Меню Рубрики

Установки для вторичных энергоресурсов

Использование вторичных энергетических ресурсов промышленности

Классификация вторичных энергетических ресурсов в промышленности

ВЭР промышленности делятся на три основные группы:

Горючие(топливные) ВЭР — химическая энергия отходов технологических процессов химической и термохимической переработки сырья, а именно это: — побочные горючие газы плавильных печей (доменный газ, колошниковый, шахтных печей и вагранок, конверторный и т.д.),

— горючие отходы процессов химической и

термохимической переработки углеродистого сырья (синтез, отходы электродного производства, горючие газы при получении исходного сырья для пластмасс, каучука и т.д.),

— твёрдые и жидкие топливные отходы, не

используемые (не пригодные) для дальнейшего технологической переработки,

— отходы деревообработки, щелока целлюлозно-
бумажного производства.

Горючие ВЭР используются в основном как топливо и немного (5%) на не топливные нужды (преимущественно в качестве сырья).

ТепловыеВЭР — это тепло отходящих газов при сжигании топлива, тепло воды или воздуха, использованных для охлаждения технологических агрегатов и установок, теплоотходов производства, например, горячих металлургических шлаков.

Одним из весьма перспективных направлений использования тепла слабо нагретых вод является применение так называемых тепловых насосов, работающих по тому же принципу, что и компрессорный агрегат в домашнем холодильнике. Тепловой насос отбирает тепло от сбросной воды и аккумулирует тепловую энергию при температуре около 90 °С, иными словами, эта энергия становится пригодной для использования в системах отопления и вентиляции.

Следует отметить, что пока ещё большое количество тепловой энергии теряется при так называемом «сбросе» промышленных сточных вод, имеющих температуру 40 — 60 °С и более, при отводе дымовых газов с температурой 200 — 300 °С, а также в вентиляционных системах промышленных и общественных зданий, животноводческих комплексов (температура удаляемого из этих помещений воздуха не менее 20 25 °С).

Особенно значительны объемы тепловых вторичных ресурсов в чёрной металлургии, в газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

ВЭР избыточного давления(напора) — это потенциальная энергия газов, жидкостей и сыпучих тел, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением (напором), которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих жидкостей, газов, сыпучих тел или при выбросе их в атмосферу, водоёмы, ёмкости и другие приёмники. Сюда же относится избыточная кинетическая энергия. Вторичные энергетические ресурсы избыточного давления преобразуются в механическую энергию, которая или непосредственно используется для привода механизмов и машин или преобразуется в электрическую энергию. Примером применения этих ресурсов может служить использование избыточного давления доменного газа в утилизационных бес компрессорных турбинах для выработки электрической энергии.

Подобные энергетические ресурсы можно использовать для удовлетворения потребностей в топливе и энергии либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо путём выработки тепла, электроэнергии, холода и механической энергии в утилизационных установках. Большинство горючих ВЭР употребляются непосредственно в виде топлива, однако некоторые из них требуют специальных утилизационных установок. Непосредственно применяются также некоторые тепловые ВЭР (например, горячая вода систем охлаждения для отопления).

Различают следующие основные направления использования потребителями ВЭР: топливное— непосредственно в качестве топлива;

тепловое— непосредственно в качестве тепла или выработки тепла в утилизационных установках;

силовое— использование электрической или механической энергии, вырабатываемой из ВЭР в утилизационных установках;

комбинированное— тепловая и электрическая (механическая) энергия, одновременно вырабатываемые из ВЭР в утилизационных установках;

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 9252 — | 7836 — или читать все.

источник

3.2. Вторичные энергоресурсы в энергосбережении

Классификация вторичных энергоресурсов

При употреблении энергии и материалов в технологических процессах, на вспомогательные нужды или в сфере услуг потенциал энергоносителей используется не полностью. Та часть энергии, которая прямо или косвенно не используется как полезная для выпуска готовой продукции или услуг, называется энергетическими отходами. Общие энергетические отходы равны разности между энергией, поступающей в технологический аппарат, и полезно используемой энергией.
Общие энергетические отходы разделяют на три вида:

  • неизбежные потери в технологическом агрегате или установке;
  • энергетические отходы внутреннего использования, которые возвращаются обратно в технологический агрегат (установку) за счет регенерации или рециркуляции и в результате этого сокращают количество подведенной первичной энергии при неизменной величине поступления энергии в технологический агрегат;
  • энергетические отходы внешнего использования, представляющие собой вторичные энергетические ресурсы (ВЭР),
  • энергетический потенциал отходов продукции, побочных и промежуточных отходов, образующихся в технологических установках (системах), который не используется в самой установке, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других установок.

Технологический агрегат или установка, являющаяся источником отходов энергии, которую можно использовать как полезную, называется агрегатом-источником или установкой – источником ВЭР.

Выработка энергоносителей (водяного пара, горячей или охлажденной воды, электроэнергии, механической работы) за счет снижения энергетического потенциала носителя ВЭР осуществляется в утилизационной установке.

Энергетический потенциал отходов и продукции классифицируется по запасу энергии в виде химически связанной теплоты (горючие ВЭР), физической теплоты (тепловые ВЭР), потенциальной энергии избыточного давления (ВЭР избыточного давления). Потенциал горючих ВЭР характеризуется низшей теплотой сгорания Qn, тепловых – перепадом энтальпий h, избыточного давления – работой изоэнтропного расширения L. Во всех случаях единицей измерения энергетического потенциала является кДж/кг, или кДж/м 3 .
ВЭР могут применяться по следующим направлениям:

  • топливному – с использованием не пригодных к дальнейшей переработке горючих отходов в качестве топлива;
  • тепловому (холодильному) – с использованием теплоты отходящих газов печей и котлов, теплоты основной, промежуточной и побочной продукции, отработанной теплоты горячих воды, пара и воздуха и ВЭР избыточного давления;
  • силовому – с использованием механической и электрической энергии, вырабатываемой за счет ВЭР;
  • комбинированному – для производства теплоты (холода), электрической или механической энергии.
Читайте также:  Установка 2дин в бмв е39

Тепловые ВЭР

К тепловым ВЭР относится физическая теплота отходящих газов котельных установок и промышленных печей, основной или промежуточной продукции, других отходов основного производства, а также теплота рабочих тел, пара и горячей воды, отработавших в технологических и энергетических агрегатах. Для утилизации тепловых ВЭР используют теплообменники, котлы-утилизаторы или тепловые агенты. Рекуперация теплоты отработанных технологических потоков в теплообменниках может проходить через разделяющую их поверхность или при непосредственном контакте.


Рис. 1. Схема котла утилизатора:
1 – пароперегреватель, 2 – испарительные пакеты, 3 – барабан-сепаратор, 4 – экономайзер

ВЭР избыточного давления

ВЭР избыточного давления могут быть использованы для производства механической работы, теплоты или холода. Для примера рассмотрим использование ВЭР избыточного давления в системах распределения природного газа. В магистральных трубопроводах газ транспортируется под давлением 4,5–6,5 МПа. Затем на газораспределительных станциях (ГРС) давление снижается до 1,2 МПа. У конечных потребителей на газоредуцирующих пунктах (ГРП) давление уменьшается до более низких значений, соответствующих технологическим требованиям. В обоих случаях снижение давления происходит без совершения работы, т.е. имеют место непроизводительные потери энергии. Эту энергию можно использовать для производства электричества, установив газотурбинную расширительную станцию (ГТРС), а ГРП использовать как резервную систему. Схема ГТРС, которая может быть использована в системах газоснабжения ТЭЦ, дана на рис. Для предотвращения выпадения конденсата на лопатках турбины газ перед подачей в турбину подогревается.


Рис. 2. Утилизация энергии избыточного давления в системе распределения природного газа: 1 – клапан; 2 – подогреватель; 3 – турбина; 4 – электрогенератор

Когенерационная энергетика на основе НВИЭ

Когенерацией называют способ производства энергии, при котором из одного первичного источника (топлива) на выходе энергоустановки получают два или несколько видов полезной энергии (в большей части когенерационных систем, применяемых в настоящее время, осуществляется совместное производство тепла и электричества).

Главным преимуществом технологии когенерации является эффективность топливоиспользования, недостижимая при раздельном производстве тепловой и электрической энергии. КПД электростанций составляет от 30 до 50 % (остальная часть энергии первичного топлива теряется в виде неиспользуемого тепла). КПД котельной в среднем составляет около 80 %. Таким образом, полный КПД системы с раздельным производством тепла и электричества находится в пределах 55–65 %. При этом для когенерационных установок (их также называют мини-ТЭЦ или когенераторами), где наряду с генерацией электрической энергии осуществляется утилизация тепла, полный КПД может достигать 90 %. Соотношение теплового и электрического когенерационных установок составляет 1:1,2–1,6.

Сравнение между когенерацией и раздельным производством электричества и тепла приводится ниже, основанное на типичных значениях КПД (рис. 3).

a)

б)

Рис. 3. Раздельное производство (а) и когенерационное производство (б)

Более полное использование энергии первичного топлива в когенерационных системах – основной фактор, относящий когенерацию к числу перспективных технологических направлений в энергетике, отвечающих требованиям стратегической задачи ресурсосбережения. В течение последних трех десятилетий задача экономии энергоресурсов является приоритетной для многих стран; осознанию ее важности во многом способствовал мировой кризис цен на нефть 1973 года.

С этой точки зрения дополнительным преимуществом когенерационных установок является возможность использования в них как природного газа, так и других газообразных топлив, характеристики которых различаются в весьма широком диапазоне (пропан, бутан, ПНГ, газы химической промышленности, древесный газ, биогаз, пиролизный газ и т. д.). Современный уровень развития технологии позволяет выбрать подходящий тип когенерационной установки для работы на местном газообразном топливе.

Существуют также когенерационные установки, работающие на жидком и твердом топливе. По данным Австралийской ассоциации по когенерации, доля природного газа среди видов топлива, используемых в когенерационных системах, составляет около 55 %; 25 % приходится на долю прочих видов газообразного топлива, 14 % – на твердое топливо и 6 % – на жидкое топливо.

Многообразие видов используемого топлива, широкий диапазон мощностей (от нескольких десятков киловатт до 10 МВТ и более), возможность кластеризации (установки нескольких модулей, что повышает надежность системы и позволяет оптимизировать управление мощностью в системах с переменным энергопотреблением) – все это делает миниТЭЦ практически универсальным вариантом решения проблемы энергоснабжения. Наличие потребности в электрической и тепловой энергии и доступность топлива – уже достаточный набор предпосылок для рассмотрения варианта миниТЭЦ.

Читайте также:  Установка кулера zalman cnps10x optima 1150

С автономностью когенерационных систем и возможностью их установки в непосредственной близости от потребителя связаны такие преимущества, как надежность энергоснабжения, отсутствие затрат на подключение к сетям, отсутствие потерь энергии, весьма значительных при ее передаче на большие расстояния в централизованных сетях. Также следует отметить высокое качество электрической (стабильность частоты и напряжения) и тепловой (стабильность температуры) энергии, вырабатываемой когенерационными установками.

Когенерационные установки с многотопливными двигателями Стирлинга

Стирлинг-когенерация – новая технология для комбинированного производства электроэнергии и тепла, на основе двигателей Стирлинга, при которой энергия охлаждающей воды и отработанных газов используется для нужд теплоснабжения потребителей. Эффективность применения двигателя Стирлинга в когенерационных установках, по сравнению с ДВС, обусловлена особенностью его теплового баланса. Потери теплоты с отработанными газами и в охлаждающую воду для двигателя Стирлинга составляет, соответственно, 10 % и 40 %, что с учетом более высокого КПД самого двигателя, позволяет создавать компактные и высокоэффективные когенерационные установки.

Двигатель Стирлинга представляет собой преобразователь энергии, относящийся к типу тепловых двигателей, совершающих механическую работу на выходном валу при подводе к ним тепловой энергии. Полезная работа в рабочем цикле Стирлинга совершается, как и в других тепловых двигателях, посредством сжатия рабочего тела (гелий, водород) при низкой температуре и расширения того же рабочего тела после нагрева при более высокой температуре. Основные термодинамические процессы, протекающие в обычных тепловых двигателях: сжатие газа, поглощение тепла, расширение газа и отвод тепла, легко различимы и в цикле двигателя Стирлинга, однако имеется радикальное различие в том, как протекает процесс поглощения тепла в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). На рис. 4 приведены основные типы двигателей.

Рис. 4. Типы двигателей Стирлинга:
а – альфа (с двумя поршнями); б – бета (с рабочим и вытеснительным поршнями); в – гамма (с рабочим и вытеснительным поршнями); 1 – вытеснитель; 2 – рабочий поршень; Н – нагреватель; Р – регенератор; Х – холодильник

Преимущества использования когенерационных установок с двигателями Стирлинга на местном топливе в регионах РФ:

  • независимость от конъюнктуры рынка нефти и природного газа;
  • возможность загрузки местных предприятий на производство оборудования для заготовки и переработки местного топлива;
  • отсутствие необходимости создания хранилищ для запасов углеводородного топлива и его транспортировки;
  • отсутствие необходимости прокладки и обслуживания электросетей при электрификации отдаленных районов;
  • значительное сокращение расходов региональных бюджетов на закупку привозного топлива;
  • значительное сокращение расходов компаний нефтегазового комплекса на закупку привозного топлива за счет использования в качестве моторного топлива попутного нефтяного газа.

Другими преимуществами при использовании двигателя Стирлинга являются:

  • стоимость 1 кВт/ч производимой электроэнергии с помощью когенерационной установки будет составлять от 30 до 50 коп., что в 2–3 раза дешевле существующих тарифов;
  • примерно в 2 раза увеличивается ресурс преобразователя прямого цикла когенерационной установки, по сравнению с ДВС;
  • при сгорании топлива содержание СО в обработанных газах в 3 раза ниже и значительно ниже содержание NO и СH, что соответствует самым жестким мировым экологическим стандартам. Срок окупаемости когенерационных установок 2,5 года.

Перспективным направлением является и использование в двигателях Стирлинга в качестве топлива биогаза из городских твердых бытовых отходов (ТБО). Для производства биогаза из ТБО измельченные отходы в метантенке перемешивают с канализационным осадком из первичных и вторичных отстойников очистных сооружений. В 2005 году впервые в мире в Китае был создан экспериментальный энергетический модуль мощностью 250 кВт с пятью двигателями Стирлинга, работающими на биогазе из городских твердых бытовых отходов (рис. 5). Испытания прошли успешно в течение трех лет, и в настоящее время в КНР рассматривается вопрос о создании таких энергетических модулей на свалках твердых бытовых отходов всех городов страны.

Рис. 5. Пример компоновки твердотопливной установки с двигателем Стирлинга

источник

1.2. Виды, классификация и источники вторичных энергоресурсов

Большое влияние на экономию топлива и энергии оказывают тепловые отходы промышленности, энергетики и жилищно-коммунального хозяйства, если организовать их широкую утилизацию и в дальнейшем использовать как вторичные энергоресурсы.

Под вторичными энергоресурсами (ВЭР) подразумевают энергетический потенциал теплоносителей, продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках, процессах), который не используется или используется не полностью в самом агрегате и может быть частично или полностью использован в других агрегатах (процессах).

Данное определение ВЭР введено исходя из особенностей использования энергии в различных отраслях промышленности и теплоэнергетики и учитывает не все особенности использования энергии в системах теплогазоснабжения, вентиляции и горячего водоснабжения зданий. Применительно к системам теплогазоснабжения и вентиляции зданий любого назначения вторичными энергоресурсами следует считать энергетический потенциал удаляемых из них выбросов оборотных и сточных вод, вентиляционного воздуха. Этот потенциал может быть использован частично или полностью для повышения энергетических характеристик подаваемых в данное или любое другое здание теплоносителей систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Читайте также:  Установка подогрева руля на прадо 150

Вторичные энергоресурсы подразделяются на три группы:

  • 1) горючие ВЭР, представляющие собой химическую энергию отходов технологических процессов химической и термохимической переработки углеродистого и углеводородного сырья, отходы деревообработки и т.д.; к ним относятся доменный, конвертерный и колошниковый газы, щепа, опилки, стружка и пр.;
  • 2) тепловые ВЭР, представляющие собой физическую теплоту отходящих газов технологических агрегатов и тепловых установок, физическую теплоту основной и побочной продукции и отходов основного производства, теплоту горячей воды и пара, отработавших в технологических и силовых установках, теплоту воздуха вентиляционных выбросов и сточных вод;
  • 3) ВЭР избыточного давления — потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих газов и жидкостей или при выбросе их в атмосферу.

Понятие ВЭР в известной степени имеет относительный характер. Усовершенствование тепловой схемы агрегата или установки позволяет найти полезное применение части удаляемой теплоты в пределах данного агрегата или установки. Использованная в этом случае теплота уже не будет отходом. Химически связанная теплота продуктов топливоперерабатывающих установок (газогенераторных, коксовальных и др.) не относится к вторичным энергетическим ресурсам.

Основную долю в общем объеме ВЭР составляют тепловые, которые имеют температурный потенциал в диапазоне 20. 1800 °С. По температуре теплоносителя они подразделяются на низко-, средне- и высокопотенциальные. К низкопотенциальным тепловым ВЭР относятся энергоносители с температурой до 50 °С, среднепотенциальным — 50. 250 °С. Отводятся они от источников с охлаждающей водой, удаляемым из помещений воздухом, уходящими газами и используются в основном в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий различного назначения или в технологических установках.

К высокопотенциальным тепловым ВЭР относятся источники теплоты, имеющие температуру выше 250 °С. В основном это ВЭР промышленности и энергетики. Они используются в технологических установках и частично в системах ОВК и горячего водоснабжения.

Основные источники высокопотенциальных ВЭР (тепловых, горючих и избыточного давления) — производственные процессы промышленности. Несовершенство энергоиспользования технологического оборудования служит причиной появления ВЭР. Наиболее энергоемки металлургическая, химическая, энергетическая отрасли, машиностроение, промышленность строительных материалов. Их энергетический баланс покрывается в основном низкоорганизованной энергией. На долю тепловой энергии (теплоносители — пар и горячая вода) приходится приблизительно 28 %, непосредственно топлива — около 46 %, на долю электроэнергии — 26 %.

Температурный потенциал теплоты производственных процессов находится в диапазоне 20. 1800 °С, однако в общем количестве энергии избыточной теплоты высокопотенциальные теплоносители составляют всего 25 %. Современные теплоиспользующие агрегаты отличаются большой единичной мощностью. В кузнечных молотах расходуется около 6,5 кг пара на 1 кг поковки, при литье выделяется

1200. 1400 тыс. кДж теплоты на 1 т металла. Большое количество теплоты выделяют термические печи, сушильные установки, конвергеры и другое оборудование. Например, если конденсационная электростанция (КЭС) мощностью 1200 МВт потребляет в день до 9000 т угля с максимальным КПД 45 %, то около 55 % химической энергии теряется с охлаждающей водой, дымовыми газами, воздухом и может быть использовано в качестве тепловых ВЭР.

Крупные промышленные установки — источники избыточной теплоты эксплуатируются, как правило, круглосуточно и могут обеспечить непрерывное «производство» ВЭР.

Горючие ВЭР (конвертерный и другие газы) используются в основном в качестве топлива, а также для выработки теплоты и электрической энергии.

Низко- и среднепотенциальные ВЭР в энергетических целях почти не используются из-за сложности их энерготепловой утилизации. Теплота воды, охлаждающей технологическое оборудование, теплота отходящих газов, теплота воздуха, удаляемого системами местной и общеобменной вентиляции, не всегда находит применение в технологических процессах, но всегда представляется энергетически и экономически целесообразным их использование для систем теплоснабжения, систем ОВК. Подавляющее большинство низкопотенциальных источников ВЭР, пригодных для утилизации, расположено в промышленных, гражданских и жилых зданиях. К ним следует отнести и теплоту загрязненных сточных вод, удаляемых из зданий.

Предприятия любых отраслей имеют выход вторичных энергоресурсов. В табл. 1.1 приводится перечень некоторых ВЭР предприятий ряда отраслей. Перечень может быть расширен исходя из особенностей технологических процессов предприятий и выпускаемой на них продукции.

В промышленности строительных материалов наиболее энергоемкими являются цементное производство, стекольное, производство теплоизоляционных, стеновых и сантехнических материалов. Вторичные тепловые ресурсы образуются, например, в цементном (теплота охлаждения корпусов вращающихся печей), стекольном (теплота отходящих продуктов сгорания стекловарочных печей), минеральной ваты (теплота охлаждающей воды ватержакета вагранок) и сантехническом (теплота уходящих газов и теплота охлаждения плавильных печей) производствах. Например, тепловой потенциал 430 промышленных предприятий Республики Беларусь

Вилы ВЭР предприятий различных отраслей промышленности

источник