Общая характеристика вторичных энергоресурсов (ВЭР) и их классификация

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) |3 |
|промышленности: | |
|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 ч 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 |ВЭР |
|энергетические ресурсы | |
| |Разновидности |Характеристика, |
| |энергоресурсов |качественные параметры |
|Твёрдое жидкое, |Отходящие горючие газы | |
|газообразное топливо |коксовых и доменных | |
|или электроэнергия для |печей: | |
|обслуживания |а) коксовый газ – |а) Теплота сгорания: |
|технологических высоко |продукт выжига кокса в | |
|температурных процессов|коксовых печах. |[pic]= 1760 ч 1800 |
|(промышленные печи) и | |кДж/м3 |
|охлаждающая ввода. | |Состав газа: СО2=2ч4%; |
| | |СО= 6 ч 8 %; Н2 = 55ч |
| | |62%; |
| | |СН4 = 24 ч 28%; |
| | |этилен, |
| |б) доменный газ – |пропилен и др. = 2 ч 3 %|
| |побочный продукт |; |
| |доменного производства,|N2 = 3 ч 2 %; О2 = 0,4 ч|
| |получается в результате|08 %, плотность 0,4 – |
| |неполного сгорания |0,55 кг/м3. |
| |кокса. |Взрывоопасен. |
| | |б) [pic]= 3350 ч 4610 |
| | |кДж/м3 |
| | |Состав газа: |
| | |СО2=10ч12,5%; |
| | |СО=28,5ч30,5%; |
| | |Н2=1,5ч3,8%; |
| | |N2 = 58 ч 59,5 %; |
| | |О2 = 0,1 ч 0,2%, |
| |в) ферросплавный газ – |плотность 1,28ч1,3 |
| |выплавка ферросплавов в|кг/м3, теоретическая |
| |электропечах. |температура горения 1430|
| | |– 1500 °С, для сжигания |
| | |1МДж газа требуется |
| | |теоретически необходимое|
| | |количество кислорода |
| | |0,19м3. |
| |Отходящие горючие газы |в) [pic]= 11300 кДж/м3 |
| |предприятий нефтяной |Состав: |
| |промышленности. |СО = 85 %; Н2 = 4 %; |
| |Отходящие горячие газы | |
| |промышленных печей. |N2 = 5,6 %; О2 = 1 %;|
| |Нагретая охлаждённая | |
| |вода и пар |СО2=3%; |
| |испарительного |сероводород=0,4%. |
| |охлаждения промышленных|Высокотоксичный, |
| |печей. |взрывоопасный газ. |
| |Тепло, выделяемое |[pic]=10000 ч 15000 |
| |расплавленными |ккал/м3 |
| |метл-лами, коксом и | |
| |шлаками промышленных | |
| |печей. |tо.г [pic] 500 ч 1000 |
| |Горячие газы, отходящие|°С. |
|Газ и жидкое топливо |из двигателей | |
|для обслуживания |внутреннего сгорания. |tо.в [pic] 95 °С. |
|технологических силовых|Нагретая охлаждающая |Pи.о = 1,6 ч 4 атмосфер.|
|процессов (с |вода, отходящая из | |
|двигателями внутреннего|двигателей внутреннего | |
|сгорания воздуходувных,|сгорания. | |
|компрес-сорных и других| | |
|агрегатов) и |Горючие твёрдые и |tотх > 1000 °С. |
|охлаждающая вода. |жидкие отходы | |
| |производства. | |
|Горючее и | | |
|технологическое сырьё | |tо.г = 350 ч 600 °С |
|(в предприятиях | | |
|металлурги-ческой, | | |
|деревообраба-тывающей, |Отработавший | |
|текстильной, пищевой и |производственный пар. |tо.в < 100 °С. |
|других отраслях |Вторичный | |
|промышленности). |производственный пар. | |
|Пар для обслуживания |Конденсат пара, | |
|технологических силовых|используемого для | |
|(в молотовых, прессовых|нагревательных целей |[pic]=10000 ккал/кг. |
|и штамповочных |(горячая сливная вода).| |
|агрегатах) и | | |
|нагревательных |Внутренние | |
|процессов. |тепловыделения в | |
| |производственных | |
| |помещениях. |Ро.п = 1,3 ч 1,5 атм. |
| |Сливная загрязнённая | |
| |вода. |Рв.п =1 атм. |
| |Внутренние | |
| |тепловыде-ления в | |
| |производственных |t < 100 °С. |
|Горячая вода для |помещениях. | |
|бытового |Сливная нагретая вода | |
|теплопотребления |производственных | |
|Электроэнергия, |агрегатов. |t < 100 °С. |
|обслуживающая силовые, | | |
|термические и | | |
|осветите-льные | |t < 50 °С. |
|процессы. | | |
| | |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 |tв ? 25 ч 30 °C |
|устройств турбин: | |
|Отходящие дымовые газы котлоагрегатов: |tо.г ? 100 °C |
|Отходящие газы и нагретая охлаждающая вода |tо.г ? 100 °C |
|газотурбинных электростанций: |tв ? 25 ч 30 °C |
|Нагретая охлаждающая вода из системы охлаждения |tв ? 25 ч 30 °C |
|электрических генераторов: | |
|Гидроэлектростанции: | |
|Нагретая охлаждающая вода из системы замкнутого |tв ? 25 ч 30 °C |
|охлаждения электрических генераторов: | |
|Нагретый воздух из системы разомкнутого воздушного|tв ? 60 ч 65 °C |
|охлаждения электрических генераторов: | |

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 25ч30 % 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,

[pic]
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:

[pic]= 0,143 ([pic])·1,16

? – 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:

[pic]

При планировании топливопотребления применяют коэффициент утилизации – отношение фактической (планируемой) экономии топлива Ву за счёт ВЭР к возможной (или экономически целесообразной) Вв:

[pic]
Коэффициент выработки энергии на единицу перерабатываемого материала:

[pic],

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.

1. Михаилов В.В. “Рационально использовать энергетические ресурсы”,

1980г.

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