Энергосберегающие мероприятия в котельной нефтехимического предприятия

Объектом модернизации является котельная. Котельная расположена в существующем здании, размерами 24х90,6 м. Высота основного здания 23,5 м. Согласно ФЗ-261 от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1] и собственной политике предприятия разработан проект модернизации котельной. По проекту предусмотрена замена физически и морально устаревших питательных насосов марки ЦНГС-60-264 на более экономичные вертикальные насосы KSB типа Multitec марки V 65/6-5.1 22.81 и установка частотных преобразователей на электродвигатели питательных насосов, вентиляторов и дымососов котлов марки Е-50-1.4-225ГМ. Данные мероприятия позволят обеспечить безопасные и более комфортные условия труда, экономию электроэнергии, снизить износ подшипников двигателя и насоса, а также крыльчатки за счет плавного изменения числа оборотов. Отсутствие больших пусковых токов позволит увеличить межремонтный период [5].

Котельная предприятия предназначена для выработки пара с давлением 1,4 МПа и температурой 225°С. К основному оборудованию относятся:

• Котел Е-50-1.4-225ГМ – 4 шт.

• Пит. Насос ЦНСГ 60-264 – 6 шт.

• Сепаратор газа.

• Теплообменник умягченной воды.

• Теплообменник природного и сухого газа.

• ЦВД – 200.

• Дымососы.

• Вентиляторы.

Снабжение котельной газом предусмотрено от наружных сетей высокого давления Р=0,4 МПа. [2] Природный газ поступает с ГРП по линии природного газа в сепаратор О-2, сухой газ поступает с ЦГФУ(центральная газофракционирующая установка) в линию природного газа перед Т-1 и подается в сепаратор О-2, абгаз подается с ИФ-2,3 в сепаратор, далее смесь газов подается на горелки котлов. Состав газа представлен в таблице 1. Для снижения давления газа Р=0,4 МПа до Р= 0,1 МПа перед каждым котлом установлен регулирующий клапан Flowserve Max Flo 3 (Ду80 Ру40).

ТАБЛИЦА 1. Состав газов для котельной

	Природный газ	Сухой газ	Абгаз
Метан, %	92,8	11,59	17,78
Этан, %	2,8	62,73	2,4
Пропан, %	0,9	25,58	16,13
Бутан, %	0,4	-	0,09
Пентан, %	0,1	-	-
Пропилен, %	-	0,07	13,44
Изобутан, %	-	0,03	1,22
Водород, %	-	-	13,62
Азот, %	-	-	26,75
Углекислый газ, %	-	-	1,91
Изобутилен, %	-	-	0,81
Бутилен, %	-	-	0,08
Низшая теплота сгорания, ккал	8730	15148	4110

Описание тепловой схемы котельной

Перегретый пар из котлов поступает в общую паровую магистраль котельной с давлением 1,1 МПа и далее к потребителям. Часть пара идет на собственные нужды котельной:

• через паропровод с давлением пара 0,6 МПа для обогрева сепаратора, теплообменника Т–1 и теплоспутников на наружной установке, образовавшийся конденсат собирается в общий коллектор и поступает в деаэрационные баки Е – 9;

• через паропровод с давлением 0,12 МПа пар поступает на центробежно-вихревой деаэратор (ЦВД), находящийся на наружной установке;

• через паропровод с давлением 0,16 МПа пар поступает в деаэрационные баки на барботаж.

Конденсат от потребителей возвращается в емкости Е 41 на отделении ИФ-8, затем насосами Н41 подается через клапанную сборку в ЦВД.

Умягченная вода подается по трубопроводам из отделения химводоочистки (ХВО) с температурой до 40°С в теплообменник Т–3, подогревается и подается в теплообменник Т–10, а затем подается в ЦВД.

В ЦВД из воды удаляются растворенные в ней агрессивные газы СО₂ и О₂, которые по паропроводу выпаров поступают в теплообменник Т–10, охлаждаются и образовавшийся конденсат поступает в деаэрационные баки Е 9, а оставшийся пар удаляется в атмосферу. Из деаэрационных баков питательная вода с температурой 102-105°С поступает на питательные насосы. А затем подается в котлы.

Непрерывная продувка осуществляется с выносных циклонов котла, собираясь в общий коллектор подается на теплообменник Т–3, после в гидрозатвор, заглубленную емкость Е – 15 и из нее поступает в колодец.

Расчет и подбор питательных насосов

Питательные насосы выбираются по полной производительности и полному напору. В соответствии с СП 89.13330.2012 «Котельные установки» [3] при определении производительности следует учитывать расход на питание всех паровых котлов и на непрерывную продувку котлов, для котлов с давлением пара до 1.4МПа она составляет от 0,5 до 10% от производительности котла. Так как схема питательной воды не изменяется, то подбор питательного насоса можно осуществить по имеющимся параметрам установленных насосов, т.е. необходимый напор 264 м.в.ст. и производительность 60 м³/ч. При выборе основными критериями являлись шум и КПД питательного насоса.

Расчет производительности питательного насоса.

Q_П.Н. = 1,1D,

где 1,1 – коэффициент запаса по паропроизводительности:

D – максимальная производительность котельной.

Q_П.Н. = 1,1*200 = 220 т/ч.

Напор, который должен обеспечить питательный насос, определяется по формуле:

Н_П.Н. = 1,15(Р_б-Р_Д) + Н_с + Н_г,

где 1,15 – коэффициент запаса по напору;

Р_б – избыточное давление в барабане котла, м.в.ст.;

Р_Д – избыточное давление в деаэраторе котла, м.в.ст.;

Н_г – перепад давления, м;

Н_с – сумарное сопротивление всасывающего и напорного трактов питательной воды, м.

Н_П.Н. = 1,15*(140-12) + 93 + 1,5 = 241,7 м.

Необходимая производительность насосов составляет 220 т/ч. По каталогу подбирается насос с напором 264 м.в.ст. К установке принимаем 6 питательных насосов KSB Multitec V65/6-5.1 22.81, два из которых резервные [6]. Преимущества таких насосов:

• высокий КПД;

• сокращение эксплуатационных расходов;

• неохлаждаемый сальник;

• простая и быстрая замена уплотнения вала;

• высокий срок службы подшипников качения и уплотнения вала;

• рассчитан на пуско/остановочные режимы.

Также для обеспечения плавного пуска и осуществления контроля по давлению в питательном трубопроводе необходимо установить преобразователи частоты. Преобразователи частоты имеют свои преимущества, а именно:

• плавное регулирование скорости вращения электродвигателя позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные расходы;

• частотный пуск управляемого двигателя обеспечивает его плавный, без повышенных пусковых токов и механических ударов разгон, что снижает нагрузку на двигатель и связанные с ним передаточные механизмы, увеличивает срок их эксплуатации;

• встроенный микропроцессорный ПИД-регулятор позволяет реализовать системы регулирования скорости управляемых двигателей и связанных с ним технологических процессов;

• применение обратной связи системы с частотным преобразователем обеспечивает качественное поддержание скорости двигателя или регулируемого технологического параметра при переменных нагрузках и других возмущающих воздействиях;

• экономия электроэнергии при использовании регулируемого электропривода для насосов в среднем составляет 25-75% от мощности, потребляемой насосами при дроссельном регулировании.

Для увеличения энегроэфективности необходимо установить частотно-регулирующие преобразователи на электродвигатели вентиляторов и дымососов котлов. В данный момент в котельной для регулировки рабочих параметров котла по давлению воздуха перед горелкой и разряжение в топке котла используется МЭО (механизм электрический однооборотный). Электродвигатель работает на полную мощность, выдавая постоянно максимальные обороты, а регулирование параметров осуществляется за счет изменения проходного сечения шибера. При установке частотно-регулируемого преобразователя во время работы котла шибер на вентиляторе и на дымососе котла будут открыты полностью, а регулирование параметров будет осуществляться за счет оборотов электродвигателя.

Подбор осуществляется по мощности электродвигателя. Сравнив функционал и стоимость нескольких производителей, принимаются 3 преобразователя частоты Delta VFD-750CP43E-21 для питательных насосов и 8 преобразователей Delta VFD-1320CP43E-21 для дымососов и вентиляторов котлов [7].

Расчет срока окупаемости проекта.

По данным взятым из каталогов фирм производителей оборудования, рассчитаем общие затраты на покупку нового оборудования.

Стоимость одного питательного насоса KSB Multitec V65/6-5.1 22.81 составляет 990 000 руб., соответственно для покупку 6 насосов потребуется 5 940 000 руб., стоимость преобразователей частоты Delta серия VFD750CP43B-21 составляет 264 000 руб., для покупки 3 штук потребуется 792 000 руб., стоимость преобразователя частоты Delta VFD-1320CP43E-21 – 343 000 руб., для покупки 8 штук потребуется 2 744 000 руб.

Общие затраты на модернизацию составят:

К = 5 940 000 + 792 000 + 2 744 000 = 9 476 000 руб.,

где К – капитальные затраты.

РИС.1. Затраты на электроэнергию до модернизации и после нее

Срок окупаемости проекта:

Т_ок = КВ/П,

где Т_ок – срок окупаемости, год;

К – капитальные затраты, руб.;

П – общая прибыль, руб.

Т_ок = 9 476 000/4 992 969,6 = 1,9 года.

Сравним затраты на электроэнергию до модернизации и после, в результате расчета срок окупаемости составил 1,9 года.

ЛИТЕРАТУРА: