Инструкция по нормированию расхода тепловой энергии и топлива для спиртовых заводов, перерабатывающих зерновое сырье

(утв. Минсельхозом России 23.07.2001)

Утверждаю Руководитель Департамента пищевой, перерабатывающей промышленности и детского питания В. Г. Кайшев 23 июля 2001 года

Согласовано Начальник отдела развития спиртовой и ликеро-водочной промышленности Департамента пищевой, перерабатывающей промышленности и детского питания Минсельхоза России П. И. Марченко 20 июля 2001 года

Разработано ГНУ ВНИИ пищевой биотехнологии РАСХН И.о. директора Л. В. Римарева 16 июля 2001 года

ИНСТРУКЦИЯ ПО НОРМИРОВАНИЮ РАСХОДА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ТОПЛИВА ДЛЯ СПИРТОВЫХ ЗАВОДОВ, ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗЕРНОВОЕ СЫРЬЕ

Инструкция по нормированию расхода тепловой энергии и топлива для спиртовых заводов, перерабатывающих зерновое сырье, разработана в отделе оборудования и механизации процессов пищевой биотехнологии Государственного научного учреждения — Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии Российской Академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИ ПБТ РАСХН).

Исполнители: зав. отделом Степанов В.И., ведущий научный сотрудник Зотов В.Н., ведущий научный сотрудник Сидоркин В.Ю., старший научный сотрудник Иванов В.В., ведущий научный сотрудник Мельникова Э.И., ведущий инженер Тараканов П.А., инженер Чеботаева И.В.

ВВЕДЕНИЕ

Инструкция по нормированию расхода тепловой энергии и топлива для спиртовых заводов, перерабатывающих зерновое сырье (далее — «Инструкция»), предназначена для использования в качестве методического пособия при расчете технически обоснованных норм расхода теплоэнергоресурсов на производство спирта, кормовых дрожжей, вырабатываемых на послеспиртовой барде, двуокиси углерода (диоксида углерода) и ферментных препаратов, производимых на заводе в виде культуральной жидкости для применения в спиртовом производстве.

Проблеме повышения эффективности использования тепловой энергии и топлива придается государственное значение.

Федеральным законом № 28-ФЗ от 03.04.96 «Об энергосбережении», Указом Президента РФ от 11.09.97 № 1010 «О государственном надзоре за эффективным использованием энергетических ресурсов в РФ», Постановлением Правительства РФ от 02.11.95 № 1087 «О неотложных мерах по энергосбережению» и другими законодательными актами и нормативными документами определены: порядок государственной политики по энергосбережению, проведение государственного надзора за разработкой и реализацией мер по экономии энергоресурсов, обязательность оснащения предприятий и организаций приборами учета и контроля, энергетических обследований и организации учета в расходовании энергоресурсов и энергосбережении.

Ранее в спиртовой отрасли действовала разработанная ВНИИПрБ и утвержденная Министерством пищевой промышленности СССР в октябре 1977 г. «Инструкция по нормированию расхода тепловой энергии и топлива для спиртовых заводов, перерабатывающих крахмалистое сырье».

За истекший период в технологии и оборудовании спиртовой промышленности произошли существенные изменения. Настоящая «Инструкция» разработана с учетом современного состояния технологии и требований по использованию энергоресурсов.

Приведены: рациональная теплоэнергетическая схема спиртового производства, рекомендации по снижению потребления тепловой энергии, разработанные на основе обобщения передового опыта ряда заводов отрасли и других отраслей, использующих прогрессивные решения по энергосбережению.

С вводом в действие данной «Инструкции» действовавшая ранее «Инструкция по нормированию расхода тепловой энергии и топлива для спиртовых заводов, перерабатывающих крахмалистое сырье», утвержденная Упрспиртом МПП СССР 13.10.1977, теряет силу.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Терминология системы теплоэнергетического обеспечения предприятия включает ряд специфических терминов и определений основных понятий, которые используются при эксплуатации и обслуживании теплотехнического оборудования и систем.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Нормирование расхода топлива и тепловой энергии — это установление норматива их рационального потребления. Норма расхода — это количество тепловой энергии и топлива, необходимого для выработки продукции установленного качества с учетом осуществляемых технических и организационных мероприятий.

Задачей технически обоснованного нормирования является расчетно-экспериментальное определение частных, общих и удельных потребностей предприятия в топливно-энергетических ресурсах, обеспечение возможности анализа и контроля за их расходованием.

2. Нормы расхода топливно-энергетических ресурсов подразделяются на индивидуальные (заводские) и отраслевые.

Отраслевые нормы расхода топлива устанавливаются по министерствам и ведомствам РФ на соответствующие виды продукции, планируемые по отрасли.

Индивидуальные (заводские) нормы расхода топливно-энергетических ресурсов на предприятиях спиртовой промышленности подразделяются на технологические и общезаводские.

Технологическая норма — по стадиям технологического процесса — включает в себя весь полезный расход тепловой энергии на технологические процессы производства и является основой общезаводской нормы.

Потери теплопотребляющими технологическими агрегатами и коммуникациями в период непроизводственных остановок обобщаются общезаводской характеристикой расхода тепла на холостой ход завода.

Расчетные и фактические значения составляющих технологической нормы служат показателями правильности ведения технологических процессов, степени использования оборудования, а также являются средством контроля за соблюдением установленных регламентами оптимальных теплотехнических параметров каждого процесса, определяют пути возможной экономии теплоэнергетических ресурсов.

Общезаводская норма учитывает все расходы тепловой энергии по предприятию: на производственные процессы, вспомогательные операции и нужды, связанные с расходованием тепловой энергии на выработку продукции, потери тепла и энергии во внутризаводских коммуникациях и оборудовании.

На предприятиях, выпускающих несколько видов продукции (спирт, двуокись углерода, кормовые дрожжи и др.), — общезаводские расходы тепловой энергии распределяются по видам вырабатываемой продукции, исходя из размера потребления тепловой энергии вспомогательными и подсобными цехами.

В общезаводскую норму расхода тепловой энергии включаются также расходы на вспомогательные сантехнические нужды: душевые, отопление мастерских, гаражей, складов, проходных и т.д.

В нормы расхода тепловой энергии и топлива на производство основной продукции не включаются следующие расходы: на строительство и капитальный ремонт зданий и сооружений; монтаж нового технологического оборудования; разогрев агрегатов и пуск их после монтажа и капитального ремонта; научно-исследовательские и экспериментальные работы, связанные с энергопотреблением; отпуск тепловой энергии на сторону; для поселков, столовых, клубов, яслей и т.д., потери топлива на складах; собственные нужды котельных. В норму расхода тепловой энергии и топлива не должны включаться также нерациональные затраты и потери, вызванные неоправданным нарушением технологического процесса, предусмотренного регламентом.

Правильная структура норм исключает возможность произвольного отнесения или списания тех или иных расходов тепловой энергии при составлении отчета о расходе энергоресурсов и топлива на производство и дает возможность сопоставлять между собой нормы расхода аналогичных производств.

Произвольное изменение установленной структуры не допускается. В основу нормирования расхода тепловой энергии положена структура норм, представляющая собой перечень всех статей расхода энергии.

На базе приведенной в инструкции методики на каждом предприятии разрабатываются нормы расхода тепловой энергии и топлива, учитывающие специфику данного предприятия.

Нормированию подлежит весь расход тепловой энергии по спиртовому предприятию, т.е. на основные (технологические) процессы и на вспомогательные нужды завода.

На предприятиях, потребление энергоресурсов которых составляет более 6 тыс. т условного топлива в год, независимо от форм собственности, проводятся обязательные энергетические обследования с целью оценки энергетической эффективности процессов основного и вспомогательных производств.

По завершению энергообследования составляется отчет, энергетический паспорт, энергетический баланс, рекомендации по повышению эффективности использования ТЭР и снижению потребления теплоэнергоресурсов.

По результатам энергообследования нормы расхода тепловой энергии и топлива могут быть скорректированы.

Суммарной единицей измерения отпущенной из котельной тепловой энергии служат гигакалории (1000000000 кал) (Гкал).

Единицей измерения основной продукции спиртового завода является декалитр спирта (дал); единицей измерения двуокиси углерода — тонна (т); единицей измерения выработанных сухих кормовых дрожжей — тонна (т).

II. МЕТОДИКА НОРМИРОВАНИЯ, СТРУКТУРА НОРМ УДЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ПРОИЗВОДСТВО СПИРТА, ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА, СУХИХ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ, ГЛУБИННОЙ КУЛЬТУРЫ ФЕРМЕНТОВ НА СПИРТЗАВОДАХ, ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗЕРНОВОЕ СЫРЬЕ

Методика определения норм расхода тепловой энергии и условного топлива на производство спирта, двуокиси углерода, сухих кормовых дрожжей и глубинной культуры ферментов, вырабатываемых для применения в спиртовом производстве, основана на использовании общетехнических расчетов, экспериментальных и отчетных данных, регламентированных зависимостях потребления тепла для обеспечения оптимальных режимов технологических процессов.

Исходными данными для определения плановых норм расхода тепловой энергии являются:

технологические регламенты на производство продукции, предполагаемый ассортимент сырья, используемых полуфабрикатов или отходов производства, производственная программа на планируемый период.

Удельный расход тепловой энергии на выработку спирта определяется выражением:

qсп = qр + qбру + qст.др.с. + qстер.об. + qх.х. +

• qо.в. + qс.тех. (1)

и исчисляется в тыс. кДж/дал или тыс. ккал/дал при этом для пересчета следует учитывать, что 1 ккал = 4,1868 кДж.

В формуле приняты обозначения:

qсп — суммарный удельный расход тепловой энергии на выработку спирта, кДж/дал (ккал/дал);

qр — удельный расход тепловой энергии на разваривание (тепловую обработку) зернового сырья, кДж/дал;

qбру — удельный расход тепловой энергии на брагоректификационную установку, кДж/дал;

qст.др.с. — удельный расход тепловой энергии на стерилизацию дрожжевого сусла, кДж/дал;

qстер.об. — удельный расход тепловой энергии на стерилизацию технологического оборудования, кДж/дал;

qх.х. — удельный расход тепловой энергии на холостой ход спиртового производства, кДж/дал;

qо.в. — удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию производственных помещений завода, кДж/дал;

qс.тех. — удельный расход тепловой энергии на сантехнические нужды (мойка оборудования, душевые, столовая и др.), кДж/дал.

Удельный расход топлива на выработку спирта зависит от теплотворной способности топлива и КПД котельной (нетто) и определяется по выражению:

\text{в}_{\text{сп}} = \frac{q_{\text{сп}} \cdot 100}{Q_{\text{н}} \cdot \eta_{\text{к}.\text{у}.\text{нетт}}} {}_{\text{о}},\text{кгтоплива}/\text{дал},(2)

где:

всп — удельный расход топлива на производство 1 дал спирта, кг;

Qн — низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг (ккал/кг);

\eta_{\text{к}.\text{у}.\text{нетто}} — коэффициент полезного действия, нетто котельной в %.

Удельный расход условного топлива составит:

• при выражении qсп в кДж/дал:

d_{\text{сп}} = \frac{q_{\text{сп}} \cdot 100}{29307,6 \cdot \eta_{\text{к}.\text{у}.\text{нетт}}} {}_{\text{о}},\text{кгу}.\text{т}./\text{дал}(3,)

• при выражении qсп в ккал/дал:

d_{\text{сп}} = \frac{q_{\text{сп}} \cdot 100}{700 \cdot \eta_{\text{к}.\text{у}.\text{нетт}}} {}_{\text{о}},\text{кгу}.\text{т}./\text{дал}(4.)

Методика расчета удельных расходов тепловой энергии по стадиям спиртового производства, выработки кормовых дрожжей, двуокиси углерода и примеры расчетов приведены в соответствующих разделах «Инструкции».

СТРУКТУРА НОРМ УДЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ (q) НА ПРОИЗВОДСТВО ПРОДУКЦИИ СПИРТОВЫХ ЗАВОДОВ

III. РАСХОД ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ПРОИЗВОДСТВО СПИРТА, ВЫРАБАТЫВАЕМОГО ИЗ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ

3.1. Расход тепловой энергии на разваривание зернового сырья

Расход тепловой энергии на разваривание крахмалистого сырья в спиртовом производстве определяется видом и качеством зернового сырья, его крахмалистостью, степенью подготовки к развариванию, качеством измельчения, необходимым соотношением воды, используемой при приготовлении замеса, температурными режимами и аппаратурной схемой, используемой для ведения процесса тепловой обработки.

Температурные режимы, степень измельчения зерна, соотношение воды для каждого завода определены технологическим регламентом.

Выхода спирта для различных видов зерна и схем производства определены нормативами выхода этилового спирта при производстве спирта из пищевого сырья (приведены в Сборнике нормативов для спиртовых и ликеро-водочных заводов СН 10-12446-99).

Общее потребное количество тепла на разваривание определяется по формуле:

Qр = {[Gз х Сз + (Gвз + Gквп) х Св] (tр — tзм) — Qвп} х х кпот, (11)

где:

Qр — количество тепла, потребное для разваривания, кДж;

Qвп — количество тепла, внесенное с электропаром, использованным для подогрева замеса, кДж/кг х град.;

Gз — масса перерабатываемого зерна, кг;

Gвз — масса воды, использованной для приготовления замеса, кг;

Gквп — масса конденсата вторичного пара, использованного для подогрева замеса, кг;

Сз — теплоемкость зерна, кДж/кг х град.;

Св — теплоемкость воды, кДж/кг х град.;

tр — температура разваренной массы на входе в паросепаратор, °С;

tзм — температура замеса в смесителе, °С;

кпот — коэффициент, учитывающий потери тепла на стадии разваривания. Принимается исходя из состояния изоляции аппаратов, трубопроводов и т.п., к = 1,03 — 1,05.

Масса перерабатываемого зерна определяется:

G_{\text{з}} = \frac{V_{\text{сп}} \cdot 100}{\text{Д } \cdot \text{в}_{\text{з}}} ,(12)

где:

Vсп — расчетное количество спирта, дал;

Д — крахмалистость зерна, %;

вз — нормативный выход спирта из тонны крахмала с учетом надбавок, дал/т.

Теплоемкость зернового сырья определяется с учетом его влажности:

\text{С}_{\text{з}} = \text{с}_{\text{сух}} \cdot \frac{100 - W}{100} + \frac{W}{100} ,(13)

где:

ссух — теплоемкость сухого вещества, кДж/кг х град.;

W — влажность зерна, %.

Масса конденсата вторичного пара равна количеству вторичного пара, использованного для подогрева замеса. В линиях механико-ферментативной обработки используется весь вторичный пар, в агрегатах колонного типа объемы его использования зависят от температуры замеса в предразварнике, характеристики используемых для разжижения ферментов.

Температуры разваривания (tр) и замеса (tзм) принимаются по технологическому регламенту конкретного завода исходя из вида, качества зерна, степени его измельчения.

Тепло вторичного пара, использованного на подогрев замеса в предразварнике или в аппаратах гидроферментативной обработки, определяется по расчетной формуле:

Qвп = Gвп х (Iвп — iзм), (14)

где:

Gвп — масса вторичного пара, использованного для подогрева замеса, кг;

Iвп — теплосодержание вторичного пара, кДж/кг.

Определяется по таблицам параметров насыщенного пара в зависимости от давления в паросепараторе;

iзм — теплосодержание замеса в предразварнике или в аппаратах гидроферментативной обработки, куда вводится вторичный пар, кДж/кг.

Использование вторичного пара на подогрев замеса существенно снижает потребление тепловой энергии на разваривание.

На рис. 1 (не приводится) приведены графические зависимости расчетной потребности тепловой энергии на разваривание зернового сырья с различными объемами использования вторичного пара на подогрев замеса.

При условии полного использования вторичного пара возможно снизить расход тепловой энергии на разваривание для колонных агрегатов до уровня расходов тепла на линии механико-ферментативной обработки крахмалистого сырья.

3.2. Расход тепловой энергии на брагоректификационной установке

Тепловой расчет брагоректификационной установки выполняется по теплопотребляющим аппаратам. Например, БРУ косвенно-прямоточного действия состоит из 3-х колонн:

• брагоэпюрационной,
• эпюрационной,
• ректификационной.

3.2.1. Расчет брагоэпюрационной колонны

Вводится тепло с бражкой и свежим паром.

Тепло бражки:

QБ= Б х СБ х tБ,

где:

Б — количество бражки, кг;

СБ — теплоемкость бражки, кДж/кг х град.;

tБ — температура бражки на входе в колонну, °С.

Тепло свежего пара:

QрБ = РБ х iрБ х к,

где:

РБ — количество свежего пара, подаваемого в колонну, кг;

iрБ — теплосодержание пара, кДж/кг;

к — коэффициент, учитывающий потери тепловой энергии в долях единицы.

Из колонны отводится тепло.

Тепло эпюрированного пара:

Qэп = Gэп х iэп,

где:

Gэп — количество эпюрированного пара, выводимого из колонны, кг.

Определяется по регламенту;

iэп — теплосодержание эпюрированного пара, кДж/кг.

Определяется по таблицам.

Тепло пара бражного дистиллята:

QБд = GБд х iБд,

где:

GБд — количество отводимого пара бражного дистиллята, кг;

iБд — теплосодержание пара бражного дистиллята, кДж/кг.

Тепло барды:

Qб = Gб х Сб х tб,

где:

Gб — количество отводимой барды, кг;

Сб — удельная теплоемкость барды, кДж/кг х град.;

tб — температура барды, °С.

Тепло конденсата греющего пара:

Qкр = Р х iр,

где:

Р — количество греющего пара, кг;

iр — теплосодержание конденсата пара, кДж/кг.

Уравнение теплового баланса:

QБ + Qр = Qэп + QБд + Qб + Qр. (15)

3.2.2. Расчет эпюрационной колонны

Вводится тепло с бражным дистиллятом, эпюрированным паром и флегмой.

Тепло бражного дистиллята:

QБд = GБд х iБд,

где:

QБд — количество бражного дистиллята, кг;

iБд — теплосодержание бражного дистиллята, кДж/кг.

Тепло эпюрированного пара:

Qэп = Gэп х iэп

определяется по данным расчета брагоэпюрационной колонны.

Тепло флегмы:

QF' = GF х iF,

где:

GF — количество флегмы, кг.

Определяется по регламенту;

iF — теплосодержание флегмы, кДж/кг.

Определяется по таблицам.

Из колонны отводится тепло с парами на дефлегматор, с эпюратом.

Тепло водно-спиртовых паров, отводимых на дефлегматор:

QF = PF х iF,

где:

РF — количество паров, отводимых с колонны на дефлегматор, кг.

Определяется по регламенту;

iF — теплосодержание водно-спиртовых паров, кДж/кг.

Определяется по таблицам.

Тепло эпюрата:

Qэ = Gэ х iэ,

где:

Gэ — количество эпюрата, кг.

Определяется по регламенту;

iэ — теплосодержание эпюрата, кДж/кг.

Определяется по таблицам.

Уравнение теплового баланса:

QБд + Qэр + QF' = QF + Qэ. (16)

3.2.3. Расчет ректификационной колонны

В колонну вводится тепло с эпюратом, флегмой, свежим греющим паром.

Тепло эпюрата Qэ принимается по расчету эпюрационной колонны.

Тепло флегмы:

QFр = GFр х iFр,

где:

GFр — количество флегмы, кг.

Определяется по регламенту;

iFр — теплосодержание флегмы, кДж/кг.

Определяется по таблицам.

Тепло свежего греющего пара:

Qрр = Ррр х iр х кр,

где:

Ррр — количество свежего греющего пара, кг;

iр — теплосодержание греющего пара, кДж/кг;

кр — коэффициент, учитывающий потери тепла в долях единицы.

Из колонны отводится тепло с парами, поступающими на дефлегматор, спиртом, парами сивушного масла, лютерной водой, конденсатом греющего пара.

Тепло паров, отводимых на дефлегматор:

QFр = РFр х iFр,

где:

РFр — количество паров, поступающих с колонны на дефлегматор, кг.

Определяется по регламенту;

iFр — теплосодержание паров, отводимых на дефлегматор, кДж/кг.

Определяется по таблицам.

Тепло, отводимое со спиртом:

Qсп = Др х iсп,

где:

Др — количество спирта ректификата, отводимого с колонны, кг;

iсп — теплосодержание спирта, кДж/кг.

Определяется по таблицам.

Тепло паров сивушного масла:

Qсм = Gсм х iсм,

где:

Gсм — количество паров сивушного масла, кг.

Определяется по регламенту;

iсм — теплосодержание паров сивушного масла, кДж/кг.

Определяется по таблицам.

Тепло лютерной воды:

Qл = Л х iл,

где:

Л — количество лютерной воды, кг;

iл — теплосодержание лютерной воды, кДж/кг.

Тепло конденсата греющего пара:

Qкр = Рр х iр,

где:

Рр — количество греющего пара, подаваемого в выносной кипятильник ректификационной колонны, кг;

iр — теплосодержание конденсата, кДж/кг.

Уравнение теплового баланса:

Qэ + QFр + Qрр = QFр + Qсп + Qсм + Qл + Qкр. (17)

3.3. Расход тепловой энергии на стерилизацию дрожжевого сусла

При стерилизации дрожжевого сусла тепловая энергия затрачивается на нагрев дрожжевого сусла, отбираемого в дрожжанки из осахаривателя, до температуры стерилизации.

Qст.др.с. = Gдр.с. х ссус. х (tст.сус. — tсус.н.) х к.

Поскольку объемы сусла, отбираемого на приготовление дрожжей, задаются в долях от общего количества сусла (обычно 8%), то:

Gдр.с. = 0,08 х Gсус..

Удельный расход тепловой энергии на стерилизацию дрожжевого сусла (qст.др.с.) определяется выражением:

q_{\text{ст}.\text{др}.\text{с}.} = \frac{0,08 \cdot G_{\text{сус}.} \cdot \text{с}_{\text{сус}.} \cdot (t_{\text{ст}.\text{сус}.} - t_{\text{сус}.\text{н}.}) \cdot \text{к}}{V_{\text{сп}}} ,(18)

где:

0,08 — характеризует количество сусла, отбираемого на дрожжи, (по типовому регламенту 8%). При изменении величины объемов сусла на дрожжи, соответственно изменяется и коэффициент 0,06 — 0,1;

Gсус. — количество сусла на выходе из осахаривателя, производимого за определенное время, кг. Принимается по регламенту за час, смену, сутки;

ссус. — удельная теплоемкость сусла, кДж/кг х град.

Для зернового сусла принимают ссус. = 3,6 — 3,9 кДж/кг х град.;

tст.сус., tсус.н. — температура стерилизации и начальная температура сусла, °С;

кст.сус. — коэффициент, учитывающий потери тепла в период стерилизации дрожжевого сусла, зависит от объемов дрожжанок, состояния их изоляции.

Принимают кст.сус. = 1,04 — 1,06;

Vсп — объем спирта, производимого с использованием учитываемого количества дрожжевого сусла в определенное время, дал/(час, смена, сутки).

3.4. Расход тепловой энергии на стерилизацию технологического оборудования

Расход тепловой энергии на стерилизацию технологического оборудования (Qст.об.) определяется по формуле:

Qст.об. = Gст.об. х смат. х (tст. — tн.) х кст., (19)

где:

Gст.об. — масса стерилизуемого оборудования (бродильные аппараты, дрожжанки, трубопроводы), кг;

Gст.об. = Gбр.ап. + Gдрож.об. + Gкоммун.;

смат. — удельная теплоемкость материала стерилизуемого оборудования, для стали смат. = 0,481 кДж/кг х град.;

tст., tн. — температуры материала оборудования при стерилизации и до начала стерилизации, °С.

Принимают tст. = 98 — 100 °С, tн. = 15 — 18 °С;

кст. — коэффициент, учитывающий потери тепла при стерилизации.

Для бродильных аппаратов принимают кст. = 1,1 — 1,15.

При ритмичной работе завода в сутки стерилизуют 3 бродильных аппарата, массу стерилизуемых дрожжанок и коммуникаций принимают в размере 50% от массы стерилизуемых бродильных аппаратов.

Таким образом в расчете тепла на стерилизацию на сутки формула (19) приобретает вид:

Qст.об. = 3 х 1,5 х G1бр.ап. х смат. х (tст. — tн.) х 1,11 =

= 5 х G1бр.ап. х смат. х (tст. — tн.), (20)

где G1бр.ап. — масса одного бродильного аппарата, кг.

Удельный расход тепловой энергии на стерилизацию оборудования, соответственно, будет рассчитываться по формуле:

q_{\text{ст}.\text{об}.} = \frac{5 \times G_{1\text{бр}.\text{ап}.} \times 0,481 \times (100 - 15)}{V_{\text{сп}.\text{сутки}}} = \frac{204,4 \times G_{1\text{бр}.\text{ап}.}}{V_{\text{сп}.\text{сутки}}} ,\text{кДж}/\text{дал},(21)

где Vсп.сутки — суточная производительность спиртового производства, дал/сутки.

3.5. Расход тепловой энергии на холостой ход завода

Вынужденные остановки, сбои в работе оборудования, простои производства приводят к значительным непроизводственным потерям тепловой энергии, в том числе потери в окружающую среду теплоиспользующего оборудования и трубопроводов, прямые потери пара, конденсата и т.п.

Для практических расчетов потерь тепловой энергии на холостой ход могут быть использованы усредненные значения обобщенных данных потерь тепла при остановках завода.

Таблица 3.1

ПОТЕРИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ, СВЯЗАННЫЕ С НЕПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫМИ ОСТАНОВКАМИ СПИРТОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Удельный расход тепловой энергии на холостой ход (qх.х.) рассчитывается исходя из количества и длительности простоев в определенное время, например, за месяц, квартал и т.п.:

q_{\text{х}.\text{х}.} = \frac{Q_{\text{х}.\text{х}.\text{сут}.} \times n_{\text{пр}}}{V_{\text{сп}.} \times n_{\text{раб}.}} ,\text{кДж}/\text{дал},(22)

где:

Qх.х.сут. — значения потерь тепловой энергии на холостой ход, при простое производства длительностью сутки, Гкал/сут.;

nпр — число дней простоя производства за определенный период времени (месяц, квартал и т.п.), сутки;

Vсп. — суточная производительность завода по спирту, дал/сутки;

nраб. — число дней работы завода в расчетный период времени, сутки.

3.6. Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию производственных помещений спиртового производства

Расход тепла на отопление и вентиляцию производственных помещений за определенный период времени определяется выражением:

Q_{\text{о}.\text{в}.} = k_{\text{от}.\text{сп}} \times (q_{\text{т}.\text{х}.} \times V_{\text{зд}}) \times (t_{\text{вн}.} - t_{\text{н}}) \times \tau_{\text{вр}},\text{кДж}/(\text{час},\text{сутки и т}.\text{д}.),(23)

где:

kот.сп — коэффициент, учитывающий тепло, выделяемое оборудованием. Для помещений спиртового производства kот.сп = 0,45 — 0,55;

qт.х. — удельная тепловая характеристика здания спиртового производства, кДж/куб. м х ч х град.;

Vзд — объем помещений цеха, куб. м;

tвн., tн — температуры внутри и снаружи здания, °С;

\tau_{\text{вр}} — расчетное время отопления, час, сутки и т.д.

Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию при производстве спирта:

q = \frac{k_{\text{от}.\text{сп}} \times (q_{\text{т}.\text{х}.} \times V_{\text{зд}}) \times (t_{\text{вн}.} - t_{\text{н}}) \times \tau_{\text{вр}}}{V_{\text{сп}.\text{расч}.\text{вр}.}} ,\text{кДж}/\text{дал},(24)

где Vсп.расч.вр. — объем производства спирта в расчетный период времени, дал.

3.7. Расход тепловой энергии на сантехнические нужды

Для мойки оборудования, полов, душевых, мойки посуды используется теплая вода. В основном на эти цели идет дефлегматорная, которая в необходимых случаях подогревается.

Расход теплой воды и, соответственно, количество тепловой энергии на сантехнические нужды в реальных условиях завода учесть трудно, и поэтому возможно использовать обобщенные результаты обследований и статистической обработки данных, собранных по ряду заводов.

Принимают удельный расход тепловой энергии на сантехнические нужды в значениях, приведенных в таблице 3.2.

Таблица 3.2

РАСХОД ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА САНТЕХНИЧЕСКИЕ НУЖДЫ

3.8. Пример расчета продуктов и тепловой энергии для схемы производства спирта при механико-ферментативной обработке зернового сырья с использованием ферментных препаратов Амилосубтилин Г3х, Глюкаваморин Г3х

3.8.1 Исходные данные:

• производительность по условному спирту-сырцу — 1000 дал;
• очищенное от примесей сырье: пшеница крахмалистостью 52,3% с массовой долей влаги 14,5%;
• степень измельчения пшеницы: не менее 80 — 85% прохода частиц через сито 1 мм, остаток на сите 3 мм отсутствует;
• используются ферментные препараты:

Амилосубтилин Г3х (амилолитическая активность АС 1000 ед./г, расход по АС — 2 ед./г условного крахмала);

Глюкаваморин Г3х (глюкоамилазная активность — ГлС 330 ед./г, расход по ГлС — 6,2 ед./г условного крахмала);

• температура замеса в смесителе — 51 °С;
• температура в аппарате гидроферментативной обработки первой ступени (АГФО-I) — 70 °С;
• температура в аппарате ферментативной обработки второй ступени (АФО-II) — 95 °С;
• температура стерилизации — 105 °С.

Выход спирта на 1 т условного крахмала пшеницы:

65,7 + 0,7 = 66,4 дал,

где:

65,7 — нормативный выход спирта из 1 т условного крахмала пшеницы при непрерывной схеме, дал;

0,7 — надбавка к выходу спирта из 1 т переработанного крахмала при замене солода ферментными препаратами, дал.

3.8.2. Расчет полупродуктов

Расход сырья:

Общий расход крахмала для получения 1000 дал спирта:

                      1000 х 1000

----------- = 15060 кг, 66,4

где 66,4 — нормативный выход из 1 т условного крахмала пшеницы, дал.

Расход пшеницы для получения 1000 дал спирта:

                      15060 х 100

----------- = 28796 кг, 52,3

где 52,3 — условная крахмалистость пшеницы, %.

Приготовление замеса.

Принимаем гидромодуль смеси, равный 3.

Расход теплой воды, поступающей на приготовление замеса в смеситель:

28796 х 3,0 = 86388 кг.

При приготовлении замеса используется отработанная теплая вода от дефлегматоров, температура замеса 50 — 55 °С.

Расход ферментного препарата Амилосубтилин Г3х для разжижения замеса в смесителе — 30 кг, при разбавлении водой 350 кг.

Общее количество замеса: 28796 + 86388 + 350 = 115534 кг.

Сухих веществ в замесе содержится:

            (28796 х 0,855 + 30 х 0,92) х 100

--------------------------------- = 21,37%, 115534

где:

0,92 — содержание сухих веществ в Амилосубтилине Г3х в долях единицы;

0,855 — содержание сухих веществ в пшенице в долях единицы.

Теплоемкость замеса:

сзам = сс.в. х 0,213 + своды х 0,787 =

= 1,5 х 0,2137 + 4,2 х 0,7863 = 3,62 кДж/кг х град.,

где:

сс.в. — удельная теплоемкость сухого вещества зерна;

для крахмала сс.в. = 1,5 кДж/кг х град.;

своды — удельная теплоемкость воды, равная 4,2 кДж/кг х град.

Ферментативная обработка (I-ая ступень)

Расход греющего пара давлением 0,6 МПа для нагрева замеса в контактной головке перед аппаратом ферментативной обработки I ступени от температуры 51 до 70 °С:

           115534 х 3,62 х (70 - 51) х 1,04

-------------------------------- = 3344,6 кг, 2764 — 293,1

где:

2764 — теплосодержание пара при давлении 0,6 МПа, кДж/кг;

293,1 — теплосодержание конденсата пара при температуре 70 °С, кДж/кг.

Количество массы, выходящей из аппарата ферментативной обработки I ступени:

115534 + 3344,6 = 118878,6 кг.

Ферментативно-тепловая обработка (II-ая ступень)

Расход греющего пара давлением 0,6 МПа на нагрев крахмалистой массы в аппарате ферментативной обработки II ступени от температуры 70 до 95 °С:

          118878,6 х 3,62 х (95 - 70) х 1,04

---------------------------------- = 4728,4 кг, 2764 — 397,7

где 397,7 — теплосодержание конденсата пара при температуре 95 °С, кДж/кг.

Количество массы, выходящей из аппарата ферментативной обработки II ступени:

118878,6 + 4728,4 = 123607 кг.

Расход греющего пара давлением 0,6 МПа, поступающего для стерилизации массы, при температуре 105 °С:

            123607 х 3,62 х (105 - 95) х 1,04

--------------------------------- = 2002 кг, 2764 — 439,6

где 439,6 — теплосодержание конденсата пара при температуре 105 °С, кДж/кг.

Количество стерилизованной массы, выходящей из трубчатого стерилизатора и поступающей в паросепаратор:

123607 + 2002 = 125609 кг.

Общий расход греющего пара на стадии разваривания:

3344,6 + 4728,4 + 2002 = 10074 кг.

Удельный расход пара составляет 10,1 кг/дал.

Удельный расход тепловой энергии на разваривание составляет qр = 24106,8 кДж на дал спирта или 5757,8 ккал/дал.

Вакуумохлаждение крахмалистой массы до температуры осахаривания

Количество вторичного пара, образующегося в испарителе-осахаривателе при перепаде температуры со 105 до 58 °С:

               125609 х 3,62 х (105 - 58)

-------------------------- = 8201 кг, 2605,9

где 2605,9 — теплосодержание пара при 58 °С, кДж/кг.

Расход воды на конденсатор, кг:

              8201 х (2605,9 - 4,2 х 40)

-------------------------- = 238012 кг, 4,2 х (40 — 20)

где 40 и 20 — температуры отходящей и поступающей воды на конденсатор, соответственно, °С.

Количество массы в испарителе-осахаривателе:

125609 — 8201 = 117408 кг.

Осахаривание крахмалистой массы

Расход ферментного препарата для осахаривания крахмалистой массы в испарителе-осахаривателе — 283 кг.

Ферментный препарат Глюкаваморин Г3х перед применением разводится питьевой водой до объема 3000 л.

Всего в испаритель-осахариватель поступает крахмалистой массы и суспензии Глюкаваморина Г3х:

117408 + 3000 = 120408 кг.

На приготовление производственных дрожжей из испарителя-осахаривателя отбирается 8% сусла, что составляет:

120408 х 0,08 = 9632,6 кг.

Количество сусла с температурой 58 °С, поступающего в теплообменник на охлаждение до температуры складки, составит:

120408 — 9632,6 = 110775,4 кг.

Сбраживание сусла

В бродильное отделение поступает:

сусло, охлажденное до температуры складки (24 °С), — 110775,4 кг;

производственные дрожжи — 9632,6 кг.

Всего в бродильное отделение поступит (с учетом промывных вод 2,5% по массе продукта) 123418,2 кг.

Выход газов брожения (CO2) составит:

7893 х 0,955 = 7537,8 кг,

где:

7893 — масса 1000 дал безводного спирта, кг;

0,955 — выход диоксида углерода по отношению к безводному спирту, кг.

Зрелая бражка

Выход зрелой бражки составит:

123418,2 — 7537,8 = 115880,4 кг.

С учетом водно-спиртовой жидкости из спиртоловушки (3,5% по массе продукта) количество зрелой бражки составит:

115880,4 + 115880,4 х 0,035 = 119936,2 кг.

Объем зрелой бражки при плотности 1,0126 кг/л:

                      119936,2

-------- = 118443,8 л. 1,0126

Потери спирта с бардой составляют 0,015% или 0,2% по спирту.

Всего спирта в бражке с учетом потерь будет 1002 дал:

1002 х 7,8927 = 7908,5 кг.

Концентрация спирта в зрелой бражке с учетом максимальных потерь:

                  1002 х 10 х 100

--------------- = 8,46% (об.). 118443,8

Всего бражки поступит на брагоректификацию с учетом разбавления ее водой при заполаскивании бродильных аппаратов (0,5% по массе продукта) 120535,9 кг.

3.8.3. Тепловой расчет брагоректификационной установки

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ БРАГОЭПЮРАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

QБ + Qр = Qэп + QБд + Qб + Qр.

Следовательно:

2656 х Р — 481 х Р = (19,9 + 41,4 + 41,2 — 44,056) х 103.

Потребное количество греющего пара:

P_{\text{б}} = \frac{(21672 + 41363,3 + 41198,7 - 44056) \times 10^{3}}{2656 - 481} = 27668\text{кг}.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭПЮРАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Тепловая нагрузка на дефлегматор и конденсатор:

Qд = (7864,6 + 21672) х 103 — 11903,8 х 103 =

= 17632,8 х 103, кДж.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Расход пара на ректификационную колонну:

Общий расход пара на брагоректификационную установку в расчете на 1000 дал спирта:

27668 + 21207,4 = 48875,4 кг или 48,9 кг пара на дал спирта.

Удельный расход тепловой энергии на брагоректификационную установку составляет qбру = 111675,4 кДж/дал или 26673,2 ккал/дал.

3.8.4. Расход тепловой энергии на стерилизацию дрожжевого сусла

Удельный расход тепловой энергии на стерилизацию дрожжевого сусла определяется по формуле № 18:

q_{\text{ст}.\text{др}.\text{с}.} = \frac{0,08 \times G_{\text{сус}.} \times c_{\text{сус}.} \times (t_{\text{ст}.\text{сус}.} - t_{\text{сус}.\text{н}}) \times k}{V_{\text{сп}}} ,\text{кДж}/\text{дал},

где:

Gсус. — количество сусла, по продуктивному расчету (раздел 3.8.2)120408 кг;

ссус. — удельная теплоемкость сусла 3,62 кДж/кг х град.;

tст.сус. — температура стерилизации сусла, принимается по регламенту 85 °С;

tсус.н. — температура сусла начальная, принимается по регламенту 58 °С;

Vсп — объем спирта, производимого из расчетного количества сусла, 1000 дал.

q_{\text{ст}.\text{др}.\text{с}.} = \frac{0,08 \times 120408 \times 3,62 \times (85 - 58) \times 1,05}{1000} = 988,6\text{кДж}/\text{дал},

или 236,1 ккал/дал спирта.

3.8.5. Расход тепловой энергии на стерилизацию технологического оборудования

Удельный расход тепловой энергии на стерилизацию технологического оборудования определяется по формуле № 21:

q_{\text{ст}.\text{об}.} = \frac{5 \times G_{1\text{бр}.\text{ап}.} \times c_{\text{мат}.} \times (t_{\text{ст}.} - t_{\text{н}.})}{V_{\text{сп}}} ,\text{кДж}/\text{дал},

где:

G1бр.ап. — масса одного бродильного аппарата для линии производительностью 1000 дал спирта в сутки, принимаем 5000 кг;

смат. — удельная теплоемкость материала бродильного оборудования, 0,481 кДж/кг х град.;

tст. — температура аппаратов при стерилизации, 100 °С;

tн. — температура аппаратов до стерилизации, 15 °С;

Vсп — объем спирта, производимого за расчетное время (сутки), 1000 дал.

q_{\text{ст}.\text{об}.} = \frac{5 \times 5000 \times 0,481 \times (100 - 15)}{1000} = 1022,1\text{кДж}/\text{дал или }244,1\text{ккал}/\text{дал}.

Технологическая норма удельного расхода тепловой энергии на производство спирта составит:

qтех.сп. = qр + qбру + qст.др.с. + qст.об. =

29241,1 + 111675,4 + 988,6 + 1022,1 =

= 142927,2 кДж/дал или 34137,6 ккал/дал.

3.8.6. Расход тепловой энергии на холостой ход завода

Согласно обобщенным данным, приведенным в таблице 3.1, потери тепловой энергии на холостой ход составляют за сутки для завода производительностью 1000 дал спирта 7,5 — 8,0 Гкал. Предположительно, возможна одна вынужденная остановка завода длительностью сутки в течение месяца.

В этом случае удельный расход тепловой энергии на холостой ход по формуле (22) составит:

q_{\text{х}.\text{х}.} = \frac{Q_{\text{х}.\text{х}.\text{сут}.} \times n_{\text{пр}.}}{V_{\text{сп}} \times n_{\text{раб}.}} = \frac{8 \times 10^{6} \times 1}{1000 \times 29} = 275,9\text{ккал}/\text{дал или}1155,1\text{кДж}/\text{дал}.

3.8.7. Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию производственных помещений

Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию производственных помещений определяется по формуле № 24:

q_{\text{ов}.\text{сп}.} = \frac{\text{к}_{\text{от}.\text{сп}.} \times (q_{\text{т}.\text{х}.} \times V_{\text{зд}.}) \times (t_{\text{вн}.} - t_{\text{н}.}) \times \tau_{\text{вр}.}}{V_{\text{сп}.\text{расч}.\text{вр}.}} ,\text{кДж}/\text{дал},

где:

кот.сп. — коэффициент, учитывающий тепло, выделяемое оборудованием;

qт.х. — удельная тепловая характеристика здания спиртового производства, 4,6 кДж/куб. м х ч х град.;

Vзд. — объем помещений спиртового производства. Для завода 1000 дал спирта в сутки, ориентировочно, Vзд. = 10000 куб. м;

tвн. — температура внутри помещения, 18 °С;

tн. — температура снаружи здания, 5 °С;

Vсп.расч.вр. — объем произведенного спирта в расчетное время (сутки) 1000 дал;

\tau_{\text{вр}.} — расчетное время отопления, 24 часа.

q_{\text{ов}.\text{сп}.} = \frac{0,5 \times 4,6 \times 10000 \times (18 - 5) \times 24}{1000} = 7176\text{кДж}/\text{дал или}1714\text{ккал}/\text{дал}.

3.8.8. Расход тепловой энергии на сантехнические нужды

Исходя из обобщенных данных обследования ряда заводов, в соответствии с рекомендациями раздела 3.7 принимаем удельный расход тепловой энергии на сантехнические нужды спиртового производства:

qс.тех. = 170 кДж/дал или 40,6 ккал/дал.

Общезаводская расчетная норма удельного расхода тепловой энергии на производство этилового спирта из зернового сырья составляет:

qсп = qтех.сп. + qх.х. + qов.сп. + qс.тех. =

= 42928 + 1155 + 7176 + 170 =

= 151429 кДж/дал или 36168,2 ккал/дал.

В расчете на 1000 дал спирта расход тепловой энергии на производство спирта составляет 36,17 Гкал.

IV. РАСХОД ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ТОПЛИВА НА ВЫРАБОТКУ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ, ВЫРАЩИВАЕМЫХ НА ПОСЛЕСПИРТОВОЙ БАРДЕ

Расход тепла на выработку кормовых дрожжей складывается из затрат тепла:

• на подогрев и стерилизацию дрожжевой суспензии;
• на сушку дрожжевой суспензии;
• стерилизацию оборудования и коммуникаций;
• отопление и вентиляцию цеха кормовых дрожжей.

Qс.к.др. = Qст.др.сусп. + Qр.суш. + Qстер.об. + Qо.в.. (25)

4.1. Расход тепловой энергии на стерилизацию дрожжевой суспензии

При использовании для подогрева дрожжевой суспензии до температуры стерилизации тепла барды дополнительное тепло не используется, поэтому принимается Qст.др.сусп. = 0.

4.2. Расход тепловой энергии на сушку суспензии кормовых дрожжей в распылительной сушилке смесью топочных газов с воздухом

Q_{\text{р}.\text{суш }.} = \frac{2679 \times G_{W} \times 100 \times 100}{\eta_{\text{т}} \times \eta_{\text{р}.\text{суш }.}} , \frac{\text{кДж}}{(\text{час},\text{сутки и т}.\text{д}.)} ,(26)

где:

GW — количество влаги, испаряемой из дрожжевой суспензии за определенный промежуток времени (час, сутки и т.д.), кг;

\eta_{\text{т}},\eta_{\text{р}.\text{суш }.} — к.п.д. соответственно топки и распылительной сушилки в %.

Определяется к.п.д. по данным, указанным в проектной документации;

2679 — количество тепловой энергии, необходимой для испарения из дрожжевой суспензии в распылительной сушилке 1 кг влаги, кДж/кг.

Количество испаренной влаги зависит от содержания сухих веществ в дрожжевой суспензии, поступающей в сушилку, и влажности конечного продукта.

Gw = Gдр.сусп. — Gс.к.др. или

G_{W} = G_{\text{с}.\text{к}.\text{др}.} \times (\frac{W_{1} - W_{2}}{100 - W_{1}} ,\text{кг},(27)

где:

Gw — количество испаренной влаги, кг;

Gдр.сусп. — количество использованной дрожжевой суспензии, кг;

Gс.к.др. — количество полученных сухих кормовых дрожжей, кг;

W1 — содержание влаги в дрожжевой суспензии, поступающей на сушилку, в %;

W2 — влажность сухих кормовых дрожжей в %.

Коэффициент полезного действия в % топки и распылительной сушилки определяется по выражениям:

\eta_{\text{р}.\text{суш }.} = 100 - 1,05 \times (q_{2} + q_{5});(28)

\eta_{\text{т}} = 100 - (q_{3} + q_{4} + q_{5}),(29)

где:

q2 — потери тепла в % с уходящими газами распылительной сушилки. Определяются по объемам газов, образующихся при сгорании топлива, паров

влаги, их теплоемкости, температуры отходящих газов;

q3 — потери в топке от химической неполноты сгорания топлива. По результатам обследования заводов q3 = 0,5 — 0,6%;

q4 — потери в топке от механической неполноты сгорания топлива. Возможно принять для природного газа и мазута q4 = 0,3 — 0,6%;

q5 — потери тепла сушилкой в окружающую среду. Зависят от состояния изоляции, температуры окружающей среды.

q_{5} = (Q_{5}/Q_{\text{р}.\text{суш }.}) = \frac{F_{\text{р}.\text{суш }.} \times \text{к} \times (t_{\text{суш }.} - t_{\text{н}.})}{Q_{\text{р}.\text{суш }.}} ,(30)

где:

Fр.суш. — поверхность распылительной сушилки, кв. м;

к — коэффициент теплоотдачи в окружающую среду, ккал/кв. м х ч х град.;

tсуш. и tн. — температуры в сушилке и наружного воздуха, °С.

При установке распылительной сушилки на открытом воздухе обычно q5 = 8 — 11%.

1,05 — расчетный коэффициент, характеризующий неравномерность нагрузки на сушилку, изменение температуры в сушильной камере.

Потери тепла с отходящими газами определяются по формуле:

q_{2} = (Q_{\text{отх}.\text{г}.}/Q_{\text{н}.}^{\text{т}}) \times 100,

где:

Qотх.г. — тепло, отводимое с отходящими газами, без учета тепла водяных паров, кДж/кг;

Q_{\text{н}.}^{\text{т}} — теплотворная способность сжигаемого топлива, кДж/кг.

Количество тепла с отходящими газами:

Q_{\text{отх}.\text{г}.} = \text{к} \times \alpha \times V_{\text{о}}^{\text{в}} \times \text{с}_{\text{отх}.\text{г}.} \times (t_{\text{отх}.} - t_{\text{н}.}),(31)

где:

V_{\text{о}}^{\text{в}} — теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива, куб. м/кг;

к — коэффициент избыточного количества воздуха, подаваемого для разбавления газов горения и обеспечения заданной температуры газов на входе в сушильную камеру, принимается к = 3,0 — 4,5;

сотх.г. — удельная теплоемкость отходящих газов, кДж/куб. м х град.;

tотх. — температура отходящих после сушилки газов, °С;

tн. — температура воздуха, подаваемого на разбавление, и на входе в топку, °С.

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива:

{}_{V_{\text{о}} = [0,0889 \times (\text{С } + 0,375 \times S) + 0,265 \times \text{Н } - 0,33 \times \text{О }] \times}^{\text{в р р р р}}(_{1 -}{_{q_{4}/100}})_{,(32)}

где Cр, Sр, Hр, Oр — элементарный состав горючей массы используемого топлива в %.

4.3. Расход тепловой энергии на стерилизацию оборудования и коммуникаций

Расход тепла на стерилизацию оборудования и коммуникаций определяется массой оборудования и коммуникаций, количеством проводимых стерилизаций в определенный промежуток времени.

Qстер.об = n х (Gоб + Gком) х смет х

х (tст — tобн) х кпот, (33)

где:

n — число стерилизаций в расчетный период;

Gоб, Gком — масса стерилизуемого оборудования и коммуникаций, кг;

смет — теплоемкость металла оборудования, кДж/кг х град. Для стали смет = 0,4815 кДж/кг.

tст — температура стенок и внутренних устройств оборудования при стерилизации, °С. Обычно принимают tст = 95 — 105 °С;

tобн — температура оборудования до стерилизации, °С;

кпот — коэффициент, учитывающий потери тепла при стерилизации оборудования. Зависит от качества изоляции оборудования, температуры окружающей среды, потерь пара через люки, дренажный слив и т.п., кпот = 1,07 — 1,12.

4.4. Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию помещений цеха кормовых дрожжей

Расход тепла на отопление и вентиляцию производственных помещений цеха кормовых дрожжей определяется выражением:

Q_{\text{о}.\text{в}.} = k_{\text{от}} \times (q_{\text{т}.\text{х}.} \times V_{\text{зд}}) \times (t_{\text{вн}.} - t_{\text{н}.}) \times \tau_{\text{вр}},\text{кДж}/(\text{час},\text{сутки и т}.\text{д}.),(34)

где:

kот — коэффициент, учитывающий тепло, выделяемое оборудованием. Для условий дрожжевого цеха kот = 0,5 — 0,6;

qт.х. — удельная тепловая характеристика здания. Для средних условий расположения цехов кормовых дрожжей и конструкции зданий qт.х. = 4,6 — 4,8 кДж/куб. м х ч х град.;

Vзд — объем здания цеха, куб. м;

tвн., tн. — температура внутри и снаружи здания цеха, °С;

\tau_{\text{вр}} — расчетное время отопления в часах.

Удельный расход тепловой энергии на производство кормовых дрожжей складывается из суммы удельных расходов тепла по элементам затрат на:

• подогрев и стерилизацию дрожжевой суспензии (если такие затраты имеются);
• на сушку дрожжевой суспензии;
• стерилизацию оборудования и коммуникаций;
• отопление и вентиляцию цеха кормовых дрожжей;
• на мазутное хозяйство:

qск.др. = qстер.др.сусп. + qр.суш. + qстер.об. +

• qо.в. + qмаз.хоз. (35)

Соответственно:

qстер.др.сусп. =

= (Qстер.др.сусп. / Gс.к.др.1) (кДж/т дрожжей),

где Gс.к.др.1 — количество кормовых дрожжей, произведенное в заданный период времени, т.

qр.суш. = (Qр.суш. / Сс.к.др.2) (кДж/т дрожжей),

где Gс.к.др.2 — количество кормовых дрожжей, произведенное в заданный период времени (час, сутки и т.д.), т. На данный период времени рассчитывается и расход тепловой энергии Qр.суш..

qстер.об. = (Qстер.об. / Gс.к.др.3) (кДж/т дрожжей).

Расход тепловой энергии (Qстер.об.) на стерилизацию оборудования и (Gс.к.др.3) произведенное количество дрожжей принимается на межстерилизационный период времени.

qо.в. = (Qо.в. / Gс.к.др.4) (кДж/т дрожжей),

где Gс.к.др.4 — количество кормовых дрожжей, произведенное в определенный расчетный период времени, на который рассчитывается и расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию.

4.5. Пример расчета нормы расхода тепловой энергии на выпуск кормовых дрожжей в цехе при спиртовом заводе производительностью 2000 дал спирта в сутки

4.5.1 Исходные данные:

4.5.2. Удельный расход тепловой энергии на сушку дрожжей в распылительной сушилке

Общий суточный расход тепла на сушку:

Q_{\text{р}.\text{суш }.} = \frac{2679 \times G_{N} \times 100 \times 100}{\eta_{\text{т}} \times \eta_{\text{р}.\text{суш }.}} , \frac{\text{кДж}}{\text{сутки}} .

С учетом суточного выпуска дрожжей удельный расход составит:

q_{\text{р}.\text{суш }.} = \frac{Q_{\text{р}.\text{суш }.}}{G_{\text{с}.\text{к}.\text{др}.}} = \frac{2679 \times G_{N} \times 100 \times 100}{\eta_{\text{т}} \times \eta_{\text{р}.\text{суш }.} \times G_{\text{с}.\text{к}.\text{др}.}} , \frac{\text{кДж}}{\text{кг дрожжей}} .

Количество испаряемой влаги из дрожжевой суспензии:

G_{W} = G_{\text{с}.\text{к}.\text{др}.} \times (\frac{W_{1} - W_{2}}{100 - W_{1}}) = 6800 \times (\frac{91 - 10}{100 - 91}) = 61200\text{кг}/\text{сутки},

где:

Gс.к.др. - производительность цеха по кормовым дрожжам, 6800 кг/сутки;

W1 - содержание влаги в дрожжевой суспензии, 100 - 9 = 91%;

W2 - влажность кормовых дрожжей, 10%.

Коэффициент полезного действия распылительной сушилки:

\eta_{\text{р}.\text{суш }.} = 100 - 1,05 \times (q_{2} + q_{5}),

где q2 - потери тепла в % с уходящими газами могут быть определены в расчете на сгорание 1 кг топлива.

q2 = (Qотх.г. / Qн.) х 100;

Q_{\text{отх}.\text{г}.} = \text{к} \times \alpha \times V_{\text{о}}^{\text{в}} \times \text{с}_{\text{отх}.\text{г}.} \times (t_{\text{отх}.} - t_{\text{н}.}),

где:

к - коэффициент разбавления газов горения, принимаем к = 4;

\alpha - коэффициент избытка воздуха в топке. Обычно альфа = 1,2;

V_{\text{о}}^{\text{в}} - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива, куб. м/кг.

{}_{V_{\text{о}} = [0,0889 \times (C + 0,375 \times S) + 0,265 \times H - 0,033 \times O] \times}^{\text{в }pppp}(_{1 -}{_{q_{4}/100}})_{,}

где:

элементарный состав топлива приведен в исходных данных;

q4 - потери в топке от механической неполноты сгорания топлива. Принимаем q4 = 0,5%;

{}^{V_{\text{о}}^{\text{в}} =}[^{0,0889 \times}(_{\times}^{86}(_{1 -}^{,32}{_{0,5/100}^{+ 0,375 \times}}^{2})_{=}^{,8})_{10,4\text{куб}.\text{м}/\text{кг};}^{+ 0,265 \times 10,31 + 0,033 \times 0,56}]^{\times}

сотх.г. - удельная теплоемкость отходящих газов принимается по справочным данным, сотх.г. = 1,361 кДж/куб. м х град.;

tотх. - температура отходящих газов, принимается по регламенту.

tотх. = 100 °С;

tн. - температура наружного воздуха, подаваемого в топку и на разбавление газов горения. По исходным данным tн. = 5 °С.

Qотх.г. =

= 4 х 1,2 х 10,4 х 1,361 х (100 - 5) = 6454,4 кДж/кг.

Следовательно, потери тепла q2 с уходящими газами:

q2 = (6454,4 / 39900) х 100 = 16,2%.

Потери тепла сушилкой в окружающую среду при установке сушилки на открытом воздухе принимаем q5 = 9%.

Коэффициент полезного действия распылительной сушилки:

\eta_{\text{р}.\text{суш }.} = 100 - 1,05 \times (q_{2} + q_{5}) = 100 - 1,05 \times (16,2 + 9) = 73,54\%.

Коэффициент полезного действия топки:

\eta_{\text{т}} = 100 - (q_{2} + q_{4} + q_{5}) = 100 - (0,5 + 0,5 + 3) = 96\%,

где:

q3 - потери тепла в топке от химической неполноты сгорания топлива. Принимаем q3 = 0,5%;

q4 - потери в топке от механической неполноты сгорания топлива. Принимаем q4 = 0,5%;

q5 - потери тепла топкой в окружающую среду. Принимаем q5 = 3,0%.

Удельный расход тепловой энергии на сушку в расчете на 1 т дрожжей:

q_{\text{р}.\text{суш }.} = \frac{2679 \times G_{W} \times 100 \times 100}{\eta_{\text{т}} \times \eta_{\text{р}.\text{суш }.} \times G_{\text{с}.\text{к}.\text{др}.}} = \frac{2679 \times 61200 \times 100 \times 100}{96 \times 73,54 \times 6,8} = 34152\text{тыс}.\text{кДж}/\text{т}.

4.5.3. Расход тепловой энергии на стерилизацию оборудования и коммуникаций

Qстер.об. =

= n х (Gоб. + Gком) х смет х (tст - tоб.н.) х кпот. (36)

Поскольку стерилизационный период различного оборудования различен (стерилизация паром аппаратов чистой культуры - каждый раз после опорожнения, деэмульгатора - 1 раз в сутки, барабанного сита - 1 раз в смену, трубопроводы - 1 раз в 2 дня и т.п.), целесообразно привести массу стерилизуемого оборудования к определенному периоду, например, срокам проведения генеральной дезинфекции, за этот период аппараты АЧК, деэмульгатор стерилизуются 9 раз, барабанное сито 29 раз, трубопроводы 4 раза и т.д. Кроме того, все оборудование и трубопроводы стерилизуются при генеральной дезинфекции.

Например:

Общая приведенная масса стерилизуемого оборудования составит для периода проведения генеральной дезинфекции 166 т, то в этом случае:

Qстер.об. = 166000 х 0,481 х (100 - 20) х 1,5 =

= 9581,5 тыс. кДж,

где:

0,481 - удельная теплоемкость стали, кДж/кг х град.;

100 и 20 - температура нагрева и начальная температура материала оборудования, °С;

1,5 - коэффициент потерь тепла при стерилизации. За 10 дней выпускается дрожжей 68 т.

Удельный расход тепловой энергии на стерилизацию оборудования составляет: 9581500 / 68 = 140,9 тыс. кДж/т дрожжей.

4.5.4. Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию цеха кормовых дрожжей

Q_{\text{ов}} = k_{\text{ов}} \times (q_{\text{т}.\text{х}.} \times V_{\text{зд}}) \times (t_{\text{вн}.} - t_{\text{н}.}) \times \tau_{\text{вр}.},\text{кДж}/(\text{час},\text{сутки и т}.\text{д}.).(37)

Для условий цеха производительностью 6800 кг в сутки:

Qов = 1,5 х 0,6 х (4,7 х 7000) х (20 - 5) х 24 =

= 7106,4 тыс. кДж/сут.,

где:

0,6 - коэффициент, учитывающий тепло, выделяемое оборудованием;

1,5 - коэффициент, учитывающий расход тепла на вентиляцию;

4,7 - тепловая характеристика здания цеха, кДж/куб. м х ч х град.;

7000 - объем здания цеха, куб. м;

20 и 5 - температура внутри и снаружи здания цеха, °С;

24 - время отопления в часах.

За сутки цех производит 6,8 т кормовых дрожжей. Следовательно, удельный расход тепловой энергии, затрачиваемой на отопление и вентиляцию помещений цеха:

7106,4 тыс. кДж / 6,8 = 1045,06 тыс. кДж/т дрожжей.

4.5.5. Расход тепловой энергии на мазутное хозяйство

Для определения тепловой энергии на мазутное хозяйство цеха кормовых дрожжей используем данные аналогичного расчета в разделе котельные установки, в котором определен удельный расход тепла 474,93 тыс. кДж/т мазута.

При удельном расходе тепловой энергии на сушку 34152 тыс. кДж/т с.к.др., удельный расход мазута составит:

qтопл. = [(34152 х 103) / (39,9 х 103)] =

= 855,94 кг мазута/т с.к.дрожжей,

где 39,9 х 103 - тепловая способность мазута, кДж/кг.

Следовательно, удельный расход тепловой энергии на мазутное хозяйство цеха в расчете на 1 т сухих кормовых дрожжей составит:

474,93 х 103 х 0,85594 = 406,51 тыс. кДж/т с.к.дрожжей.

Норма расхода тепловой энергии на выработку кормовых дрожжей, выращиваемых на послеспиртовой зерновой барде, с высушиванием на распылительной сушилке:

qс.к.др. =

= qр.суш. + qстер.об. + qстер.др.сусп. + qо.в. + qмаз.хоз..

В числовом выражении:

qс.к.др. = 34152 + 140,9 + 0 + 1045,06 + 406,51 =

= 35744 МДж/т с.к.др.

или 8537,3 тыс. ккал/т сухих кормовых дрожжей.

V. РАСХОД ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ВЫРАБОТКУ ЖИДКОЙ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА (ДИОКСИДА УГЛЕРОДА)

Общецеховая удельная норма расхода тепловой энергии на производство жидкого диоксида углерода (qCO2) складывается из следующих составляющих:

• удельного количества тепловой энергии, потребляемой для периодической регенерации адсорбентов (активированного угля и силикагеля), qрег;
• удельного расхода тепловой энергии на пропарку наполняемых углекислотных баллонов qпроп;
• удельного расхода тепла на отопление и вентиляцию помещений цеха для производства жидкого диоксида углерода в отопительный сезон qот.

qCO2 = qрег + qпроп + qот,

тыс. кДж/тж.д.у. (тыс. ккал/тж.д.у.). (38)

Удельный расход тепловой энергии на выработку жидкого диоксида углерода

Удельный расход тепловой энергии на регенерацию адсорбентов qрег определяем следующим образом.

В среднем регенерацию активированного угля проводят 1 раз в месяц в течение 4 часов.

Экспериментально определено, что на это расходуется 85 кг в час нормального пара.

Регенерация силикагеля осуществляется 1 раз в месяц и продолжается 12 часов, при этом расход нормального пара также составляет 85 кг в час.

В месяц расход нормального пара на регенерацию активированного угля (в двух фильтрах) составит:

Дрегуг. = 85 х 4 х 2 = 680 кг.

Расход пара на регенерацию силикагеля за тот же период составит:

Дрегсил. = 85 х 12 х 1 = 1020 кг.

Общий расход на регенерацию адсорбентов с учетом 5% потерь тепловой энергии в окружающую среду будет равен:

Дрег = (Дрегуг. + Дрегсил.) х 1,05 = 1785 кг нормального пара в месяц.

Удельный расход на регенерацию адсорбентов составит:

q_{\text{рег}} = \frac{2679,6 \times \text{Д}_{\text{рег}}}{G_{CO2}} ,\text{кДж}/\text{т}_{\text{ж }.\text{д}.\text{у}.},

где:

GCO2 - количество выработанного жидкого диоксида углерода в месяц, т;

2679,6 ккал/кг - теплосодержание 1 кг нормального пара;

1,05 - коэффициент, учитывающий потери тепловой энергии в окружающую среду.

Удельный расход тепловой энергии на пропаривание баллонов для жидкого диоксида углерода определяем по формуле:

q_{\text{проп}} = 0,001 \frac{\sum g_{\text{б}} \times \text{с}_{\text{с}} \times \Delta t}{G_{CO2} \times \eta} ,\text{кДж}/\text{т}_{\text{ж }.\text{д}.\text{у}.},(39)

где:

gб - масса суточного количества пропариваемых баллонов для жидкого диоксида углерода, кг;

сс - теплоемкость стали принимаем равной 0,481 кДж/кг х °С;

\Delta t - перепад температур при нагреве баллонов при пропаривании обычно составляет 83 °С;

GCO2 - масса жидкого диоксида углерода, выработанного в сутки, т;

\eta - коэффициент, учитывающий потери тепловой энергии в окружающую среду, принимаем равным 0,8.

Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию цеха в расчете на средний ее расход за весь отопительный период определяем по формуле:

q_{\text{от}} = \frac{0,001 \times 24}{G_{CO2}} [4,5 \times V_{\text{зд}}^{\text{ж }.\text{д}.\text{у}.} \times (t_{\text{вн}} - t_{\text{нар}})]1,5,\text{кДж}/\text{т}_{\text{ж }.\text{д}.\text{у}.},(40)

где:

4,5 - удельная тепловая характеристика здания цеха, кДж/куб. м х ч х град.;

1,5 - коэффициент, учитывающий расход пара на вентиляцию цеха;

Vзд - объем внутренних помещений цеха, куб. м.

При использовании на отопление дефлегматорной воды с температурой 55 - 60 °С:

Норма удельного расхода тепловой энергии на выработку 1 т жидкого диоксида углерода составит в отопительный период:

qCO2 = 0,001 х (qрег + qпроп + qот), кДж/т.

С учетом потерь тепловой энергии в коммуникациях:

qCO2 = [0,001 х (qрег + qпроп + qот)] х 1,05, кДж/т, (42)

где 1,05 - коэффициент, учитывающий потери тепловой энергии.

Средняя норма удельного расхода условного топлива в отопительный сезон определяется по формуле:

\text{в}_{CO2}^{\text{ср}.\text{от}.} = \frac{4,1868 \times 10^{6} \times q_{CO2}}{29307,6 \times 0,75} ,\text{кг у}.\text{т}./\text{т},

или для расчетов в ккал:

\text{в}_{CO2}^{\text{ср}.\text{от}.} = \frac{10^{6} \times q_{CO2}}{7000 \times 0,75} ,\text{кг у}.\text{т}./\text{т},(43)

составляет 44 кг у.т./т для цехов, производящих жидкий диоксид углерода.

В неотапливаемый период года расход тепловой энергии по цеху, вырабатывающему жидкий диоксид углерода, составит:

qCO2 = [0,001 х (qрег + qпроп)] х 1,05, Гкал/т, (44)

и в среднем он равен 0,032 Гкал/т, что соответствует расходу условного топлива 6,1 кг у.т./тж.д.у..

VI. РАСХОД ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ВЫРАБОТКУ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ ГЛУБИННЫМ СПОСОБОМ

Получение ферментных препаратов осуществляется путем выращивания продуцентов ферментных культур глубинным способом в ферментаторах, при этом тепловая энергия затрачивается на стадиях:

• подготовка и стерилизация оборудования;
• приготовление и стерилизация питательной среды;
• отопление и вентиляция производственных помещений цеха.

6.1. Расход тепловой энергии на стерилизацию оборудования

Затраты тепла на стерилизацию оборудования определяются по формуле:

Qст.об.ф. = Gст.об.ф. х смат.ф. х (tст. - tн.) х kст.ф., (45)

где:

Gст.об.ф. - масса стерилизуемого оборудования (ферментаторы, фильтры, система аэрации, трубопровода), кг;

смат.ф. - удельная теплоемкость материала стерилизуемого оборудования, для нержавеющей стали смат.ф. = 0,481 кДж/кг х град.;

tст. и tн. - температуры стерилизации и температура материала оборудования до начала стерилизации, °С;

kст.ф. - коэффициент, учитывающий потери тепловой энергии при стерилизации; для ферментационного оборудования и систем принимают kст.ф. = 1,1 - 1,15.

6.2. Расход тепловой энергии на приготовление и стерилизацию питательной среды

(Qпр.ср.) определяется по формуле:

Qпр.ср. = Gпр.ср. х спр.ср. х (tст. - tн.ср.) х kпр.ср., (46)

где:

Gпр.ср. - масса приготовляемой питательной среды, подаваемой в ферментатор, кг;

спр.ср. - удельная теплоемкость среды;

tст. - температура среды при стерилизации, °С;

tн.ср. - температура среды при приготовлении мучного замеса, °С;

kпр.ср. - коэффициент, учитывающий потери тепловой энергии в период приготовления и стерилизации питательной среды. Возможно принять kпр.ср. = 1,06 - 1,08.

6.3 Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию

производственных помещений цеха определяется по формуле

Q_{\text{о}.\text{в}.\text{ф}.} = \text{К}_{\text{о}.\text{в}.\text{ф}.} \times \text{К}_{\text{в}.} \times q_{\text{т}.\text{х}.} \times (t_{\text{вн}.} - t_{\text{н}.}) \times \tau_{\text{вр}.},\text{кДж}/(\text{час},\text{сутки и т}.\text{д}.),(47)

где:

Ко.в.ф. - коэффициент, учитывающий тепло, выделяемое оборудованием, для условий ферментного цеха Ко.в.ф. = 0,4 - 0,5;

Кв. - коэффициент, учитывающий расход тепла на вентиляцию цеха, Кв. = 1,5;

qт.х. - удельная тепловая характеристика здания, кДж/куб. м х ч х град.;

tвн. и tн. - температуры внутри и снаружи здания, °С;

\tau_{\text{вр}.} - расчетное время отопления в часах.

6.4. Пример расчета удельного расхода тепловой энергии на выработку ферментных препаратов глубинным способом

Расход тепловой энергии на стерилизацию оборудования рассчитывается по формуле (45).

Qст.об.ф. = 10000 х 0,481 х (135 - 18) х 1,12 = 630,3 тыс. кДж.

Расход тепловой энергии на приготовление и стерилизацию питательной среды рассчитывается по формуле N 46.

Qпр.ср. = 26000 х 3,62 х (135 - 45) х 1,07 = 9063,8 тыс. кДж,

где:

3,62 - удельная теплоемкость питательной среды, кДж/кг х град.;

1,07 - коэффициент, учитывающий потери тепловой энергии при приготовлении и стерилизации среды.

Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию помещений цеха определяется по формуле (47):

Qо.в.ф. = 1,5 х 0,4 х (4,7 х 6000) х (20 - 5) х 24 =

= 6091,2 тыс. кДж/сутки,

где:

1,5 - коэффициент, учитывающий расход тепла на вентиляцию цеха;

0,4 - коэффициент, учитывающий тепло, выделяемое оборудованием;

4,7 - тепловая характеристика здания, кДж/куб. м х ч х град.;

6000 - внутренний объем помещений, куб. м;

20 и 5 - температуры внутри и снаружи здания, °С;

24 - время отопления в часах.

Общий расход тепловой энергии на выработку ферментных препаратов за одну ферментацию (за сутки производится 1 ферментация) составляет:

Qфер. = Qст.об.ф. + Qпр.ср. + Qов. =

= 630,3 х 103 + 9063,8 х 103 + 6091,2 х 103 =

= 15715,3 тыс. кДж или 2315,4 тыс. ккал.

Норма удельного расхода тепловой энергии на производство ферментных препаратов определяется путем деления общего расхода тепла на произведенное количество культуральной жидкости ферментных препаратов.

qфер. = Qфер. / Gкж.ф. =

= 15715,3 х 103 / 20 = 785,8 тыс. кДж/куб. м х кж

или 187,7 тыс. ккал на 1 куб. м х кж. ферментов,

где Gкж.ф. - количество культуральной жидкости, произведенное за 1 ферментацию. С учетом испарения части влаги при аэрации принимаем Gкж.ф. = 20 куб. м.

VII. РАЦИОНАЛЬНЫЕ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

7.1. Рациональная теплоэнергетическая схема спиртового производства

Производство спирта является энергетическим и осуществление работ, направленных на снижение энергопотребления, очень актуально.

По результатам обследования спиртовых заводов по теплоснабжению спиртовых производств в целом установлено, что оборудование технологических линий, как правило, изношено и устаревшее. Недостаточно широко проводится внедрение новых энергосберегающих технологий по переработке зернового сырья.

Не полностью используются резервы по экономии тепла за счет утилизации вторичного пара, горячей воды.

На большинстве заводов не используется вторичное тепло, выделяемое при охлаждении разваренной массы до температуры осахаривания, где процесс конденсации паров осуществляется в открытых барометрических конденсаторах.

На ряде предприятий не эффективна работа теплообменников в теплое время при охлаждении сусла до температуры складки. Зачастую, поступающая артезианская вода имеет температуру 14 - 15 °С, что значительно затрудняет процесс охлаждения сусла.

Аналогичные проблемы наблюдаются и при охлаждении бродящей массы в бродильных аппаратах. При этом устаревшие конструкции бродильных аппаратов, их материалы (простая углеродистая сталь) не обеспечивают современные требования и условия тепломассообменных процессов, что отрицательно сказывается на технологических показателях производства.

Анализ данных по теплопотреблению спиртзаводов на производственные нужды показывает, что имеются достаточные резервы источников вторичного тепла, хотя и невысоких энергопотенциалов, которые могли бы быть полезно использованы.

На рис. 2 представлена процессуальная схема производства спирта с данными теплопотребления и отвода вторичного тепла в расчете на 1000 дал продукции.

    Измельченное зерно                         Теплая вода Q = 5,1 Гкал

                             \/           \/

                                \/

                                \/

                         ┌────────────────────┐Вода на охлаждение t = 20 °С
<pre class="legal-pre">                         │ Вакуум-охлаждение  │<───────────────────────────
    Свежий пар           │   Осахаривание     │     Вода отр. t = 40 °С,
─────────────────┐       │     t = 60 °С      │         Q = 5,5 Гкал
  Q = 0,25 Гкал  │       └──────────┬─────────┴───────────────────────────>
                 \/                 │
    ┌──────────────────┐            \/         Вода на охлаждение t = 10 °С</pre>
    │Стерилизация сусла│ ┌────────────────────┐<───────────────────────────
<pre class="legal-pre">    └────────────┬─────┘ │  Охлаждение сусла  │
         ┌───────┼───────│   t = 22 - 24 °С   │ Вода отр. t = 30 - 35 °С,
         │       │       └──────────┬─────────┴───────────────────────────>
         \/      \/                 │                 Q = 4,1 Гкал
┌─────────────────────┐             │
│     Охлаждение.     │             │
│Приготовление дрожжей│             │
└─────────────┬──┬────┘             \/         Вода на охлаждение t = 10 °С
 Q = 0,5 Гкал │  │       ┌────────────────────┐<───────────────────────────</pre>
<─────────────┘  └──────>│      Брожение      │
<pre class="legal-pre">                         │   t = 27 - 30 °С   ├───────────────────────────>
                         └──────────┬─────────┘    Вода отр. t = 15 °С,
                                    │                  Q = 3,4 Гкал</pre>
                                    │

                                \/         Вода на охлаждение t = 20 °С

Рис. 2. Процессуальная схема производства спирта с данными теплопотребления и отвода вторичного тепла в расчете на 1000 дал спирта

Из этих данных видно, что основная доля теплопотребления приходится на технологическое производство — водно-тепловую обработку замеса и брагоректификацию и составляет более 75%. Поэтому мероприятия, направленные на снижение теплопотребления, связываются не только с технологическими решениями конкретных производств, но и с техническими возможностями, новыми достижениями в области утилизации, перераспределения вторичного тепла.

Разработка рациональной теплоэнергетической схемы спиртового производства является важным элементом общих работ, направленных на повышение эффективности использования теплоэнергоресурсов по стадиям производства.

Рациональная теплоэнергетическая схема спиртового производства (рис. 3 — не приводится) включает:

1. Для тепловой обработки крахмалистого сырья используется линия механико-ферментативной обработки, обеспечивающая снижение температуры варки сырья до 105 — 110 °С. Удельный расход пара на стадии тепловой обработки снижается до 11 — 13 кг на дал спирта.

При переработке дефектного сырья возможно включить в работу варочные аппараты колонного типа с использованием аппаратов гидроферментативной обработки, что при использовании термостойких ферментов альфа-амилазы позволит использовать весь вторичный пар для подогрева замеса в аппарате ГФО. Удельный расход пара составит 11,0 — 11,5 кг на дал спирта.

2. Для конденсации вторичного пара, отводимого из совмещенного вакуум-испарителя-осахаривателя, предусмотрен поверхностный конденсатор, что позволяет получать чистую теплую воду с температурой 35 — 40 °С, которая может быть использована на технологические, сантехнические нужды и т.п.

3. Для обеспечения лучших технологических результатов в подготовке полупродуктов на стадии охлаждения сусла и расхолодки бродильных аппаратов устанавливается холодильная установка, которая использует тепло воды, отходящей с поверхностного конденсатора вакуумохлаждения. В качестве холодильной установки может быть применен тепловой насос.

Принципиальная схема действия теплового насоса приведена на рисунке 4 (не приводится).

Источником для работы установки может служить проточная вода или артезианская вода с температурой от 12 до 15 °С, которая поступает в испаритель, представляющий по конструкции кожухотрубный теплообменник, отдает хладагенту часть тепла и отходит с пониженной температурой 5 — 8 °С. Происходит испарение хладона, который компрессором подается в конденсатор, где сжатый хладон отдает тепло воде, поступающей с вакуумохлаждения, конденсируется и в виде конденсата через дроссель стекает в испаритель.

Перспективным для спиртового производства представляется вариант использования теплового насоса для снижения температуры воды, идущей на теплообменник для охлаждения сусла и на охлаждение бродильных аппаратов до 5 — 8 °С. Такая схема включения теплового насоса путем использования вторичных теплоэнергоресурсов обеспечит достижение технологического эффекта за счет поддержания оптимальных технологических режимов при расхолодке осахаренной среды и в процессе брожения и при этом повышаются параметры отходящей с конденсатора охлаждающей воды с 35 — 40 °С до 65 — 70 °С, что расширяет перспективы полезного использования этой воды на технологические и бытовые нужды.

Современные тепловые насосы обладают высокой экономичностью и экологической чистотой. Так, чтобы передать 1 кВт тепловой энергии, тепловому насосу нужно лишь 0,2 — 0,35 кВт электроэнергии. В то же время тепловой насос не сжигает топливо и не производит вредных выбросов в атмосферу.

4. Обогрев брагоэпюрационной и ректификационной колонн осуществляется через выносные кипятильники (поз. 64 и 66), что позволяет возвращать конденсат пара для питания паровых котлов. При этом улучшается качество питательной воды, сокращается продувка котлов и, тем самым, повышается их КПД, снижается расход реагентов на подготовку питательной воды.

Использование выносных кипятильников снижает количество лютерной воды, являющейся отходом, исключает разбавление барды конденсатом греющего пара.

5. Тепло барды используется для подогрева бражки. Барда из брагоэпюрационной колонны через бардорегулятор поступает в водоподогреватель (поз. 42), нагревает циркуляционную воду, которая затем поступает в подогреватель бражки (поз. 41), где и нагревается бражка. Отдавшая тепло вода через сборник (поз. 43) насосом вновь прокачивается через подогреватели воды и бражки.

Возможно использовать подогретую воду на технологические и санитарно-технические нужды.

Может быть так же применена приведенная на рис. 5 (не приводится) схема использования тепла барды для обогрева бражной или брагоэпюрационной колонны путем подключения пароинжекционной установки.

Барда из бражной колонны направляется в испаритель пароинжекционной установки (поз. 3), где за счет разряжения, создаваемого паровыми инжекторами (поз. 4), происходит испарение части влаги, температура барды снижается до 75 — 80 °С. Образовавшиеся пары отсасываются инжекторами и вместе со свежим паром поступают в выносной кипятильник (поз. 2). Экономия тепловой энергии составляет 2,8 — 3,0 Гкал на 1000 дал спирта.

6. Схемой предусматривается использование тепла лютера для подогрева воды на технологические и хозяйственные нужды.

Лютерная вода из сборника (поз. 70) подается на теплообменник (поз. 71), отдает часть тепла и затем поступает в напорный сборник (поз. 67).

В настоящее время промывные воды от мойки оборудования и стойки, образующиеся при стерилизации оборудования, сливаются в канализацию, хотя они содержат еще достаточное количество тепла.

В целях использования этого тепла схемой предусматривается сбор промывных вод в специальном сборнике (поз. 7), при необходимости, стерилизация их и использование на стадии приготовления замеса, что помимо экономии тепловой энергии сокращает расход воды на замес.

7.2. Рациональная теплоэнергетическая схема получения жидкого диоксида углерода и сухого льда

Усовершенствованная теплоэнергетическая схема производства жидкого и твердого диоксида углерода из газов брожения отображает проверенные технические решения по повышению эффективности использования холодной и оборотной воды, используемой для производства, и подбору современного теплообменного оборудования.

Реализация решений, предусматриваемых типовой схемой, позволяет увеличить производительность цехов по производству диоксида углерода и исключить загрязнение природных источников воды сбрасываемой отработанной теплой водой, являющейся тепловым загрязнителем. При этом также улучшается экология водоемов.

В основу схемы положены современные непрерывные технологические процессы на всех участках производства.

Представленная на рис. 7 (не приводится) теплоэнергетическая схема совмещена с технологической и работа представленного в них оборудования протекает следующим образом.

Газообразный диоксид углерода после выхода из спиртоловушки бродильного отделения с давлением 0,02 кгс/кв. см и температурой 20 — 25 °С поступает снизу в промывную колонку 1 (скрубер), где за счет орошения сверху холодной водой с температурой не выше 15 — 20 °С освобождается от примесей и охлаждается. Охлаждающая отработавшая вода, выходящая из промывной колонки 1, содержит в себе органические примеси и частицы дрожжевой массы, вследствие чего удаляется в систему оборотного водоснабжения спиртзавода. Частично очищенный и охлажденный диоксид углерода поступает во всасывающую магистраль ротационной газодувки или водокольцевого насоса 2 с водоотделителем, служащую для создания избыточного давления во всасывающей магистрали компрессора 7 для сжатия газообразного диоксида углерода.

Нагнетаемый газодувкой 2 диоксид углерода поступает в промывную колонку 3, орошаемую водным раствором перманганата калия для окисления оставшихся в газе органических примесей. Раствор перманганата калия подается на орошение в колонку 3 насосом 4 из бака для его приготовления 5. Обработанный водным раствором перманганата калия газообразный диоксид углерода поступает в центробежный влагоотделитель 6, где освобождается от капель влаги, а затем поступает к всасывающей стороне трехступенчатого компрессора 7. В I-ой ступени компрессора газ сжимается до давления 8 кгс/кв. см, после чего поступает в теплообменник типа «труба в трубе» 8, где охлаждается холодной водой с оптимальной температурой 10 °С от 120 до 25 — 28 °С. После этого охлаждаемый диоксид углерода освобождается от влаги и масла во влагоотделителе 11 марки 32УВ1, а затем поступает во II-ую ступень сжатия компрессора 7.

Во II-ой ступени газ сжимается до давления 24 — 28 кгс/кв. см и поступает на охлаждение в теплообменник 9 марки Т1А. В теплообменнике газ охлаждается холодной водой от температуры 135 — 140 °С до 26 — 29 °С и поступает во влагоотделитель 11, где освобождается от масла и влаги и затем поступает в III-ю ступень сжатия компрессора, где сжимается до давления 65 — 70 кгс/кв. см. Из III-ей ступени компрессора газ поступает на охлаждение в теплообменник 10 для охлаждения, где охлаждается холодной водой с оптимумом 10 °С от 140 — 145 °С до 30 °С. Из теплообменника 10 охлажденный газ поступает во влагомаслоотделитель 12 марки 80УВ, где освобождается от капельной влаги и направляется в блок очистки и осушки, состоящий из 2-х пар переключающихся фильтров высокого давления 13 марки ФУ1А.

Первая пара фильтров 13 «а» заполнена активированным углем и служит для окончательной очистки газа от паров масел, а вторая пара фильтров заполнена силикагелем и служит для окончательной осушки газа от влаги.

Переключение фильтров обеспечивает возможность раздельной регенерации адсорбентов, которая производится газом, отбираемым из линии за фильтрами 13 «б».

Регенерацию угля проводят в 2 этапа: сначала продувают паром давлением 0,7 кгс/кв. см, а затем перегретый до 200 °С диоксидом углерода.

Перегретый диоксид углерода получают нагревом пара в теплообменнике 14 до температуры 80 — 85 °С, а затем в электрическом нагревателе 15 догревают до 200 °С.

Силикагель в фильтрах регенерируют только горячим диоксидом углерода. Конденсат пара, образующийся в паровом теплообменнике 14, через конденсатоотводчик отводится в канализацию ввиду его незначительного количества.

Очищенный и осушенный диоксид углерода из фильтра 13 «б» поступает в конденсатор 16, в котором конденсируется холодной водой с оптимальной температурой 10 °С через поверхность теплообмена. Жидкий диоксид углерода из конденсатора поступает в ресивер высокого давления 17, который служит промежуточной емкостью и обеспечивает нормальную работу компрессора 7 при неравномерном отборе жидкого диоксида углерода. Из ресивера высокого давления 17 жидкий диоксид углерода направляется к посту 18 для наполнения баллонов 19 и их взвешивания на весах 20.

При производстве сухого льда жидкий диоксид углерода отводится из конденсатора диоксида углерода 16 в первый промежуточный сосуд 21 через дроссельный клапан, которым дросселируется от давления 65 — 70 кгс/кв. см до остаточного давления 25 — 30 кгс/кв. см.

В процессе дросселирования часть сжиженного диоксида углерода испаряется, отнимая при этом от оставшейся жидкости тепло, необходимое для парообразования. Температура жидкого диоксида углерода понижается до 8 °С. Образующиеся при дросселировании пары диоксида углерода отсасываются через влагоотделитель 11 во вторую ступень компрессора 7.

Из первого промежуточного сосуда 21 сжиженный диоксид углерода через дроссельный клапан отводится во второй промежуточный сосуд 22. Вторым дроссельным клапаном давление жидкого диоксида углерода понижается от 28 до 8 — 10 кгс/кв. см. При этом за счет испарения части жидкости она охлаждается до температуры 44 °С. При этой температуре жидкий диоксид углерода самотеком поступает в ледоформы 23, которые заполняются поочередно. Газ, образующийся при дросселировании жидкого диоксида углерода, отсасывается третью ступенью компрессора 7.

В ледоформах жидкий диоксид углерода дросселируется вентилем до давления 4,2 кгс/кв. см, при котором жидкость переходит в твердое состояние. Образующийся при дросселировании в ледоформах газ поступает в I-ую ступень компрессора для повторного сжатия.

Для ремонта и гидравлического испытания углекислотных баллонов используется стенд 24 с двумя баками для воды 5, ручным насосом 25 и насосом-дозатором 26.

Для безбалонного хранения и отпуска сжиженного диоксида углерода в изотермических резервуарах 29 сжиженный диоксид углерода под давлением 60 — 70 кгс/кв. см подают из ресивера 17 в автоматический клапан 27, в котором он дросселируется до давления 8 — 9 кгс/кв. см.

При дросселировании, в результате затрат энергии на парообразование, температура сжиженного газа снижается до минус 35 — 41 °С.

Полученная при дросселировании эмульсия газа и пара поступает в вихревой разделитель 28, где капельки жидкости стекают вниз и поступают в изотермические сосуды-накопители (резервуары) 28, а отделившийся газ в газовый смеситель 30. В нем он смешивается с газообразным диоксидом углерода, поступившим с I-ой ступени компрессора 7. В результате смешивания холодного и теплого газа влага, находящаяся в холодном газе в виде кристалликов льда, превращается в жидкость, а парообразная влага теплого газа конденсируется и ее периодически удаляют в канализацию через продувочный вентиль.

Из стационарного изотермического резервуара 29 наполняют транспортные изотермические резервуары для доставки потребителям.

В работе компрессора важную роль имеет температура охлаждающей воды, так как снижение температуры газа на всасывании повышает производительность установки и снижает расход электроэнергии на сжатие газа в ступенях компрессора /1/. Так, при температуре охлаждающей воды 15,6 °С давление конденсации CO2 равно 53,6 кгс/кв. см, а при температуре охлаждающей воды 27 °С давление конденсации возрастает до 68,0 кгс/кв. см или на 26,7% с соответствующим расходом электроэнергии. Кроме того, при орошении газообразного диоксида углерода в насадках промывной колонки более холодной водой в ней растворяется больше примесей.

Переход на охлаждение охлажденной водой теплообменной аппаратуры цеха производства диоксида углерода позволяет сохранить плановый объем производства в летнее время, когда температура воды из природных источников повышается до 30 °С.

При проектировании цехов по производству диоксида углерода /2/ рекомендуется охлаждать часть воды, идущую в конденсатор, до 10 °С в компрессорно-холодильной станции, а схема охлаждения компрессорных станций принимается только оборотной.

В теплоэнергетической схеме предлагается при системе оборотного водоснабжения собирать теплую воду, отходящую из компрессора 7, теплообменников 8, 9, 10 и конденсатора 16, в сборник теплой воды 31, из которого насосом 32 подавать на охлаждение в холодильную машину соответствующей холодопроизводительности для охлаждения до 10 °С и подачи ее на охлаждение газа в поверхностях теплообмена.

При наличии в системе оборотного водоснабжения воды с температурой 15 — 20 °С в холодильной машине можно охлаждать только воду, поступающую в конденсатор.

При низкой температуре имеющейся на спиртзаводе воды (артезианская, зимнее время) в достаточном количестве можно работать без холодильной машины.

Теплоиспользующая аппаратура

Теплоиспользующей аппаратурой в данной схеме является паровой теплообменник 11, используемый для подогрева паром газообразного диоксида углерода при регенерации фильтров 13 «а» и 13 «б», и фильтр с активным углем. Ввиду незначительного расхода пара на работу этих аппаратов (20 кг/ч) конденсат, образующийся в них, собирать экономически нецелесообразно и его сбрасывают в канализацию.

Водоснабжение и холодоиспользование

При производстве 1 куб. м диоксида углерода на спиртовых заводах затрачивают значительное количество воды до 40 куб. м /3/, в том числе 3,5 куб. м артезианской. Сократить ее количество можно понижением ее начальной температуры и использованием более эффективно работающей аппаратуры.

Для понижения температуры охлаждающей воды в цехах, имеющих изотермические резервуары, предлагается использовать газообразную фазу диоксида углерода с температурой минус 43 — 38 °С, образующуюся при дросселировании сжиженного газа (рис. 6 — не приводится).

Для этого необходимо установить холодильник 4, в который подавать противотоком воду по трубам, а в межтрубное пространство — холодную газовую фазу, выходящую из изотермического резервуара 5. При такой схеме работы можно охладить воду до температуры 15 — 20 °С и подавать ее последовательно в конденсатор и межступенчатые холодильники.

Для сокращения расхода воды на теплообменники типа «труба в трубе» и конденсатор их теплообменные поверхности целесообразно изготавливать из продольно-оребреных алюминиевых труб, обладающих малым коэффициентом термического сопротивления, типа ТРФ 45-2 и ТРФ-95.

С целью исключения попадания смазочного масла в компримируемый компрессором газ и в масляные фильтры целесообразно применять безмасляные компрессоры для диоксида углерода Московского завода «Борец» и зарубежных фирм.

Предусмотренные мероприятия позволяют обеспечить устойчивую работу оборудования цехов по производству диоксида углерода в любое время года, сократить расход электроэнергии на сжатие газа в компрессоре на 3 — 5%, уменьшить расход холодной воды до 15 — 20% и получить продукцию, соответствующую ГОСТ 8050-85.

ОБОРУДОВАНИЕ

VIII. КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

8.1. Эффективность работы котельных установок

Источником обеспечения спиртовых и ликеро-водочных заводов энергией в большинстве случаев являются собственные котельные с 2 — 3 котлами.

За период длительной эксплуатации парк паровых котлов устарел и требуется модернизация котельных.

Котлостроительные заводы выпускают котлы усовершенствованной конструкции с более высоким КПД, меньших габаритов, менее металлоемкие в комплекте с экономайзерами, воздухоподогревателями и современными средствами автоматизации.

Технические характеристики газомазутных котлов (типа ДКВР и ДЕ) завода Уралкотломаш приведены в Приложении.

В настоящее время в связи со значительным подорожанием мазута ряд заводов переходит на использование твердого топлива.

В Приложении приведены технические характеристики современных многотопливных котлов с предтопками скоростного горения, позволяющие обеспечить эффективное сжигание твердого топлива.

Правильная организация работы заводских котельных, осуществление мероприятий по сокращению теплопотерь и использование вторичных теплоресурсов позволяют существенно повысить эффективность работы котельных на заводах.

1. При наличии в котельной нескольких котлов следует распределять нагрузку между ними с учетом их экономичности, держать в работе котлы, имеющие более высокие КПД.

2. Поддерживать оптимальное качество питательной воды в котельных.

Содержание солей жесткости приводит к появлению накипи на трубках котла, экономайзера, что резко снижает теплопередачу и, как следствие, уменьшает КПД котла и повышает удельные расходы топлива.

Например, при накипи толщиной слоя 1 мм расход топлива увеличивается на 2,5 — 3,0%.

Образование накипи создает угрозу перегрева металла теплообменных поверхностей котла и может вызвать аварию.

Необходимо обеспечивать соответствующую требованиям документации на котел очистку питательной воды. Предельные показатели качества питательной воды установлены Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (Таблица 8.1).

Таблица 8.1

НОРМЫ КАЧЕСТВА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ ВОДОТРУБНЫХ КОТЛОВ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ С РАБОЧИМ ДАВЛЕНИЕМ ПАРА ДО 4 МПА (40 КГС/КВ. СМ)

<*> В числителе указаны значения для котлов, работающих на жидком топливе, в знаменателе — на других видах топлива.

<**> Для котлов, не имеющих экономайзеров, и для котлов с чугунными экономайзерами содержание растворенного кислорода допускается до 100 мг/кг при сжигании любого вида топлива.

Требования к качеству исходной воды, поступающей на ионообменную установку, приведены в таблице 8.2.

Таблица 8.2

ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ДОПУСТИМЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ПРИМЕСЕЙ В ВОДЕ, ПОСТУПАЮЩЕЙ НА ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ УСТАНОВКУ

3. Спиртовые заводы имеют значительное количество теплой отходящей воды и целесообразно возможно полнее использовать ее для питания паровых котлов. Исходя из этого, следует применять для подготовки питательной воды ионообменные смолы, работающие при высокой температуре.

Рекомендуемые марки отечественных и зарубежных ионитов для работы с водой температурой до 100 °С — КУ-2-8 (АО «Токем», АО «Азот», АО «ОМИС» — РФ); КУ-2-8Н, КУ-23 («ПХЗ», АО «Азот» — Украина); КПS; KS10, S100, S120 («Хеми АГ», «Биттерфельд Вольфен» — Германия); N-42 («Термакс» — Индия); KS, KSM («Нитрокемия» — Венгрия).

Дефлегматорную воду, направляемую для питания паровых котлов, возможно подогревать теплом лютерной воды или барды.

4. Исключать излишнюю продувку котлов при необходимом поддержании заданного состава котловой воды.

Величина продувки (Пр в %) в зависимости от количества нормируемого солесодержания (или щелочности) котловой воды (Скв) и питательной воды (Спв) определяется по формуле:

\text{П}_{\text{р}} = \frac{\text{С}_{\text{пв}} \times 100}{\text{С}_{\text{кв}} - \text{С}_{\text{пв}}} ,\%.

При продувке котла в размере 4% КПД котла снижается на 1%, при продувке в 10% КПД снижается уже на 2,3 — 2,4%.

5. Использовать тепло продувочной воды для подогрева питательной воды.

Принципиальная схема непрерывной продувки котла с использованием тепла продувочной воды для подогрева питательной воды приведена на рис. 8 (не приводится).

6. Максимально использовать для питания котлов конденсат пара.

Сбор чистых конденсатов необходимо осуществлять из всех мест образования: паровых коллекторов основного и вспомогательного производств, выносных теплообменников для закрытого обогрева колонн брагоректификационной установки, бойлеров систем отопления и др. При этом необходимо уделять особое внимание содержанию конденсатоотводчиков в исправном состоянии во избежание пропусков ими пара.

Сбор и использование чистых конденсатов обеспечивает экономию тепловой энергии до 2,5 — 4% и, кроме того, позволяет улучшить состав питательной воды и, тем самым, снизить потребность в добавочной химически очищенной питательной воде, что экономит реагенты, используемые для умягчения питательной воды.

7. Обеспечивать утилизацию тепла уходящих газов паровых котлов.

Паровые котлы, как правило, оборудованы экономайзерами, что позволяет достаточно эффективно использовать топливо. Вместе с тем, уходящие газы за экономайзером имеют еще высокую температуру.

Всероссийским теплотехническим институтом (ВТИ) разработана конструкция установки по подогреву дутьевого воздуха за счет утилизации тепла уходящих газов. Схема включения и работы установки приведена на рисунке 9 (не приводится).

Опыт эксплуатации установки подогрева дутьевого воздуха отходящими газами с котлом КВГМ-20 показал ее высокую эффективность. Температура уходящих газов снижается на 30 — 70 °С, КПД котлоагрегата был повышен на 4 — 6%.

Работает установка следующим образом: отходящие из котла газы отводят в блок охлаждения, где отбирают тепло циркуляционной водой, и затем газы выводят в дымовую трубу. Нагретую воду насосом подают в воздухоподогреватель, дутьевой воздух подогревается и уже нагретым поступает в топку котла. Вода из воздухоподогревателя насосом возвращается в блок охлаждения газов. Схемой предусматривается возможность подогрева питательной воды, а также подмешивания отходящих газов в дутьевой воздух.

8. Для спиртовых и ликеро-водочных заводов перспективным представляется использование газотурбинных генераторных установок в комплекте с паровыми котлами.

В последние годы в промышленности внедряют решения по использованию комплексов ТГУ — котел по выработке электрической и тепловой энергии на основе газотурбинных турбогенераторных установок и паровых котлов, работающих с использованием отходящих газов после ТГУ.

Тепловая схема включает в себя следующее оборудование:

• газотурбинная установка;
• паровой котел с комплексом дополнительного оборудования: вентилятор, дымосос, деаэратор, насосы;
• водоподготовительная установка;
• газораспределительные и газоредукционные установки для снабжения топливом газотурбинных установок и паровых котлов;
• паропроводы, трубопроводы и арматура для пара, воды и природного газа, воздуховоды и короба для отвода продуктов сгорания.

Основные характеристики отечественных и зарубежных газотурбинных установок приведены в таблицах 8.3 и 8.4.

Таблица 8.3

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТУРБОГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК В КЛАССЕ МОЩНОСТИ 3 — 10 МВТ

Таблица 8.4

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНОСТРАННЫХ ТУРБОГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК В КЛАССЕ МОЩНОСТИ 3 — 10 МВТ

Как показывают расчеты и имеющаяся практика эксплуатации уже действующих комплексов ТГУ — котел, тепловая и электрическая энергия, вырабатываемая на них, по стоимости на 30 — 40% ниже покупаемой от РАО ЕЭС.

8.2. Расход тепловой энергии на мазутное хозяйство заводской котельной, цеха кормовых дрожжей

При использовании мазута для заводской котельной и получения теплоносителя для распылительной сушилки цеха кормовых дрожжей следует учитывать, что мазутное хозяйство требует затрат тепловой энергии.

Тепло расходуется на:

• подогрев мазута при сливе из железнодорожной или автоцистерны;
• подогрев мазута в емкостях при хранении;
• компенсацию потерь тепла при хранении, внутризаводском транспортировании или перекачках;
• разогрев мазута при подготовке его к сжиганию.

Расход тепловой энергии определяется по формуле:

Qмаз.хоз. = Qсл.маз. + Qхр. + Qпот.тр. + Qраз.маз.. (48)

Затраты тепла на подогрев мазута при сливе:

Qсл.маз. = к1 х Gсл.маз. х смаз. х (t'под.маз. — tмаз.н.), (49)

где:

к₁ - коэффициент, учитывающий расход тепла на прогрев цистерны, потерь в окружающую среду, зависит от региона, температуры окружающей среды, условий слива. В зависимости от приведенных условий принимают к1 = 1,3 — 2,0;

Gсл.маз. — количество сливаемого мазута, кг;

смаз. — удельная теплоемкость мазута, кДж/кг х град.;

t'под.маз., tмаз.н. — температуры мазута при поступлении цистерны на завод и при подогреве для слива, °С.

Затраты тепла при хранении и на подогрев мазута при подаче его в котельную или в цех кормовых дрожжей:

Qхр. = Gмаз.расх. х смаз. х (t«под.маз. — tмаз.хр.), (50)»

где:

Gмаз.расх. — количество мазута, расходуемого в определенный промежуток времени (час, сутки), для определения удельного расхода принимают Gмаз.расх. = 1 т;

смаз. — удельная теплоемкость мазута, кДж/кг х град.;

t«под.маз., tмаз.хр. — температуры мазута при хранении и после подогрева, °С.»

Затраты тепла на компенсацию потерь при хранении, внутризаводском транспортировании (для заводов, имеющих прирельсовые базы, учитывают потери тепла при транспортировании мазута с базы на завод):

Qпот.тр. = Gмаз.тр. х смаз. х (tмаз.нач. — tмаз.кон.), (51)

где:

Gмаз.тр. — количество транспортируемого мазута, кг;

смаз. — удельная теплоемкость мазута, кДж/кг х град.;

tмаз.нач., tмаз.кон. — температуры мазута в начале и по окончании транспортирования, °С.

Затраты тепла на разогрев мазута при подготовке его к сжиганию:

Qраз.маз. = к2 х Gмаз. х смаз. х (tраз.маз. — tмаз.н.), (52)

где:

к₂ - коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду, в долях единицы. Принимают к2 = 1,04 — 1,1;

Gмаз. — количество разогреваемого мазута, кг;

смаз. — удельная теплоемкость мазута, кДж/кг х град.;

tраз.маз., tмаз.н. — температуры разогретого и поступающего мазута, °С.

Пример расчета удельного расхода тепловой энергии на мазутное хозяйство котельной прирельсового завода

Исходные данные:

• количество мазута, Gмаз. = 1000 кг;
• удельная теплоемкость мазута, смаз. = 2,09 кДж/кг х град.;
• температура мазута в цистерне при поступлении на завод, tмаз.н. = -10 °С;
• температура подогрева мазута при сливе из цистерны, tпод.маз. = 50 °С;
• температура подогрева мазута при подаче его из хранилища в котельную, tпод.маз. = 15 °С;
• температура разогрева мазута для подачи его в топку котла, tраз.маз. = 110 °С;
• температура мазута при хранении, tмаз.хр. = 5 °С.

Удельный расход тепла на слив мазута из цистерны:

qсл.маз. = 1,6 х 1000 х 2,09 х (50 — (-10)) =

= 200,64 тыс. кДж/т мазута,

где 1,6 — коэффициент, учитывающий расход тепла на прогрев цистерны и потери в окружающую среду.

Удельный расход тепла на компенсацию потерь при внутризаводском транспортировании:

qпот.тр. = 1000 х 2,09 х (15 — 5) = 20,9 тыс. кДж/т мазута,

где:

15 — начальная температура мазута перед транспортированием, °С;

5 — температура мазута по завершении транспортирования, °С.

Удельный расход тепла на компенсацию потерь тепла при хранении и на транспортирование мазута из хранилища в котельную:

qхр. = 1000 х 2,09 х (15 — 5) = 20,9 тыс. кДж/т мазута.

Удельный расход тепла на разогрев мазута при подготовке его к сжиганию:

qраз.маз. = 1,08 х 1000 х 2,09 х (110 — 7) =

= 232,49 тыс. кДж/т мазута,

где 7 — температура мазута в расходном сборнике в котельной, °С.

Общий удельный расход тепловой энергии на обслуживание мазутного хозяйства:

qмаз.хоз. = qсл.маз. + qхр. + qпот.тр. + qраз.маз.;

qмаз.хоз. = 200,64 + 20,9 + 20,9 + 232,49 =

= 474,93 тыс. кДж/т мазута

или 113,44 тыс. ккал/т мазута.

8.3. Расход топлива на выработку тепловой энергии

При работе котельной установки при сжигании топлива помимо полезно использованной тепловой энергии присутствуют потери (от химической и механической неполноты сгорания топлива, с уходящими газами, в окружающую среду, с физическим теплом выводимых шлаков при работе на твердом топливе, от продувки котлов, утечек воды и т.п.).

Поэтому часовой расход топлива в котельной установке определяют по формуле:

\text{В}_{\text{ч}} = \frac{\text{Д}_{\text{ч}} \times (I_{\text{п}} - i_{\text{п}.\text{в}.})}{Q_{\text{р}}^{\text{н}} \times \eta_{\text{к}.\text{у}.}} ,\text{кг}/\text{ч},(53)

где:

Дч — производительность котлоагрегата по пару, кг/ч;

Iп — теплосодержание пара, кДж/кг;

iп.в. — теплосодержание питательной воды, поступающей на водоподготовительную установку, кДж/кг;

Q_{\text{р}}^{\text{н}} — низшая теплотворная способность используемого топлива, кДж/кг;

\eta_{\text{к}.\text{у}.} — коэффициент полезного действия котельной установки в долях единицы.

При определении расхода топлива на выработку 1 Гкал тепловой энергии формула приобретает вид:

\text{В}_{\text{Гкал}} = \frac{10^{6}}{Q_{\text{р}}^{\text{н}} \times \eta_{\text{к}.\text{у}.}} ,\text{кг}/\text{Гкал}.(54)

В данном случае значение низшей теплотворной способности топлива берут в ккал/кг.

В расчете на условное топливо формулы 53 и 54 приобретают вид:

\text{В}_{\text{ч}} = \frac{\text{Д}_{\text{ч}} \times (I_{\text{п}} - i_{\text{п}.\text{в}.})}{7000 \times \eta_{\text{к}.\text{у}.}} ,\text{кг у}.\text{т}./\text{ч},(55)

\text{В}_{\text{Гкал}} = \frac{10^{6}}{7000 \times \eta_{\text{к}.\text{у}.}} = \frac{142,86}{\eta_{\text{к}.\text{у}.}} ,\text{кг у}.\text{т}./\text{Гкал}.(56)

Пример расчета расхода топлива на получение 1 Гкал тепловой энергии в котельной, имеющей КПД 82,2%, работающей на мазуте с низшей теплотворной способностью Q_{\text{р}}^{\text{н}} = 9536 ккал/кг:

\text{В}_{\text{Гкал}} = \frac{10^{6}}{9536 \times 0,822} = 127,6\text{кг мазута}/\text{Гкал}.

В расчете на условное топливо:

\text{В}_{\text{Гкал}} = \frac{10^{6}}{7000 \times 0,822} = 173,8\text{кг у}.\text{т}./\text{Гкал}.

IX. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ПРЕДПРИЯТИЯ

9.1. Энергообследование предприятия

Проблема повышения эффективности использования электрической энергии всегда была актуальна для спиртовой промышленности, однако особую остроту она приобретает в настоящее время в связи со значительным удорожанием топлива.

Проблеме энергосбережения большое внимание уделяется и на государственном уровне. В последние годы принят ряд законодательных актов в области энергосбережения.

Во исполнении Федерального закона «Об энергосбережении» от 03.04.96 № 28-ФЗ, Постановления Правительства Российской Федерации «О дополнительных мерах по стимулированию энергосбережения в России» от 15.06.98 № 588 и в соответствии с Приказами Минтопэнерго РФ от 18.05.99 № 161 и 05.10.99 № 324 на предприятиях с годовым потреблением энергоресурсов более 6 тыс. т у.т. или более 1 тыс. тонн моторного топлива независимо от форм собственности проводятся обязательные энергетические обследования с целью оценки эффективности использования теплоэнергетических ресурсов (ТЭР) и реализации комплекса мероприятий по энергосбережению.

Перечень и краткое содержание основных законодательных актов и нормативных документов в области энергосбережения и проведения энергетических обследований приведены в Приложении.

Энергообследование конкретного предприятия проводится по рабочей программе, составляемой организацией, проводящей обследование, с учетом особенностей технологии, имеющегося оборудования, условий размещения и т.п.

Энергоаудиты, проводящие энергетическое обследование предприятия, должны:

• обладать правами юридического лица;
• иметь лицензию Минтопэнерго России;
• иметь аккредитацию в региональном органе Госэнергонадзора России;
• иметь опыт выполнения работ, учитывая необходимость оценки принятой на предприятии технологии, состояния оборудования, разработки и эффективности мероприятий по энергосбережению.

Целью первичного энергетического обследования предприятия является определение фактических показателей энергетической эффективности и выявление возможных резервов экономии расходов ТЭР, и разработка мероприятий, направленных на исключение нерационального расходования ТЭР.

По результатам обследования составляется отчет, энергетический паспорт, в который заносятся фактические показатели энергоэффективности, а также их нормативные (паспортные, проектные и т.п.) значения, топливно-энергетический баланс предприятия, указываются причины выявленного несоответствия фактических и нормативных значений, разрабатываются мероприятия по повышению энергоэффективности.

Типовая форма энергетического паспорта промышленного потребителя ТЭР (по ГОСТ Р 51379-99) приведена в Приложении Б.

Энергетические обследования эффективности использования ТЭР проводят:

• потребители ТЭР (собственные обследования);
• энергоаудиторские организации, работающие по договору;
• органы, осуществляющие надзор и контроль за эффективностью использования ТЭР.

Объектами энергетического обследования являются:

• производственное оборудование, машины, установки, агрегаты, потребляющие ТЭР, преобразующие энергию из одного вида в другой для использования при производстве продукции, выполнения вспомогательных работ (услуг);
• технологические процессы, связанные с потреблением топлива, электрической энергии и энергоносителей;
• процессы, связанные с расходованием ТЭР на вспомогательные нужды (освещение, отопление, вентиляцию).

Ответственность за достоверность данных энергетического паспорта несут лица, проводившие энергетические обследования, административное руководство потребителя ТЭР.

Энергетический паспорт потребителя ТЭР должен храниться на предприятии, в территориальном органе государственного энергетического надзора и в организации, проводившей энергоаудит.

С целью анализа динамики показателей энергетической эффективности использования ТЭР на предприятии проводятся периодические (повторные) обследования, при этом проверяются объем и полнота выполнения разработанных ранее энергосберегающих мероприятий.

Срок проведения периодических энергетических обследований — не позднее чем через 5 лет после проведения первичного обследования, в дальнейшем — не реже одного раза в 5 лет.

По решению органов Госэнергонадзора РФ, администрации субъекта Федерации, осуществляющего регулирование деятельности энергоснабжающей организации, вышестоящей организации предприятия, в случае резкого возрастания потребления энергоресурсов может быть проведено внеочередное энергетическое обследование предприятия.

Предприятие, объекты которого подвергаются энергетическим обследованиям, обязано:

• обеспечивать проведение энергетических обследований в сроки, установленные органами Госэнергонадзора РФ и вышестоящими организациями;
• назначать лицо, ответственное от предприятия за проведение обследования;
• устанавливать режимы работы оборудования, необходимые для проведения измерений при обследовании, если это не противоречит требованиям технологии и безопасности;
• представлять энергоаудитору, проводящему энергообследование, необходимую техническую и технологическую документацию, данные об энергоиспользующем оборудовании, приборах учета ТЭР, режимные карты и т.д.;
• данные технологического и коммерческого учета отпуска потребления ТЭР;
• документы по хозяйственно-финансовой деятельности (договоры на поставку ТЭР, тарифы, действующие нормативы, данные о складских запасах топлива и т.п.);
• статическую отчетность предприятия по использованию ТЭР;
• предоставлять при повторном и внеочередном обследованиях энергетический паспорт, топливно-энергетический баланс, отчеты о проведении предыдущих энергетических обследований;
• данные о результатах выполнения мероприятий по энергосбережению;
• другие сведения, необходимые в соответствии с программой для проведения энергетического обследования.

9.2. Структура и содержание энергетического паспорта

Энергетический паспорт состоит из следующих разделов:

1. Общие сведения о потребителе ТЭР.

2. Сведения о потреблении ТЭР, включая:

• общее потребление энергоносителей;
• потребление электроэнергии;
• потребление тепловой энергии;
• потребление котельно-печного топлива;
• потребление моторного топлива.

3. Сведения об эффективности использования ТЭР.

4. Мероприятия по энергосбережению и повышению эффективности использования ТЭР.

5. Заключительный раздел энергетического паспорта потребителя ТЭР должен включать:

• перечень зафиксированных при обследовании потребителя фактов непроизводительных расходов ТЭР с указанием их величины в стоимостном и натуральном выражении;
• предлагаемые направления повышения эффективности использования ТЭР с оценкой экономии последних в стоимостном и натуральном выражении с указанием затрат, сроков внедрения и окупаемости;
• количественную оценку снижения непроизводительных расходов ТЭР при внедрении энергосберегающих мероприятий.

Приложение А

ПЕРЕЧЕНЬ И КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫХ АКТОВ И НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБСЛЕДОВАНИЙ

Приложение Б

Форма Б-1

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ N ______ промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов

              (наименование организации, предприятия)

Паспорт разработан месяц _________ 200_ г.

              (наименование организации-разработчика)

(должность руководителя организации-разработчика, подпись, фамилия)

___________________________________________    ____________________________
(подпись, фамилия, должность ответственного      (должность исполнителя,
    за энергохозяйство потребителя)                  подпись, фамилия)

Срок действия до _____________________________________ (пять лет, не считая года разработки)

Форма Б-2

Общие сведения о промышленном потребителе топливно-энергетических ресурсов

(полное наименование потребителя топливно-энергетических ресурсов)

1. Вид собственности ______________________________________________________

2. Адрес __________________________________________________________________

3. Наименование головной (вышестоящей) организации ________________________

4. Ф.И.О. руководителя ____________________________________________________

5. Ф.И.О. гл. инженера ____________________________________________________

6. Ф.И.О. гл. энергетика __________________________________________________

7. Факс ___________________________________________________________________

8. Банковские реквизиты ___________________________________________________

9. Телефоны: гл. инженера __________________________________________________________ гл. энергетика ________________________________________________________ для справок ___________________________________________________________

Форма Б-3

Общее потребление энергоносителей

Форма Б-4

Сведения о трансформаторных подстанциях

Форма Б-5

Установленная мощность потребителей электроэнергии по направлениям использования

Форма Б-6

Сведения о компрессорном оборудовании

Форма Б-7

Характеристика холодильного оборудования

Тип теплоотводящего устройства ___________________________

Форма Б-8

Сведения о составе и работе оборудования по производству электроэнергии

Форма заполняется при наличии на заводе турбогенератора (ТГ).

Форма Б-9

Баланс потребления электроэнергии в 200_ г.

Форма Б-10

Сведения о составе и работе котельной

                                         Топливо: основное ____________
                                                  резервное ___________

Форма Б-11

Характеристика технологического оборудования, использующего тепловую энергию (пар, горячая вода)

Форма Б-12

РАСЧЕТНО-НОРМАТИВНОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В 200_ Г.

Гкал/год

Форма Б-13

Баланс потребления тепловой энергии в 200_ г.

Гкал

<*> При теплоносителе «горячая вода» указывают температуру прямой и обратной воды.

Форма Б-14

Характеристика топливоиспользующих агрегатов

Форма Б-15

Баланс потребления котельно-печного топлива в 200_ г.

Форма Б-16

Характеристика использования моторных топлив транспортными средствами

Форма Б-17

Баланс потребления моторных топлив

Форма Б-18

Сведения об использовании вторичных энергоресурсов, альтернативных (местных) топлив и возобновляемых источников энергии

Форма Б-19

Удельный расход ТЭР на выпускаемую продукцию

Форма Б-20

Перечень энергосберегающих мероприятий

Приложение В

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОМАЗУТНЫХ КОТЛОВ ДКВР И ДЕ ЗАВОДА «УРАЛКОТЛОМАШ»

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОТОПЛИВНЫХ КОТЛОВ С ПРЕДТОПКАМИ СКОРОСТНОГО ГОРЕНИЯ ТИПА КЕ-МТ (Е-Д) ЗАВОДА «УРАЛКОТЛОМАШ», ПРИСПОСОБЛЕННЫХ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Приложение Г

ИНФОРМАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ