9.4 Оценка безотходности производства

В качестве примера приводится расчет показателей безотходности получения стекломассы в стекловаренной печи и в циклонной установке с кольцевой циклонной камерой (КЦК). Стекломасса предназначена для производства стек- лочерепицы.

Общая постановка задачи.

В качестве исходного сырья используется многокомпонентная шихта и оборотный стеклобой.

КЦК имеет футеровку с испарительным охлаждением. В тепловой схеме установки обеспечивается более глубокое, чем в стекловаренной печи, использование теплоты продуктов горения топлива путем регенерации ее процесса с подогретым воздухом и фриттованной гранулированной шихтой и выработки пара технологических параметров (Р=1.3 МПа).

Исходные данные: 1.

Характеристика балансового материального соотношения процесса стекловарения в печи дана в таблице 4. 2.

Характеристика балансового материального соотношения процесса стекловарения в КЦК в таблице 5. 3.

Технико- и энергоэкономические показатели печи приводятся в таблице 6. 4.

Технико- и энергоэкономические показатели КЦК в таблице 7.

Решение:

1. Определяем частные материальные показатели безотходности. Стекловаренная печь:

по шихте вш = Мсм - Мсб = 143330 - 31285 = 0,828, м Мш 135340

псб Мп 6910 Л 940 по питательной воде Р = — = = 0,942 ,

м Мпв 7340

Таблица 4 Вещества вводимые в печь Масса, т/год Вещества выводимые из печи Масса, т/год Шихта сухая М ш 135340 Стекломасса М см 143330 Оборотный стеклобой мсб 31285 Унос пыли с газами МУп 730 Природный газ МГ 35760 Пар в теплосеть завода

МП 6910 qh = 36,570 ГДж/m P = 0,6 кг/м3 Продувочная вода М ПР В уходящих газах: -

Избыточный воздух МИВ

-Водяной пар М Н2О -азот М N 2

-диоксид серы MSO2 -оксид углерода MCO -

диоксид углерода MCO2 430

105442

73014

323617

970 280

99394 Воздух М В 538302 Вода:

С шихтой М ВШ Питательная МПВ 6090 7340 754117

Всего

754117 Всего М

сб

= 1,

по стеклобою В °б =

М

сб

г м по природному газу, воздуху и влаге шихты

В ^ = В 5 = В ВШ = 0

V М V М V М W

Таблица 5 Вещества, вводимые в печь Масса, т/год Вещества, выводимые их печи Масса, т/год Шихта сухая Мш 105336 Стекломасса М см 105000 Оборотный стеклобой Мсб 17808 Унос пыли с газами

Мун 420 Пар в теплосеть завода М п 75040 Природный газ М г 19296 (QH = 38,093

МДж/м3, Р=0,96 кг/м3) Продувочная вода М пр

В уходящих газах: 3950 Воздух Мв 267695 избыточный воздух

Мив 5670 Вода:

с шихтой Мвш питательная ММ пв 21504 78990 водяной пар М Н 2O 57380 азот МN2 201254 диоксид серы М SO2 760 оксид углерода М CO 95 диоксид углерода М CO 2 61060 Всего: 510629 Всего: 510629 В материальном балансе не учтен износ огнеупоров печи из-за его малой величины.

Суммарный показатель материальной безотходности печи

m

= jZ1М J = Мсм + Мл = 143330 + 6910 = 0199

" n n 754117 '

Z М i Z М i

i=1 i=1

получился низким, поскольку в расчете учтены все газообразные сырьевые ресурсы (природный газ, воздух, влага шихты). Как показывает анализ отечественной и зарубежной практики, полезное использование массы газообразных продуктов экономически нецелесообразно.

Поэтому, если рассчитать суммарный коэффициент по конденсированным сырьевым ресурсам, характеристика материальной безотходности процесса стекловарения в печи окажется значительно выше:

1 = Мсм + Мп = 143330 + 6910 = 0863 Мш + Мсб + Мпв 135340 + 31285+ 7340 ' '

Возможность повышения этого показателя, например за счет уменьшения

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

1

Дальнейший рост ( и приближение к единице технически невозможны из-

за перехода части массы сухой шихты в результате диссоциации карбонатов и сульфата в газообразные состояния. Поэтому техническим пределом матери-

макс

альной безотходности в данном процессе является ( м = 0,8 6 8 Установка с КЦК:

РМД = 0,828; рМ" = 0,95; вМБ = 1 (м = 0,353; рМ = 0,891; р(МАКС = 0,893

2. Определяем частные энергоэкономические показатели безотходности.

Таблица 6 Вид Расход, Себе- Удель Подве Подведенная энергоресурса ед/год стоим. ная денная эксе ргия руб/ед эксер- тепло- МВт ч Доля (S) гия, МВт-ч та,

ГДж год а ед год (е) (Q) Природный

3

газ,тыс.м 37250 6,6 10,37 1419000 386300 0,941 Электроэнергия, 18400 9,8 1 66240 18400 0,045 МВт^ч: на допол- нительный по- догрев на привод 5600 9,8 1 0 5600 0,014 электродвигате- лей Физическая теп- лота из окру- жающей среды (с 18460 0 0 18460 0 0 воздухом,шихтой и пр.),ГДж Всего: 1503700 410300 1,0 Частные энергоэкономические показатели безотходности для энергоносителей совпадают с КПД соответствующего энергоресурса.

По топливу и электроэнергии на дополнительный подогрев они совпадают с тепловыми КПД печи:

РДЭЭП =РГЭЭ =N= Q GQ + G" ,

QC + n ДЭП + Qv где Q - требуемая для стекловарения теплота, ГДж/год;

Qn - теплота вырабатываемого пара, ГДж/год;

Qfl3n - теплота на дополнительный подогрев, ГДж/год;

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

Таблица 7. Вид Расход, Себе- Удель Подве Подведенная Энергоресурса ед/год сто- ная денная эксе ргия им., Руб/ед

(S) эксер- гия, МВт^ч

ед

(е) теплота,

ГДж год

(Q) МВт^ч

год Доля

а Природный газ,тыс.м3 20100 6,6 10,37 765810 208440 0,98 Электроэнергия, на 4000 9,8 1 0 4000 0,02 привод электродвигателей, МВтч Физическая теплота 8150 0 0 8150 0 0 из окружающей среды (с воздухом,шихтой и др.),ГДж Всего: 773960 212440 1,0 QC = Мсмqс = 143300 • 2,348 = 336468 ГДж/год.

где qc = 2.348 - удельная теплота стекловарения, ГДж/т.

Qс = M„(h„„ - hпв) = 6910 • 10-3(2767 - 435) = 14435 ГДж/год.

рдш = рГ = 336540 +14435 = 0 ЭЭ 141900 +66240 +18460

Аналитический показатель по электроэнергии для привода электродвигателей равен их среднему КПД, принимаемому РЭЭ = пПР = 0,9 . Для физической теплоты веществ, поступающих в процесс при температуре окружающей

среды, Р^ = Пт = 0,233

Установка с КЦК: Qс = 246540 ГДж/год; Qn = 180096 ГДж/год;

вПЭ = ППР = 0,9

3. Определяем суммарный энергоэкономический показатель безотходности.

Стекловаренная печь:

/I

X вЭЭ, Z ЭЭi

n

вЭЭ ,у ЭЭ,

i=1

(РЭЭ = —

n

X Z ЭЭ i

i = 1

у

где ^ ЭЭ1 - энергоэкономические коэффициенты для: ээ = U Г пр

природного газа

' ээ U Г п р электроэнергии уДЭП = и а

ЭЭ ^Э^ПР

у ДЭП -

привода электродвигателей Zp — иЭ а ПР

физической теплоты вещества

z фэ — 0 ,

где U - соотношение трудозатрат на производство и транспортирование потребителю сопоставимого объема энергоресурсов: электроэнергии U=1,

гг тГ Sr 0,0964-6,6 природного газа U — —-—— — — 0,0649,

Si 9,8

3

здесь т г - сопоставимый расход природного газа, тыс.м , с 1 МВт.ч электроэнергии, равный т г — — — — 0,0964 тыс.м3

—^— 1 еу 10,37

Тогда Z Г — 0,0649 - 0,941 — 0,0611; Z = 1-0,045 = 0,045;

Z пэ = 1-0,014 = 0,014.

0,233 - 0,0611 + 0,233 - 0,045 + 0,9-0,014

p = — = 0,311.

0,0611 + 0,045 + 0,014

Установка с КЦК:

ш = 0,634 .

Т ЭЭ '

4. Определяем суммарный технико-экономический показатель безотходно-

сти.

Поскольку данные по полным трудозатратам при производстве ресурсов отсутствуют, введем в расчет себестоимость сырья:

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

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

n

YVS в

p = Я ' . РЩМШ SШ +вмМСБ SСБ +еММпВ +

T^V-S- МШ S Ш + МСБ S СБ + Vr S Г + (ДЭП + ЭПР )S Э

i=1

,ПР

РЭ VГ SГ + (РЭДЭЭ ЭДЭП + РЭЭ ЭПР )SЭ Л

+ : 7 т = 0, /82

МШ S Ш S СБ + М ПВ S ПВ + VR S Г + (ЭДЭП + ЭПР )S Э

Установка с КЦК: Ц Э = 0,838.

Суммарный технико-экономический показатель безотходности заметно выше, чем энергоэкономический, что свидетельствует о гораздо более высоком проценте использования сырьевых ресурсов и значительных резервах использовании энергоносителей в данном производстве.

Причина низкого уровня Ц ээ - малая тепловая эффективность работы ванной печи, тепловой КПД которой составляет всего 0,233.

316 Повышение энерго- и технико-экономических показателей безотходности в рамках существующей технологии возможно путем улучшения тепловой изоляции печи и увеличения производительности при использовании более стойких огнеупоров, повышения температуры подогрева воздуха в реконструированных регенераторах и более полного использования теплоты уходящих газов

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

УЦМ является применение современных методов варки стекла, например в циклонной печи, опытно-промышленное освоение которой находится в завершающей стадии.

Из сопоставления показателей безотходности двух различных установок, перерабатывающих одинаковую шихту в один и тот же технологический продукт, следует совпадение частных показателей материальной безотходности по

й вШ ЯПВ

шихте и питательной воде ИМ ? ИМ при существенном увеличении в циклонной установке суммарного показателя ЦМ в результате значительного снижения удельного расхода топлива. Имеется также некоторое повышение Ц м и

макс

УЦ за счет увеличения доли массы полезных продуктов (из-за меньшего уноса доли продувки).