ТЕПЛОТЕХНИКА

ОСНОВЫ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

§ 7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Энерготехнологией называется раздел энергетики, изучающий зако­номерности взаимосвязи и взаимообусловленности технологических и энергетических процессов данного производства с Ііелью экономии топливно-энергетических ресурсов и создания практически безотходного производства по материалу и теплоте. С наибольшим экономическим эффектом первичные и вторичные энергоресурсы используются в таких производствах, в которых доля энергозатрат в себестоимости выпуска­емой продукции относительно велика.

До настоящего времени предприятия химической промышленности являются большими потребителями первичных энергоресурсов (топли­ва, теплоты и электроэнергии), получаемых со стороны. При пра­вильной разработке энерготехнологической схемы производства можно не только значительно сократить потребление первичных энергоресур - .сов, но и даже полностью отказаться от потребления теплоты и электроэнергии, получаемых со стороны. Считается наиболее перспек­тивным создание ЭХТС, в которых энергетическое оборудование (тепло - и парогенераторы, котлы-утилизаторы, паровые и газовые турбины, теплоиспользующие аппараты, холодильные установки, тепловые насо­сы и термотрансформаторы) входит в прямое соединение с химико - технологическим оборудованием, составляя единую систему. В такой ЭХТС всякому изменению параметров химической технологии должны сопутствовать и соответствующие изменения энергетических параметров и наоборот. Таким образом, в ЭХТС создается тесная взаимосвязь и взаимообусловленность между технологическими и энергетическими стадиями производства.

Большая потенциальная возможность экономии первичных энерго­ресурсов заложена в эффективном использовании вторичных энерго­ресурсов (ВЭР): физической теплоты печных и технологических газов, сбросных жидкостей, теплоты сгорания отходов химических произ­водств, энергии избыточного давления продуктов и сырья химических производств. Во всех химико-технологических системах (ХТС) сведение к минимуму использования первичных энергоресурсов и, наоборот, к максимуму использования ВЭР должно происходить без какого-либо снижения качества получаемой продукции.

При разработке энерготехнологических схем химических производств необходимо прежде всего предусмотреть максимальное использование отходов производств для выработки побочных продуктов и только в случае невозможности этого подвергать горючие отходы производ­ства сжиганию в целях получения теплоты. При таком подходе к созданию ЭХТС можно успешно решить задачу создания безотход­ной технологии как по энергии, так и по материалам. Другими словами, эиерготехпология позволяет успешно решать одну из основных задач строительства коммунистического общества — задачу экономии энергоресурсов и защиты окружающей среды.

В основе любой ЭХТС лежит какой-либо термодинамический цикл. Так, в СССР в производстве аммиака наибольшее распространение получила энерготехнологическая схема с паросиловым циклом. Отли­чительной чертой этой схемы является энергетическая автономность, полностью исключающая потребление водяного пара со стороны и сведение к минимуму потребления электроэнергии. Встроенное в тех­нологический процесс энергетическое оборудование (котлы-утилизаторы, паровые и газовые турбины и т. д.) позволяет полностью удовлетворить потребность химического производства как в технологическом, так и в энергетическом водяном паре. В этом случае водяной пар позволяет заменить электропривод компрессоров и насосов на паровой (привод от паровых турбин). Схема с паросиловым циклом имеет еще то достоинство, что для получения водяного пара применяется много­ступенчатая схема комплексного использования теплоты экзотерми­ческих технологических процессов и частичного сжигания природного газа. Здесь природный газ одновременно служит и исходным сырьем и топливом, а с термодинамической точки зрения паросиловой цикл приближается к обобщенному (регенеративному) циклу Карно, увели­чивая тем самым относительный термический к. п. д. энерготехиологи - ческой системы. Еще большую экономию можно получить при работе ЭХТС производства аммиака по парогазовому циклу. В этой схеме топка трубчатой печи работает под давлением 3,0 МПа. Получающиеся в ней дымовые газы используются в качестве рабочего тела в газо­вой турбине. Таким образом, в данной энерготехнологической схеме наряду с парогенератором и паровой турбиной используется и газовая турбина. Согласно расчетам схема с парогазовым циклом экономичнее схемы с паросиловым циклом на 5... 10%.

Больший экономический эффект может быть получен, если энерго - техиологическая схема с парогазовым циклом дополняется циклом газовой (воздушной) холодильной установки. В этой схеме продукты сгорания топлива превращаются в хладагент с температурой -(60... 80) °С. В ЭХТС, работающей по этой схеме, можно осуществить (при снижении температуры продуктов сгорания до температуры кон­денсации их компонента — углекислоты) энерготехнологическое исполь­зование топлива не только для целевого назначения, но и для полу­чения товарной продукции — твердой углекислоты.

Основной задачей при разработке ЭХТС является изыскание наи­более эффективных методов уменьшения затрат топливно-энергетиче­ских ресурсов при одновременном повышении технологических показа­телей.

Создание ЭХТС невозможно без ее термодинамического анализа. Этот анализ преследует две цели, а именно: 1) получить картину
происходящих в системе энергетических превращений, что позволит получить достоверную информацию об ЭХТС (значения к. п. д. системы и ее отдельных элементов, распределение и характер потерь в системе, относительный вес каждого элемента системы, характеристику связей между элементами, взаимодействие со средой и т. д.). Эта информация явится основой для дальнейшей работы по совершенствованию системы и сопоставления ее с другими системами данного производ­ства; 2) иметь возможность провести оптимизацию различных пара - метров элементов ЭХТС с целью получения максимальной термоди­намической и экономической эффективности. При этом следует иметь в виду, что очень часто ЭХТС, весьма термодинамически эффективная, экономически далеко не оптимальна.

Как было отмечено в гл. 1 настоящего учебника, термодинамиче­ский анализ ЭХТС целесообразно вести, используя эксергетический ме­тод. Используем его к конкретным задачам термодинамического анали­за машин и аппаратов химической технологии, а также к ЭХТС в целом.