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. |
| 1. Введение: |
2 |
| 2. Классификация вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) промышленности: |
3 |
| 3. Общая характеристика ВЭР промышленных предприятий: |
4 |
| 4. ВЭР электростанций: |
6 |
| 5. Использование ВЭР в промышленности: |
7 |
| 6. Показатели использования ВЭР: |
8 |
| 7. Расчёт ВЭР на экономическую эффективность: |
9 |
| 8. Заключение: |
11 |
| 9. 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.
|
1. 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.
2. Отходящие горючие газы предприятий нефтяной промышленности.
3. Отходящие горячие газы промышленных печей.
4. Нагретая охлаждённая вода и пар испарительного охлаждения промышленных печей.
5. Тепло, выделяемое расплавленными метл-лами, коксом и шлаками промышленных печей.
1. Горячие газы, отходящие из двигателей внутреннего сгорания.
2. Нагретая охлаждающая вода, отходящая из двигателей внутреннего сгорания.
Горючие твёрдые и жидкие отходы производства.
1. Отработавший производственный пар.
2. Вторичный производственный пар.
3. Конденсат пара, используемого для нагревательных целей (горячая сливная вода).
4. 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: СО2
=2÷4%; СО= 6 ÷ 8 %; Н2
= 55÷ 62%;
СН4
= 24 ÷ 28%; этилен,
пропилен и др. = 2 ÷ 3 % ;
N2
= 3 ÷ 2 %; О2
= 0,4 ÷ 08 %, плотность 0,4 – 0,55 кг/м3
. Взрывоопасен.
б) = 3350 ÷ 4610 кДж/м3
Состав газа:
СО2
=10÷12,5%;
СО=28,5÷30,5%; Н2
=1,5÷3,8%;
N2
= 58 ÷ 59,5 %;
О2
= 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 %; Н2
= 4 %;
N2
= 5,6 %; О2
= 1 %;
СО2
=3%; сероводород=0,4%.
Высокотоксичный, взрывоопасный газ.
=10000 ÷ 15000 ккал/м3
tо.г
 500 ÷ 1000 °С.
tо.в
 95 °С.
Pи.о
= 1,6 ÷ 4 атмосфер.
tотх
> 1000 °С.
tо.г
= 350 ÷ 600 °С
tо.в
< 100 °С.
=10000 ккал/кг.
Ро.п
= 1,3 ÷ 1,5 атм.
Рв.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 |
1.
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:
|
tв
≤ 25 ÷ 30 °C
tо.г
≥ 100 °C
tо.г
≥ 100 °C
tв
≥ 25 ÷ 30 °C
tв
≥ 25 ÷ 30 °C
|
2.
Гидроэлектростанции:
Нагретая охлаждающая вода из системы замкнутого охлаждения электрических генераторов:
Нагретый воздух из системы разомкнутого воздушного охлаждения электрических генераторов:
|
tв
≥ 25 ÷ 30 °C
tв
≤ 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 (Qвых
) – 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 Ву
за счёт ВЭР к возможной (или экономически целесообразной) Вв
:
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:
1. Петкин А.М. “Экономия энергоресурсов: резервы и факторы эффективности”, 1982г.
2. Михаилов В.В. “Рационально использовать энергетические ресурсы”, 1980г.
3. Гольстрем В.А., Кузнецов Ю.Л. “Справочник по экономии топливно-энергетических ресурсов” – К..: Техника 1985г., 383с.
|
