Объектом модернизации является котельная нефтеперерабатывающего предприятия. Котельная расположена в существующем здании, в осях А – Д 1 – 17 с размерами 24х90.6 м. Высота основного здания 23,5 м. Согласно ФЗ-261 от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1] и собственной политикой предприятия разработан проект модернизации котельной. По проекту предусмотрена замена физически и морально устаревших питательных насосов марки ЦНГС-60-264 на более экономичные вертикальные насосы KSB типа Multitec марки V 65/6-5.1 22.81 и установка частотных преобразователей на электродвигатели питательных насосов, вентиляторов и дымососов котлов марки Е-50-1.4-225ГМ. Данные мероприятия позволят обеспечить безопасные и более комфортные условия труда, экономию электроэнергии, снизить износ подшипников двигателя и насоса, а также крыльчатки за счет плавного изменения числа оборотов. Отсутствие больших пусковых токов, позволит увеличить межремонтный период. [5]
Котельная предприятия предназначена для выработки пара с давлением 1,4 МПа и температурой 225°С. К основному оборудованию относятся:
- Котел Е-50-1.4-225ГМ – 4 шт.
- Пит. Насос ЦНСГ 60-264 – 6 шт.
- Сепаратор газа
- Теплообменник умягченной воды
- Теплообменник природного и сухого газа
- ЦВД – 200
- Дымососы
- Вентиляторы
Снабжение котельной газом предусмотрено от наружных сетей высокого давления Р=0,4 МПа. [2] Природный газ поступает с газорегуляторного пункта по линии природного газа в сепаратор О-2, сухой газ поступает с ЦГФУ(центральная газофракционирующая установка) в линию природного газа перед Т-1 и подается в сепаратор О-2, абгаз подается с ИФ-2,3 в сепаратор, далее смесь газов подается на горелки котлов. Состав газа представлен в таблице 1. Для снижения давления газа от Р=0,4 МПа до Р= 0,1 МПа перед каждым котлом установлен регулирующий клапан Flowserve Max Flo 3 (Ду80 Ру40).
Таблица 1. Состав газов для котельной.
| Природный газ | Сухой газ | Абгаз | |
| Метан,% | 92,8 | 11,59 | 17,78 |
| Этан,% | 2,8 | 62,73 | 2,4 |
| Пропан,% | 0,9 | 25,58 | 16,13 |
| Бутан,% | 0,4 | — | 0,09 |
| Пентан,% | 0,1 | — | — |
| Пропилен,% | — | 0,07 | 13,44 |
| Изобутан,% | — | 0,03 | 1,22 |
| Водород,% | — | — | 13,62 |
| Азот,% | — | — | 26,75 |
| Углекислый газ,% | — | — | 1,91 |
| Изобутилен,% | — | — | 0,81 |
| Бутилен,% | — | — | 0,08 |
| Низшая теплота сгорания, ккал | 8730 | 15148 | 4110 |
Описание тепловой схемы котельной
Перегретый пар из котлов поступает в общую паровую магистраль котельной с давлением 1,1 МПа и далее к потребителям. Часть пара идет на собственные нужды котельной:
- через паропровод с давлением пара 0,6 МПа для обогрева сепаратора, теплообменника Т–1 и теплоспутников на наружной установке, образовавшийся конденсат собирается в общий коллектор и поступает в деаэрационные баки Е – 9;
- через паропровод с давлением 0,12 МПа пар поступает на центробежно-вихревой деаэратор (ЦВД), находящийся на наружной установке;
- через паропроводом с давлением 0,16 МПа пар поступает в деаэрационные баки на барботаж.
Конденсат от потребителей возвращается в емкости Е 41 на отделении ИФ-8 откуда насосами Н41 подается через клапанную сборку в ЦВД.
Умягченная вода подается по трубопроводам с отделения химводоочистки (ХВО) с температурой до 40°С в теплообменник Т–3 подогревается и подается в теплообменник Т–10, а затем подается в ЦВД.
В ЦВД из воды удаляются растворенные в ней агрессивные газы СО2 и О2, которые по паропроводу выпаров поступают в теплообменник Т–10, охлаждаются и образовавшийся конденсат поступает в деаэрационные баки Е 9, а оставшийся пар удаляется в атмосферу. Из деаэрационных баков питательная вода с температурой 102-105°С поступает на питательные насосы. А затем подается в котлы.
Непрерывная продувка осуществляется с выносных циклонов котла, собираясь в общий коллектор подается на теплообменник Т–3, после в гидрозатвор, заглубленную емкость Е – 15 и из нее поступает в колодец.
Расчет и подбор питательных насосов
Питательные насосы выбираются по полной производительности и полному напору. В соответствии со СП 89.13330.2012 «Котельные установки» [3] при определении производительности следует учитывать расход на питание всех паровых котлов и на непрерывную продувку котлов, для котлов с давлением пара до 1.4МПа она составляет от 0.5 до 10% от производительности котла. Так как схема питательной воды не изменяется, то подбор питательного насоса можно осуществить по имеющимся параметрам установленных насосов, т.е. необходимый напор 264 м.в.ст. и производительность 60 м3/ч. При выборе основными критериями являлись шум и КПД питательного насоса.
Расчет производительности питательного насоса.
QП.Н.=1,1D
где 1,1 – коэффициент запаса по паропроизводительности
D – максимальная производительность котельной
QП.Н. = 1,1*200 = 220 т/ч
Напор который должен обеспечить питательный насос определяется по формуле
НП.Н. = 1,15(Рб-РД) + Нс + Нг
где 1,15 — коэффициент запаса по напору
Рб – избыточное давление в барабане котла, м.в.ст.
РД – избыточное давление в деаэраторе котла, м.в.ст.
Нг – перепад давления, м
Нс – суммарное сопротивление всасывающего и напорного трактов питательной воды, м
НП.Н. = 1,15*(140-12) + 93 + 1,5 = 241,7м
Необходимая производительность насосов составляет 220 т/ч. По каталогу подбирается насос с напором 264 м.в.ст. К установке принимаем 6 питательных насосов KSB Multitec V65/6-5.1 22.81 , два из которых резервные. [6] Преимущества таких насосов:
- высокий КПД;
- сокращение эксплуатационных расходов;
- неохлаждаемый сальник;
- простая и быстрая замена уплотнения вала;
- высокий срок службы подшипников качения и уплотнения вала;
- рассчитан на пуско/остановочные режимы
Также для обеспечения плавного пуска и осуществления контроля по давлению в питательном трубопроводе необходимо установить преобразователи частоты. Преобразователи частоты имеют свои преимущества, а именно:
- плавное регулирование скорости вращения электродвигателя позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные расходы;
- частотный пуск управляемого двигателя обеспечивает его плавный без повышенных пусковых токов и механических ударов разгон, что снижает нагрузку на двигатель и связанные с ним передаточные механизмы, увеличивает срок их эксплуатации;
- встроенный микропроцессорный ПИД-регулятор позволяет реализовать системы регулирования скорости управляемых двигателей и связанных с ним технологических процессов;
- применение обратной связи системы с частотным преобразователем обеспечивает качественное поддержание скорости двигателя или регулируемого технологического параметра при переменных нагрузках и других возмущающих воздействиях;
- экономия электроэнергии при использовании регулируемого электропривода для насосов в среднем составляет 25 — 75 % от мощности, потребляемой насосами при дроссельном регулировании.
Для увеличения энегроэфективности необходимо установить частотно-регулирующие преобразователи на электродвигатели вентиляторов и дымососов котлов. В данный момент в котельной для регулировки рабочих параметров котла по давлению воздуха перед горелкой и разряжение в топке котла используется МЭО (механизм электрический однооборотный). Электродвигатель работает на полную мощность, выдавая постоянно максимальные обороты, а регулирование параметров осуществляется за счет изменения проходного сечения шибера. При установке частотно-регулируемого преобразователя во время работы котла шибер на вентиляторе и на дымососе котла будут открыты полностью, а регулирование параметров будет осуществляться за счет оборотов электродвигателя.
Подбор осуществляется по мощности эл.двигателя. Сравнив функционал и стоимость нескольких производителей, принимаются 3 преобразователя частоты Delta VFD-750CP43E-21 для питательных насосов и 8 преобразователей Delta VFD-1320CP43E-21 для дымососов и вентиляторов котлов. [7]
Расчет срока окупаемости проекта.
По данным взятым из каталогов фирм производителей оборудования рассчитаем общие затраты на покупку нового оборудования.
Стоимость одного питательного насоса KSB Multitec V65/6 – 5 1 22.81. составляет 990000 руб., соответственно для покупку 6 насосов потребуется 5940000 руб., стоимость преобразователей частоты Delta серия VFD750CP43B-21 составляет 264000 руб., для покупки 3 штук потребуется 792000 руб., стоимость преобразователя частоты Delta VFD-1320CP43E-21 – 343000 руб., для покупки 8 штук потребуется 2744000 руб.
Общие затраты на модернизацию составят:
К = 5940000+792000+2744000=9476000 руб.
где К — капитальные затраты
Рис.1 Затраты на электроэнергию до модернизации и после.
Срок окупаемости проекта:
Ток = КВ/П,
где Ток— срок окупаемости, год
К – капитальные затраты, руб.
П – общая прибыль, руб.
Ток = 9476000/4992969,6 = 1,9 год
Сравнив затраты на электрическую энергию до модернизации и после, в результате расчета срок окупаемости составил 1,9 года.
Список используемых источников.
- ФЗ-261 от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»
- СП 62.13330.2011 «СНиП 41-02-2003 Газораспределительные системы»;
- СП 89.13330.2012 «СНиП II-35-76 Котельные установки»;
- Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация / Б.А. Соколов. — 2-е изд., испр. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 432 с.
- Касаткин В.В., Тестоедов В.В., Русинова Н.Г. Альтернативные варианты развития энергетического комплекса Удмуртской республики с использованием мини-ТЭЦ. Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П.Горячкина». Агроинженерия. 2014 — № 3(63) с 40-44
- https://www.delta-electronics.info.[schema type=»book» name=»ВОПРОСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ КОТЕЛЬНОЙ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ» author=»Бердников Евгений Алексеевич, Русинова Надежда Германовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-29″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)» ebook=»yes» ]