Новые достижения в области энергосбережения и экономии воды в угольной химической промышленности: система замкнутого воздушного охлаждения и циркуляции охлаждающей воды от компании Hubei Zhongsheng”

Thread Content

1. Предпосылки применения. В 2012 году в «Мнениях Государственного совета о внедрении самой строгой системы управления водными ресурсами» использование общего объема водных ресурсов и эффективность их использования были поставлены в центр внимания при развитии различных отраслей экономики. **В Плане на 12-й пятилетний период четко указаны показатели потребления воды в угольной химической промышленности: расход воды на тонну стандартного угля не должен превышать 3 тонн. В настоящее время показатели водопотребления на отечественных предприятиях углехимической промышленности, как правило, составляют не менее 5 тонн воды на тонну стандартного топлива. При анализе показателей потребления воды в отдельных подразделениях угольно-химических предприятий выясняется, что наибольшее количество воды потребляет система циркуляционного охлаждения — около 60% от общего объема потребляемой воды. Для охлаждения преимущественно используется система открытой циркуляции воды; такой способ обеспечивает хороший эффект охлаждения, но требует большого количества воды. По мере ускорения процесса развития Запада в Северо-Западном регионе появляется все больше проектов в области угольной химии, что приводит к росту потребности в водных ресурсах. Однако на северо-западе не хватает водных ресурсов, а эксплуатационные затраты на использование открытых охлаждающих башен слишком высоки. С другой стороны, из-за низких температур и сильных ветров на северо-западе идеально подходят для охлаждения конденсаторы. Изучение технологий экономии воды в системах циркуляционного охлаждения является одним из важных направлений для достижения целевых показателей потребления воды в угольной химической промышленности согласно двенадцатому пятилетнему плану. Обеспечение разумного и экономного использования воды является важной задачей для углехимических предприятий в деле энергосбережения, снижения затрат, уменьшения выбросов и повышения эффективности. В то же время экономия воды имеет огромное стратегическое значение для смягчения нехватки водных ресурсов и обеспечения устойчивого развития национальной экономики. В основных принципах политики Китая в области технологий экономии воды указано, что «экономия и эффективное использование воды являются основным способом снижения дефицита водных ресурсов». Суть экономии воды заключается в повышении эффективности и результативности её использования. **Соблюдайте строгую экономию воды. Придерживаться научного подхода к развитию, уделяя больше внимания экономии водных ресурсов. **Способствовать исследованиям, разработкам и применению новых технологий, новых методов и современного оборудования для экономии воды. В плане также четко указано: «Развивать технологии эффективной обработки воды в системах циркуляционного охлаждения, распространять технологии замкнутой циркуляции охлаждающей воды». 2. Система охлаждающей воды с замкнутым циклом и воздушным охлаждением. В соответствии с политикой сокращения энергопотребления и выбросов, а также с целью способствования развитию предприятий в засушливых регионах, которые потребляют большое количество воды, компания Hubei Zhongsheng Co., Ltd. (ранее Wuhan Zhongsheng Energy; далее — «Hubei Zhongsheng Co., Ltd.») самостоятельно разработала систему охлаждающей воды с замкнутым циклом и воздушным охлаждением. Вместо традиционной «промышленной системы циркуляции охлаждающей воды» следует использовать инновационную «закрытую систему воздушного охлаждения с циркуляцией воды». Вместо градирен рекомендуется применять энергосберегающие водяные или комбинированные воздухоохладители. Это позволяет поддерживать температуру охлаждающей воды на необходимом уровне для выполнения всех технологических требований, обеспечивает стабильную длительную эксплуатацию, а также способствует экономии воды и энергии, снижению выбросов, предотвращению образования накипи на технологическом оборудовании и увеличению срока его службы. Закрытая система охлаждения с воздушным охлаждением объединяет процессы водяного и воздушного охлаждения, а также процессы тепло- и массообмена в одну систему; это современная, эффективная и экономичная система циркуляционного охлаждения. 2.1. Особенности технологического процесса. В закрытой системе охлаждения с воздушным охлаждением в качестве охлаждающей воды используется мягкая или деионизированная вода. Она поглощает тепло от теплообменного оборудования; после повышения температуры вода поступает в трубы энергосберегающего водяно-пленочного или комбинированного воздухоохладителя (см. рисунок ниже; далее – воздухоохладитель). Сначала вода проходит через участок с ребристыми трубами (в комбинированных воздухоохладителях), где предварительно охлаждается, затем попадает на участок с распылением воды, где дополнительно охлаждается за счет теплообмена с окружающим воздухом и распыляемой водой. После этого охлажденная вода под давлением циркуляционного насоса возвращается к теплообменному оборудованию. Мягкая вода циркулирует в замкнутой системе и не контактирует с внешним воздухом, выполняя процесс передачи тепла путем поглощения и отдачи теплоты. Поскольку качество воды, получаемой в результате процесса смягчения в замкнутом цикле, или деионизированной воды остается стабильным, потери практически отсутствуют; необходимо лишь пополнять небольшое количество смягченной воды, теряющейся из-за утечек в оборудовании системы. Энергоэффективные водяно-мембранные конденсаторы, комбинированные конденсаторы. При высокой температуре воздуха одновременно включаются вентилятор и насос для подачи воды. Насос для подачи воды для орошения направляет её в систему распределения воды, расположенную над теплообменными трубами. Вода вытекает вниз и попадает на поверхность теплообменных труб, образуя на их внешней стороне равномерную водную пленку. Эта пленка поглощает тепло изнутри труб и затем испаряется в воздухе. Потенциальная теплота испарения воды **превышает сенсуальную теплоту нагрева воды, поэтому это значительно усиливает весь процесс теплообмена и сокращает площадь поверхности для теплообмена. Поскольку водяной пар попадает в воздух, на выходе с помощью устройства для удаления воды удаляются включенные в него капли воды, после чего газ выходит в атмосферу через трубки с радиаторными ламелями. Большая часть воды из системы опрыскивания падает в резервуар для повторного использования; при этом сама вода охлаждается под действием воздуха. По мере снижения температуры можно уменьшить количество вентиляторов и насосов для орошения, либо снизить скорость вращения вентиляторов с помощью частотного преобразователя, чтобы регулировать количество тепла, передаваемого, и поддерживать стабильную температуру выходной воды. Благодаря проектированию теплообмена можно прекратить подачу воды для орошения при температурах 0°C, 5°C, 10°C и 15°C. В этот момент воздушный охладитель функционирует как сухой охладитель с принудительной циркуляцией воздуха. В проекте по производству метанола из угля группы Datong Tongmei при температуре окружающей среды ниже 0°C не требуется распыление воды, **что позволяет сократить потребление воды. 2.2. Технические преимущества Закрытая система охлаждения с воздушным охлаждением имеет множество преимуществ по сравнению с традиционными промышленными системами циркуляционного охлаждения, что показано в таблице ниже. Преимущества системы охлаждения с замкнутым циклом и использованием воздушного охлаждения. Недостатки традиционных промышленных систем охлаждения водой. Выбор места расположения завода не ограничен. Однако выбор места зависит в значительной степени от наличия источника воды. Сочетание воздушного и водного охлаждения позволяет снизить потребление воды. При полном использовании водного охлаждения потребление воды высокое. Благодаря замкнутому циклу качество воды остается стабильным, что повышает эффективность теплообмена в оборудовании и увеличивает срок его службы. При нестабильном качестве воды в циркуляции оборудование легко подвержено образованию налета и коррозии. Обслуживание такой системы простое, а эксплуатационные расходы низкие. В то же время обслуживание сложное, а эксплуатационные расходы высокие. Количество отходов мало, что способствует охране окружающей среды. Однако объем отходов велик, что требует значительных инвестиций в очистку воды. При отключении электропитания система все равно сохраняет часть своих охлаждающих способностей. При отключении электропитания производство приходится прекращать полностью. 2.3. Экономические преимущества. При стандартной конструкции мощность такой станции составляет 20 000 м³/ч. Использование системы охлаждения с замкнутым циклом и воздушным охлаждением дает явные преимущества по сравнению с системами с открытым циклом и традиционными замкнутыми системами охлаждения. Эти преимущества представлены в таблице ниже. Проект, Стоимость оборудования (тыс. юаней), Расход химикатов (кг/ч), Расход электроэнергии (кВт), Средний расход воды (м³/ч), Расходы на эксплуатацию* (тыс. юаней/год). Традиционная система с открытым циркуляционным водоснабжением: 3700, 6,2, 4350, 410, 5726. Закрытая система с кондиционированием воздуха и циркуляционным водоснабжением: 6900, 3,1, 5550, 205, 4213. Примечание*: Расходы на эксплуатацию = стоимость химикатов + стоимость электроэнергии + стоимость воды. При этом стоимость химикатов составляет 10 юаней/кг, стоимость электроэнергии – 0,5 юаня/кВт·ч, а стоимость воды – 12 юаней/м³ (цены для одной из компаний в Внутренней Монголии). Закрытая система охлаждения водой позволяет сократить годовые расходы по эксплуатации на 15,13 миллиона юаней по сравнению с традиционной открытой системой циркуляции воды; инвестиции окупаются уже через 2–3 года. 3. Результаты исследований компании На протяжении многих лет компания Hubei Zhongsheng Share продолжала сосредотачиваться на инновациях. Благодаря совместным усилиям специалистов по дизайну и разработкам система закрытого воздушного охлаждения также постоянно совершенствовалась, что привело к достижению следующих технических результатов. 1. Использование совмещенного воздушного охлаждения обеспечивает оптимальную экономию воды (ZL200910062950.6). Учитывая климатические особенности нашей страны, характеризующиеся холодной зимой и жарким летом, для достижения наилучшего результата в экономии воды применяется патентованный продукт компании Hubei Zhongsheng — совмещенный воздушный охладитель. Это позволяет сократить расход воды на орошение: летом используется комбинированный режим работы сухого и влажного воздушного охлаждения с применением воды для орошения; зимой используется только сухое воздушное охлаждение; весной и осенью вода для орошения может не использоваться или использоваться в ограниченном количестве, при этом регулируются объем и направление потока воздуха. Практический опыт эксплуатации продукта показывает, что уровень потребления воды в этой системе составляет всего 0,9%, тогда как средний уровень потребления воды в традиционных промышленных системах охлаждения аналогичного масштаба составляет 2,5%. Системные продукты позволяют сократить потребление воды по сравнению с традиционными промышленными системами охлаждения на 30–70%. В настоящее время это инновационное решение успешно применяется на северо-западе и северо-востоке Китая. В проектах по производству электроэнергии из метана угольных пластов в Юйлине (провинция Шэньси) и Цзяцзя (провинция Шаньси), а также в системе замкнутого цикла охлаждающей воды компании Hubei ZhongSheng, прекращение подачи воды возможно при температуре 0°C. В предстоящем демонстрационном проекте по глубокой переработке угля «Внутренняя Монголия Чжунтяньхэчуанг» в Ордосе компания Hubei ZhongSheng первой внедрит новую технологию, позволяющую останавливать подачу воды при температуре ниже 15°C. 2. Регулировка расхода в системе орошения (ZL201420522388.7). В существующей системе орошения конденсаторов с паровым охлаждением используется схема распределения воды, при которой для этой цели применяются главные и вспомогательные трубы; на вспомогательных трубах установлены форсунки. Система труб для распыления установлена над трубным массивом испарительного воздушного охладителя; воздух и вода движутся в противоположных направлениях снаружи трубного массива. В верхней части трубчатого аппарата вода равномерно соприкасается с трубами, что обеспечивает хороший эффект теплообмена. В самом нижнем сегменте трубчатого аппарата из-за потока воды контакт воды с трубами становится неравномерным. Из-за ненасыщенности воздуха и большой скорости потока воздуха вода распределяется неравномерно в нижней части аппарата, что приводит к появлению зон без воды. К тому же, по мере того как вода движется от верхнего набора труб к нижнему, она поглощает тепло, в результате чего её температура повышается. Это увеличивает вероятность образования налета. На практике также можно наблюдать серьезное образование налета в нижнем наборе труб. Компания Hubei Zhongsheng Shares усовершенствовала свою технологию путем добавления системы распылителей в нижней части теплообменных элементов. Благодаря этому происходит прямое орошение нижних теплообменных труб, что предотвращает появление зон без капли жидкости на внешней поверхности этих труб. Кроме того, это способствует снижению образования налета на нижних теплообменных элементах. Расход жидкости в системе распылителей можно регулировать с помощью клапанов регулировки потока ； У выхода насоса для подачи воды в систему опрыскивания устанавливается резервуар для стабилизации давления, что позволяет снизить колебания давления в системе, вызванные регулировкой расхода воды, и тем самым обеспечивает более стабильную работу верхних и нижних трубопроводов для опрыскивания. 3. Введение наполнителя для повышения эффективности теплообмена (ZL201420522389.1). В замкнутых охлаждающих башнях в качестве источника теплообмена используется воздух, поэтому сложно снизить температуру охлаждающей среды ниже температуры окружающей среды. Для решения этой проблемы компания Hubei Zhongsheng разработала способ использования наполнителя для охлаждающих башен в замкнутых охлаждающих установках; это позволяет повысить эффективность теплообмена за счёт снижения температуры воды, используемой для орошения. С помощью этого метода можно снизить температуру охлаждающей среды на 2–3°C по сравнению с обычной системой закрытого циркуляционного охлаждения, что позволяет достичь такого же уровня охлаждения, как и в системе открытого циркуляционного охлаждения. В настоящее время компания Hubei Zhongsheng Shares использует именно эту систему в проекте по чистому использованию угля с высоким содержанием серы в компании Shanxi Lu’an. 4. Результаты применения. В настоящее время системы закрытой циркуляционной водяной охлаждения, разработанные и произведенные компанией Hubei Zhongsheng, широко используются в металлургической, нефтехимической, энергетической и химической отраслях. Также имеется множество успешных примеров их применения в угольной химии; некоторые из результатов приведены в таблице ниже. Номер | Клиент | Название оборудования | Количество единиц
---|---|---|---
1 | China Coal Shanxi Yuheng Coal Chemical Industry | Система циркуляции воды с закрытым охлаждением | 1
2 | Tongmei Guangfa Chemical Industry Co., Ltd. | Система циркуляции воды с закрытым охлаждением | 2
38 | Shanxi Kaijia Coal Bed Methane Power Generation Co., Ltd. | Система циркуляции воды с закрытым охлаждением | 2
4 | Shanxi Lu’an Coal-based Oil | Закрытая водонагревательная башня | 3
5 | Shanxi Lu’an Group for Clean Utilization of High-sulfur Coal | Закрытая водонагревательная башня | 63
6 | Zhongtian Hechuang Ordos Coal Deep Processing | Система циркуляции воды с закрытым охлаждением | 38

Адрес: 4-й этаж здания Ju Xian Lou, International Enterprise Center, Guanggu Avenue, район Дунху, город Ухань, провинция Хубэй.
Телефоны: 027-87526852 / 027-87526979 / 027-87797047
Факс: 027-67845121
Почтовый индекс: 430074
Сайт: www.whzseco.com
Электронная почта: whzsco@163.com
Источник: Hubei Zhongsheng Shares