probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2025-27-5-182-194probener-3575Research ArticleТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРИКЛАДНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКАTHEORETICAL AND APPLIED HEAT ENGINEERINGСистема комплексной рекуперации низкопотенциальной вторичной энергии в теплотехнологической схеме целлюлозно- бумажного производстваThe system of complex recovery of low-potential secondary energy in the thermal technology scheme of pulp and paper productionhttps://orcid.org/0009-0006-8005-312XКалининаМ. В.KalininaM. V.

Калинина Марина Владимировна – ассистент кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения»

г. Казань

Marina V. Kalinila

Kazan

esp_mvkalinina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7215-8152ПлотниковаЛ. В.PlotnikovaL. V.

Плотникова Людмила Валерьяновна – канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения»

г. Казань

Lyudmila V. Plotnikova

Kazan

mikhailovalv@mail.ruКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation202519112025275182194Copyright © Калинина М.В., Плотникова Л.В., 20252025Калинина М.В., Плотникова Л.В.Kalinina M.V., Plotnikova L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/3575

АКТУАЛЬНОСТЬ. Целлюлозно-бумажное производство (ЦБП) является энергоемкой отраслью со значительными объемами неиспользованных вторичных энергоресурсов (ВЭР), в особенности низкопотенциальной теплоты (40-80°C). В условиях растущих требований к энергоэффективности и экологии рекуперация этих ВЭР из таких источников, как сточная и оборотная вода, вентиляционные выбросы, теплота охлаждения полупродуктов становится не просто перспективным направлением, а насущной необходимостью. Это позволяет сократить расход топлива, потребление энергии и вредные выбросы, повышая тем самым конкурентоспособность предприятий. ЦЕЛЬ. Целью исследования является повышение энергетической эффективности сложной промышленной тепло-технологической схемы целлюлозно-бумажного производства с использованием методов структурного и термодинамического анализа. Данные методы анализа позволяют объективно оценить потенциал переработки вторичных энергоресурсов и выбрать наиболее эффективные схемы систем рекуперации ВЭР. МЕТОДЫ. Эксергетический анализ выявил значительные неиспользуемые потери теплоты в целлюлозно-бумажном производстве, в частности, в сушильных установках с КПД всего 46.9%. Выявлено, что наибольший потенциал для рекуперации имеют потоки отработанного воздуха, сточных и оборотных вод, верхнего продукта колонн. Их утилизация с помощью теплонасосных установок позволяет существенно повысить энергоэффективность производства, снизив затраты на энергоносители и тепловое загрязнение окружающей среды. РЕЗУЛЬТАТЫ. Термодинамический анализ выявил значительные неиспользуемые потери в ключевых потоках производства (отработанный воздух, сточные и оборотные воды. верхний продукт колонн). Разработана система их рекуперации с помощью теплонасосных установок (ТНУ), которая позволяет повысить общий коэффициент использования энергии системы с 17.88% до 92.58%. Внедрение ТНУ обеспечивает существенную экономию тепловой энергии и снижает экологическую нагрузку производства. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Для решения этой проблемы разработана комплексная система рекуперации на основе термотрансформаторов – теплонасосных установок. Ее внедрение позволит утилизировать 10.13 МВт тепловой мощности из сбросных потоков, повысив общую энергоэффективность производства.

RELEVANCE. Pulp and paper production is an energy-intensive industry with significant amounts of unused secondary energy resources (REM), especially low-potential heat (40-80°C). In the context of growing energy efficiency and environmental requirements, the recovery of these wind turbines from sources such as wastewater and recycled water, ventilation emissions, and heat cooling of intermediates is becoming not just a promising area, but an urgent necessity. This makes it possible to reduce fuel consumption, energy consumption and harmful emissions, thereby increasing the competitiveness of enterprises. purpose. The aim of the study is to increase the energy efficiency of a complex industrial heat and technological scheme of pulp and paper production using methods of structural and thermodynamic analysis. These analysis methods make it possible to objectively assess the potential of recycling secondary energy resources and select the most effective schemes of wind power recovery systems. METHODS. Exergetic analysis revealed significant unused heat losses in pulp and paper production, in particular, in drying plants with an efficiency of only 46.9%. It has been revealed that the flows of exhaust air, waste and recycled water, and the upper product of the columns have the greatest potential for recovery. Their utilization by means of heat pumping units can significantly increase the energy efficiency of production, reducing energy costs and thermal pollution of the environment. results. Thermodynamic analysis revealed significant unused losses in key production streams (waste air, wastewater and recycled water. the top product of the columns). A system for their recovery using heat pumping units (TNUS) has been developed, which makes it possible to increase the total energy utilization of the system from 17.88% to 92.58%. The introduction of TNW provides significant savings in thermal energy and reduces the environmental burden of production. conclusion. To solve this problem, a comprehensive heat recovery system based on thermal transformers – heat pump installations has been developed. Its implementation will make it possible to utilize 10.13 MW of thermal capacity from waste streams, increasing the overall energy efficiency of production.

целлюлозно-бумажное производствоэнергоэффективностьвторичные энергоресурсынизкопотенциальная теплотарекуперация теплатеплонасосные установкиэксергетический анализтеплотехнологическая схемаэнергосбережениесточные водысушильные установкитермодинамический анализ.pulp and paper productionenergy efficiencysecondary energy resourceslow-potential heatheat recoveryheat pumping unitsexergetic analysisthermal technology schemeenergy conservationwastewaterdrying unitsthermodynamic analysis.исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания № 075-03-2025-458 от 17.01.2025.The study was carried out with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the framework of the state assignment No. 075-03-2025-458 dated January 17, 2025.ReferencesШелгинский Е. А. Полезное использование ВЭР в производстве азотной кислоты / Е. А. Шелгинский, Ю. В. Яворовский // Интенсификация тепломассообменных процессов, промышленная безопасность и экология : Материалы VI Всероссийской студенческой научно-технической конференции, Казань, 24–26 мая 2022 года. – Казань: Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2022. – С. 578-580. – EDN GLSDRL.Shelginsky, E. A. Useful use of VER in the production of nitric acid. E. A. Shelginsky, Yu. V. Yavorovsky. Intensification of heat and mass transfer processes, industrial safety and ecology : Proceedings of the VI All-Russian Student Scientific and Technical Conference, Kazan, May 24-26, 2022. Kazan: Kazan National Research Technological University, 2022. pp. 578-580. EDN GLSDRL.Плотникова Л.В., Торкунова Ю.В. Программное обеспечение системного анализа сложноструктурированных промышленных комплексов при разработке энергосберегающих мероприятий // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. №1 (53). – С. 140-154.Plotnikova L.V., Torkunova Yu.V. Software for system analysis of complex-structured industrial complexes in the development of energy-saving measures. Bulletin of Kazan State Power Engineering University. 2022. Vol. 14. No. 1 (53). – pp. 140-154.Рекуперация и аккумулирование вторичных энергетических ресурсов на предприятиях нефтеперерабатывающего комплекса / Ю. В. Ваньков, Л. В. Плотникова, Ш. Г. Зиганшин, А. Р. Загретдинов. – Санкт-Петербург: Издательство «Наукоемкие технологии», 2024. – 142 с. – ISBN 978-5-907804-203. – EDN QDKPAB.Recovery and accumulation of secondary energy resources at the enterprises of the oil refining complex. Yu. V. Vankov, L. V. Plotnikova, Sh. G. Ziganshin, A. R. Zagretdinov. – Saint Petersburg:Science– intensive Technologies Publishing House, 2024. – 142 p. - ISBN 978-5-907804-203. – EDN QDKPAB.Lykov A.V. Heat and mass transfer. Moscow: Energiya, 1971. 324 p.Шелгинский Е. А. Анализ эффективности использования тепловых ВЭР на основе органического цикла Ренкина в производстве азотной кислоты / Е. А. Шелгинский, Ю. В. Яворовский, А. Я. Шелгинский // Надежность и безопасность энергетики. – 2022. – Т. 15, № 2. – С. 90-95. – DOI 10.24223/1999-5555-2022-15-2-90-95. – EDN DAYIVO.Shelginsky E. A., Yavorovsky Yu.V., Shelginsky A. Ya. Analysis of the efficiency of using thermal thermal power plants based on the organic Rankine cycle in the production of nitric acid. Reliability and safety of energy. – 2022. – Vol. 15, No. 2. – pp. 90-95. – DOI 10.24223/1999-5555-2022-15-2-90-95. – EDN DAYIVO.Шелгинский Е. А. Анализ и расчет схемы утилизации теплоты ВЭР в производстве азотной кислоты / Е. А. Шелгинский, Ю. В. Яворовский // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика : Тезисы докладов Тридцать первой международной научно-технической студентов и аспирантов, Москва, 13–15 марта 2025 года. – Москва: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2025. – С. 765. – EDN MJGVFA.Shelginsky, E. A. Analysis and calculation of the heat recovery scheme of VER in the production of nitric acid. E. A. Shelginsky, Yu. V. Yavorovsky. Radioelectronics, electrical engineering and power engineering : Abstracts of the Thirty-first International Scientific and Technical Students and postgraduates, Moscow, March 13-15, 2025. – Moscow: Raduga Center for Printing Services, LLC, 2025. – p. 765. – EDN MJGVFA.Шелгинский Е. А. Полезное использование ВЭР в производстве азотной кислоты / Е. А. Шелгинский, Ю. В. Яворовский // Интенсификация тепломассообменных процессов, промышленная безопасность и экология : Материалы VI Всероссийской студенческой научно-технической конференции, Казань, 24–26 мая 2022 года. – Казань: Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2022. – С. 578-580. – EDN GLSDRL.Shelginsky, E. A. Useful use of VER in the production of nitric acid. E. A. Shelginsky, Yu.V. Yavorovsky. Intensification of heat and mass transfer processes, industrial safety and ecology : Proceedings of the VI All-Russian Student Scientific and Technical Conference, Kazan, May 24-26, 2022. Kazan: Kazan National Research Technological University, 2022. pp. 578-580. EDN GLSDRL.Бу Дакка Б. Рекуперация тепла с использованием органического цикла Ренкина / Б. Бу Дакка, И. А. Султангузин, Ю. В. Яворовский // Вестник Московского энергетического института. Вестник МЭИ. – 2021. – № 5. – С. 51-57. – DOI 10.24160/1993-6982-2021-5-51-57. – EDN EBEZWU.Bu Dhaka, B. Heat recovery using the Rankine organic cycle. B. Bu Dhaka, I. A. Sultanguzin, Yu. V. Yavorovsky. Bulletin of the Moscow Power Engineering Institute. Bulletin of the Moscow Institute of Energy. – 2021. – No. 5. – pp. 51-57. – DOI 10.24160/1993-6982-2021-5-51-57. – EDN EBEZWU.Повышение энергетической и экологической эффективности теплоэлектроцентрали на основе применения абсорбционных трансформаторов теплоты / Ю. В. Яворовский, И. А. Султангузин, А. И. Бартенев [и др.] // Вестник Московского энергетического института. Вестник МЭИ. – 2020. – № 4. – С. 89-97. – DOI 10.24160/1993-6982-2020-4-89-97. – EDN BBYBWC.Improving the energy and environmental efficiency of a thermal power plant based on the use of absorption heat transformers. Yu. V. Yavorovsky, I. A. Sultanguzin, A. I. Bartenev [et al.]. Bulletin of the Moscow Power Engineering Institute. Bulletin of the Moscow Institute of Energy, 2020, No. 4, pp. 89-97. DOI 10.24160/1993-6982-2020-4-89-97. EDN BBYBWC.Скобелев Д.О. Формирование инфраструктуры ресурсно-технологической трансформации промышленности. Экономика устойчивого развития. - 2020. № 1. -с. 162-167.Skobelev D.O. Formation of the infrastructure of resource and technological transformation of industry. Economics of sustainable development. - 2020. No. 1. -pp. 162-167.Плотникова Л.В., Калинина М.В. Структурно-термодинамический анализ теплотехнологической схемы целлюлозно-бумажного производства. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2025;27(3):218-232. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2025-27-3-218-232.Plotnikova L.V., Kalinina M.V. Structural and thermodynamic analysis of the thermal technology scheme of pulp and paper production. News of higher educational institutions. Energy problems. 2025;27(3):218-232. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2025-27-3-218-232V. P. Meshalkin, T. N. Gartman, T. A. Kokhov, L. B. Korelstein. Heuristic Topological Decomposition Algorithm for Optimal Energy-Resource-Efficient Routing of Complex Process Pipeline Systems. Doklady Chemistry. – 2018. – Vol. 482, No. 2. – P. 246-250. – DOI 10.1134/S0012500818100087.V. P. Meshalkin, T. N. Gartman, T. A. Kokhov, L. B. Korelstein. Heuristic Topological Decomposition Algorithm for Optimal Energy-Resource-Efficient Routing of Complex Process Pipeline Systems. Doklady Chemistry. – 2018. – Vol. 482, No. 2. – P. 246-250. – DOI 10.1134/S0012500818100087.Чахирев, Л. В. Использование программного обеспечения системного анализа для управления энергоэффективностью и структурой энергетических систем / Л. В. Чахирев, В. В. Плотников, Л. В. Плотникова // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики : Материалы 92-го заседания Международного научного семинара им. Ю.Н. Руденко, Казань, 21–26 сентября 2020 года / Ответственный редактор Н.И. Воропай. Том Выпуск 71. Книга 3. – Казань: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук, 2020. – С. 90-99. – EDN DZTVVF.Chakhirev, L. V. The use of system analysis software for energy efficiency management and the structure of energy systems. L. V. Chakhirev, V. V. Plotnikov, L. V. Plotnikova. Methodological issues of reliability research of large energy systems : Proceedings of the 92nd meeting of the International Scientific Seminar named after Yu.N. Rudenko, Kazan, September 21-26, 2020. The responsible editor is N.I. Voropai. Volume Issue 71. Book 3. Kazan: Federal State Budgetary Institution of Science, L.A. Institute of Energy Systems. Melentyev, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 2020, pp. 90-99. – EDN DZTVVF.Луканин П.В., Казаков В.Г., Зверев Л.О. Концепция модернизации энерготехнологических комплексов в ЦБП. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022;24(4):178-191. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-4-178-191.Lukanin P.V., Kazakov V.G., Zverev L.O. The concept of modernization of energy technology complexes in the Central industrial complex. News of higher educational institutions. Energy problems. 2022;24(4):178-191. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-4-178-191.Назмеев, Ю. Г. Организация энерготехнологических комплексов в нефтехимической промышленности / Ю. Г. Назмеев, И. А. Конахина. – М.: Московский энергетический институт, 2001. – 364 с. – ISBN 5-7046-0698-9. – EDN XGNUVV.Nazmeev, Yu.G. Organization of energy technology complexes in the petrochemical industry / Yu.G. Nazmeev, I. A. Konakhina. – M.: Moscow Power Engineering Institute, 2001. – 364 p. – ISBN 5-7046-0698-9. – EDN XGNUVV.Красавина Е.О., Плотникова Л.В. Энергосберегающий тепловой насос в системах промышленного разделения веществ // Вестник Казанского государственного энергетического университета, 2016, № 4 (32), С. 95-105.Krasavina E.O., Plotnikova L.V. Energy-saving heat pump in industrial separation systems. Bulletin of Kazan State Power Engineering University, 2016, No. 4 (32), pp. 95-105.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.