Схема теплоэнергообеспечения современного сахарного завода

На осуществление технологических процессов на отечественных заводах используется от 40 до 50 % технологического пара к массе перерабатываемой свеклы. На зарубежных предприятиях расход пара составляет 25–30 %. На осуществление технологических процессов на отечественных сахарных заводах затрачивается до 30 кВт электрической энергии на тонну свеклы, на зарубежных предприятиях удельный расход 12–15 кВт на тонну свеклы. Тепловая энергия затрачивается на поддержание температурного режима, электрическая – на привод механизмов.

Нормальное функционирование сахарного завода требует сбалансированного соотношения между требуемым расходом тепловой и электрической энергией. Такое сбалансированное соотношение удобнее всего достигается при комбинированном получении тепловой и электрической энергии на самом сахарном заводе, поэтому на 98 % всех мировых предприятиях сахарной промышленности используется комбинированный способ получения тепловой и электрической энергии и только 2 % сахарных заводов используют раздельные схемы получения тепла и электроэнергии.

Раздельные схемы бывают двух видов:

1. Тепловая энергия (пар) и электрическая энергия получается заводом со стороны (от других предприятий);

2. Сахарный завод имеет котельную, оборудованную котлами низкого давления, и пар получают от собственной котельной, а электрическую энергию такие заводы получают из государственной энергосети.

Комбинированная схема – это основная схема теплоэнергообеспечения сахарного завода. При комбинированной схеме заводы имеют собственную ТЭЦ, на которой вырабатывается тепловая и электрическая энергия. При этом ТЭЦ непосредственно связана с тепловой схемой завода, следовательно, комбинированная схема теплоэнергообеспечения состоит из двух составляющих схем:

– тепловая схема ТЭЦ;

– тепловая технологическая схема.

Тепловая схема ТЭЦ состоит из:

1) Парогенераторы или паровые котлы высокого давления с пароперегревателями;

2) Паропроводы высокого давления перегретого пара с давлением от 35 до 90 ;

3) Паровая турбина, электрогенератор, которые в комплексе носят название турбогенератор, трансформирующее и распределительные устройства электроэнергии;

4) Редукционно-охладительная установка РОУ – 11;

5) Схема водоподготовки для паровых котлов, включающая в себя систему химводоочистки, деаэратор и питательные насосы.

К тепловому хозяйству ТЭЦ относятся склад жидкого топлива и система подготовки и подачи топлива в паровые котлы или система газообеспечения паровых котлов при использовании газообразного топлива. К ТЭЦ относятся дутьевые вентиляторы для подачи воздуха в горелки паровых котлов с целью кислородного обеспечения процесса горения и система удаления продуктов горения включая внутренние газоходы, дымососы и дымовую трубу для отвода продуктов горения и рассеивания их в атмосфере за пределами предприятия.

Тепловая технологическая схема – это собственный технологический парогенератор в виде МВУ. Тепловая схема включает в себя коллектор технологического пара, охладительную установку, корпуса МВУ, вакуум-конденсационную установку, сборники конденсатов, насосы аммиачных и чистых конденсатов. Основными элементами схемы сахарного завода являются теплопотребители вторичных паров МВУ, к которым относят диффузионную установку, подогреватели соков и сиропа, подогреватели оттеков продуктового отделения и др.

           Рисунок 1 - Комбинированная схема получения электро – и теплоэнергии

Обозначения:

1– парогенератор;

2– турбина;

3– электрогенератор;

4– РОУ;

5– охладительная установка;

6– коллектор технологического пара;

7– I корпус ВУ;

8– II корпус ВУ;

9– III корпус ВУ;

10– IV корпус ВУ;

11– концентратор;

12– барометрический конденсатор;

13– сборник чистого конденсата для ТЭЦ;

14– сборник конденсата I корпуса;

15– сборник конденсата II корпуса;

16– сборник конденсата III корпуса;

17– сборник аммиачных конденсатов;

18– сборник аммиачной воды;

19– деаэратор чистых конденсатов в ТЭЦ;

20– химводоочистка;

ПП – перегретый пар;

РП – ретурный пар;

РЕ – редуцированный пар;

ТП – технологический пар;

D₁ D₂ D₃ D₄ D₅ – греющие пары корпусов МВУ, (I, II, III, IV и V соответственно);

ТП₁,ТП₂,ТП₃,ТП₄ – технологические потребители экстрапаров I, II, III, IV и V корпусов соответственно;

Е₁, Е₂, Е₃, Е₄ – экстрапары I, II, III, IV корпусов МВУ;

D_К – пар сбрасываемый на барометрический конденсатор с последней ступени МВУ;

АВ – аммиачная вода;

ТПК – технологические потребители тепла аммиачных конденсатов.

В парогенератор 1 подается питательная вода в виде чистого конденсата, который получается в результате конденсации ретурного и редуцированного пара Д₁ в греющей камере I корпуса ВУ. Конденсат собирается в сборнике 13 и направляется в деаэратор 19, где из него удаляются пузырьки воздуха. Деаэрация воды необходима по двум причинам: 1) воздух обладает низкой теплопроводностью и теплоотдачей; 2) пузырьки, проходя через турбину и РОУ снижают коэффициент теплопередачи в МВУ, что приводит к повышению поверхности нагрева ПГ и МВУ.

В топку парогенератора подают топливо при сжигании которого вода кипит и образуется пар, который перегревается до температуры = 440 ºС, при этом давление его повышается до 44 атм. Перегретый пар обладает высокой энергоемкостью и низким коэффициентом теплопередачи и его используют в турбине 2 для получения кинетической энергии, которая в электрогенераторе 3 преобразуется в электроэнергию N_Э. Пар высокого потенциала ударяясь в лопасти рабочего колеса паровой турбины вращает его, в результате происходит преобразование тепловой энергии в механическую энергию вращающегося колеса N_К. Образующийся крутящий момент N_КР, который передается через муфту на вал электрогенератора, приводящего во вращение ротор электрогенератора, системы электрических проводников. В турбине происходит частичное преобразование подвижной теплоты Q_П, в результате энергия перегретого пара и его температура снижается. Конечная температура перегретого пара в корпусе паровой турбины может равняться либо температуре конденсации, тогда пар отдав энергию превращается в конденсат, который выводится из корпуса турбины (конденсационная турбина). Давление конденсата на выходе составляет 1 атм. Устанавливать конденсационные турбины на сахарном заводе нецелесообразно, т.к. использовать тепло конденсатов в технологических целях не рентабельно. В теплообменной аппаратуре, используемой в технологическом тепловом хозяйстве коэффициент теплопередачи воды составляет примерно 200 – 300 ккал/кг, что в 3–5 раз ниже, чем коэффициент теплопередачи насыщенного пара. Турбина 2 работает в режиме противодавления, т.е. на выходе пара существует избыточное давление. Выходит ретурный пар с температурой 150ºС, этот пар незначительно перегрет (на 15 ºС). ретурный пар подается в охладительную установку 5, где за счет впрыскивания воды температура его снижается до температуры насыщения равной 135 ºС, а давление падает до 3,5 атм. После охладительной установки пар поступает в коллектор 6.

Недостаток пара пополняется редуцированием перегретого пара в РОУ 4. При полном обеспечении завода электроэнергией, количество ретурного пара, получаемого в турбине недостаточно для удовлетворения тепловых технологических нужд, поэтому часть перегретого пара минуя турбину поступает в РОУ, которая представляет собой местное гидравлическое сопротивление, где давление перегретого пара снижается с 44 атм. до 5 атм. В область пониженного давления впрыскивается холодная вода которая испаряясь повышает теплосодержание и понижает температуру с 440 ºС до 150 ºС.

В состав ТЭЦ входит также станция водоподготовки для питания паровых котлов. Чтобы не образовывалось накипи на внутренней поверхности кипятильных труб, вода, подаваемая в котлы должна быть максимально обессолена. Во время работы сахарного завода питание котлов осуществляется конденсатами, поступающими с МВУ, которые представляют собой чистую дистиллированную воду. При пуске завода конденсат отсутствует, поэтому промышленную воду подвергают натрийкатионированию с последующим фильтрованием и таким образом удаляют соли. Во время работы завода станция химводоочистки включается только при недостатке конденсата для питания котлов.

Из коллектора ретурный пар направляется в греющую камеру I ступени МВУ и потребителям ретурного пара. При выпаривании воды в ВУ образуются вторичные пары, которые делятся на 2 части, одна идет на выпаривание воды в последующую ступень ВУ, а другая на теплопотребители данной ступени.