На предприятии стоит задача определения максимальной и оптимальной (реально достижимой) производительности машины и требуемого для данной производительности расхода пара на сушку полотна. Для решения данной задачи в рамках работ было выполнено следующее:
- Изучена предоставленная схема пароконденсатной системы сушильной установки БДМ.
- Зафиксирован режим работы сушильной установки.
- Выполнен сбор технических данных для выполнения необходимых расчетов ПКС БДМ.
- На основании собранных данных определен потенциал сушильной установки БДМ по повышению производительности и снижению удельных затрат тепла на сушку продукции.
- Определены основные недостатки ПКС и проанализирована работа сушильной установки.
- Определены вероятные причины, вызывающие снижение производительности и перерасход тепла на сушку.
- Разработаны технические мероприятия по модернизации сушильной установки с целью повышения производительности машины и минимизации затрат тепла на сушку
- Разработаны дополнительные рекомендации.
- Выполнены предварительная оценка затрат на модернизацию ПКС и расчет технико-экономического обоснования модернизации.
- Разработано Техническое задание на модернизацию сушильной установки БДМ.
- Оформлен отчет по обследованию пароконденсатной системы БДМ.
Основная цель обследования:
Определение потенциала сушильной установки по повышению производительности и снижению удельных затрат тепла на выпуск готовой продукции.
Дополнительная цель обследования:
Разработка технических мероприятий, направленных на повышение эффективности работы существующей ПКС БДМ.
Характеристика объекта обследования.
Описание схемы.
Сушильная установка БДМ состоит из 34 цилиндров. Цилиндры имеют диаметр 1,5 метра и расположены в два яруса в шахматном порядке. На БДМ присутствует колпак закрытого типа и система технологической приточно-вытяжной вентиляции. Под пароконденсатной системой БДМ понимается весь комплекс оборудования, составляющего схему теплоснабжения, схему сбора и отвода конденсата, начиная с узла ввода пара в цех и заканчивая конденсатными насосами, перекачивающими конденсат от конденсатного бака Т4 в котельную. Пароконденсатная система /ПКС/ включает в себя паро- и конденсатопроводы, запорную и регулирующую арматуру, сушильные цилиндры всех паровых групп, системы отвода конденсата из сушильных цилиндров (паровые головки, сифоны), сепараторы, калориферы технологической приточной вентиляции, насосы, а также КИП и А, обеспечивающие контроль и управление работой системы. Допустимое рабочее давление на сушильные цилиндры составляет 7,5 бар (и). Конденсат из цилиндров отводится с помощью вращающихся сифонов.
Для описания использована предоставленная на предприятии схема пароконденсатной системы.
Существующая схема ПКС представляет собой каскадную (последовательную) схему ПКС многоцилиндровой машины с разбивкой на три паровые группы (секции). Подача пара в сушку осуществляется последовательно от второй секции (цил. №№ 4-26) через сепаратор (водоотделитель) Т2 к третьей секции (цил. №№ 27-34), а от третьей секции через водоотделитель Т3 в первую секцию (цил. №№ 1-3). В схеме предусмотрена подпитка острым паром первой и третьей секций цилиндров. Кроме того, в схеме предусмотрен сброс избытков пролетного пара от сепараторов Т1 и Т2 в конденсатный бак.
Отвод конденсата от сушильных цилиндров осуществляется следующим образом. Конденсат от цилиндров второй секции через сепаратор Т2 отводится в сепаратор Т3, сюда же поступает конденсат от третьей секции цилиндров. Из сепаратора Т3 конденсат под разностью давлений частично поступает в конденсатный бак Т4, частично пропускается через калориферы системы вентиляции. Конденсат от цилиндров первой секции поступает в сепаратор Т1, а оттуда под разностью давлений перекачивается в конденсатный бак Т4. Из конденсатного бака Т4 конденсат насосами откачивается в котельную.
Схема предусматривает автоматизацию нижнего уровня, в частности применяются регулирующие клапаны на подаче пара с датчиками давления и регулирующий клапан на конденсатопроводе между сепараторами Т2 и Т3 с датчиком уровня.
Паропроводы БДМ оборудованы (по схеме) автоматическими дренажами (с использованием конденсатоотводчиков), тремя ручными дренажами и пятью предохранительными клапанами. На главном паропроводе предусмотрен расходомер FT. Откачка конденсата в котельную осуществляется периодически по сигналу от датчика верхнего уровня.
Для управления процессом сушки используется программа, в которой машинист выставляет начальное давление пара в зависимости от показаний сухости на накате, а также задает давление на первые три цилиндра.
В цех от котельной поступает насыщенный пар с давлением до 15,0 бар.
Основные недостатки.
Основной целью обследования является определение потенциала БДМ по повышению производительности и снижению удельных затрат тепла на сушку продукции. Дополнительной целью обследования является определение недостатков, которые сказываются на функционировании пароконденсатной системы отрицательным образом.
После изучения схемы, проведения натурного обследования, выполнив расчет удельного влагосъема и удельных затрат теплоты на сушку, проведя анализ работы сушильной установки, можно определить основные недостатки в работе существующей схемы сушильной установки и в работе пароконденсатной системы предприятия в целом.
Главным недостатком пароконденсатной системы БДМ является наличие пролетного пара. Это приводит к увеличению удельных затрат тепла на сушку продукции и прямым потерям предприятия.
Вторым по значимости недостатком является низкое качество пара. С паром в систему поступает большое количество конденсата, что вызывает механическую эрозию всех элементов паровой системы, а также может привести к гидроудару. В системе присутствует ржавчина, что свидетельствует о наличии кислорода в паре и, возможно, других неконденсируемых газов. Воздух является хорошим теплоизолятором, что ухудшает теплоотдачу от пара к внутренней стенке цилиндра и снижает производительность машины по сушке. Кроме того, кислород вызывает кислородную коррозию на всех железосодержащих поверхностях пароконденсатной системы. Наиболее опасным из выше перечисленного является гидроудар.
Третий важный недостаток – низкая информативность схемы и системы управления сушкой. Неисправность узла технологического учета расхода пара на машину не позволяет достоверно оценить перерасход тепла на сушку и принять своевременные меры. Отсутствие манометров после регулирующих клапанов и на сепараторах приводит к работе сушильщиков практически «в слепую», что так же не позволяет своевременно увидеть возможную проблему и принять необходимые меры. Сюда же можно отнести недооснащенность системы регулирующими клапанами для поддержания уровня в сепараторах Т1 и Т3. При отсутствии уровня пар из сепаратора Т3 вместо цилиндров уходит в конденсатный бак Т4 или в калорифер, где вызывает гидроудары и приводит к разрушению калорифера. При переполнении любого из сепараторов конденсат вызовет гидроудар в отводящем паропроводе.
На магистральном паропроводе между котельной и цехом существует П-образный провис трубы, необорудованный автоматическим дренажем перед подъемом.
Скопление большого количества конденсата в паропроводе. Высокий эрозионный износ оборудования ПКС. Высокая вероятность гидроудара.
Фильтр на главном паропроводе установлен сеткой вниз. Сетка полностью залита конденсатом.
Низкая фильтрующая способность. Скопление большого количества конденсата. Высокий эрозионный износ оборудования ПКС. Высокая вероятность гидроудара.
Отсутствие автоматических воздушников.
Завоздушенность системы. Ухудшение теплоотдачи от пара к внутренней стенке цилиндра. Кислородная коррозия оборудования ПКС.
Свищи, протечки. В незначительном количестве.
Потери тепла, невозврат конденсата.
Отсутствие контрольных окошек в тепловой изоляции паропроводов. Недостаток манометров дублирующих показания системы управления сушкой.
Отсутствие контроля показаний электронных термопар и датчиков давления.
Неисправны 2 конденсатоотводчика на дренажах.
Эрозионный износ оборудования ПКС. Вероятность гидроудара.
Все выше перечисленные недостатки приводят к снижению эффективности работы пароконденсатной системы БДМ. Некоторые из этих недостатков приводят к прямым потерям тепла, конденсата (пролетный пар). Некоторые влияют на производительность и качество продукции. Некоторые — на безопасность производства, его надежность и работоспособность оборудования ПКС в целом. Эти недостатки необходимо по возможности ликвидировать.
Мероприятия по повышению эффективности пароконденсатной системы.
Мероприятия по повышению эффективности. Первая очередь.
Выявленные недостатки существующей пароконденсатной системы позволяют определить мероприятия направленные на повышение энергоэффективности, безопасности и работоспособности системы. Ниже приведена информация, в которой перечислены мероприятия рекомендованные к исполнению и цели, которых позволяет достигнуть реализация того или иного мероприятия. Данные мероприятия рекомендуется выполнить в ближайшее время:
Установить автоматический дренаж перед подъемом магистрального паропровода.
Защита от эрозионного износа и гидроудара.
Наладить (восстановить) технологический учет расхода пара на БДМ.
Определение достоверных фактических удельных затрат тепла на сушку.
Оборудовать фильтр главного паропровода автоматическим дренажем.
Защита от эрозионного износа и гидроудара.
Установить перед коренной задвижкой на паропроводе вертикальный сепаратор пара Ду200. Оборудовать сепаратор пара автоматическим дренажем и термостатическим воздушником.
Защита от эрозионного износа и гидроудара. Защита от коррозии.
Повышение производительности за счет улучшения теплоотдачи.
Оборудовать тупики паропроводов автоматическими воздушниками. Сброс от воздушника вывести в безопасное место.
Защита от кислородной коррозии и завоздушивания. Повышение производительности за счет улучшения теплоотдачи.
Восстановить неисправные конденсатоотводчики. Конденсатоотводчики установить согласно инструкции с соответствующим направлением указывающих стрелок на них. Перед конденсатоотводчиками установить фильтры.
Защита от эрозионного износа и гидроудара.
Оборудовать манометрами и контрольными окошками в тепловой изоляции главный паропровод БДМ, паропроводы всех паровых групп и сепараторы.
Визуальный контроль за достоверностью показаний системы управления сушкой. Возможность анализа работы и настройки процесса сушки.
Установить фильтры перед регулирующими клапанами.
Защита оборудования от преждевременного износа.
Запитать пролетным паром от сепаратора Т3 дополнительный калорифер приточной вентиляции, либо установить пароводяной теплообменный аппарат для нагрева воды.
Сокращение потерь тепла, увеличение возврата конденсата.
Своевременно устранять свищи и протечки.
Снижение потерь тепла. Увеличение возврата конденсата.
Мероприятия по повышению производительности БДМ до 200 т/сут.
Анализ полученных в результате обследования данных показывает, что оптимальная производительность машины составляет 200 т/сут. Для достижения такой производительности необходимо реализовать ряд технических мероприятий. Мероприятия затрагивающие мокрую часть, сеточный стол остаются за рамками компетенции исполнителя работ по данному договору. С точки зрения сушки для гарантированного устойчивого выхода на производительность 200 т/сут. необходимо обеспечить начальную сухость полотна 45-46% и подачу пара порядка 14,5 – 15,0 тонн в час. Кроме того, важным фактором для гарантированного выхода на целевую производительность является модернизация пароконденсатной системы БДМ. Новая схема должна разрабатываться с учетом закономерностей сушки бумажного полотна, должна строиться по каскадной схеме в три ступени. При таком подходе схема будет работать с минимальными удельными затратами тепла, что позволит вписаться в возможности котельной.
Принцип построения и работы схемы обсуждался на заключительном совещании со специалистами комбината.
Суть модернизации пароконденсатной системы машины.
Модернизация пароконденсатной системы сушильной части БДМ предполагает, что Заказчик получит универсальную схему, позволяющую выпускать с высокой эффективностью все виды оговоренной продукции.
При этом сушильная установка должна обеспечивать работу машины на оговоренных выше скоростях с минимальными затратами тепла на сушку.
Разработка схемы основывается на тепловом, гидравлическом и конструктивном расчетах. Эти расчеты позволяют учесть закономерности сушки: кинетику сушки, формы связи влаги с полотном, интенсивность сушки в различных периодах для всего оговоренного ассортимента продукции.
На основании этих расчетов с учетом закономерностей сушки определяется:
1. возможная производительность машины по сушке на заданном количестве сушильных цилиндров при заданной начальной сухости полотна,
2. требуемый для данной производительности расход пара,
3. распределение цилиндров по паровым группам,
4. распределение расходов пара по цилиндрам,
5. конструктивные характеристики: объемы сепараторов, поверхности теплообменных аппаратов, диаметры трубопроводов и т.д.
На практике (в металле) схема ПКС представляет собой последовательную (каскадную) схему с разбивкой сушильных цилиндров на расчетные паровые группы, с установкой сепараторов (водоотделителей), с использованием расчетных дроссельных подпорных шайб и минимального, но достаточного нижнего уровня автоматизации. Схема работает полностью в автоматическом режиме. Последовательные схемы теплоснабжения позволяют максимально использовать для нужд сушки теплоту паров вторичного вскипания и отработанного отводимого конденсата.
В результате, внедрение такой пароконденсатной системы позволяет достичь максимальной для заданных условий производительности машины при минимальных удельных затратах теплоты на сушку, обеспечить необходимые по технологии температурные графики сушки полотна и требуемые показатели качества продукции, зависящие от функционирования ПКС.
Бюджетная оценка и сроки реализации проекта.
По предварительной оценке, основанной на опыте последних разработок, бюджет модернизации составит порядка 15 млн. рублей. В эту стоимость входят инжиниринговые работы, поставка основного оборудования (теплообменники, регулирующие контуры, насосы, фильтры, запорная арматура, конденсатоотводчики, оборудование КИП и пр.), помощь монтажникам при пуско-наладочных работах, обучение персонала работе на новой системе. В стоимость не входят проектные и строительно-монтажные работы, трубы, фланцы, изоляция, шкафы управления, провода и воздушные шланги КИП, как правило это зона ответственности монтажной организации. Более точная бюджетная оценка может быть выполнена только после согласования Технического задания на разработку схемы (прил. №1 и 2) и предварительной проработки системы.
Сроки.
Как правило от момента подписания договора на разработку схемы до запуска новой системы проходит порядка 6 месяцев. 1,5-2 месяца на разработку схемы и сопроводительной документации, на подбор оборудования и составление спецификации. Порядка 3 месяцев на поставку оборудования. 1 месяц на принятие решений и различные согласования. При грамотной организации подготовительных работ, время простоя машины может не превышать 3-х суток.
Оценка экономического эффекта модернизации ПКС БДМ.
Оценка экономического эффекта выполнена для условий, изложенных ниже. Более точный расчет может быть выполнен специалистами предприятия по приведенной методике, исходя из реальной годовой производительности машины, реальной рентабельности производства и фактической стоимости 1 Гкал.
Условия для оценки экономического эффекта
1. Машина работает 330 суток в год.
2. Суточная производительность составляет 166,7 т/сут (5000 т/мес)
3. Прибыль предприятия с одной тонны продукции принята равной 3000 руб.
4. Себестоимость 1 Гкал теплоты принята равной 1000 руб.
5. Реконструкция пароконденсатной системы БДМ позволит:
— увеличить производительность сушильной установки со 166,7 до 200 т/сут;
— снизить удельный расход теплоты на сушку на 0,2 Гкал/т (за счет исключения пролетного пара и более полного использования вторичного пара).
При работе машины в течение 330 суток в год существующая годовая производительность машины составляет
G м год = 166,7 т/сут × 330 сут = 55 000 т/ год.
Повышение производительности машины до 200 т/сут позволит получить
G’ м год = 200 т/сут × 330 сут = 66 000 т/ год.
Годовое количество дополнительно выпущенной продукции за счет модернизации ПКС составит
∆G м год = 66 000 – 55 000 = 11 000 т.
Если прибыль предприятия с 1 т продукции составляет 3000 руб., то экономический эффект от повышения производительности машины составит
Э G = 11 000 × 3000 = 33,0 млн. руб.
При сокращении удельных затрат теплоты на 0,2 Гкал/т продукции годовая экономия теплоты составит
∆ Q = 66 000 × 0,2 = 13 200 Гкал/год.
При себестоимости 1 Гкал 1000 руб. экономия по теплу составит
Э т = 13 200 × 1000 = 13,2 млн. руб.
Суммарный годовой экономический эффект составит
Э ∑ = Э G + Э т = 33,0 + 13,2 = 46,2 млн. руб.
По опыту внедрения последних разработок полная окупаемость модернизации (с учетом СМР) при таком экономическом эффекте составит около 6-9 месяцев, в зависимости от возможностей/затрат предприятия.
Заключение.
В результате проведенного обследования определены основные недостатки существующей сушильной установки, разработаны технические мероприятия первой очереди, определена оптимальная производительность машины по сушке и условия при которых она достижима.
Отдельно стоит остановиться на последовательности реализации мероприятий по выходу машины на 200 т/сут. На взгляд исполнителя работ модернизация пароконденсатной системы должна вестись параллельно с увеличением производительности массоподготовки и работами по улучшению обезвоживания массы на сеточном столе. К вопросу замены прессовой части имеет смысл вернуться после реализации этих мероприятий в полном объеме. Кроме того, модернизация ПКС имеет дополнительные преимущества, т.к. при любой существующей производительности позволит снизить нагрузку на котел, за счет исключения пролетного пара, позволит улучшить обезвоживание на сеточном столе, за счет промывки сеток горячей водой и позволит не вкладывать средства в мероприятия первой очереди.
Партнер Энергомаксимум инженер-теплотехник, специалист по сушке бумажного полотна. Нечаев Н.С.