Структура энергопотребления предприятий энергоемких отраслей промышленности

ТЕМА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТОПЛИВНО·ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

В Российской Федерации на долю промышленного теплопотребления приходится более 50 % всех произведенных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Наиболее крупными потребителями ТЭР являются предприятия и производственные комплексы металлургической, нефтехимической и химической отраслей промышленности. Структура затрат энергетических ресурсов различных видов на производство технологической продукции зависит от профиля предприятия и требований технологического регламента, который определяет номенклатуру, параметры и режимы поступления ЭР (рис. 1.1-1.3).

Для обеспечения потребностей предприятия в тепловых ЭР требуемого качества и в необходимом количестве организуются теплоэнергетические системы. Режим работы технологического оборудования в течение определенных периодов времени (года, месяца, недели и т.п.) изменяется по закономерным или случайным причинам.

Рис. 1.1. Крупнейшие потребители	Рис. 1.2. Крупнейшие потребители природного топлива в России тепловой энергии в России

В связи с этим меняется режим потребления ЭР. Этот фактор следует учитывать при подборе оборудования источников энергоснабжения и разработке теплоэнергетических систем, так как от него в немалой степени зависит энергетическая и экономическая эффективность взаимодействия технологических потребителей и источников энергоснабжения, а также надежность и безопасность эксплуатации рассматриваемых систем.

Теплоэнергетические системы промышленного предприятия представляют собой комплекс установок и агрегатов, генерирующих, транспортирующих и распределяющих тепловые энергоресурсы между потребителями, сосредоточенными на территории предприятия. При необходимости ТЭС ПП могут снабжать энергоресурсами присоединенных внешних потребителей (мелкие предприятия, объекты жилищно-коммунального сектора и т.п.).

Рис. 1.3. Крупнейшие потребители электрической энергии в России

Согласно принятой классификации промышленные теплотехнологии разделяются на три группы по уровню температуры, который необходимо поддерживать для проведения основного технологического процесса:

I группа - высокотемпературные (t> 500 ⁰С);

II группа - среднетемпературные (160 ≤ t ≤ 500 ⁰С);

III группа - низкотемпературные (t < 160 ⁰С).

Теплотехнологии металлургической отрасли промышленности относятся к высокотемпературным и характеризуются большим выходом вторичных энергоресурсов (ВЭР), в том числе горючих, которые используются в качестве топлива, замещая природные энергоресурсы. Анализу методов решений, принимаемых для утилизации горючих и тепловых ВЭР металлургических производств и организации эффективных энерготехнологических комплексов посвящено множество работ. Однако предложенные методы решения нельзя в полной мере применить на предприятиях других отраслей промышленности из-за специфики данных производств.

В нефтехимической промышленности высокотемпературными технологиями, в частности, являются: производство этилена, пропилена и изопрена методом двухстадийного дегидрирования н -пентана. Примеры организации теплотехнологических систем этих производств рассматриваются ниже.

Производство этилена и пропилена. Производство этилена в России по объемам выпускаемой продукции занимает первое место. На основе этилена вырабатываются полиэтилен, оксид этилена, синтетический этиловый спирт, этиленпропиленовый каучук, винил-хлорид, винилацетат и др.

В состав крупных нефтехимических комбинатов повсеместно включаются установки пиролиза углеводородов, позволяющие получить этилен, пропилен и попутные полупродукты ‒ углеводороды, которые являются исходными компонентами при производстве других видов нефтехимической продукции.

Принципиальная схема отделения пиролиза представлена на рис. 1.4. Углеводородное сырье ‒ прямогонный бензин ‒ подается в реактор, который представляет собой многопоточную трубчатую градиентную печь повышенной теплонапряженности (до 100 кВт/м²). Производительность пиролизной установки ‒ 40 т/ч. Годовое число часов использования установленной мощности ‒ 8000 ч/год.

Температура проведения реакции пиролиза поддерживается на уровне 840÷860 ⁰С при условии продолжительности пребывания углеводородов в зоне реакции в течение 0,3÷0,5 с.

Для подавления процессов коксообразования и регулирования продолжительности пребывания углеводородов в зоне реакции к сырью подмешивается водяной пар, который поступает от испарительного аппарата.

В закалочно-испарительном аппарате (ЗИА) происходит быстрое охлаждение реакционной парогазовой смеси до температуры 350÷400 ⁰С за счет испарения питательной воды. Более глубокое охлаждение не рекомендуется, так как именно этот режим позволяет достичь температуры более 250 ⁰С на стенке теплопередающих трубок со стороны пиролизного газа в целях предотвращения отложений углеводородов на поверхности теплообмена. Термическое сопротивление таких отложений очень высоко, способно значительно уменьшить теплопроизводительность ЗИА и сократить межремонтный период.

Питательная вода, направляемая в ЗИА, предварительно нагревается до 102÷104 ⁰С в конвективной части печи пиролиза 2 за счет охлаждения отходящих дымовых газов.

Пиролизный газ после ЗИА поступает в отмывную колонну 15, где из него удаляются кокс и высококипящие углеводороды. В верхней части колонны отмывка производится орошением рабочей области бензиновой фракцией, а в нижней части колонны ‒ орошением поглотительным маслом. В нижней части колонны поддерживается температура на уровне 175÷180 ⁰С посредством охлаждения орошающей жидкости во внешних теплообменниках 14, в которых охлаждающей средой являются подогреваемые технологические потоки или промышленная вода.

С охлаждаемой тарелки отмывной колонны конденсат высококипящих углеводородов отводится и вместе с избытком поглотителя направляется в колонну 13 для отделения отпариванием компонентов, кипящих при низких температурах.

Из колонны 15 пиролизный газ, имеющий температуру приблизительно 100 ^ОС, отводится в колонну 10для отделения компонентов бензиновой фракции и конденсации водяного пара. Охлаждение газа организовано за счет циркуляции воды, которая, в свою очередь, охлаждается в системе теплообменников 9, отдавая теплоту нагреваемым технологическим потокам отделения пиролиза. Доохлаждение циркулирующей жидкости до расчетной температуры производится в одном из теплообменников 9 оборотной водой из градирни. В нижней части колонн 10поддерживается температура 80 ⁰С, в верхней части ‒ 30÷35 ⁰С.

Отделенный в колонне 10 конденсат водяного пара направляется в испарительный аппарат 7 и подается в печь 2 для разбавления сырья. Бензиновые фракции возвращаются на орошение в колонну 15 или после очистки в отпарной колонне 12 отправляются на склад.

Пиролизный газ из колонны 10поступает в турбокомпрессор 5, имеющий пять ступеней сжатия. Привод компрессора осуществляется от турбины 4. Рабочим телом турбины является пар из ЗИА, перегретый в пароперегревательной печи 3. Давление пара достигает 13 МПа. Турбина имеет один регулируемый отбор пара среднего давления для потребностей предприятия.

Структура теплового баланса пиролизной печи представлена в табл. 1.1. Потери теплоты составляют 63,8%. Основные статьи потерь ‒ с уходящими дымовыми газами и неиспользуемая физическая теплота продуктов реакции.