5.2.2. Выход вэр и экономия от их использования

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР), главным образом в виде теплоты, образуются на предприятиях по завершении их основного технологического цикла работы агрегата – источника ВЭР.

Энергетический потенциал энергоносителей определяется:

для горючих ВЭР – величиной низшей теплоты сгорания ;

для тепловых ВЭР – перепадом энтальпий Δh;

для ВЭР избыточного давления – значением работы изоэнтропного расши-рения l.

Удельный общий выход ВЭР определяется по формулам:

для горючих ВЭР - , кДж/ч; (5.5)

для тепловых ВЭР - ; (5.6)

для ВЭР избыточного давления - , кДж/ч. (5.7)

Общий объем выхода ВЭР: ; . (5.8)

Здесь m – удельное (часовое) количество энергоносителя в виде твердых, жидких или газообразных продуктов, кг(м³)/ч; Δh – располагаемый перепад энтальпий энергоносителя, кДж/кг; l – работа адиабатного расширения, кДж/кг; Q_вых – общий объем выхода ВЭР за рассматриваемый период, кДж; М – выход основной продукции или расход сырья (топлива) за рассматриваемый период; τ – число часов работы установки – источника ВЭР за указанный период; q –удельный выход ВЭР.

Иногда в практических расчетах удельный и общий объем выхода ВЭР относят не к единице времени, а к единице продукции, т.е. объем выхода ВЭР имеет размерность кДж/ед. продукции.

Низшую теплоту сгорания горючих ВЭР определяют экспериментально или по известным формулам в зависимости от элементного состава.

Перепад энтальпий Δh для тепловых ВЭР определяется в зависимости от температуры энергоносителя на выходе из агрегата (источника ВЭР), а также от температуры окружающей среды. В расчетах ВЭР обычно определяют средний выход ВЭР для установившегося технологического режима.

Выход ВЭР за рассматриваемый период времени (сутки, месяц, квартал, год) определяют, исходя из удельного или часового выхода, по формулам

, ГДж ; , ГДж , (5.9)

где q – удельный выход ВЭР, кДж/ед. продукции; П – выпуск основной продукции (расход сырья, топлива), к которой отнесен удельный выход ВЭР, за рассматриваемый период, ед. продукции; q_ч – часовой выход ВЭР, кДж/ч; τ – время работы агрегата-источника ВЭР за рассматриваемый период, ч.

Экономия топлива в целом зависит от направления использования ВЭР и схемы энергоснабжения предприятия, где они используются.

5.2.3. Токсичные выбросы в окружающую среду

Добыча, переработка, транспорт энергоресурсов, выработка и передача теп-ловой и электрической энергии, использование энергии потребителями – все эти составляющие топливно-энергетического комплекса (ТЭК) связаны с загрязне-нием окружающее среды. Энергетика среди остальных отраслей народного хозяй-ства является одним из наиболее крупных загрязнителей среды. Поэтому вопро-сам экологической безопасности, разработке природоохранных технологий уде-ляется в энергетике очень большое внимание.

Согласно учению о биосфере, разработанному выдающимся русским учё-ным В.И. Вернадским, живые организмы, включая человека, и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную дина-мическую систему. Человек находится в состоянии динамического равновесия с окружающей средой. Сбросы теплоты, загрязнения атмосферы и водного бас-сейна теплоэнергетикой и другими отраслями народного хозяйства изменяют условия жизни живой природы и самого человека.

Доли выбросов вредностей в атмосферу теплоэнергетикой и другими отрас-лями промышленности следующие: ТЭС и котельные – 27; чёрная и цветная металлургия – 17 и 10; нефтедобыча и нефтехимия – 12; транспорт – 18; прочие – 12…16 %.

Сжигая в топках котлов и камерах сгорания органическое топливо, тепловые станции и энергетические установки выбрасывают в атмосферу различные токсичные газы. Органическое топливо содержит горючие компоненты: углерод, водород и серу, которые вступают в химическую реакцию с кислородом воздуха, образуя в результате продукты сгорания.

Из уравнений горения горючих компонентов топлива следует, что для сжигания 1 кг углерода требуется 2.67 кг кислорода, при этом выделяется 3,67 кг диоксида углерода и 33,7 МДж/кг теплоты. Соответственно для сжигания 1 кг водорода требуется 8 кг кислорода, выделяется 9 кг водяных паров и 142,4 МДж/кг теплоты, а для сжигания 1 кг серы требуется 1 кг кислорода и выделяется 2 кг диоксида серы и 9,2 МДж/кг теплоты.

Выбрасываемые в атмосферу продукты сгорания топлива частично разла-гаются зелёными растениями под воздействием лучистой энергии Солнца, час-тично накапливаются в атмосфере, образуя опасные концентрации, и вступают в реакции с атмосферной влагой, образуя различные кислоты.

При высоких температурах в топках и камерах сгорания в продуктах сгора-ния образуются диоксид азота - высокотоксичный газ бурого цвета, который, соединяясь с атмосферной влагой, образуют кислоты.

Неполное сгорание топлива в топках котлов, камерах сгорания ДВС и газо-вых турбин приводит к выбросам в атмосферу оксида углерода СО, несгоревших углеводородов, в том числе чрезвычайно токсичного бенз-а-пирена, пентаоксида ванадия, сажи и золы в виде мелких твёрдых частиц. Санитарными службами страны разработаны следующие значения максимально-разовых и среднесу-точных предельно-допустимых концентраций (ПДК): диоксид азота – 0,085 и 0,04 мг/м³; диоксид серы – 0,5 и 0,05; угольная зола – 0,05 и 0,02 мг/м³. Содержание загрязнителя в концентрации ниже ПДК, по мнению медиков, безопасно для человека и его потомства.

Современные ТЭС и АЭС являются крупными водопользователями. При ремонте котлов, парогенераторов и других теплообменных устройств применяют химпромывки внутреннего контура и обмывки наружных поверхностей токсич-ными веществами – плавиковой и щавелевой кислотами, гидразином, аммиаком и др. В результате образуются токсичные жидкие стоки. Их обезвреживают хими-ческой обработкой, отстаивают и фильтруют, перед сбросом в водоём концен-трацию загрязнений снижают разбавлением.

Большую опасность для водоемов представляют сбросы нефтепродуктов – различных масел и топлив, которые после утечек смываются с территории пред-приятия дождевыми и талыми водами, растекаясь тонкими плёнками по поверх-ности воды.

Значения ПДК некоторых загрязнителей воды следующие: аммиак – 0,05; гидразин(N₂H₄) – 0,01; медь и никель – 0,01…0,1; ртуть – 0,005; свинец – 0,1; нефтепродукты – 0,05…0,5; фенолы – 0,001 мг/л.

Серьёзная проблема теплоэнергетики – тепловое загрязнение водоёмов и окружающей среды. Вырабатывая электроэнергию, ТЭС и АЭС около половины затраченной теплоты сгорания топлива сбрасывают с водой, которая охлаждается в конденсаторе, в ближайший водоём. В больших водоёмах температура поверх-ностных слоёв воды повышается на 5…10^о С, а если водоём-охладитель невелик, нагрев становится значительным. Например, в озере-охладителе Калининской АЭС при работе двух энергоблоков общей электрической мощностью 2 ГВт летом вода нагревается до 35^о С. Альтернативой тепловому загрязнению водоемов является сброс теплоты в атмосферу. Воду, нагретую в конденсаторах, разбрыз-гивают и охлаждают в восходящем потоке воздуха в градирнях – массивных башнях в виде усеченного конуса. Строительство градирен значительно увели-чивает затраты на сооружение энергоблока.