Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей
В данной статье проведено исследование энергопотребления крупнотоннажного производства окиси этилена ОАО “Казаньоргсинтез”. Определен потенциал энергосбережения и разработана система утилизации высокопотенциальных вторичных энергетических ресурсов с использованием котла – утилизатора....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Промышленная теплотехника |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60699 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей / Э.И. Мухаметшина, Э.В. Шамсутдинов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 74-77. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-60699 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-606992014-04-20T03:01:37Z Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей Мухаметшина, Э.И. Шамсутдинов, Э.В. Энергосбережение В данной статье проведено исследование энергопотребления крупнотоннажного производства окиси этилена ОАО “Казаньоргсинтез”. Определен потенциал энергосбережения и разработана система утилизации высокопотенциальных вторичных энергетических ресурсов с использованием котла – утилизатора. У статті проведено дослідження енергоспоживання великотонажного виробництва окису етилена ВАТ “Казаньоргсинтез”. Визначено потенціал енергоощадження та розроблено схему утилізації високопотенційних вторинних енергетичних ресурсів з використанням котла – утилізатора. We investigate the power consumption of large-capacity manufacture of ethelene oxide at the Kazan Open Joint Stock Company “Organichesky sintez”. The energy saving potential is determined, and the system of utilization of high-temperature secondary power resources with the use of a boiler – utilizer is developed. 2009 Article Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей / Э.И. Мухаметшина, Э.В. Шамсутдинов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 74-77. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60699 662.63 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Энергосбережение Энергосбережение |
| spellingShingle |
Энергосбережение Энергосбережение Мухаметшина, Э.И. Шамсутдинов, Э.В. Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей Промышленная теплотехника |
| description |
В данной статье проведено исследование энергопотребления крупнотоннажного производства окиси этилена ОАО “Казаньоргсинтез”. Определен потенциал энергосбережения и разработана система утилизации высокопотенциальных вторичных энергетических ресурсов с использованием котла – утилизатора. |
| format |
Article |
| author |
Мухаметшина, Э.И. Шамсутдинов, Э.В. |
| author_facet |
Мухаметшина, Э.И. Шамсутдинов, Э.В. |
| author_sort |
Мухаметшина, Э.И. |
| title |
Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей |
| title_short |
Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей |
| title_full |
Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей |
| title_fullStr |
Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей |
| title_full_unstemmed |
Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей |
| title_sort |
утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Энергосбережение |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60699 |
| citation_txt |
Утилизация теплоты уходящих дымовых газов промышленных печей / Э.И. Мухаметшина, Э.В. Шамсутдинов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 74-77. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT muhametšinaéi utilizaciâteplotyuhodâŝihdymovyhgazovpromyšlennyhpečej AT šamsutdinovév utilizaciâteplotyuhodâŝihdymovyhgazovpromyšlennyhpečej |
| first_indexed |
2025-07-05T11:46:37Z |
| last_indexed |
2025-07-05T11:46:37Z |
| _version_ |
1836807353984352256 |
| fulltext |
В связи с тем, что эффективное использова;
ние энергетических ресурсов является одним из
факторов экономического роста, вопросы энер;
госбережения и рационального энергоиспользо;
вания входят сегодня в число актуальных задач
стратегии развития энергетики и промышленности
России. В современных условиях функционирова;
ния промышленного производства необходимо су;
щественно изменить подход к использованию
энергетических ресурсов предприятий.
Нефтехимическая промышленность относится
к числу крупных базовых отраслей. Одним из
перспективных направлений энергосберегающей
политики на предприятиях нефтехимической от;
расли является разработка методов энерготехно;
логического комбинирования, позволяющих
снизить потребление топливно; энергетических
ресурсов без существенного изменения всей тех;
нологической линии и обеспечить заданные по;
казатели выпускаемой продукции.
Учитывая, что в нефтехимической промышлен;
ности предприятия основного органического син;
теза занимают одно из ведущих мест по объемам
производимой продукции, в качестве объекта ис;
следования рассматривается производство окиси
этилена завода “Органические продукты” ОАО
“Казаньоргсинтез”. Окись этилена и его производ;
ные являются крупнейшими по масштабам произ;
водства продуктами нефтехимического синтеза.
Целью работы является повышение эффек;
тивности данного производства проведением ис;
следования энергопотребления, определения по;
тенциала энергосбережения и разработки
рекомендаций по снижению потерь энергии.
74 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
У статті проведено дослідження
енергоспоживання великотонажного
виробництва окису етилена ВАТ “Ка:
заньоргсинтез”. Визначено потенціал
енергоощадження та розроблено схему
утилізації високопотенційних вторинних
енергетичних ресурсів з використанням
котла – утилізатора.
В данной статье проведено исследо:
вание энергопотребления крупнотоннаж:
ного производства окиси этилена ОАО
“Казаньоргсинтез”. Определен потенци:
ал энергосбережения и разработана сис:
тема утилизации высокопотенциальных
вторичных энергетических ресурсов с ис:
пользованием котла – утилизатора.
We investigate the power consumption
of large:capacity manufacture of ethelene
oxide at the Kazan Open Joint Stock
Company “Organichesky sintez”. The
energy saving potential is determined, and
the system of utilization of high:tempera:
ture secondary power resources with the
use of a boiler – utilizer is developed.
УДК 662.63
МУХАМЕТШИНА Э.И., ШАМСУТДИНОВ Э.В.
Исследовательский центр проблем энергетики Казанского научного центра РАН
УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ
Dк – паропроизводительность котла;
Ндг – энтальпия продуктов сгорания;
– энтальпия технологического уноса,
содержащегося в продуктах сгорания;
hн – энтальпия насыщения;
hп.в – энтальпия питательной воды;
hп.п – энтальпия перегретого пара;
Qк – количество полезно использованной теплоты;
Vдг – расход продуктов сгорания на входе в котел –
утилизатор;
ϕ – коэффициент, учитывающий потери теплоты
в окружающую среду;
АВ – атмосферный воздух;
АГ – абсорбционный газ;
ВХ – воздух холодный;
ВЭР – вторичные энергетические ресурсы;
ГТУ – газотурбинная установка;
ДГ – дымовые газы;
КПД – коэффициент полезного действия;
КУ – котел – утилизатор;
ОхДГ – охлажденные дымовые газы;
П – пар;
ПВ – питательная вода;
ТГ – топливный газ.
ух
дг
Н
Процесс производства окиси этилена условно
можно разделить на следующие технологические
стадии: I) компримирование технологического
воздуха; II) компримирование этилена; III) окис;
ление этилена каталитическим методом – кисло;
родом воздуха на трегерном катализаторе; IV)
абсорбция окиси этилена из контактных газов с
дальнейшей десорбцией; V) охлаждение тепло;
носителя; VI) десорбция абсорбента; VII) упари;
вание кубовой жидкости; VIII) перегонка окиси
этилена; IX) отделение от окиси этилена приме;
сей; X) очистка смесей.
Рассматриваемое производство представляет
собой сложное объединение, состоящее из мно;
жества различных взаимозависимых энергоем;
ких элементов. Оценить работу такой сложно;
структурированной системы и определить
оптимальную последовательность теплового и
термодинамического расчетов возможно на осно;
ве методов математического моделирования [1].
На основании теплового и термодинамического
анализов всей системы и отдельных ее элементов
выявлены технологические участки, характеризу;
ющиеся наличием не используемых вторичных
энергоресурсов различного потенциала:
на I стадии компримирования технологичес;
кого воздуха выявлены неиспользуемые высоко;
потенциальные ВЭР, такие как дымовые газы,
энергетический потенциал которых составляет
5169,32 кВт; и абсорбционные газы – энергети;
ческий потенциал 7239,2 кВт;
II стадия компримирования этилена характе;
ризуется наличием низкопотенциальных ВЭР –
оборотной воды с энергетическим потенциалом
6184 кВт;
на III стадии окисления этилена – пар с энер;
гетическим потенциалом 395,03 кВт;
VI стадия десорбции абсорбента – образова;
ние низкопотенциальных ВЭР таких как оборот;
ная вода, энергетический потенциал которой
составляет 6078,64 кВт;
VII стадия упаривания кубовой жидкости –
ВЭР инертный газ, энергетический потенциал
которого составляет 103,94 кВт, и конденсат, по;
тенциал которого составляет 2532,8 кВт.
Анализ полученных результатов показал, что
для повышения эффективности работы рассмат;
риваемой системы необходима разработка ме;
роприятий для утилизации имеющихся как вы;
сокопотенциальных, так и низкопотенциальных
вторичных энергоресурсов. Данная работа пос;
вящена вопросу утилизации высокопотенциаль;
ных ВЭР, а именно дымовых газов, образующих;
ся на I стадии компримирования (рис. 1). Его
энергетический КПД составил 80%, а эксергети;
ческий – 67%.
Стадия компримирования включает в себя вы;
сокотемпературные системы, основным звеном
которых являются промышленные печи.
Технология процесса компримирования за;
ключается в следующем: атмосферный воздух по;
ступает в компрессор 1, где он сжимается на 11–ти
ступенях до рабочего давления 2,6 МПа. Приво;
дом компрессора является газовая турбина.
После компрессора воздух поступает в межтруб;
ное пространство теплообменника 3, где охлажда;
ется абсорбционными газами после абсорберов.
Абсорбционные газы после теплообменника с
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 75
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 1. Принципиальная схема участка
компримирования производства окиси этилена:
1 – компрессор; 2 – ГТУ; 3 – теплообменник;
4 – скруббер; 5 – печь; 6 – фильтр; 7 – реактор
дожига; 8 – буферная емкость; 9 – печь;
10 – сепаратор; 11 – буфер воздуха;
12 – холодильник.
температурой 170 оС поступают в змеевик печи
5, где нагреваются до температуры 350 оС за счет
теплоты сгорания топливного газа. Нагретые аб;
сорбционные газы из печи направляются в реак;
тор дожига 7, в котором на катализаторной насад;
ке происходит каталитическое дожигание
горючих компонентов, содержащихся в абсорб;
ционных газах. В результате чего температура газа
на выходе из реактора составляет 500 оС. Таким
образом генерируется высокотемпературный газ
высоко давления, применяемый в качестве рабо;
чего газа для газовой турбины.
Насыщенный водяной пар под давлением пос;
тупает в змеевик печи 9, где нагревается до тем;
пературы 300…400 оС за счет теплоты сгорания
топливного газа. Полученный перегретый пар
поступает в паровую турбину, служащую приво;
дом компрессора II стадии окисления этилена.
Дымовые газы печей 5 и 9 через дымовую трубу с
температурой 350 оС выбрасываются в атмосферу.
Для определения энергетической эффектив;
ности работы печей проведен тепловой и термо;
динамический расчет в соответствии с [2], кото;
рый показал, что тепловой КПД промышленной
печи 5 составляет 34%, эксергетический – 20% и
соответственно тепловой КПД печи 9 – 27%, а
эксергетический – 16%. Значения КПД про;
мышленных печей отражают степень обратимос;
ти протекающих внутри печи превращений и
степень использования продуктов сгорания.
Уходящие дымовые газы промышленных печей
имеют температурный потенциал 350…450 оС.
В промышленных трубчатых печах, имеющих
камеры радиации и конвекции, значительная
часть теплоты передается излучением, вслед;
ствие сравнительно высокой скорости движения
дымовых газов, и конвекцией. В камере радиа;
ции (топочной камере) размещена радиантная
поверхность (экран), поглощающая лучистую
теплоту; там же происходит процесс сжигания
топлива. В камере конвекции расположены кон;
векционные трубы, воспринимающие теплоту
путем конвекции – при соприкосновении дымо;
вых газов с поверхностью нагрева.
Существует несколько путей повышения
энергетической эффективности рассмотренных
аппаратов. Например, эффективность работы
промышленных печей можно повысить за счет
увеличения полноты передачи теплоты. Она мо;
жет быть повышена путем оребрения наружной
поверхности труб, в этом случае увеличивается
поверхность соприкосновения дымовых газов с
трубами и обеспечивается передача большего
количества теплоты. Также эффективность
эксплуатации промышленных трубчатых печей
зависит от организации процесса сжигания топ;
лива. Это связано с тем, что сжигание топлив
с большим избытком воздуха приводит к не;
оправданным потерям теплоты, расходуемой на
нагрев избыточного воздуха и выбрасывание его
в атмосферу.
Еще одним из способов утилизации теплоты
уходящих дымовых газов является использова;
ние их теплоты в котлах – утилизаторах. Эффек;
тивное использование тепловых ВЭР в котле –
утилизаторе позволит получать технологический
пар требуемых параметров или горячей воды, что
приведет к снижению объемов потребления топ;
ливно;энергетических ресурсов, поступающих
на предприятия от внешних источников.
С целью определения размеров тепловоспри;
нимающих поверхностей нагрева, располагае;
мых по потоку газов и обеспечивающих номи;
нальную паропроизводительность с заданными
параметрами пара, и определения основных по;
казателей работы установки необходимо прове;
дение теплового конструктивного и поверочного
расчетов котла – утилизатора [3].
Количество полезно использованной теплоты
определяется из выражения:
. (1)
Паропроизводительность котла
. (2)
В результате конструктивного расчета выявле;
но, что количество полезно использованной тепло;
ты в котле – утилизаторе может составить 4585 кВт.
При этом паропроизводительность котла соста;
вит 2,0 кг/с.
На основании расчета и характеристик ВЭР
предложено использование газотрубного КУ
марки Г – 250ПЭ. Продукты сгорания в этих КУ
проходят внутри труб, размещенных в водяном
K
K
п.п. п.в. н п.в.
( ) 0,01 ( )
Q
D
h h P h h
=
− + −
ух
к дг дг дг
( ; )Q V Н Н= ϕ
76 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
объеме барабана. Эти котлы не требуют специ;
альной обмуровки, характеризуются высокой га;
зоплотностью, простотой изготовления, обслу;
живания и пониженными требованиями к
питательной воде. Данный вид котла характери;
зуется наличием в нем пароперегревателя, кото;
рый располагается во входной камере котла.
Площадь испарительной поверхности котла со;
ставляет 250 м2.
Для определения энергетической эффектив;
ности работы выбранного котла – утилизатора
рассчитан КПД котла, который составил 88%.
На рис. 2 представлена модернизированная
схема участка компримирования с учетом котла –
утилизатора.
Отходящие дымовые газы печей 5, 9 поступа;
ют во входную камеру КУ 13, омывают паропе;
регреватель, проходят через трубы и через выход;
ную камеру с низкой температурой удаляются в
атмосферу, при этом вырабатывая пар необходи;
мых параметров, поступающий на основное про;
изводство окиси этилена.
Технико – экономический анализ эффективности
предлагаемого мероприятия показал, что в результа;
те работы котла – утилизатора будет вырабатываться
технологический пар с общим энергетическим по;
тенциалом 31217,76 Гкал/год. С учетом того, что в
настоящий момент на технологические нужды про;
изводства окиси этилена потребляется пар с потен;
циалом 135799 Гкал/год, экономия может составить
23% от общего годового расхода производства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Попырин Л.С. Математическое моделиро;
вание и оптимизация теплоэнергетических уста;
новок. – М.: Энергия, 1978. – 416 с.
2. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия. – М.:
Энергия, 1968.
3. Воинов А.П., Зайцев В.А., Куперман Л.И.,
Сидельковский Л.Н. Котлы – утилизаторы и энер;
готехнологические агрегаты. – М.: Энергоатом;
издат, 1989. – 272 с.
Получено 23.09.2008 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 77
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 2. Модернизированная схема участка
компримирования производства окиси этилена с
учетом работы котла – утилизатора:
Обозначения 1 – 12 см. на рис. 1;
13 – котел – утилизатор.
|