• 5

9.4 Оценка безотходности производства

В качестве примера приводится расчет показателей безотходности получе-

ния стекломассы в стекловаренной печи и в циклонной установке с кольцевой

циклонной камерой (КЦК). Стекломасса предназначена для производства стек-

лочерепицы.

Общая постановка задачи.

В качестве исходного сырья используется многокомпонентная шихта и

оборотный стеклобой. Энергоносители – природный газ и электроэнергия. На

отходящих от стекловаренной печи газах после регенераторов установлен ко-

тел-утилизатор, вырабатывающий пар технологических параметров (Р=0,8

МПа).

КЦК имеет футеровку с испарительным охлаждением. В тепловой схеме

установки обеспечивается более глубокое, чем в стекловаренной печи, исполь-

зование теплоты продуктов горения топлива путем регенерации ее процесса с

подогретым воздухом и фриттованной гранулированной шихтой и выработки

пара технологических параметров (Р=1.3 МПа).

Исходные данные:

1. Характеристика балансового материального соотношения процесса стекло-

варения в печи дана в таблице 4.

2. Характеристика балансового материального соотношения процесса стекло-

варения в КЦК в таблице 5.

3. Технико- и энергоэкономические показатели печи приводятся в таблице 6.

4. Технико- и энергоэкономические показатели КЦК в таблице 7.

Решение:

1. Определяем частные материальные показатели безотходности.

Стекловаренная печь:

по шихте 0,828,

135340

143330 31285 =

=

=

М

М М

ш

сб см шм

β

по питательной воде 0,942 ,

7340

= = 6910 =

М

М

пв

сб п

м β

Таблица 4

Вещества вводимые в

печь

Масса,

т/год

Вещества выводимые из

печи

Масса,

т/год

Шихта сухая ш М 135340 Стекломасса СМ М 143330

Оборотный стеклобой

сб М

31285 Унос пыли с газами УП М 730

Природный газ Г М 35760 Пар в теплосеть завода

П М

6910

с =

н Q 36,570 ГДж/m

P = 0,6 кг/м3

Воздух В М 538302

Вода:

С шихтой ВШ М

Питательная ПВ М

6090

7340

Продувочная вода ПР М

В уходящих газах:

- Избыточный воздух ИВ М

-Водяной пар Н О М 2

-азот N2 М

-диоксид серы SO2 M

-оксид углерода CO M

- диоксид углерода CO2 M

430

105442

73014

323617

970

280

99394

Всего 754117 Всего 754117

по стеклобою β = = 1,

М

М

сб

сб сб

м

по природному газу, воздуху и влаге шихты

β = β = β ВШ = 0

М

В

М

Г

М

Таблица 5

Вещества, вводимые в печь Масса,

т/год

Вещества, выводимые

их печи

Масса,

т/год

Шихта сухая М ш 105336 Стекломасса М см 105000

Унос пыли с газами

М ун 420

Оборотный

стеклобой М сб 17808

Природный газ М г 19296

Пар в теплосеть

завода М п 75040

( с = 38,093

МДж/м3,

Р=0,96 кг/м3)

Продувочная вода

М пр

В уходящих газах:

3950

Воздух М в 267695

избыточный воздух

М ив 5670

водяной пар М H2O 57380

азот

2 МN 201254

диоксид серы М SO2 760

оксид углерода М CO 95

Вода:

с шихтой М вш

питательная М пв

21504

78990

диоксид углерода

М CO2 61060

Всего: 510629 Всего: 510629

В материальном балансе не учтен износ огнеупоров печи из-за его малой

величины.

Суммарный показатель материальной безотходности печи

0,199

754117

143330 6910

1 1

1 =

+

=

+

= =

Σ Σ

Σ

= =

=

n

i

i

см л

n

i

i

m

j

j

М

М М

М

М

ϕ

получился низким, поскольку в расчете учтены все газообразные сырьевые ре-

сурсы (природный газ, воздух, влага шихты). Как показывает анализ отечест-

венной и зарубежной практики, полезное использование массы газообразных

продуктов экономически нецелесообразно.

Поэтому, если рассчитать суммарный коэффициент по конденсированным

сырьевым ресурсам, характеристика материальной безотходности процесса

стекловарения в печи окажется значительно выше:

0,863.

135340 31285 7340

1 143330 6910 =

+ +

+

=

+ +

+

=

М М М

М М

ш сб пв

см п

ϕ м

Возможность повышения этого показателя, например за счет уменьшения

уноса газами частиц шихты, весьма ограничена – теоретически лишь до 0,868.

Дальнейший рост м

1 ϕ и приближение к единице технически невозможны из-

за перехода части массы сухой шихты в результате диссоциации карбонатов и

сульфата в газообразные состояния. Поэтому техническим пределом матери-

альной безотходности в данном процессе является м

м а к с ϕ = 0,8 68.

Установка с КЦК:

= 0,828; = 0,95; СБ = 1

М

ВП

М

АД

β М β β

= 0,353; 1 = 0,891; МАКС = 0,893

ϕМ ϕМ ϕМ

2. Определяем частные энергоэкономические показатели безотходности.

Таблица 6

Подведенная

эксергия

Вид

энергоресурса

Расход,

ед/год

Себе-

стоим.

руб/ед

(S)

Удель

ная

эксер-

гия,

ед

МВтч

(е)

Подве-

денная

тепло-

та,

год

ГДж

(Q)

год

МВтч Доля

i α

Природный

газ,тыс.м3 37250 6,6 10,37 1419000 386300 0,941

Электроэнергия, 18400 9,8 1 66240 18400 0,045

МВт•ч: на допол-

нительный по-

догрев на привод

электродвигате-

лей

5600 9,8 1 0 5600 0,014

Физическая теп-

лота из окру-

жающей среды (с

воздухом,шихтой

и пр.),ГДж

18460 0 0 18460 0 0

Всего: 1503700 410300 1,0

Частные энергоэкономические показатели безотходности для энергоноси-

телей совпадают с КПД соответствующего энергоресурса.

Стекловаренная печь:

По топливу и электроэнергии на дополнительный подогрев они совпадают

с тепловыми КПД печи:

,

ϕ

β β η

Q Q Q

Q Q

C ДЭП

Г C n

ЭЭ

ДЭП

ЭЭ + +

+

= = =

где с Q - требуемая для стекловарения теплота, ГДж/год;

п Q - теплота вырабатываемого пара, ГДж/год;

ДЭП Q - теплота на дополнительный подогрев, ГДж/год;

φ Q - физическая теплота из окружающей среды, ГДж/год.

Таблица 7.

Подведенная

эксергия

Вид

Энергоресурса

Расход,

ед/год

Себе-

сто-

им.,

Руб/ед

(S)

Удель

ная

эксер-

гия,

ед

МВтч

(е)

Подве-

денная

тепло-

та,

год

ГДж

(Q)

год

МВтч Доля

i α

Природный газ,тыс.м3 20100 6,6 10,37 765810 208440 0,98

Электроэнергия, на

привод электродвига-

телей, МВтч

4000 9,8 1 0 4000 0,02

Физическая теплота

из окружающей среды

(с воздухом,шихтой и

др.),ГДж

8150 0 0 8150 0 0

Всего: 773960 212440 1,0

Qс = Мсмqс =143300 2,348 = 336468 ГДж/год.

где qс = 2.348 – удельная теплота стекловарения, ГДж/т.

= ( ) = 6910 103 (2767 435) =14435 Qс M n hнп hпв ГДж/год.

0,233.

141900 66240 18460

336540 14435 =

+ +

+

β = β Г =

ЭЭ

ДЭП

ЭЭ

Аналитический показатель по электроэнергии для привода электродвига-

телей равен их среднему КПД, принимаемому = = 0,9 ПР

ПР

ЭЭ β η . Для физиче-

ской теплоты веществ, поступающих в процесс при температуре окружающей

среды, βϕЭЭ =ηТ = 0,233

Установка с КЦК:

Qс = 246540 ГДж/год; Qn =180096 ГДж/год;

= ПР = 0,9

ПР

βЭЭ η

3. Определяем суммарный энергоэкономический показатель безотходно-

сти.

Стекловаренная печь:

Σ

Σ

=

= = n

i

ЭЭ

n

i

ЭЭ ЭЭ

ЭЭ

i

i i

Z

Z

1

1

β

ϕ

,

где ЭЭi Z - энергоэкономические коэффициенты для:

природного газа

ээ

Г

Г п Z =U р α ,

электроэнергии

Э ПР

ДЭП

ЭЭ Z =U α ,

привода электродвигателей

Э ПР

Z p =U α

физической теплоты вещества

Z ээ = 0

φ ,

где U – соотношение трудозатрат на производство и транспортирование

потребителю сопоставимого объема энергоресурсов: электроэнергии U=1,

природного газа 0,0649,

9,8

0,0964 6,6 =

= =

Si

U mГ SГ

здесь mГ - сопоставимый расход природного газа, тыс.м3, с 1 МВт.ч электро-

энергии, равный 0,0964

10,37

= 1 = 1 =

у

Г е

m тыс.м3

Тогда ээ

Г Z = 0,0649 0,941 = 0,0611;

316

ээ

ZДЭП = 1 0,045 = 0,045;

ээ

п Z р = 1 0,014 = 0,014.

0,311.

0,0611 0,045 0,014

0,233 0,0611 0,233 0,045 0,9 0,014 =

+ +

+ +

ϕ = ээ

Установка с КЦК:

ψ = 0,634 . ээ

4. Определяем суммарный технико-экономический показатель безотходно-

сти.

Поскольку данные по полным трудозатратам при производстве ресурсов

отсутствуют, введем в расчет себестоимость сырья:

шихты (Sш ) = 17 руб/т, стеклобоя (Sсб ) = 18 руб/т,

питательной воды (Sпв ) = 0,129 руб/т.

Стекловаренная печь:

( ) +

+ + + +

+ +

= =

Σ

Σ

=

=

Ш Ш СБ СБ Г Г ДЭП ПР Э

ПВ ПВ

ПВ

СБ СБ М

СБ

Ш Ш М

Ш

М

n

i

i i

n

i

i i i

ТЭ М S М S V S Э Э S

М S М S М S

V S

V S

β β β

β

ϕ

1

1

( )

( ) = 0,782

+ + + +

+ +

+

Ш Ш СБ ПВ ПВ Г Г ДЭП ПР Э

ПР Э

ПР

ДЭП ЭЭ

ДЭП

Г Г ЭЭ

Г

Э

М S S М S V S Э Э S

β V S β Э β Э S

Установка с КЦК: ТЭ ψ = 0,838.

Суммарный технико-экономический показатель безотходности заметно

выше, чем энергоэкономический, что свидетельствует о гораздо более высоком

проценте использования сырьевых ресурсов и значительных резервах исполь-

зовании энергоносителей в данном производстве.

Причина низкого уровня ψ ээ - малая тепловая эффективность работы ван-

ной печи, тепловой КПД которой составляет всего 0,233.

Повышение энерго- и технико-экономических показателей безотходности в

рамках существующей технологии возможно путем улучшения тепловой изо-

ляции печи и увеличения производительности при использовании более стой-

ких огнеупоров, повышения температуры подогрева воздуха в реконструиро-

ванных регенераторах и более полного использования теплоты уходящих газов

для получения пара. Радикальным же путем увеличения ээ ψ , ТЭ ψ , а также и

М ψ является применение современных методов варки стекла, например в ци-

клонной печи, опытно-промышленное освоение которой находится в завер-

шающей стадии.

Из сопоставления показателей безотходности двух различных установок,

перерабатывающих одинаковую шихту в один и тот же технологический про-

дукт, следует совпадение частных показателей материальной безотходности по

шихте и питательной воде

ПВ

М

Ш

β М ,β при существенном увеличении в циклон-

ной установке суммарного показателя М ψ в результате значительного сниже-

ния удельного расхода топлива. Имеется также некоторое повышение м ψ и

м

м акс ψ за счет увеличения доли массы полезных продуктов (из-за меньшего

уноса доли продувки).

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я