Экономия энергии, вторичные энергоресурсы
Энергетический баланс имеет две стороны – выработку энергии и ее потребление. Организация второй не менее важна, чем обеспечение первой. Экономия топлива позволяет сохранить его запасы, разгрузить транспорт, уменьшить загрязнение атмосферы и по начальным затратам «стóит» значительно меньше, чем добыча. Если устранить непроизводительные потери тепловой и электрической энергии, использовать ВЭР, высвободятся огромные средства, затрачиваемые на добычу топлива и сооружение энергогенерирующих установок. Разгрузка действующих установок повысила бы качество электроэнергии (стабильность частоты и напряжения), что, в свою очередь, привело бы к сокращению потерь электроэнергии и многих других. Возможности экономии тепловой и электрической энергии многочисленны и значительны. В частности, большую экономию топлива может обеспечить утилизация ВЭР – энергетических отходов того или иного технологического процесса, которые нельзя использовать для него, но можно использовать для внешних потребителей. ВЭР классифицируются следующим образом: 1. Горючие, т.е. топливные, ВЭР (ГВЭР) – горючие газы плавильных печей (доменный, колошниковый, шахтных печей и вагранок, конвертерный, ферросплавный); горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистого или углеводородного сырья, непригодные для дальнейшей технологической переработки; отходы деревообработки (щепа, опилки, стружка, обрезь и т.д.); упаренные щелока целлюлозно-бумажного производства; отходящий газ сажевых печей; абсорбционный газ при производстве мономеров для синтетических каучуков; оксидно-углеродная фракция в производстве аммиака и др. 2. Тепловые ВЭР (ТВЭР) – физическая теплота отходящих газов технологических агрегатов (производственные печи, двигатели внутреннего сгорания и др.); физическая теплота основной, побочной, промежуточной продукции и отходов основного производства (кокс, металл в металлургических процессах и др.); теплота рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических агрегатов и установок (испарительное или водяное охлаждение печей, двигателей внутреннего сгорания и пр.); теплота отработавших в технологических тепловых установках горячей воды и пара (мятый пар кузнечно-прессовых агрегатов и др.) 3. ВЭР избыточного давления – потенциальная энергия газов и жидкостей, уходящих из технологического агрегата с избыточным давлением, которое следует снижать перед очередной ступенью использования эти газов и жидкостей или при выбросе их в атмосферу. К таким веществам относятся колошниковые газы доменных печей, газы, уходящие из регенераторов каталитического крекинга, и др. ГВЭР, естественно, используются в качестве топлива с широким диапазоном возможностей. Способы использования ТВЭР зависят от их вида и многих других факторов. ТВЭР могут быть в виде пара давлением от 0,25 до 4,5 МПа или воды с температурой от 40 до 150 0С. Основные отрасли промышленности по количеству ВЭР кратко характеризуются следующими данными. Черная металлургия по количеству и температурному потенциалу ВЭР занимает в промышленности первое место вследствие характера и большого масштаба производства. При огнетехнических процессах плавления и нагрева метала температуры его и продуктов сгорания, отводимых от теплообменной зоны рабочей установки, являются высокими. Значит, коэффициент использования теплоты сжигаемого топлива низок, т.е. количество ТВЭР большое. Велико и количество ГВЭР при получении чугуна, производстве кокса. Вследствие высокой температуры получаемого кокса имеет место и значительный выход ТВЭР. Цветная металлургия по потребности в топливе и количеству ВЭР во многом уступает черной металлургии. Главный источник ТВЭР – физическая теплота отходящих газов, отводимая с охлаждением печей и содержащаяся в шлаках. В сумме она составляет 70…80 % теплоты сжигаемого топлива. В машиностроении ГВЭР практически нет, ТВЭР намного меньше, чем в цветной, а тем более в черной металлургии. Но все же в тепловом балансе предприятий использование ТВЭР может занимать значительное место. Потребителями топлива, а значит, источниками ТВЭР являются печи кузнечно-прессовых, термических, чугунолитейных и сталеплавильных цехов. Должна утилизироваться теплота отходящих газов и водяного или испарительного охлаждения этих печей. Кроме того, крупным источником ТВЭР служит мятый (отработанный) пар кузнечно-прессовых цехов, если молоты и прессы работают на паре. Химическая промышленность по количеству ВЭР находится на третьем месте, расходует более 30 млн т/год условного топлива и около 10 % электроэнергии, потребляемой всей промышленностью. ГВЭР образуется в следующих производствах: аммиака (оксидно-углеродная фракция, танковые, ретурные и продувочные газы, жидкие углеводороды), метанолы и капролактама (сажевый шлак), каустической соды (водород), фосфора (печной газ). Использование некоторых ГВЭР пока не обеспечено техническим решением (печной газ фосфорного производства. водород). ТВЭР имеются главным образом в производствах аммиака, азотной и серной кислоты, кальцинированной соды – в виде физической теплоты отходящих газов и теплоты, отводимой от охлаждаемых элементов технологических агрегатов и продукционных потоков. Нефтепереработка и нефтехимия по количеству ВЭР занимает второе место (после черной металлургии), расходует более 30 млн т условного топлива в год. Теплоносителями ТВЭР являются: пародистилляты, нефтепродукты, дымовые газы, газы технологических преобразований, пары бензина, газойлевая фракция, крекинг-остаток, отпаренный раствор, сероводород, продукты конверсии и пиролиза, коксовые дистилляты и т.д. ТВЭР направляются на технологические и отопительно-вентиляционные нужды. ТВЭР получаются главным образом в нефтехимическом производстве. Они применяются как топливо (абгаз, метановодород) и сжигаются в котлах предприятия (отходящие газы сажевого производства, сланцевый газ). Газовая промышленность. ТВЭР компрессорных станций могут передаваться через теплообменники для теплоснабжения промышленных объектов и населенных пунктов, тепличных хозяйств, опреснения воды, а также для охлаждения транспортируемого газа с условным повышением пропускной способности газопровода на 8…10 % (20…30 % ТВЭР выхлопа). Промышленность строительных материалов потребляет много топлива. В стоимости продукции топливно-энергетическая составляющая превышает 40 %. ТВЭР имеют место как теплота, выделяющаяся при охлаждении корпусов вращающихся цементных печей, отходящих газов стекловарочных печей, охлаждения воды ватержакетов вагранок при изготовлении минеральной ваты, охлаждении плавильных печей и их отходящих газов при отливке элементов санитарно-технического оборудования. Пищевая промышленность занимает шестое место среди других отраслей промышленности по расходу топливно-энергетических ресурсов. Основное потребление приходится на сахарное производство (40%), затем идут масложировое, спиртовое, овощесушильное, пивоваренное, хлебопекарное, кондитерское, крахмально-паточное, консервное. Сахарные заводы в большинстве случаев (90 %) имеют свои ТЭЦ.
Возможная экономия условного топлива за счет использования ВЭР, млн т/год (по литературным данным)
Утилизации ТВЭР технологического процесса предшествует использование возможности возврата отводимой теплоты обратно в основной процесс с соответствующим повышением его теплового КПД, что называется регенерацией теплоты и достаточно широко применяется в технике. Для этого служат: экономайзеры паровых котлов, регенераторы и рекуператоры промышленных печей, теплообменники для регенерации теплоты вентиляции и т.д. Использование ТВЭР дополняет регенерацию теплоты, являющуюся первоочередной, и только остаточную теплоту после регенерации следует рассматривать в качестве ТВЭР. Разграничение понятий «использование ТВЭР» и «регенерация теплоты» можно проиллюстрировать следующими примерами: 1. За паровым котлом обычно устанавливается водяной или (и) воздушный экономайзер(ы) для работы на отходящих газах. В результате отходящая теплота возвращается в основной процесс с питательной водой или воздухом горения для снижения расхода топлива в топке, что является регенерацией теплоты. За экономайзером, нагревающим питательную воду, может размещаться теплофикационный экономайзер для нагрева сетевой воды системы теплоснабжения или контактный для горячего водоснабжения. Это уже будут устройства для использования ТВЭР. 2. За промышленными печами монтируются теплообменники-регенераторы, рекуператоры для нагрева дутьевого воздуха отходящими газами, причем в печь возвращается часть теплоты последних, т.е. имеет место регенерация. Установленные после (вместо) них КОГ или водяные экономайзеры, обслуживающие внешних потребителей, являются утилизаторами ТВЭР. 3. Подогрев приточного воздуха вытяжным воздухом вентиляции – это регенерация теплоты, понижающая ее расходование в основном процессе, использование же этой теплоты как ТВЭР исключается из-за низкой температуры вытяжного воздуха.
Вопросы и задания для самопроверки: 1. Какие невозобновляемые и возобновляемые источники энергии существуют на Земле? 2. Назовите сроки, в течение которых на планете будут исчерпаны запасы нефти, газа и угля. 3. Какую ценность имеют нефть, газ и уголь, кроме топливной? 4. Каков примерно уровень использования энергии вещества для АЭС, термоядерных станций и тепловых станций на органическом топливе? 5. Укажите преимущества и недостатки ядерной энергетики. 6. В чем заключаются преимущества процесса выработки электроэнергии АЭС на быстрых нейтронах? 7. Перечислите способы использования солнечной энергии. 8. Дайте оценку водороду как топливу. 9. Каковы способы получения водорода в качестве топлива? 10. Что такое ВЭР? 11. Назовите виды ВЭР. 12. Что такое регенерация теплоты в энергетических, технологических и иных процессах? 13. Что является экономически более ценным – экономия топлива или соответственное увеличение его добычи? Обоснуйте ответ.
|
