Теплоенергетична інтеграція установки упарювання водних розчинів нітрату натрію

Abstract

Роботу присвячено вивченню можливості модернізації теплообмінної мережі установки упарювання водних розчинів нітрату натрію шляхом використання засобів інтеграції процесів. Мета роботи полягає у збільшенні величини рекуперації теплової енергії у хіміко-технологічній системі та зменшенні частки сторонніх утиліт у загальній структурі енергоспоживання підприємства, що розглядається. Поставлені задачі досягаються за рахунок застосування проектувальних та розрахункових методів пінч-аналізу як однієї з базових методологій інтеграції процесів. Найбільш важливим результатом роботи є розрахунково доведена можливість збільшення рекуперації енергії на 3,2 МВт, а також зниження потужностізовнішніх теплоносіїв на ту саму величину. Значимість отриманих результатів полягає у тому, що синтезовані при розрахунках схеми теплообмінних мереж можуть бути використані при проектуванні або реконструкції аналогічних установок упарювання водних розчинів нітрату натрію та інших хімічно подібних речовин. Окрім того, викладені принципи можуть бути адаптовані спеціалістами різних промислових підприємств задля модернізації інших виробничих установок та суттєвого зниження витрат на функціонування хіміко-технологічних систем. У якості основного розрахункового методу в роботі використано пінч-аналіз. Доступний потенціал енергозбереження схеми оцінено за допомогою інструмента складових кривих процесу. Встановлено, що рекуперація у існуючому процесі складає приблизно 4,76 МВт, а мінімальна різниця температур у системі дорівнює 35,31 °С. За допомогою програмного забезпечення «PINCH» визначено нове оптимальне значення мінімальної різниці температур, яке становить 10 °С. Для встановленої величини побудовано сіткову діаграму процесу та принципову схему проекту інтеграції теплообмінної мережі. Запропонована схема здатна забезпечити збільшення рекуперації тепла та зменшення теплової енергії зовнішніх утиліт процесу на 67,5 %. Вказані проектні показники досягаються за рахунок використання комплекту з дев’яти рекуперативних та чотирьох утилітних теплообмінників.

The work is devoted to investigation of possibility of the heat exchange network for sodium nitrate aqueous solutions evaporation unit modernization by means of process integration. The purpose of the work is to increase the amount of heat recovery in the chemical-technological system and to reduce the share of third-party utilities in the overall structure of energy consumption at the company under consideration. The tasks are achieved by design and calculation methods of pinch analysis, which is one of the basic methodologies for process integration. The most important result of the work is the calculatedly proven possibility of energy recovery increasing by 3.2 MW, as well as reducing the capacity of external heat carriers by the same amount. The significance of the obtained results lies in the fact that the heat exchanger network circuits synthesized during the calculations can be used in the design or reconstruction of similar installations of sodium nitrate aqueous solutions evaporation units or other chemically similar substances. In addition, the stated principles can be adapted by specialists of various industrial enterprises for the modernization of other production facilities and significant reduction of the cost for functioning of chemical-technological systems. Pinch analysis is used as the main method of calculation. The available energy saving potential of the circuit is estimated using the process component curves tool. It is established that the re-cuperation in the existing process is approximately 4.76 MW, and the minimum temperature difference in the system is 35.31°C. With PINCH software, a new optimal value of the minimum temperature difference of 10°C has been determined. A grid diagram of the process and a concept scheme of the heat exchangernetwork integration project is constructed for the obtained value. The proposed scheme is capable to increase a heat recovery and reduce a the r-mal energy of external process utilities by 67.5 %. These designtargets are achieved using a set of nine recuperative and four utility heat exchangers.