Использование вторичных энергоресурсов (ВЭР)

Предприятия пищевой промышленности являются крупными потребителями топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Поэтому проблема экономии тепловой и электрической энергии в пищевой промышленности стоит очень остро. Наиболее энергоемкими являются производства: сахарное, масложировое, спиртовое, овощесушильное и др.

Вторичные энергоресурсы представляют собой потенциал определенного вида энергии (тепловой, химической, механической, электрической), содержащейся в отходах, промежуточных или готовых продуктах производства.

Вторичные энергетические ресурсы предприятий пищевой промышленности можно разделить на четыре группы:

теплота отходящих газов и жидкостей (сюда относятся теплота дымовых газов, отходящих из котельных и печей, а также теплота, содержащаяся в воде, в барде спиртовых заводов и т. д.);

теплота отработанного пара паросиловых установок и вторичного пара теплоиспользующих установок (выпарные установки, ректификационные аппараты, сушилки, пары самоиспарения);

теплота горючих отходов (эта теплота может быть реализована при сжигании отходов; например, лузга на маслоэкстракционных заводах используется в качестве топлива в паровых котлах);

теплота, содержащаяся в продуктах и отходах производства (к этой группе относится теплота, содержащаяся в шлаках котельных, горячем жоме сахарных заводов, горячем хлебе, сахаре и т. д.; к этой группе можно также отнести нагретый воздух, удаляемый из горячих цехов).

Наибольшее значение имеют первые две группы источников ВЭР. Использование теплоты вторичных энергетических ресурсов ведется по трем направлениям:

для процессов, протекающих в основных технологических установках внутри цеха или предприятия (замкнутые схемы);

для внешних целей, не связанных с процессами, протекающими в основных технологических установках, которые являются источниками ВЭР, например использование вторичных тепловых ресурсов для отопления и горячего водоснабжения гражданских зданий (разомкнутые схемы);

для внутренних и внешних целей по отношению к процессу в технологической установке (комбинированные схемы).

Источники вторичных энергоресурсов существуют в каждой отрасли пищевой промышленности. Они имеют различный качественный (температурный уровень, свойства теплоносителя) и количественный состав.

Сахарное производство является наиболее энергоемким. Основными составными частями ВЭР являются теплота утфельного пара из вакуум-аппаратов, паров самоиспарения (деаэратора котельной, сатураторов и сульфитаторов, сборников конденсатов и технологических растворов), отходящих газов из котлов, конденсатов, барометрической воды, продувной воды котлов, жомопрессовой воды, энтальпии жома, нагретый воздух производственных помещений.

В спиртовом производстве в качестве вторичных тепловых ресурсов применяется теплота барды из бражной колонны, вторичной барды, продуктов производства (спирт, сивушное масло, дрожжи, эфироальдегидная фракция и др.), теплота конденсаторов, дефлегматорной воды, вторичного пара и сушилок дрожжей, лютерной воды, охлаждающей воды из конденсаторов и холодильников, нагретого воздуха производственных помещений, отходящих газов из котлов, продувочной воды.

Спиртовые заводы, оборудованные установками упаривания вторичной барды, дополнительно в качестве вторичных энергетических ресурсов имеют теплоту вторичного пара, конденсата выпарных аппаратов, барометрической воды из конденсатора.

ВЭР пивоваренного производства включают в себя теплоту вторичного пара варочных котлов, конденсаторов, охлаждающей воды, отходящих газов сушилок и котельной.

В хлебопекарном, кондитерском и крахмалопаточном производствах элементами ВЭР является теплота конденсатов, вторичного пара вакуум-аппаратов, змеевиковых колонок, барометрической воды, вторичного пара выпарных установок, продуктов производства, отходящих газов печей, сушилок и котельной.

Вторичными тепловыми энергоресурсами масложирового производства являются теплота конденсатов и охлаждающей воды, продуктов производства, теплота при сжигании отходов, теплота отходящих газов сушилок и котельной.

В консервном производстве вторичные тепловые энергоресурсы включают в себя теплоту вторичного пара выпарных установок и вакуум-аппаратов, барометрической и охлаждающей воды, конденсатов, полуфабрикатов и готовой продукции, теплоту отходящих газов сушилок и котельной.

В области внедрения энергосберегающих технологий имеются крупные резервы, так как наряду с установками, работающими с коэффициентом полезного действия 90% и выше, действует большое количество тепловых установок с низким КПД, в ряде случаев не превышающим 30%. Эффективность использования теплоты в большинстве технологических процессов пищевой промышленности можно значительно повысить, причем капиталовложений для этого потребуется существенно меньше в сравнении с необходимыми для добычи эквивалентного количества топлива. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что стоимость энергии, сэкономленной в результате реконструкции, в 3−5 раз дешевле энергии, получаемой при строительстве новых установок аналогичной производительности.

Достаточно выгодно использование теплоты продуктов сгорания природного газа. Это можно увидеть на примере хлебопекарного производства. По количеству топлива, сжигаемого в топках печей, хлебопекарное производство занимает ведущее место в пищевой промышленности. В среднем для выпечки 1 т хлеба необходимо 50−65 кг условного топлива. Из этого количества топлива полезно используется только 30−32%. С продуктами сгорания в атмосферу уносится от 30% до 60% всей теплоты. Температура отходящих запечных газов в печах с нагревательными трубами — от 500 до 700 °C, хотя температурный напор от газов к пекарной камере обеспечивается при температуре продуктов сгорания 350 °C.

Теплоту уходящих газов можно использовать для нагрева воздуха перед подачей его в топку печи, что наряду с экономией топлива улучшает условия горения. Повышение температуры подогреваемого воздуха на 1 °C вызывает такое же понижение температуры дымовых газов.

При высокой температуре запечных газов (выше 350°С) рекомендуется последовательное (ступенчатое) их использование: вначале газы нагревают воду (до 80°С), охлаждаясь до 350 °C, а затем направляются в воздухоподогреватель, где температура их понижается до 200 °C. В дальнейшем уходящие газы можно использовать в контактном теплообменнике для нагрева воды. Такое глубокое охлаждение запечных газов позволит резко повысить коэффициент использования теплоты топлива.

Одной из крупных проблем пищевой промышленности является сушка продукции. На сушку сельскохозяйственных продуктов ежегодно расходуется значительное количество природного газа.

В зависимости от климатических условий сушится от 20% до 50% зерна и бобовых, все масличные культуры, чай, табак.

Повысить эффективность использования и улучшить качество сжигания природного газа можно путем сочетания работы сушильных установок с работой котельных агрегатов. В этом случае котельные установки могут не включать дорогостоящие поверхности нагрева, а в сушилках не будет расходоваться природный газ.

Осуществление процесса сушки при сравнительно низкой температуре вызывает необходимость сильного разбавления продуктов сгорания воздухом. Так, сушильный агент с температурой 250−320°С получают путем разбавления продуктов сгорания природного газа пяти-, семикратным объемом воздуха. В результате потери теплоты с уходящими газами резко возрастают и достигают в ряде случаев 40−50%.

Для того чтобы повысить качество сжигания природного газа и понизить температуру уходящих газов, предложено сочетать работу сушильных установок с работой паровых котлов, установленных в расположенной рядом котельной.

Использование вторичных энергетических ресурсов для отопления тепличных хозяйств предприятий пищевой промышленности — одно из перспективных направлений. Необходимость исследований в этой области обусловлена тем, что капитальные затраты на системы отопления и вентиляции составляют 30−50% от сметной стоимости тепличного хозяйства. Отсутствие разработок и нормативных документов, учитывающих особенности проектирования теплиц на территории предприятий, приводит к удорожанию их конструкций и увеличению эксплуатационных затрат на отопление.

Для теплиц, располагаемых на территории промышленных предприятий, могут быть использованы отходящие газы от технологического оборудования (нагревательных печей, сушилок и т. д.) и котельных агрегатов, а также горячая вода или пар от технологического оборудования. Горячую воду, имеющую высокую температуру, используют в традиционных системах водяного отопления теплиц, низкотемпературную воду — в контактных аппаратах для нагрева и увлажнения воздуха, подаваемого в теплицу.

Большой интерес представляет также использование диоксида углерода (углекислого газа), содержащегося в продуктах сгорания, для подкормки тепличных культур. Наиболее действенным источником углекислого газа в теплицах при наличии газовой котельной являются продукты сгорания природного газа, содержание С0₂ в которых составляет обычно 4−8% в зависимости от режима работы котла.

Следовательно, применение продуктов сгорания природного газа в тепличном хозяйстве позволяет одновременно решать две задачи — повышение урожайности и увеличение экономичности работы теплоагрегатов.

Комплексный подход к использованию продуктов сгорания природного газа в тепличных хозяйствах позволяет увеличить выход товарной продукции, обеспечить экономию природного газа и охрану воздушного бассейна за счет уменьшения вредных выбросов.