Плотникова Людмила Валерьяновна – канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения»
г. Казань
Lyudmila V. Plotnikova
Kazan
Калинина Марина Владимировна – ассистент кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения»
г. Казань
Marina V. Kalinila
Kazan
Актуальность. Сложность структуры предприятий целлюлозно-бумажной отрасли промышленности определяется большим количеством элементов в составе теплотехнологических схем производства, обратными потоками, связями с окружающей средой в виде потребляемых топливно-энергетических ресурсов и сбросной энергии в виде вторичных энергетических ресурсов. Для таких предприятий вариантов повышения энергоэффективности с включением энергосберегающего оборудования может быть множество. Поэтому для выбора эффективного варианта предложено использование структурно-термодинамического подхода к анализу теплотехнологических схем.
Цель. Разработка алгоритма структурно-термодинамического анализа, позволяющего преодолеть неоднозначность исходных данных и рассчитать достоверные значения параметров внешних энергоносителей, данные о которых зачастую отсутствуют на целлюлозно-бумажных производствах, но являются необходимыми для оценки термодинамической эффективности использования сбросной энергии.
Методы. Для достижения обозначенной цели используется системный подход с применением матричного анализа и булевой алгебры, эксергетический метод термодинамического анализа, а также разработано программное обеспечение, объединяющее перечисленные методы.
Результаты. Для теплотехнологической схемы производства бумаги определена оптимальная последовательность термодинамического расчета с минимальным количеством итераций/допущений на участках условного разрыва потоков схемы. В результате термодинамического анализа получены данные о тепловой и эксергетической эффективности элементов теплотехнологической схемы целлюлозно-бумажного производства, а также данные о потоках, использование которых обеспечит организацию оптимальной системы утилизации вторичной энергии.
Заключение. Разработанное программное обеспечение структурнотермодинамического анализа было реализовано при оценке термодинамической эффективности теплотехнологической схемы производства бумаги. Выявлено минимальное количество потоков схемы – 20 потоков, условный разрыв которых позволяет полностью выполнить термодинамический расчет схемы с минимальным количеством итераций и определить достоверные значения параметров энергетических потоков. Результаты термодинамического анализа показали, что наиболее низкий эксергетический к.п.д – у аппаратов с такими сбрасываемыми потоками как теплота охлаждения верхнего продукта колонн, отработанного воздуха после процесса сушки в бумагоделательной машине, оборотной воды, сточных вод. Поэтому именно в такие аппараты следует осуществлять возврат энергии сбросных потоков наибольшего эксергетического потенциала для повышения термодинамической эффективности теплотехнологической схемы в целом.
Relevance. The complexity of the structure of enterprises in the pulp and paper industry is determined by the large number of elements in the thermal technology schemes of production, reverse flows, connections with the environment in the form of consumed fuel and energy resources and waste energy in the form of secondary energy resources. For such enterprises, there may be many options for improving energy efficiency with the inclusion of energy-saving equipment. Therefore, the use of a structural and thermodynamic approach to the analysis of thermal technology schemes is proposed to select an effective option. purpose. Development of an algorithm for structural and thermodynamic analysis, which makes it possible to overcome the ambiguity of the initial data and calculate reliable values of the parameters of external energy sources, data on which are often not available in pulp and paper industries, but are necessary to assess the thermodynamic efficiency of waste energy use.
Methods. To achieve this goal, a systematic approach is used using matrix analysis and Boolean algebra, the exergetic method of thermodynamic analysis, and software has been developed that combines these methods. results. For the thermal technology scheme of paper production, the optimal sequence of thermodynamic calculations with a minimum number of iterations/assumptions in the sections of the conditional flow gap of the scheme has been determined. As a result of the thermodynamic analysis, data were obtained on the thermal and exergetic efficiency of the elements of the thermal technology scheme of pulp and paper production, as well as data on flows, the use of which will ensure the organization of an optimal system for recycling secondary energy.
Conclusion. The developed software for structural and thermodynamic analysis was implemented to evaluate the thermodynamic efficiency of the thermal technology scheme of paper production. The minimum number of flows of the scheme has been revealed – 20 flows, the conditional break of which makes it possible to fully perform the thermodynamic calculation of the scheme with a minimum number of iterations and determine reliable values of the energy flow parameters. The results of the thermodynamic analysis showed that the lowest exergetic efficiency is for devices with such discharge flows as the heat of cooling of the upper product of the columns, exhaust air after the drying process in a paper machine, recycled water, and wastewater. Therefore, it is in such devices that the energy of the discharge streams of the greatest exergetic potential should be returned to increase the thermodynamic efficiency of the heat technology scheme as a whole.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.