентрация черного щелока повышается при удалении влаги в процессе выпаривания в многокорпусных выпарных установках (МВУ). Чем ниже влажность черного щелока (т.е. выше его концентрация), тем больше теплоты, а значит и вырабатываемого пара на СРК, необходимо затратить на этот процесс. Поэтому задача поиска рациональных концентраций упаренного черного щелока с целью снижения энергозатрат в технологической цепочке выпарная станция - котлоагрегат является актуальной.
Цель работы. Исследование энергозатрат в теплотехнологическом комплексе «утилизационный котлоагрегат - многокорпусная выпарная установка» для выбора рациональных конструктивно-технологических показателей.
Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:
-
проанализировать материальные и энергетические потоки и особенности выпаривания и сжигания горючих ВЭР целлюлозно-бумажного комбината;
-
разработать алгоритм и программные продукты для численных исследований и энергетической оптимизации составляющих теплотехнологического комплекса;
-
провести расчетно-экспериментальные исследования теплотехнологиче-ских характеристик черного щелока, составляющих энергобаланса комплекса (источник энергии - теплотехнологическая установка);
-
провести численные исследования энергетических показателей МВУ и СРК при варьировании различных параметров в теплотехнологическом комплексе;
-
проанализировать полученные результаты и обосновать рациональные режимы энергетического взаимодействия теплотехнологического комплекса целлюлозно-бумажного комбината с сульфатной технологией производства бумаги;
-
установить на базе проведенных исследований технологическое топливное число производства черного щелока.
Основные положения методики исследования. Численные исследования проводились с помощью разработанных программных продуктов по тепловому расчету б-ти корпусной выпарной установки фирмы «Раума-Репола», работаю-
щей по системе Розенблад, и тепловому расчету содорегенерационного котлоаг-регата фирмы «Тампелла» производительностью 1750 та.с.в./ сутки.
Анализ полученных результатов численных исследований эффективности работы МВУ и СРК при варьировании начальных параметров технологических энергоносителей. Достоверность методики и результатов численного исследования обеспечена их сравнением с расчетными данными других авторов.
Научная новизна. Выполнен анализ результатов численных и экспериментальных исследований энергетического взаимодействия теплотехнологической системы целлюлозно-бумажного комбината «утилизационный котлоагрегат -выпарная установка», позволивший при изменении тепловых схем и параметров энергоносителей установить количественные значения конечной концентрации черного щелока, обеспечивающие энергетическую самодостаточность теплотех-нологии.
Численными исследованиями показано качественное и количественное изменение темпов прироста энергетических выгод утилизации горючих ВЭР в условиях технологических ограничений процесса выпаривания.
Получены и обобщены опытные данные по теплофизическим и физико-химическим характеристикам отработанного варочного раствора, позволяющие не только установить их влияние на интенсивность выпаривания, но и проводить автоматизированное проектирование многокорпусных выпарных аппаратов поверхностного типа.
Автор защищает:
методику проведения расчетных исследований совместного влияния тепловых режимов теплотехнологических установок;
алгоритм и программы комплексного теплового расчета на ЭВМ многокорпусных выпарных установок и содорегенерационных котлоагрегатові
результаты численных исследований, связанных с влиянием конечной концентрации упаренного черного щелока на энергетические характеристики утилизационного котлоагрегата;
результаты расчетных исследований по определению рациональных концентраций черного щелока с целью снижения энергетических затрат, влияющих на совместную работу теплотехнологической системы целлюлозно-бумажного комбината «утилизационный агрегат - выпарная установка»;
результаты энергоаудита энергетического комплекса ЦБК и основные направления энергосбережения.
Практическая ценность.
1. Разработан программный комплекс, позволяющий осуществлять моделирование энергетических затрат в технологической цепочке «утилиза-
ционный котлоагрегат - выпарная установка» в широком диапазоне варьирования режимных параметров тешготехнологических установок.
-
Определены рациональные параметры энергетического взаимодействия системы «утилизационный агрегат - выпарная установка», позволяющие снизить энергетические затраты при процессах сжигания черных щелоков, выработке пара и работе выпарных аппаратов, а также получены значения рациональной конечной концентрации черного щелока.
-
Результаты экспериментальных и расчетных исследований по определению теплоты сгорания черного щелока на базе исходного сырья сибирского региона, позволяющих скорректировать и дополнить существующие методики теплового расчета теплотехнологических установок при производстве целлюлозы, могут быть использованы организациями, проектирующими и модернизирующими ЦБК.
Реализация работы в промышленности. Автором определены рациональные значения концентрации упаренного черного щелока, позволяющие повысить эффективность работы СРК. Последнее использовано на лесопромышленных комплексах ЦБП при производстве сульфатной целлюлозы.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Межрегиональной научно-технической конференции «Естественные и инженерные науки - развитию регионов» (г. Братск, 2003 г.), молодежной научно-практической конференции «Будущее Братска» (г. Братск, 2003 г.), второй Международной школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (г. Москва, 2004 г.), «Десятой, Одиннадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов» (г. Москва, 2004, 2005 г.г.), I Международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение» (Республика Казахстан, г. Усть-Каменогорск, 2005 г.), II Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005» (г. Москва, 2005 г.), Третьей Всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (г. Москва, 2006 г.).
Публикации. Основные научные положения и выводы изложены в 10 опубликованных работах, в том числе 1 статья в реферируемом издании по списку ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и приложений. Общий объем диссертации составляет 133 стр., включая 46 рисунков и 6 таблиц. Список литературы содержит 132 наименования.
