Введение к работе
Актуальность работы
В структуре энергопотребления крупных нефтехимических комплексов до 98 % приходится на пар промышленных параметров, что приводит к образованию конденсата, который необходимо возвращать источнику, либо утилизировать на самом предприятии. Температура отводимого конденсата зависит от режима теплопотребления и обычно находится в пределах 80-140 С.
Однако зачастую при возврате конденсата источнику, которым, как правило, является промышленная ТЭЦ, возникает проблема, связанная с возможностью загрязнения парового конденсата органическими примесями промышленных нефтехимических технологий. В таких условиях, во избежание выхода из строя ответственного оборудования ТЭЦ, конденсат источнику не возвращается, поэтому проблема его охлаждения, очистки и утилизации содержащейся в нем теплоты, ложится на предприятие. Обычно на предприятии ограничиваются тем, что организуют централизованный узел сбора конденсата, где производится его охлаждение до 40 С, после чего он сливается в заводскую канализацию. При этом появляются проблемы дополнительных платежей из-за невозврата конденсата на ТЭЦ, разрушения коммуникаций, роста нагрузки систем оборотного водоснабжения и вредного воздействия на экологию.
Объем образующегося конденсата на предприятиях нефтехимической промышленности значителен и в среднем составляет 300-700 т/ч, а зачастую и более. Это характерно для большинства нефтехимических предприятий РФ, таких как «Нижнекамскнефтехим», «Казаньоргсинтез», «Новокуйбышевский нефтехимкомбинат» и др.
Решение данной проблемы лежит в области создания замкнутых систем энергообеспечения предприятий с повторным использованием конденсата и максимально технически возможной утилизацией теплоты ВЭР конденсата. Эта задача характеризуется высокой степенью сложности, так как на предприятии сосредоточены десятки и даже сотни источников и потребителей ВЭР, поэтому здесь необходимо привлечение методологии анализа и синтеза сложноструктурированных теплоэнергетических систем.
Для предприятий нефтехимической отрасли промышленности, которые с одной стороны обладают большим количеством ВЭР низкого потенциала, а с другой стороны являются крупнейшими потребителями холода и тепловой энергии, организация утилизационных систем тепло- хладоснабжения на базе абсорбционных трансформаторов теплоты (АТТ), например бромистолитиевого типа, представляется одним из наиболее выгодных направлений совершенствования энергетического хозяйства.
Работа выполнялась по координационным планам в рамках приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Энергосберегающие технологии» и «Энергосбережение» Республики Татарстан, а также по заявке ОАО «Казаньоргсинтез».
Целью работы является разработка методических и прикладных аспектов организации энергосберегающих систем сбора и повторного использования конденсата на крупных нефтехимических комплексах. Для достижения цели поставлены следующие задачи исследования:
Синтезировать энерго- и ресурсосберегающую систему сбора конденсата, позволяющую гибко подстраиваться под сезонный график нагрузок предприятия.
Разработать алгоритм поиска наивыгоднейшего сочетания структуры и параметров объекта исследования.
Обосновать предлагаемое решение по структурной организации энерго- и ресурсосберегающей системы сбора и повторного использования конденсата на примере действующего нефтехимического предприятия по критериям термодинамической и технико-экономической эффективности. Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
на основе анализа материального баланса водопотребления нефтехимических предприятий установлено, что за счет повторного использования парового конденсата можно исключить использование воды различной степени подготовки, в том числе частично-обессоленную, глубоко-обессоленную, умягченную и деминерализованную воду;
предложена усовершенствованная структура централизованной энерго-и ресурсосберегающей системы сбора конденсата на базе АТТ и замкнутых системах тепло- и водопотребления, которая позволяет гибко подстраиватся под график нагрузок тепло-, холодо- и водоснабжения нефтехимического предприятия в течение года;
на основе методологии анализа и синтеза сложно-структурированных теплоэнергетических систем разработан алгоритм поиска наивыгоднейшего сочетания структуры и параметров синтезированной системы в течение года по показателям термодинамической и технико-экономической эффективности. Практическая значимость. Разработанные системы, схемные решения синтеза энергоэффективной системы сбора и повторного использования конденсата на базе абсорбционных бромистолитиевых трансформаторов теплоты, могут быть применены на крупных нефтехимических предприятиях, использованы проектными организациями при разработке новых пароконденсатных систем. Внедрение схемных решений позволяет сэкономить 900 тыс. тонн усл. топлива или 1 890 000 ГДж/год, повысить термодинамическую эффективность рассматриваемого производства и снизить энергоемкость выпускаемого продукта. Экономический эффект от
использования разработанных предложений составляет 41,0 млн. руб. при сроке окупаемости порядка 1 год и 2 месяца.
Результаты исследования внедрены в учебном процессе кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ГОУ ВПО КГЭУ при разработке дисциплин «Основы инженерного проектирования теплоэнергетического оборудования промышленного предприятия», «Теплоэнергетические системы и энергобалансы промышленного предприятия». Автор защищает:
Принятые решения по изменению структуры водоснабжения нефтехимических предприятий.
Методические разработки по проведению анализа и синтеза энерго- и ресурсосберегающей системы сбора и повторного использования конденсата нефтехимических предприятий
Алгоритм поиска наивыгоднейшего сочетания структуры и параметров синтезированной системы в течение года.
Структуру централизованной энерго- и ресурсосберегающей системы сбора конденсата на базе АТТ и замкнутых системах тепло- и водопотребления.
Результаты структурного, термодинамического и технико-экономического анализа синтезированного энерго- и ресурсосберегающего объекта в характерные периоды его работы.
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована
использованием апробированных методик системного анализа
сложноструктурированных теплоэнергетических объектов, применением
фундаментальных законов технической термодинамики и тепломассообмена
при разработке математических описаний систем сбора и повторного
использования парового конденсата, а также современных методов оценки
термодинамической и технико-экономической эффективности.
Апробация работы. Основные положения работы и отдельные результаты
диссертации представлены на Международных и Всероссийских конференциях:
Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов
«Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва 2006, 2011); Ш-й
молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения»,
посвященной 40-летию КГЭУ (Казань 2008); международная конференция
«Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и
металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» ВоГТУ, г. Вологда, 2010; 1-й всероссийской молодежной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань 2006); Всероссийская конференция - конкурсный отбор инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению программы «Энергетика и энергосбережение» (Томск 2006), V открытая совместная молодежная научно-практическая конференция РДУ Татарстана и КГЭУ «Диспетчеризация в
электроэнергетике: Проблемы и перспективы» (Казань 2010), XVII Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск 2011), 9-ая Всероссийская научно-техническая конференция «Приоритетные направления развития науки и технологий» (Тула 2011).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 12 печатных работах, из них 3 - статьи в центральных журналах, входящих в перечень ВАК. Структура и объем работы. Диссертация изложена на 115 страницах и состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных библиографических источников, в том числе 28 рисунка, 16 таблиц, библиографический список литературы из 114 наименований и акты о внедрении результатов.
