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.