Численные исследования энергетических выгод утилизации горючих ВЭР целлюлозно-бумажного комбината

ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВЫГОД УТИЛИЗАЦИИ ГОРЮЧИХ ВЭР ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО

КОМБИНАТА

П.А. ФЕДЯЕВ, О. Л. ДАНИЛОВ, А. А. ФЕДЯЕВ

* Братский государственный университет ** Московский энергетический институт

На базе разработанных программных продуктов «Выпарка» и «СРК», реализованных на языке Visual Basic, проведены параметрические численные исследования с целью оценки влияния различного энергоподвода к выпарным аппаратам многокорпусной станции на расход теплоты на установку и изменения рабочих характеристик содорегенерационного котлоагрегата в зависимости от конечной концентрации черного щелока. Показана возможность определения минимального прироста количества теплоты греющего теплоносителя при различных интервалах изменения концентрации упаренного продукта.

Эффективность работы и высокие КПД содорегенерационных котлоагрегатов (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). Однако чем ниже влажность черного щелока (т.е. выше его концентрация), тем больше тепла, а значит и вырабатываемого пара на СРК необходимо затратить на этот процесс.

В работе разработаны программные продукты «Выпарка» и «СРК», реализованные на языке Visual Basic [1, 2], с помощью которых были выполнены параметрические численные исследования для оценки влияния различного энергоподвода к выпарным аппаратам на рабочие характеристики упариваемого черного щелока и влажности черного щелока на рабочие характеристики содорегенерационного котлоагрегата. Данные тарировочных расчетов достаточно хорошо согласуются с опытными данными работ [3, 4].

В целом, при выполнении расчетов уменьшалось число корпусов выпарной установки с 6 до 1, изменялось давление греющего пара с 0,2 до 0,8 МПа и варьировалась величина поверхности нагрева с 1042 до 1563 м2. При численных исследованиях контролировались такие параметры как давление, температура греющего и сокового пара, расход греющего пара, количество теплоты со свежим паром, поступающей с СРК в первый корпус многокорпусной выпарной установки, выход упаренного черного щелока, количество выпаренной воды и расход теплоты по корпусам выпарной установки.

Количество теплоты, МВт, поступающее со свежим паром, определялось по формуле

Q

Q = 3 ,

103

где G1 - количество щелока на входе в первый корпус, кг/с; с1 - удельная

© П. А. Федяев, О. Л. Данилов, А. А. Федяев Проблемы энергетики, 2007, № 9-10

теплоемкость щелока в первом корпусе, кДж/(кг-оС); Ь - температура кипения щелока в первом корпусе, оС; tо - температура поступающего щелока с учетом температурных потерь в промежуточном баке, оС; w1 - количество выпаренной воды в первом корпусе, кг/с; гх - скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

Расход теплоты, МВт, по корпусам выпарной станции определялся по формуле

£ Q=

i=1

10

3

+ 2!,

где Gi - количество щелока на входе в данный корпус, кг/с; с - удельная теплоемкость щелока в данном корпусе, кДж/(кг-°С); tгр пара. - температура

греющего пара в данном корпусе, оС; tр_ра - температура раствора (щелока) в

данном корпусе, оС; wi - количество выпаренной воды в данном корпусе, кг/с; ^ - скрытая теплота парообразования, кДж/кг; 2! - потери теплоты данным корпусом выпарной установки, МВт; п - число корпусов, шт.

С ростом числа выпарных корпусов расход теплоты со свежим паром на выпарку уменьшается и изменяется от ~23 до ~ 25,5 МВт (для шести штук) при изменении концентрации от 40 до 75 % соответственно. Для однокорпусной выпарной установки расход теплоты со свежим паром выше в ~ 4,3 раза и колеблется от ~ 67 до ~ 109 МВт в этом же диапазоне концентраций черного щелока. Наименьшие колебания расхода теплоты со свежим паром в расчетном диапазоне конечных концентраций отмечаются при четырех (от ~25,8 до ~ 30,5 МВт) и более корпусов МВУ.

Наименьший прирост суммарного расхода теплоты (ДЕ2) имеет место при давлениях греющего пара Р = 0,5 0,6 МПа против Р = 0,4 0,5 МПа,

используемых на ЦБК (рис. 1, а). Эти тенденции соблюдаются и при изменении прироста расхода теплоты (Д2) со свежим паром на МВУ (рис. 1, б). При изменении давления греющего пара в диапазоне Р = 0,5 + 0,6 МПа прирост теплоты в 1,2^1,3 раза ниже, чем при Р=0,4^0,5 МПа [5].

2, МВт \

При концентрации 40 % При концентрации 75 %

.

0,4 0,5

а)

0,6

б)

Рис. 1. Зависимость прироста суммарного расхода теплоты ДЕО, % (а) и зависимость прироста расхода теплоты со свежим паром на выпарную установку Д2, % (б) по корпусам от давления и температуры греющего пара

Паропроизводительность СРК при росте конечной концентрации черного щелока увеличивается опережающими темпами по сравнению с

© Проблемы энергетики, 2007, № 9-10

12

10

8

6

4

2

0

0,7

Р, МПа

расходом теплоты на процессы выпаривания. Так, например, при увеличении концентрации черного щелока с 40 до 55 % паропроизводительность увеличивается на 42 %, а расход теплоты на 8,7 %. Причем темп роста расхода теплоты на выпарку с увеличением концентрации падает: при увеличении Ь с 55 до 70 % он составляет уже 5,2 %.

Приведем график (рис. 2) изменения разности между теплотой, отдаваемой от СРК выпарной установке, и теплотой, необходимой для ее работы, Qб, МВт (для фиксированного параметра Ь, %) в зависимости от конечной концентрации черного щелока и числа корпусов МВУ. От СРК на нужды выпарных станций поступает порядка 16 % от всего количества вырабатываемой теплоты, величина которой в зависимости от конечной концентрации черного щелока с Ь = 40 % до Ь = 75 % (при условии сжигания только черного щелока) меняется в пределах от 12,4 МВт до 108,9 МВт.

Рис. 2. График изменения балансового параметра Qб, МВт от конечной концентрации черного щелока Ь, % и числа корпусов

Очевидно, что наиболее рациональной является схема 6-ти корпусной выпарной станции, когда минимально необходимое количество тепловой энергии поступает на МВУ при сжигании на СРК черного щелока с концентрацией 62 % и выше. При более низких концентрациях, а также с уменьшением числа корпусов на выпарных станциях потребность в тепловой энергии для выпарных установок может быть удовлетворена только при сжигании дополнительного топлива - мазута.

Выводы

1. В результате комплексного энергетического анализа разработаны рациональные параметры совместной работы многокорпусных выпарных установок и содорегенерационных котлоагрегатов, позволяющие снизить энергетические затраты при процессах выжига органических веществ. В частности установлено наличие зоны давления греющего пара, обеспечивающей минимальные энергетические затраты в системе «утилизационный агрегат - выпарная установка», а также влияние числа корпусов и конечной концентрации черного щелока на энергетические выгоды утилизации горючих ВЭР целлюлозно-бумажного комбината при сульфатном способе производства.

© Проблемы энергетики, 2007, № 9-10

Summary

Parametrical numerical researches were made on the basis of program products “Steamer ” and “SRK”, made in language Visual Basic. The purpose of the research is to consider the influence of different energy supply to the steamer apparatus of polyframe station on the expense heat on the installation and changing working nature of sodaregeneration boiler unit depending upon the final concentration alkaline solution. It is shown the opportunity of the definition of minimum increase amount heat of different intervals in changing concentration of steamer products.

Литература

1. Федяева В. Н., Федяев П. А. Расчетные исследования процессов выпаривания черных щелоков с целью снижения энергетических затрат. - В кн.: Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) / Вторая международная науч.-практич. конференция. - М.: Изд. МЭИ, 2005. - С. 171-174.

2. Федяев П. А., Федяев А. А., Данилов О. Л. Численные исследования эффективности работы многокорпусных выпарных установок. - В кн.: Энергетика, экология, энергосбережение / Материалы I Международной науч.-техн. конференции. - Усть-Каменогорск: Изд. ВКГТУ, 2005. - C. 246-247.

3. Жучков П. А. Тепловые процессы в целлюлозно-бумажном производстве. - М.: Лесная промышленность, 1978. - 408 с.

4. Жучков П. А., Евсеев О. Д., Смородин С. Н. Использование вторичных топливных ресурсов в целлюлозно-бумажном производстве. - В кн.: Проблемы энергетики теплотехнологии / Тезисы докладов Всесоюзной конференции. - М.: 1987. - С.74-77.

5. Федяев П. А., Федяев А. А. Исследование влияния расхода энергоносителя на рабочие характеристики черного щелока при его выпаривании. - В кн.: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика / Одиннадцатая международная науч.-техн. конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: Изд. МЭИ, 2005. - Т. 2. - С. 341-343.

Поступила 27.04.2007

© Проблемы энергетики, 2007, № 9-10