Экономические аспекты

Затраты на производство пара непосредственно зависят от цен на используемое топливо; ценовые преимущества, связанные с определенным видом топлива, могут перевесить такие факторы, как относительно низкий тепловой КПД при его применении. Однако при использовании любого конкретного вида топлива повышение теплового КПД является важным ресурсом энергосбережения (см. раздел 3.1 «Сжигание»).

Устранение потерь энергии в процессе производства и распределения пара (включая возврат конденсата) способно значительно снизить стоимость пара на уровне конечного пользователя.

Потенциальные объемы энергосбережения для конкретных предприятий могут варьировать в диапазоне от менее 1% до 35 %, средняя величина составляет 7 %.

Мотивы внедрения

•снижение затрат на энергоресурсы, сокращение выбросов, быстрая окупаемость;

•использование пара: простота и гибкость использования, низкая токсичность, возможность подведения к технологическому процессу значительного количества энергии.

Примеры

Широко применяется во многих секторах КПКЗ, включая электроэнергетику, все виды химической промышленности, целлюлозно-бумажную промышленность и пищевую промышленность, в частности, производство напитков и молока.

Справочная информация

[32, ADENE, 2005, 33, ADENE, 2005, 123, US_DOE, , 125, EIPPCB, , 236, FernándezRamos, 2007]

3.2.2. Обзор методов повышения энергоэффективности паровых систем

Паровые системы подробно описаны в Справочном документе по крупным топливосжигающим предприятиям (LCP BREF). Для удобства читателя в этом разделе приведена сводка методов повышения энергоэффективности паровых систем, рекомендуемых как LCP BREF31, так и настоящим документом. Возможные методы повышения энергоэффективности на этапах производства и распределения пара, а также сбора и возврата конденсата приведены в табл. 3.6.

Технические методы для отраслей и видов деятельности, в которых применение паровых систем не охвачено соответствующими отраслевыми Справочными документами

Методы, предлагаемые в настоящем документе, с указанием разделов

31 Ссылки приводятся согласно версии LCP BREF от июля 2006 г.

152

153

Технические методы для отраслей и видов деятельности, в которых применение паровых систем не охвачено соответствующими отраслевыми Справочными документами

Методы, описываемые в LCP BREF (июль 2006 г.), по видам топлива, с указанием разделов

Таблица 3.6: Общие методы повышения энергоэффективности промышленных паровых систем

Подготовлено и адаптировано на основе [123, US_DOE]

В большинстве случаев пар производится на промышленных предприятиях за счет сжигания топлива, поэтому неизбежно некоторое перекрытие мер по повышению энергоэффективности при сжигании и при использовании пара, что отражено и в табл. 3.6. Методы, специфичные для использования пара, обсуждаются ниже в этом разделе.

Необходимым условием реализации любых подобных мер является наличие достоверной количественной информации о расходе топлива, производстве пара и функционировании парораспределительной системы. Измерение и мониторинг соответствующих параметров наряду с определением допустимого диапазона вариации характеристик технологического процесса вносят существенный вклад в понимание процесса и являются важной предпосылкой, например, успешной интеграции рекуперации тепла в этот процесс (см. раздел 2.10).

3.2.3. Дросселирование и использование турбодетандеров

Общая характеристика

Дросселирование широко применяется в промышленности как средство регулирования и понижения давления пара. Как правило, оно осуществляется при помощи дросселей и редукционных клапанов. Поскольку процесс дросселирования является изоэнтальпийным (т.е., энтальпия в процессе не изменяется), он не сопровождается потерями энергии и, с точки зрения первого закона термодинамики, имеет наибольший возможный КПД. Однако дросселирвание с неизбежностью является необратимым термодинамическим процессом, и снижение давления сопровождается увеличением энтропии без какой-либо полезной работы. Как следствие, при дросселировании теряется эксергия, и рабочее тело после снижения давления характеризуется меньшим содержанием энергии, пригодной для полезного использования, например, в паровой турбине.

Поэтому при необходимости снизить давление рабочего тела желательно приблизить процесс к изоэнтропийному, получив дополнительную полезную работу при помощи турбины. Если это

154

оказывается невозможным, следует во всех случаях использовать настолько низкое рабочее давление в системе, насколько это возможно, чтобы избежать значительных перепадов давления, потерь энергии на клапанах и измерительных приборах (см. раздел 2.10.4), а также дополнительных энергозатрат, связанных с функционированием компрессоров и насосов.

Обычной практикой на промышленных предприятиях является поддержание на входе турбины постоянного давления, соответствующего проектному уровню. Как правило, это требует регулирования давления при помощи клапанов, что не всегда является рациональным. С точки зрения второго закона термодинамики, более эффективной является эксплуатация турбины при переменном давлении и полностью открытыми входными клапанами.

Общей рекомендацией является использование настолько больших клапанов, насколько это возможно. В этом случае удовлетворительное дросселирование может быть достигнуто при перепаде давления 5–10% при максимальном расходе рабочего тела, в отличие от перепада 25– 50% при использовании традиционных клапанов, размер которых является слишком малым. Размеры насосов, обеспечивающих давление рабочего тела, также должны быть подобраны с учетом конкретных условий и их возможных вариаций.

Тем не менее, наилучшим вариантом является использование турбодетандера, позволяющего осуществить «утилизацию» избыточного давления в условиях, приближенных к изоэнтропийному, термодинамически обратимому процессу. Турбина может использоваться для производства электроэнергии.

Экологические преимущества

Сокращение потерь эксергии.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Увеличение расхода топлива.

Производственная информация

См. примеры в приложении 7.2.

Применимость

Применяется на новых или существенно модернизируемых установках с учетом экономических соображений и следующих факторов:

•турбодетандеры могут использоваться для производства электроэнергии или в качестве источника механической энергии – для приведения в движение компрессора или вентилятора. Хотя использование турбодетандеров является оптимальным с точки зрения энергоэффективности, следует соотносить их предполагаемую потребность в паре с общим «паровым балансом» предприятия. Чрезмерное количество или мощность турбодетандеров могут привести к производству избыточного пара низкого давления, который придется стравливать в атмосферу, что, в свою очередь, приведет к снижению энергоэффективности. Кроме того, поток пара, необходимый для функционирования турбодетандера, должен быть доступен предсказуемым образом на протяжении значительной части времени. Непредсказуемое или нерегулярное поступление пара затрудняет нахождение полезного применения для энергии, производимой турбиной (за исключением тех маловероятных случаев, когда периоды поступления пара всегда совпадают с периодами потребностей в энергии турбины);

•эффективное применение турбодетандеров требует значительного перепада давления, а также высокого расхода рабочего тела. В черной металлургии турбодетандерами оборудуются доменные печи, поскольку в процессе плавки образуется мощный поток доменного газа.

Экономические аспекты

Капитальные затраты на установку турбодетандера на несколько порядков величины превышают стоимость обычных дросселей и редукционных клапанов. Поэтому при принятии решения об установке турбодетандера необходимо оценить его минимальную производительность, обеспечивающую окупаемость инвестиций, и соотнести ее с общим паровым балансом

155