Вторичные энергетические ресурсы

Содержание

Введение

1. Вторичные энергетические ресурсы

2. Классификация вторичных энергетических  ресурсов (ВЭР)

3. Состояние использования ВЭР

4. Оценка энергоэффективности применения  ВЭР

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Прогрессивное направление развития промышленности - создание безотходных производств, по технологии которых используются все элементы производственного процесса, а также энергия реакции технологических процессов для получения полезной продукции. Получаемая извне энергия необходима лишь для запуска и резервирования, то есть безаварийной остановки технологического процесса. Так в настоящее время используются технологические процессы производства аммиака, метанола, высших спиртов и некоторых других химических продуктов, основанные на принципе энерготехнологического комбинирования с максимальным использованием выделяемой энергии при различных реакциях.

В настоящее время и в ближайшей  перспективе ещё будут существовать технологические процессы с материальными  и энергетическими отходами. На технологический процесс расходуется определённое количество топлива, электрической и тепловой энергии. Кроме того, сами технологические процессы протекают с выделением различных энергетических ресурсов - теплоносителей, горючих продуктов, газов и жидкостей с избыточным давлением. Однако не всё количество этой энергии используется в технологическом процессе или агрегате; такие неиспользуемые в процессе (агрегате) энергетические отходы называют вторичными энергетическими ресурсами.

Количество образующихся вторичных энергетических ресурсов достаточно велико. Поэтому полезное их использование - одно из важнейших направлений экономии энергетических ресурсов. Утилизация этих ресурсов связана с определёнными затратами, в том числе и капитальными, поэтому возникает необходимость экономической оценки целесообразности такой утилизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Вторичные энергетические  ресурсы

Под вторичными экономическими ресурсами  понимают энергетический потенциал  продукции, отходов, побочных и промежуточных  продуктов, образующихся при технологических процессах, в агрегатах и установках, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использоваться для энергосбережения других агрегатов (процессов).

Термин “энергетический потенциал” здесь следует понимать в широком смысле, он означает наличие определённого запаса энергии - химически связанного тепла, физического тепла, потенциальной энергии избыточного давления и напора, кинетической энергии и др. Химически связанное тепло продуктов топливоперерабатывающих установок (нефтеперерабатывающих, газогенераторных, коксовальных, углеобогатительных и др.) к вторичным энергетическим ресурсам не относятся.

Общий выход вторичных энергетических ресурсов за рассматриваемый период времени (сутки, месяц, квартал, год) определяют исходя из удельного или часового. Только часть энергии из общего выхода вторичных энергетических ресурсов может быть использована как полезная. Поэтому для оценки реального потенциала вторичного энергетического ресурса, пригодного к использованию, рассчитывают возможную выработку энергии за счет вторичных энергетических ресурсов.

На основе результатов расчета  экономии топлива за счет использования  вторичных энергетических ресурсов определяется степень утилизации вторичных  энергоресурсов на предприятии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Классификация вторичных  энергетических ресурсов (ВЭР)

ВЭР – энергетический потенциал продукции, побочных и  промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), который теряется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения. Рациональное их использование является одним их крупнейших резервов экономии топлива, способствующих снижению топливо- и энергоемкости промышленной продукции. Достаточно сказать, что в рамках стран СНГ потенциальные запасы ВЭР оцениваются более чем в 1000 млн. ГДж.

ВЭР могут быть востребованы непосредственно  без изменения вида энергоносителя (для удовлетворения потребности  в теплоте и топливе) или с  изменением вида энергоносителя путем выработки тепла, электроэнергии, холода или механической работы в утилизационных установках.

Многие отрасли  народного хозяйства располагают  значительным резервом топливных и тепловых ВЭР, занимающих значительное место в их топливно-энергетическом балансе. Наибольшими тепловыми ВЭР располагают предприятия черной и цветной металлургии, химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, промышленности строительных материалов, газовой промышленности, тяжелого машиностроения.

Именно в этих отраслях широко используется теплота высокого, среднего и низкого потенциалов. Из почти 90% теплоты высокого потенциала (> 623 К): около 33% идет на плавку, 40% - на нагрев и около 20% - на обжиг руд и минерального сырья. Большая часть теплоты высокого потенциала обеспечивается за счет сжигания различных видов топлива непосредственно в технологических установках.

Теплота среднего (373 – 622 К) и низкого (323 – 423 К) потенциала применяется для  теплоснабжения потребителей, требующих  повышенных значений температуры и давления. Свыше 90% его полезного потребления расходуется в промышленности (~45%) и в жилищно-коммунальном секторе (~48,5%). Основными энергоносителями, обеспечивающими энергией средне- и низкотемпературные процессы, являются пар и горячая вода.

Предприятия тяжелого, энергетического  и транспортного машиностроения Украины располагают огромным потенциалом ВЭР в виде физической теплоты уходящих газов мартеновских, нагревательных и термических печей, вагранок, теплоты испарительного охлаждения печей, теплоты отработанного пара прессов и молотов. Имеют вторичные возобновляемые энергоресурсы и предприятия других отраслей народного хозяйства.

Поэтому одной из важнейших задач  совершенствования любой отрасли является выявление резервов ВЭР, экономически и экологически обоснованное их использование для целей производства и удовлетворения нужд бытового потребления.

Наряду с повышением эффективности  использования топливно-энергетических ресурсов, утилизация ВЭР позволяет  снизить воздействие энергоснабжения  и энергопотребления на окружающую среду. В частности, уменьшается выброс тепловых отходов (тепловое загрязнение), а также содержание вредных выбросов в продуктах сгорания.

Принципиальная схема использования  ВЭР, представленная на рис.2.1, иллюстрирует отдельные потоки и сечения, по которым определяются их количественные показатели.

Таким образом, использование вторичных  энергоресурсов, неизбежно возникающих в различных технологических процессах, является одним из существенных резервов энергосбережения. Выход вторичных энергоресурсов зависит от целого ряда факторов: параметров, при которых протекает процесс, его режима, конструктивного исполнения технологического оборудования и др.

 

Рис.2.1 - Принципиальная схема использования  ВЭР

 

Каждая технологическая установка характеризуется определенным энергетическим КПД, показывающим, какая величина подведенной к процессу энергии теряется. На практике происходит постоянная борьба с потерями, используются самые различные способы их сокращения, в том числе организационно-технические, связанные с наладкой технологических процессов и режимов работы агрегатов, улучшением изоляции технологического оборудования, трубопроводов горячей воды, пара и пр.

Один из путей снижения потерь –  использование возможности возвращения части потерь энергии непосредственно в тот процесс, в котором они образуются. Многочисленные исследования подтверждают энергетическую и экономическую эффективность регенерации и рекуперации энергии. После этого остаются только потери, которые по данной технологии при существующем уровне развития техники уменьшить и избежать нельзя. Эту часть энергетических потерь и принято считать вторичными энергоресурсами, которые обычно подразделяют на горючие, тепловые и избыточного давления.

Горючие ВЭР - отходы технологических процессов, содержащие химически связанную энергию, неиспользуемые или непригодные для дальнейшей технологической переработки, которые могут быть применены в качестве котельно-печного топлива.

Тепловые ВЭР –тепловые отходы, представляющие собой энтальпию отходящих газов технологических агрегатов, основной, побочной, промежуточной продукции и отходов производства, теплоту рабочих тел систем охлаждения технологических агрегатов и установок, энтальпию горячей воды и пара, отработанных в технологических установках. К тепловым ВЭР также относятся пар и горячая вода, попутно полученные в технологических установках.

ВЭР избыточного давления – потенциальная энергия газов, выходящих из технологических агрегатов с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед следующей ступенью использования или выброса их в атмосферу.

В зависимости от вида и параметров вторичные энергоресурсы используются в одном из следующих направлений.

Топливное – непосредственное использование горючих ВЭР в качестве котельно-печного топлива.

Тепловое – использование энергоносителей, вырабатываемых за счет ВЭР в утилизационных установках (УУ) или получаемых непосредственно как ВЭР, для обеспечения потребности в тепловой энергии. К этому направлению относится также получение искусственного холода за счет ВЭР в абсорбционных холодильных установках.

Электроэнергетическое – использование ВЭР с преобразованием энергоносителя для получения электроэнергии в газовых или паровых конденсационных турбоагрегатах.

Комбинированное – преобразование потенциала тепловых ВЭР для выработки в утилизационных установках (утилизационных ТЭЦ) по теплофикационному циклу электро- и теплоэнергии.

 

 

 

 

 

 

 

3. Состояние использования  ВЭР

Горючие ВЭР. В суммарном выходе горючих ВЭР основная доля приходится на три отрасли промышленности: черную металлургию, нефтеперерабатывающую и нефтехимическую, химическую. Горючие ВЭР черной металлургии – это коксовый, доменный, конверторный и ферросплавный газы. После отвода из технологического агрегата они очищаются от пыли и направляются в различные технологические установки предприятия, где сжигаются в качестве котельно-печного топлива. Если на предприятии имеются излишки горючих ВЭР, то они направляются на сжигание в энергетических установках (ТЭС, котельных).

Годовой выход горючих ВЭР в целом по данной отрасли оценивается в десятки млн. т.у.т., а степень их использования достигает 93%. При этом использование доменного газа составляет 96,6%, ферросплавного – 38,0%. Дальнейшее повышение степени их использования связано с решением целого ряда научно-технических задач: разработкой и внедрением установок для очистки газов ферросплавных печей, разработкой системы очистки и улавливания конвертерного газа без дожигания и др.

К горючим ВЭР нефтеперерабатывающей  и нефтехимической промышленности относятся: отходящие газы сажевого производства, абгазы, жидкие углеводороды и кубовые остатки в производстве дивинила, метановодородная фракция в производстве этилена, горючие отходы нефтепереработки и др. Обычно они используются в качестве топлива в технологических установках, а их излишки сжигаются в факелах. Коэффициент использования горючих ВЭР в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности недостаточно высок и по некоторым оценкам, не превышает 60%. Существенное его повышение связано с организацией применения низкокалорийных (400-500 ккал/м³) отходящих газов сажевого производства, коэффициент использования которых в настоящее время составляет лишь около 20%.

Более 98% общего количества горючих ВЭР химической промышленности приходится на азотную, фосфорную и хлорную подотрасли. Горючие отходы имеются в производствах аммиака, метанола, ацетилена, капролактама, каустической соды, желтого фосфора, карбида кальция.

При производстве аммиака образуются ретурные, танковые и продувочные газы, фракция СО, а также жидкие углеводороды, которые могут быть использованы в качестве топлива. При получении метанола выделяются танковые и продувочные газы; ацетилена – сажевый шлам и высшие ацетиленовые гомологи; капролактама – продувочный газ и водород; каустической соды – водород. Горючими также являются отходящие газы электропечей в производствах желтого фосфора и карбида кальция. Суммарный выход горючих ВЭР в отрасли эквивалентен нескольким млн. т.у.т./год, а коэффициент их использования достигает 75%.

Все названные горючие ВЭР используются либо могут быть использованы в качестве топлива, сжигаемого в технологических или энергетических установках. Экономически это, безусловно, целесообразно, так как затраты, связанные с организацией сжигания, например горючих газов, составляют не более 10-20% от затрат на добычу и транспорт первичного топлива. Кроме того, при их сжигании происходит обезвреживание выбрасываемых в атмосферу веществ от содержащихся в них токсичных и канцерогенных компонентов, что улучшает экологическую обстановку в районах расположения рассматриваемых производств.

Основные трудности при использовании  горючих ВЭР связаны с их сбором, транспортировкой, а также с необходимостью совершенствования существующих и  разработки новых методов и устройств  для их сжигания.

ВЭР избыточного давления. Значительная экономия природных энергоресурсов может быть получена за счет утилизации этого вида ВЭР в черной металлургии и в системах газоснабжения.