Энергосбережение на сахарных заводах Украины

Виробничі питання
Вісник цукровиків України
Энергосбережение на сахарных заводах Украины
К.О. Штангеев, кандидат технических наук, ИПДО НУ XT
B.И. Христинко, инженер, ООО «Тайминвестгруп»
Т.П. Василенко, инженер,
Национальный университет пищевых технологий
C.М. Василенко, доктор технических наук,
Национальный университет пищевых технологий
Сахарная промышленность - наиболее значительный и сложный потребитель
топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) среди областей пищевой промышленности.
Повышение цен на топливо изменило соотношение цен сахар/топливо и соответственно
нужно корректировать производственные ориентиры. В нынешних условиях уровень
удельных затрат топлива и энергии при производстве сахара в значительной мере
влияет на него себестоимость, экономическое состояние сахарных заводов и их
способность к обновлению производственных фондов.
При решении проблемы энергосбережения в сахарной промышленности главной
задачей прежде всего является уменьшения удельных затрат тепла в виде пара на
технологические нужды, для производства которой в ТЭЦ или промышленных
котельных сахарных заводов тратится больше 80-85% от общего количества
приобретенного топлива. Поэтому для сахарных заводов Украины стратегическое
направление экономии ТЭР - уменьшение потребления пара (тепла) на технологический
процесс.
Экономия энергоресурсов всеми всегда признавалась как приоритетный вопрос для
сахарной отрасли. Но к середине «нулевых лет» серьезные достижения по уменьшению
удельных затрат ТЭР имели лишь отдельные сахарные заводы, прежде всего такие,
которые имели более современную техническую базу. Хотя до этого времени уже были
апробированы на наших сахарных заводах практически все технические меры по
экономии ТЭР, которые нашли внедрение на наиболее передовых сахарных заводах
Европы и стран СНГ.
Причиной было, прежде всего, нежелание владельцев расходовать средства и
усилие на усовершенствование теплоиспользования на их сахарных заводах.
Повышение цен на мазут, который был основным видом топлива в 80-х и в начале 90-х
годах, мало повлияло на состояние вещей, потому что в настоящее время состоялся
массовый переход сахарных заводов на сжигание природного газа.
Стабильные и довольно низкие цены на природный газ не стимулировали
активную деятельность в направлении энергосбережения. До 2005 года удельные
затраты условного топлива практически не менялись и были на уровне 6,2- 6,5% к массе
свеклы (м.с.).
После 2005 года начался стремительный рост цен на природный газ, что
стимулировало активную работу в направлении практического внедрения
энергосберегающих мер и уменьшения удельных затрат топлива (рис. 1).
Причем, если до этого лишь Чортковский сахарный завод имел величину удельных
затрат условного топлива на уровне 3,5% к м.с., то уже в 2010-2012 гг. стабильно такой
же уровень достигли свыше десятка сахарных заводов.
Это было достигнуто в результате целенаправленного внедрения ряда
энергосберегающих мер как организационного, так и технического направления.
Результат был усилен отсевом значительного количества задействованных в
производственном процессе сахарных заводов.
В отсев попали преимущественно наиболее слабые в техническом и финансовом
плане заводы, преимущественно малой производительности. В связи с этим, а также в
связи с реконструкцией части заводов, выросшая средняя мощность задействованных в
производстве сахарных заводов.
наша сторінка в Інтернеті: http://sugarua.com
12
№ 6 (97) червень 2014
Виробничі питання
Вісник цукровиків України
Уменьшение затрат пара на технологический процесс обеспечивается:
Рис. 1 Изменение стоимости природного газа и средней по отрасли величины удельных
потерь условного топлива
1. Усовершенствованием технологического процесса и использованием
современного оборудования.
2. Использованием теплоты вторичных источников (конденсаты, утфельный пар
и др.).
3. Улучшением тепловой изоляции, из-за несовершенства которой сейчас
теряется до 20-30% теплоты, введенной в завод с ретурным паром.
Основными мероприятиями по энергосбережению, которые введенные на наиболее
энергоэффективных сахарных заводах Украины являются:
усовершенствование
тепловой
схемы,
конденсатного
хозяйства,
реконструкция конденсаторов вакуум-аппаратов и испарительной установки, внедрение
прогрессивной тепловой схемы с деамонизацией конденсатов и использования их для
питания диффузных аппаратов;
- уменьшение откачки диффузного сока за счет внедрения процесса глубокого
отжимания жома и возвращение жомопрессовой воды в диффузный процесс с
установкой жомовых прессов с высокой степенью;
- отжимание (22-32% СР), улучшение качества свекольной стружки и
питательной воды;
применение пленочных испарительных аппаратов на последних корпусах
испарительной установки с получением концентрированного сиропа с 70-72% СР,
обеспечение продолжительной работы испарительной установки в оптимальном
режиме за счет качественной очистки соков, соблюдение установленных регламентов
работы испарительной установки, современной автоматизации процессов выпаривания,
применение ингибиторов накипеобразования;
- уменьшение величины разбавления сока водой по станку завода, замена
морально устаревшего фильтровального оборудования на автоматизированные
камерные фильтр-прессы;
- обеспечение высокого уровня использования вторичных энергоресурсов с целью
уменьшения величин пароотборов из испарительной установки;
- уваривание утфеля из высококонцентрированных сиропов с высоким выходом
кристаллического сахара из сваренного утфеля за счет использования вакуум-аппаратов
с циркуляторами и их оснащение современной системой автоматизации;
наша сторінка в Інтернеті: http://sugarua.com
13
№ 6 (97) червень 2014
Виробничі питання
Вісник цукровиків України
- комплексной автоматизацией технологических и теплотехнических процессов
на всех участках сахарного производства на базе микропроцессорной техники и
комп'ютерно-интегрированных технологий;
- широкое внедрение тиристорных и частотных электроприводов для
автоматического регулирования скорости обращения (диффузные аппараты,
свеклорезки, центрифуги, насосы и т.п.).
Следует иметь в виду, что реальная ограниченность финансовых средств требует
выбора наиболее рационального набора энергосберегающих мероприятий и
очередность их внедрения, что особенно сложно при реконструкции тепловой схемы,
которая имеет значительное количество взаимосвязанных элементов.
Анализируя имеющийся опыт работ по энергосбережению можно утверждать, что
одной из основных условий внедрения энергосберегающих мероприятий в тепловой
схеме сахарного завода является сопоставление величины концентрации сиропа после
испарительной установки с предельной концентрацией сиропа для конкретного
сахарного завода.
При увеличении концентрации сиропа расходы пара на уваривание утфеля 1-й
кристаллизации уменьшаются. Но при определенной концентрации сиропа с клеровкой
уваривания утфеля без увеличения водных и соковых подкачек для растворения «муки»
становится невозможным. Это приводит к тому, что затраты пары на уваривание утфеля
с ростом концентрации сиропа с клеровкой уже не уменьшаются. Величина предельной
концентрации индивидуальная для каждого завода и зависит как от конструкции
вакуум-аппаратов, уровня их автоматизации, так и от человеческого фактора образования и квалификации аппаратчиков, их умения и заинтересованности варить
утфель из сиропов повышенной концентрации. Для заводов, укомплектованных вакуумаппаратами с естественной циркуляцией утфеля и без современной автоматики,
предельная концентрация сиропа находится, как правило, в пределах 60-65% СР. Для
сахарных заводов с более современной технической базой предельная концентрация
сиропа может достигать 70-75% СР.
Используя понятие предельной концентрации сиропа с клеровкой,
энергосберегающие меры в усовершенствовании тепловой схемы сахарного завода
возможно классифицировать за характером энергосберегающего действия на три
категории:
• комплексные меры;
• компенсирующие меры (по перечню те самые, что и комплексные, но при
достижении предельной концентрации сиропа);
• меры, которые создают потенциал экономии пара.
Комплексные энергосберегающие меры обеспечивают одновременно как
уменьшения суммарного потребления пара из испарительной установки, так и
повышение (или поддержание на предыдущем уровне) концентрации сиропа. За счет
повышения концентрации сиропа с клеровкой уменьшаются затраты пара на
уваривание утфеля 1-й кристаллизации. Комплексные энергосберегающие мероприятия
состоят в повышении кратности выпаривания испарительной установки или в
уменьшении количества воды, которую необходимо выпаривать. Но эффект от них
внедрение будет получено лишь при работе с концентрациями сиропа и клеровки ниже
предельных.
К этим методам относятся такие, как уменьшение откачки диффузного сока и
разбавления сока во время очистки, перенесение обогрева на более «низкие» корпусы
испарительной установки, применение компрессии вторичного пара и прочие.
Если на заводе достигнута предельная концентрация сиропа, эти меры уже не дают
эффекта уменьшения затрат пара на технологический процесс и могут выступать лишь
в роле компенсурующих.
Ряд энергосберегающих мероприятий (использование теплоты конденсатов,
утфельного пара, улучшение тепловой изоляции и др.) обеспечивают уменьшение
наша сторінка в Інтернеті: http://sugarua.com
14
№ 6 (97) червень 2014
Виробничі питання
Вісник цукровиків України
затрат пара на отдельные технологические процессы. Но при этом должно уменьшаться
и количество выпаренной воды в испарительной установке. Эти меры создают лишь
потенциал экономии пара. Эффект от их внедрения может быть в зависимости от
конкретных условий даже негативный, то есть приводить к увеличению затрат пара на
технологический процесс. Но при одновременном внедрении этих мер вместе с
компенсирующими, которые обеспечивают необходимую концентрацию сиропа,
эффективность их реализации может достигать величины уменьшения пароотбора из
испарительной установки.
Анализ работы сахарных заводов с уменьшения затрат ТЭР и проведенные
вариантные
расчеты
показывают,
что
наиболее
рациональным
путем
усовершенствования
теплоиспользования
является
внедрение
комплексных
энергосберегающих мероприятий. А после достижения предельной концентрации
сиропа с клеровкой необходимо сосредоточиться на внедрении мероприятий, которые
создают потенциал экономии пара в комплексе с соответствующим набором
компенсирующих мер для поддержания концентрации сиропа.
При соблюдении близкой к нормативной величине откачки диффузного сока самые
большие резервы экономии пара на технологические нужды возможны в продуктовом
отделении. Во-первых, за счет повышения концентрации сиропа и клеровки. Лишь
небольшое количество заводов постоянно работает с концентрацией этих продуктов
выше 65-70% СР. На практике значительное количество украинских заводов работает (с
концентрацией сиропа после испарительной установки меньше 55% СР. При таких
низких концентрациях сиропа использование вторичных энергоресурсов (тепла
конденсата, утфельного пара и др.) является неэффективными. В таких условиях
основным направлением по улучшению энергетической эффективности сахарного
производства должны быть мероприятия по повышению концентрации сиропа,
получаемого из испарительной установки. В целом они должны включать мероприятия
по переведению режима работы испарительной установки в направлении большей
нагрузки последних корпусов испарительной установки и уменьшения откачки к
рациональным величинам, а также разбавление сока во время очистки для сокращения
количества воды, которую необходимо испарять в испарительной установке.
При достижении концентраций сиропа выше 65% СР возникают проблемы с
фильтрацией таких сиропов и их увариванием, которое требует внедрения современных
фильтров
и
вакуум-аппаратов,
а
также
высокоэффективных
систем
автоматизированного уваривания утфеля. Внедрение таких мер требует довольно
значительных капиталовложений, но технологическая эффективность - увеличение
выхода сахара и улучшение его качества, а также экономия топливно-энергетических
ресурсов обеспечивают быструю окупаемость этих затрат.
В то же время чрезмерное увлечение энергосберегающими мерами, которые могут
быть отнесены к комплексным, может иметь и негативные последствия из-за
нарушение баланса продуктивностей испарительной установки и сахарного завода в
целом. В ряде случаев уменьшения откачки диффузного сока и его разбавление при
очистке, увеличение кратности выпарывания испарительной установки за счет
перенесения пароотборов на хвостовые корпуса, применение ингибиторов
накипеобразования не дает ожидаемого эффекта из-за того, что производительность
испарительной установки при данных условиях начинает значительно превышать
необходимую. В этом случае происходит постоянное пересгущение сиропа,
испарительной установке все время не хватает сока. Если не предусмотрены меры для
корректирования
производительности
испарительной
установки,
возникает
необходимость частой подачи воды в очищенный сок или в корпусы выпарки. Это
приводит к тому, что значительная доля полученного эффекта по экономии
энергоресурсов теряется.
Источник: журнал «Сахар Украины» №2/2014
наша сторінка в Інтернеті: http://sugarua.com
15
№ 6 (97) червень 2014