Общая характеристика вторичных энергоресурсов (ВЭР) и их классификация

Коммунально-строительный техникум

Якутского государственного инженерно технического института.

Общая характеристика вторичных энергоресурсов (ВЭР) и их классификация.

Выполнили: студенты 3-го курса гр. ТиТО-2000

Сорокин Андрей и Сорокин Роман.

Проверил: преподаватель по курсу “Теплотехническое оборудование” Аганина М.И.

г. Якутск 2002 г.

Содержание.

Стр.

    Введение:

2

    Классификация вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) промышленности:

3

    Общая характеристика ВЭР промышленных предприятий:

4

    ВЭР электростанций:

6

    Использование ВЭР в промышленности:

7

    Показатели использования ВЭР:

8

    Расчёт ВЭР на экономическую эффективность:

9

    Заключение:

11

    Список используемой литературы:

11

Введение.

Прогрессивное направление и развитие промышленности – создание безотходных производств, по технологии которых используются все элементы производственного процесса, а также энергия реакции технологических процессов для получения полезной продукции. Получаемая из вне 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 (ВЭР).

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.

Под ВЭР 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 ВЭР не относятся.

Классификация вторичных энергетических ресурсов промышленности.

ВЭР промышленности делятся на три основные группы:

– горючие,

– тепловые,

– избыточного давления.

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).

Тепловые ВЭР – 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.

Общая характеристика ВЭР промышленных предприятий.

Первичные энергетические ресурсы

ВЭР

Разновидности энергоресурсов
Характеристика, качественные параметры

Твёрдое жидкое, газообразное топливо или электроэнергия для обслуживания технологических высоко температурных процессов (промышленные печи) и охлаждающая ввода.

Газ и жидкое топливо для обслуживания технологических силовых процессов (с двигателями внутреннего сгорания воздуходувных, компрес-сорных и других агрегатов) и охлаждающая вода.

Горючее и технологическое сырьё (в предприятиях металлурги-ческой, деревообраба-тывающей, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности).

Пар для обслуживания технологических силовых (в молотовых, прессовых и штамповочных агрегатах) и нагревательных процессов.

Горячая вода для бытового теплопотребления

Электроэнергия, обслуживающая силовые, термические и осветите-льные процессы.

    Отходящие горючие газы коксовых и доменных печей:

а) коксовый газ – продукт выжига кокса в коксовых печах.

б) доменный газ – побочный продукт доменного производства, получается в результате неполного сгорания кокса.

в) ферросплавный газ – выплавка ферросплавов в электропечах.

    Отходящие горючие газы предприятий нефтяной промышленности.

    Отходящие горячие газы промышленных печей.

    Нагретая охлаждённая вода и пар испарительного охлаждения промышленных печей.

    Тепло, выделяемое расплавленными метл-лами, коксом и шлаками промышленных печей.

    Горячие газы, отходящие из двигателей внутреннего сгорания.

    Нагретая охлаждающая вода, отходящая из двигателей внутреннего сгорания.

Горючие твёрдые и жидкие отходы производства.

    Отработавший производственный пар.

    Вторичный производственный пар.

    Конденсат пара, используемого для нагревательных целей (горячая сливная вода).

    Внутренние тепловыделения в производственных помещениях.

Сливная загрязнённая вода.

Внутренние тепловыде-ления в производственных помещениях.

Сливная нагретая вода производственных агрегатов.

а) Теплота сгорания:

= 1760 ÷ 1800 кДж/м3

Состав газа: СО>2>=2÷4%; СО= 6 ÷ 8 %; Н>2 >= 55÷ 62%;

СН>4 >= 24 ÷ 28%; этилен,

пропилен и др. = 2 ÷ 3 % ;

N>2 >= 3 ÷ 2 %; О>2 >= 0,4 ÷ 08 %, плотность 0,4 – 0,55 кг/м3. Взрывоопасен.

б) = 3350 ÷ 4610 кДж/м3

Состав газа:

СО>2>=10÷12,5%;

СО=28,5÷30,5%; Н>2>=1,5÷3,8%;

N>2 >= 58 ÷ 59,5 %;

О>2 >= 0,1 ÷ 0,2%, плотность 1,28÷1,3 кг/м3, теоретическая температура горения 1430 – 1500 °С, для сжигания 1МДж газа требуется теоретически необходимое количество кислорода 0,19м3.

в) = 11300 кДж/м3

Состав:

СО = 85 %; Н>2 >= 4 %;

N>2 >= 5,6 %; О>2 >= 1 %;

СО>2>=3%; сероводород=0,4%.

Высокотоксичный, взрывоопасный газ.

=10000 ÷ 15000 ккал/м3

t>о.г> 500 ÷ 1000 °С.

t>о.в > 95 °С.

P>и.о> = 1,6 ÷ 4 атмосфер.

t>отх> > 1000 °С.

t>о.г >= 350 ÷ 600 °С

t>о.в> < 100 °С.

=10000 ккал/кг.

Р>о.п >= 1,3 ÷ 1,5 атм.

Р>в.п> =1 атм.

t < 100 °С.

t < 100 °С.

t < 50 °С.

t < 100 °С.

t < 100 °С.

ВЭР электростанций.

ВЭР имеются также на электрических станциях и представляют собой тепловые отходы или потери тепла, получаемые в процессе энергопроизводства. На гидроэлектростанциях такими тепловыми отходами являются только тепловыделения в гидрогенераторах станциях.

ВЭР электростанций по своей величине значительно меньше, чем в промышленных предприятиях, и непрерывно уменьшаются по мере повышения экономичности энергопроизводства.

Характеристика вторичных энергетических энергоресурсов электростанций.

ВЭР

Качественные параметры энергоресурсов

    Тепловые электростанции:

Нагретая охлаждающая вода конденсационных устройств турбин:

Отходящие дымовые газы котлоагрегатов:

Отходящие газы и нагретая охлаждающая вода газотурбинных электростанций:

Нагретая охлаждающая вода из системы охлаждения электрических генераторов:

t>в> ≤ 25 ÷ 30 °C

t>о.г> ≥ 100 °C

t>о.г> ≥ 100 °C

t>в >≥ 25 ÷ 30 °C

t>в >≥ 25 ÷ 30 °C

    Гидроэлектростанции:

Нагретая охлаждающая вода из системы замкнутого охлаждения электрических генераторов:

Нагретый воздух из системы разомкнутого воздушного охлаждения электрических генераторов:

t>в >≥ 25 ÷ 30 °C

t>в >≤ 60 ÷ 65 °C

Использование вторичных энергетических ресурсов в промышленности.

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;

Источники и пути использования ВЭР в черной металлургии.

Горючие газы–отходы основного производства: Доменный и коксовый газы практически используются полностью. Использование ферросплавного газа возможно для технологических (подогрев материалов, частичное предварительное восстановление сырья) и теплофикационных целей, сжиганием в котельной. Конвертерный газ частично используют в охладителях, но полное использование его ещё не решено. При сжигании его в печах после газоочистки теряется до 900 кг у.т./т конвертерной стали.

Теплота продуктов сгорания печей: У мартеновских печей теплота продуктов сгорания равна 12,5 ГДж/т стали, у нагревательных печей 0,8 ГДж/т проката. Использование этой теплоты возможно в котлах-утилизаторах при условии оснащения их виброочисткой, дробеочисткой, так как запылённость газов достигает 5 гр/м·м3. Возможно использование этой теплоты для нагрева шахты в шахтных подогревателях. Нагрев шихты уходящими газами экономит 12% топлива, повышает производительность печи на 15%, сравнительно быстро окупает капитальные затраты.

Теплота материалов: Потери составляют: 1 ГДж/т жидкого чугуна, 1,2ГДж/т жидкой стали, 0,8 ГДж/т жидкого шлака, 12 ГДж/т кокса, 0,6 ГДж/т агломерата. Решено только использование теплоты кокса. В установках сухого тушения получают 0,3 – 0,4 т пара/т кокса. Использование теплоты чугуна, стали, шлака не налажено. Использование теплоты агломерата повторным использованием охлаждающего воздуха для нагрева шихты на 25÷30 % снижает содержание углерода в шихте, что выгодно для основного технологического процесса. Использование теплоты шлака возможно при создании новых типов грануляторов.

Теплота охлаждающей воды: В установках испарительного охлаждения выход пара 0,1 т/т чугуна и 0,2 т/т мартеновской стали. Все технологические вопросы испарительного охлаждения печей решены и требуется максимально широкое внедрения способа в производство. Необходимо улучшить технические решения по унификации охлаждаемых элементов, повышению давления пара, улучшить контроль за плотностью схем охлаждения, усовершенствовать автоматику утилизирующих установок. Необходимо распространение опыта чёрной металлургии в химическую промышленность, машиностроение и т. д.

Источники и пути использования ВЭР в цветной металлургии.

Большие резервы по эффективному использованию ВЭР имеются и на предприятиях цветной металлургии. Технически возможное и экономически целесообразное применение вторичных энергетических ресурсов в этой отрасли оцениваются примерно в 18 млн. Гкал в год.

Эффективным в цветной металлургии является использование тепла уходящих дымовых газов для подогрева воздуха, поступающего в печи для сжигания топлива. Это экономит топливо, улучшает процесс его горения и, кроме того, повышает производительность печи. Однако с дымовыми газами уносится ещё значительное количество тепловой энергии, которая может использоваться в котлах- утилизаторах для выработки пара.

Показатели использования ВЭР.

Для оценки выхода и использования ВЭР применяются следующие показатели: 1) Выход ВЭР (Q>вых>) – количество ВЭР, образующихся в процессе производства в данном технологическом агрегате за единицу времени.

2) Выработка энергии за счёт ВЭР (Q) – количество энергии, получаемое при использовании ВЭР в утилизационной установке. Выработка энергии отличается от её выхода на величину потерь тепла в утилизационной установке. Различают возможную, экономически целесообразную, планируемую и фактическую выработки энергии.

3) Использование ВЭР – количество используемой у потребителей энергии, вырабатываемой за счёт ВЭР в утилизационных установках.

4) Экономия топлива (В) за счет ВЭР – количество первичного топлива, которое экономится в результате использования ВЭР.

Степень использования ВЭР – показатель представляющий отношение фактической (планируемой) выработки к выходу ВЭР,

Показатель используется, если нет ограничений по конечному температурному потенциалу, например при охлаждении нагревательных печей.

Коэффициент утилизации – отношение количества теплоты, воспринятой котлом-утилизатором, к теплу топлива, сожженного в печи. Например, для мартеновской печи:

= 0,143 ()·1,16

α – удельная выработка пара котлом утилизатором на 1 т выплавленной стали, [МВт/т],

q – удельный расход условного топлива на 1 т выплавленной стали, [т у.т./т].

Коэффициент можно применять для сопоставления использования ВЭР однотипных по конструкции и технологии агрегатов. Сложные и разнообразные процессы (например, цветной металлургии) нельзя характеризовать таким показателем.

Показатель использования ВЭР – отношение фактической выработки тепла на базе ВЭР к возможной:

При планировании топливопотребления применяют коэффициент утилизации – отношение фактической (планируемой) экономии топлива В>у> за счёт ВЭР к возможной (или экономически целесообразной) В>в>:

Коэффициент выработки энергии на единицу перерабатываемого материала: ,

N – производительность агрегата, т/год.

Расчёт ВЭР на экономическую эффективность.

Исходной информацией для расчёта выхода и возможного использования ВЭР служат: тепловые и материальные балансы основного технологического оборудования; объём выпуска продукции в рассматриваемом периоде; отчётный энергетический баланс предприятия; технико-экономические характеристики технологических агрегатов, энергетических и утилизационных установок; планы внедрения новой технологии и нового оборудования на перспективу.

В результате анализа всех этих материалов устанавливают виды ВЭР и их потенциал; выявляют агрегаты, ВЭР которых могут быть включены в энергетический баланс предприятия или использованы вне данного предприятия; определяют по каждому агрегату выход ВЭР; рассчитывают

величину возможной, экономически целесообразной и планируемой выработки энергии из каждого вида ВЭР; определяют величины фактической выработки и фактического использования ВЭР, а также возможного и планируемого использования всех видов ВЭР.

Выход ВЭР зависит от факторов и режима работы технологической установки (агрегата). В общем случае суточный (и сезонный) выход ВЭР характеризуется значительной неравномерностью. Поэтому различают показатели удельного и общего выхода ВЭР – максимальный, средний и минимальный (гарантированный), как в суточном, так и сезонном разрезе. В любом случае утилизации ВЭР эффективность их использования определяется достигаемой экономией первичного топлива и обеспечиваемой за счёт этого экономией затрат на добычу, транспортирование и распределения топлива (энергии). Поэтому важное условие экономической эффективности ВЭР – правильное определение вида и количества топлива, которое экономится при их утилизации.

Экономия топливо зависит от направления использования ВЭР и схем топливо- и энергоснабжения предприятия. При тепловом направлении использования ВЭР экономия топлива определяется путём сопоставления количества тепла, полученного от использования ВЭР, с технико-экономическими показателями выработки того же количества и тех же параметров тепла в основных энергетических установках. При силовом направлении использования ВЭР выработка электроэнергии (или механической энергии) сопоставляется с затратами топлива на выработку электроэнергии (или механической энергии) в основных энергоустановках.

При определении экономической эффективности использования ВЭР сопоставляют варианты энергоснабжения, которые удовлетворяют потребности данного производства во всех видах энергии с учётом использования ВЭР, удовлетворяют те же потребности и без учёта использования ВЭР. Основными показателями сопоставимости этих вариантов служат: создание оптимальных (для каждого из вариантов) условий их реализации; обеспечение одинаковой надёжности энергосбережения; достижение необходимых санитарно-гигиенических условий и безопасности труда; наименьшее загрязнение окружающей среды.

Одно из основных направлений повышения эффективности производства и использование энергетических ресурсов в промышленности – увеличение единичной мощности агрегатов, концентрация производства и создание укрупнённых комбинированных технологических процессов. Особенно это эффективно для технологических процессов с большим выходом тепловых ВЭР, т.е. для предприятий химической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и металлургической промышленности.

Создание крупных комбинированных производств позволяет использовать ВЭР одних процессов для нужд других, входящих в общий комбинированный комплекс.

Заключение.

По мере увеличения затрат на добычу топлива и производства энергии возрастает необходимость в более полном использовании их при преобразовании в виде горючих газов, тепла нагретого воздуха и воды. Хотя утилизация ВЭР нередко связана с дополнительными капитальными вложениями и увеличением численности обслуживающего персонала, опыт передовых предприятий подтверждает, что использование ВЭР экономически весьма выгодно. На нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах капитальные вложения в утилизационные установки окупаются в среднем за 0,8 – 1,5 года.

Таким образом, повышение уровня утилизации вторичных энергетических ресурсов обеспечивает не только значительную экономию топлива, капитальных вложений и предотвращения загрязнения окружающей среды, но и существенное снижение себестоимости продукции нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий.

Список используемой литературы:

    Петкин А.М. “Экономия энергоресурсов: резервы и факторы эффективности”, 1982г.

    Михаилов В.В. “Рационально использовать энергетические ресурсы”, 1980г.

    Гольстрем В.А., Кузнецов Ю.Л. “Справочник по экономии топливно-энергетических ресурсов” – К..: Техника 1985г., 383с.