Инновации:

      Проблемы энергосбережения для предприятий бывшего СССР особо актуальны, так как отсутствие рыночных механизмов в экономике привело к тому, что энергоемкость их производств значительно выше промышленно развитых стран. Так, затраты энергии на производство в химической и нефтехимической промышленности России на 30-60% выше, чем в аналогичных зарубежных производствах.

 Это связано с тем, что неоправданно большое количество низко потенциального пара выбрасывается в атмосферу (отработанный пар после паровых машин, различного рода технологических процессов, вагоноразмораживателей и т. д.).

Выброс низкопотенциального пара в атмосферу снижает эффективность производства, ухудшает экологическую обстановку, усиливая парниковый эффект.

Значительным шагом вперед в решении упомянутых задач явилось создание трансзвуковых аппаратов ФИСОНИК, разработанных профессором В. Фисенко, являющихся теплообменниками смешивающего типа и имеющих в силу этого коэффициент полезного действия, близкий к единице. Однако трансзвуковые аппараты имеют ограничение по диаметру подводящей водяной магистрали, равной 100 мм, что, в свою очередь, накладывает ограничение на количество утилизируемого пара одним аппаратом. Применение нескольких параллельно работающих аппаратов требует создания сложной электронной системы синхронизации, а кроме того, в ряде случаев существуют ограничения по исходной температуре воды, и до выхода на режим наблюдаются вибрации.

В 1999 г. специалистами ракетного центра г. Миасса создана пароэжекторная установка, далее будем называть ее МПЭУ. Основное отличие от упомянутых аппаратов заключается в том, что в ней по прямой магистрали прокачивается вода, при ее разгоне в устройстве создается разряжение, и в эту зону поступает предварительно орошенный водой сильно завихренный пар.

В обеспечение проектирования пароутилизатора была разработана методика расчета основных гидрогазодинамических процессов, происходящих в камере смешения устройства. При этом использовались результаты, полученные на экспериментальной установке с расходом воды в диапазоне 3-30т/час. На «Способ непрерывной подачи пара в водяную магистраль и устройство для его осуществления» получен патент РФ.

Изменение схемы потоков пара и воды и механизма их смешения позволило создать устройства значительно большей тепловой мощности (до 60 Гкал/час); при этом, что очень важно, устройства работают без вибрации и акустических шумов. Имеется опыт эксплуатации устройств в течение трех-четырех лет, который подтвердил, что устройства удобны в обслуживании и не требуют ремонта.

В период с февраля 1999 г. по июль 2003 г. изготовлено около 40 пароутилизаторов с расходом нагреваемой воды от 20 т/час до 600 т/час, диаметры водяной магистрали от 50 мм до 300 мм. МПЭУ, установленный на Нижнетагильском металлургическом комбинате, осуществляет утилизацию 33 т/час конвертерного пара, ранее выбрасываемого в атмосферу. При эксплуатации пароутилизатора 540 т/час воды нагревается на 53°С, а сам пароутилизатор заменил действующую перед этим котельную. Годовой экономический эффект составил 8 738 тыс. руб.

Температура нагреваемой воды в пароутилизаторе регулируется задвижкой, установленной на паровой магистрали. В реальных условиях такие исходные параметры, как давление и расход воды, давление пара, имеют колебания относительно своих номинальных значений, что приводит к колебаниям температуры нагреваемой воды, достигающим ±7°С без регулировки проходного сечения пара упомянутой задвижкой. Это создает определенные неудобства в том случае, когда температуру нагреваемой воды необходимо поддерживать с разбросом ±1°С, например, в системе химводоочистки перед фильтрами.

Такое устройство с автоматическим поддержанием температуры нагреваемой воды в диапазоне 40°С ±0,5°С разработано совместными усилиями разработчиков, ЮУрГУ и ЦЭСТ Магнитогорского металлургического комбината и запущено в феврале 2003 г. В 2003 г. область применения пароутилизатора начала расширяться, открылись новые представительства. Устройства рекламировались и запускались под торговой маркой «Экопар».

В октябре 2003 г. поставлено и запущено на ЗАО «Нефтехимия» (г. Новокуйбышевск) для нужд отопления МПЭУ с диаметром водяной магистрали 400 мм и расходом воды 1200 т/час. Экономический эффект за один отопительный сезон – 2 200 тыс. руб. Устройство легко регулируется и устойчиво работает при колебаниях входных параметров, превышающих закладываемые при проектировании.

В табл. 1 приведена зависимость экономического эффекта в тыс. руб. от расхода воды и коэффициента полезного действия заменяемого бойлера (нагрев воды на 30°С, стоимость 1 Гкал – 300 руб.; период работы за год 5 232 часа (218 дней)), в этой же таблице приведен экономический эффект при утилизации пара. КПД бойлера падает по мере роста отложений на его внутренних трубочках и за два года эксплуатации может измениться с 94% до 0,50-0,60%.

Таблица 1

Из таблицы видно, что наибольший экономический эффект достигается при утилизации пара, но при этом возрастают технические трудности при проектировании пароутилизатора . Низкопотенциальный пар (который чаще всего выбрасывается из-за невозможности его дальнейшего использования) имеет низкое давление – 0,15-0,3 атм., в то время как давление сетевой воды в теплоцентрали лежит в пределах 4-6 атм.

В рамках изготавливаемых ранее устройств пароутилизаторов область устойчивой работы весьма существенно зависела от перепада давления ДР=Рв – Рп, и рост перепада накладывал очень жесткие ограничения на колебания расхода нагреваемой воды. Так, при ДР<0 допускались колебания расхода воды ±20%, а при 2,0<ДР<3,0 кгс/см2 допустимый разброс не должен превышать ±2-3%.

В конце 2003 г. был создан экспериментальный стенд (плоская прозрачная модель), исследования на котором позволили разработать новые конструкции, названные

пароутилизаторами; они наиболее приспособлены для утилизации пара. Расширение области устойчивой работы в пароутилизаторах достигается за счет оперативной их подстройки к меняющимся расходу и давлению нагреваемой воды. Для этого применяется активное сопло с регулировкой проходного сечения и угла наклона стенок и используется перепускная магистраль для регулирования давления в зоне смешения пара с водой.

Изготовление и поставка пароутилизаторов осуществляется с марта 2004 г. производственным объединением «Химсталькомплект», и нет никаких сомнений в том, что в техническом плане это большой шаг вперед; при этом в их конструкцию заложена возможность применения автоматической регулировки. Ранее такие устройства в России просто не производились.

Если это вас заинтересовало, инженеры-теплотехники бесплатно рассчитают возможность применения пароутилизатора на вашем предприятии и минимальный экономический эффект от внедрения этого оборудования. Положительный результат неизбежен.

Журнал

• Все номера
• УРМ №8 (август 2004)
• План выхода журнала
• Анонсы будущих номеров
• Последний номер