Концепция модернизации энерготехнологических комплексов в ЦБП

ЦЕЛЬ. Разработка и реализация комплекса теоретических и практических рекомендаций по созданию научно обоснованных тепловых схем технологических процессов производства целлюлозы и бумаги, интенсификации теплообменных процессов при экономном расходовании энергоресурсов. МЕТОДЫ. Предложен метод термодинамического анализа на основе приращения эксергий в процессе взаимодействия тепловых потоков, позволяющий оценить энергетическую эффективность как отдельных аппаратов ЦБП, так и всего технологического потока; математическая зависимость между эксергетическим КПД технологических элементов и эксергетическим КПД сложной тепловой схемы; принципиальная схема теплорекуперационной установки сушильной части БДМ с замкнутым циклом воздуха, подаваемого на сушку. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведены термодинамические исследования по оценке энергетической эффективности оборудования ЦБП, получена зависимость коэффициента преобразования ТНУ от термодинамических свойств рабочих тел. Подробно рассмотрен процесс получения сульфатной целлюлозы. Показана низкая энергетическая эффективность существующей схемы, эксергетический КПД - 48%. Основная доля затраченной эксергии (71% от подведенной в схему) относится к процессу в СРК). Предложена схема гидрохимической переработки древесной технологической щепы, в которой отсутствуют СРК, вращающаяся печь обжига известняка. Снижаются риски от загрязнений воздушного и водного бассейнов.Приведены основные направления повышения энергоэффективности получения лигносульфонатов при сульфитном производстве целлюлозы. ОБСУЖДЕНИЕ. Дальнейшее развитие энергоэффективных технологий производства целлюлозы можно прогнозировать на основе применения флюидных технологий – сверхкритического водяного окисления (СКВО). Положительные результаты исследований в области химии воды при сверхкритических параметрах дают основание прогнозировать успех в направлении разработки энергоэффективной технологии получения целлюлозы при воздействии на технологическую щепу водой при субкритических и сверхкритических параметрах. Процесс производства бумаги и картона является сложным физико-химическим и термовлажностным процессом. Термодинамическими исследованиями установлен низкий эксергетический КПД сушильной части БКДМ, который определяется неэффективной работой теплорекуперационной установки. Этим и определяется большой подвод пара низкого давления с ТЭЦ. Показаны основные направления по совершенствованию тепловой схемы сушильной части БКДМ. Рассмотрены вопросы когенерации в целлюлозно-бумажной промышленности. Значительное внимание уделено экологической безопасности энергоэффективных технологий. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В настоящей работе приведены основные направления по повышению энергетической эффективности основных технологических процессов получения продукции целлюлозно-бумажных предприятий. На основании анализа эксергетического КПД отдельных элементов оборудования и в целом технологических схем выявлены «узкие» места и предложены мероприятия по их совершенствованию.

1. Луканин П.В. Проблемы энергосбережения на целлюлозно-бумажных предприятиях России // IV научно-техническая конференция «Леса России: политика, промышленность, наука, образование», Санкт-Петербург, 22-25 мая 2019: тезисы докладов. Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2019. С.304-306.

2. Луканин П. В. Оценка энергетической эффективности производства сульфатной целлюлозы методом приращения эксергий / П.В. Луканин// Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. № 2. С. 3-11.

3. Луканин П.В. Особенности сжигания биотоплива и их взаимосвязь с упруго-релаксационными свойствами исходного сырья и его химическим составом / П.В. Луканин, О.В. Федорова, А.А. Пекарец, Э.Л. Аким// Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов: материалы VI Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. памяти профессора В.И. Комарова (Архангельск, 9–11 сентября 2021 г.) / Сев. (Арктич.) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова. Архангельск: САФУ, 2021. С. 383-388.

4. Казаков В.Г., Луканин П.В., Смирнова О.С. Упрощенный метод определения эксергетического КПД сложной тепловой схемы технологического процесса//Промышленная энергетика. 2010. №1. С. 38-41.

5. Лахтиков Ю.О. Проблемы развития биоэнергетики на предприятиях ЦБП // Биотопливный Конгресс.19-20 марта 2019, СПб.

6. Сверхкритические флюиды в химии / Е. С. Алексеев, А. Ю. Алентьев, А. С. Белова [и др.] // Успехи химии. 2020. Т. 89. № 12. С. 1337-1427.

7. Hansen E., Panwar R., Vlosky R. The Global Forest Sektor: Chenges. Practices and Prospects // Taylor & Francis Group (NY); 2017.

8. Song A. A filler distribution factor and its relationsip with the critical properties of mineral-filled paper//BioResources/ 2018. V.13. №3. P.6631-6641.

9. Казаков В.Г., Луканин П.В., Смирнова О.С. Технология теплоты в процессе производства лигносульфонатов // Промышленная энергетика. 2012. №7. С.35 – 39.

10. Alen R., Sjöström E., Vaskikari P. Carbon dioxide precipitation of lignin from alkaline pulping liquors // Cellulose Chemistry and Technology.- 1985.-V. 19.- № 5.-P.с. 537-541.

11. Nimish D., Morrish K. CFD Analysis of Fluid Flowing Through a Heat Exchanger Tube Having a Twisted Tape with a Centrally Placed Semi-Circular Groove// International Journal of Science and Research. 2017. V.6. № 6.pp.2200-2207.

12. Spitzer D.P. Chamberlain Q, Franz C., Lewellyn M., and Qi Dai, “MAX HT TM sodalite scale inhibitor: plant experience and impact on the process”, Light Metals 2008 (Edited by David H. De Young, The Minerals, Metals & Materials Society, 2008), 57-62.

13. Казаков В.Г., Луканин П.В., Смирнова О.С. Эксергетический анализ технологии производства сульфатной целлюлозы // Промышленная энергетика. 2011. №7.С.37-42.

14. Патент № 2651412 Российская Федерация, МПК D21C 3/02 (2006.01). Способ упаривания щелоков в производстве целлюлозы: № 2017122502: заявл.26.06.2017: опубл.19.04.2018 / Луканин П.В., Казаков В.Г., Федорова О.В., Субботина К.О.; заявитель ГОУВПО СПбГУПТД. 6 с.

15. Патент №2670855 Российская Федерация, МПК D21C 3/02 (2006/01). Способ варки технологической щепы в производстве целлюлозы: №2017122501: заявл. 26.06.2017: опубл.25.10.2018 / Луканин П.В., Казаков В.Г., Федорова О.В., Субботина К.О.; заявитель ФГБОУВО СПбГУПТД. 2с.

16. Казаков В.Г., Луканин П.В., Смирнова О.С. Технология теплоты в гидрохимическом способе регенерации химикатов производства сульфатной целлюлозы// Промышленная энергетика. 2011. №7. С.44-48.

17. Казаков В.Г., Луканин П.В., Громова Е.Н. Вертикальный варочный котел. Патент на полезную модель № 208723. 11.01.2022.

18. Казаков В.Г., Луканин П.В. Громова Е.Н. Способ получения целлюлозы. Патент на изобретение № 2771348. 29.04.2022.