Лекция «Вторичные энергетические ресурсы и энерготехнологическое комбинирование»

Современную жизнь невозможно представить без электрической и тепловой энергии.

В обиходе все, что связано с производством и использованием электрической энергии называют электроэнергетикой или просто энергетикой. Вместе с тем, между понятиями «энергетика» и «электроэнергетика» существует большое различие: энергетика является большим и сложным комплексом, называемым энергетикой страны, в который составной частью входит электроэнергетика.

Под энергетикой понимается вся топливно-энергетическая система экономики страны, включая производство, транспорт и использование топлива, электроэнергии и других энергоресурсов. В целом энергетика представляет собой совокупность топливодобывающей промышленности, электроэнергетики и промышленной энергетики.

(Рисунок 1)

Под промышленной энергетикой понимается энергетика отраслей экономики страны. В связи с тем, что в экономике существует большое разнообразие, как отраслей, так и входящих в них производств, то достаточно сложно сформулировать единое понятие «промышленная энергетика».

Промышленная энергетика характеризуется большим многообразием и объединяет в себе энергетические хозяйства промышленных предприятий различных отраслей, которые в свою очередь представляют собой сложный комплекс процессов, агрегатов и установок, связанных с технологическим процессом. Этим обусловлен большой диапазон действия промышленной энергетики и трудность анализа и сравнения эффективности теплоэнергетических систем промышленных предприятий.

Содержание и структуру промышленной энергетики, в отличие от других подсистем энергетики страны, удобно анализировать через энергетическое хозяйство отдельного промышленного предприятия.

На крупном (гипотетическом) предприятии можно выделить 3 крупных узла: топливное, электроэнергетическое и теплоэнергетическое хозяйство.

(Рисунок 2)

Технологические производства, использующие топливо и тепловую энергию и осуществляемые через изменение теплового состояния обрабатываемого материала, называются теплотехнологическими. Примерами теплотехнологического производства являются цветная и черная металлургия, нефтеперерабатывающие комплексы, тепловые электрические станции и т.д.

К особенностям многих теплотехнологических производств следует отнести относительно низкий коэффициент полезного действия (к.п.д), равный 15-40 %. То есть, только 15-40 % исходной энергии полезно используется для получения технологической продукции. Остальная энергия в виде отходов теряется в окружающую среду. Поэтому перед энергетиками и технологами стоит задача повышения эффективности теплотехнологического производства и рационального использования энергетических ресурсов, которая может решаться:

• применением энергосберегающих технологий;

• рациональным построением теплоэнергетической системы промышленного предприятия (ТЭС ПП).

Под теплоэнергетической системой промышленного предприятия понимается комплекс технологических агрегатов и энергетических установок, тесно связанных между собой потоками различных энергетических ресурсов.

Рациональное построение ТЭС ПП является сложной задачей, так как многие теплотехнологические агрегаты не только потребляют, но и генерируют энергоресурсы, которые могут не полностью быть израсходованы на данном производстве. Задача рационализации ТЭС ПП усложняется также тем, что потребление и выход энергоресурсов зависит от режимов работы и числа технологических агрегатов.

Для правильного построения ТЭС ПП необходимо знать энергетические характеристики отдельных агрегатов и целых производств, важнейшими из которых являются:

• виды, количество и характеристики потребляемых и генерируемых энергетических ресурсов;

• графики потребления и выхода энергоресурсов с учетом режима работы теплотехнологического производства и отдельных агрегатов;

• возможности использования генерируемых на производстве различных энергоресурсов (искусственные виды топлива, вторичные энергетические ресурсы).

Важную роль в построении теплоэнергетической системы промышленного предприятия и повышении эффективности теплотехнологического производства играет использование вторичных энергетических ресурсов.

В теплотехнике и теплотехнологии в термин «ВЭР» различными авторами и специалистами вкладывается различное содержание.

1. Часть специалистов под ВЭР понимают только те энергетические отходы, которые могут быть преобразованы в полезную продукцию в виде пара, воды, дополнительного технологического продукта. В свою очередь полученные в теплоиспользующих установках пар, вода или электроэнергия также называются вторичными энергетическими ресурсами.

2. Другие специалисты под ВЭР понимают энергетический потенциал продукции и отходов (в том числе побочных и промежуточных продуктов), который не используется в самом агрегате. Этот энергетический потенциал более правильно называть внутренним энергетическим ресурсом, который может быть частично или полностью использован в других агрегатах.

3. Третьи относят к вторичным энергоресурсам химически связанную энергию продукции и отходов производства (кокс, коксовый, доменный или конвертерный газ), хотя правильно эти энергоресурсы называть вторичным топливом или топливным ВЭР.

4. И, наконец, часть авторов эти энергоресурсы называют побочными (ПЭР). Это название не соответствуют по содержанию понятию ВЭР, так как, например, физическое тепло расплавленных чугуна или стали, связанное с температурой, является обязательным условием осуществления технологического процесса в металлургическом переделе.

С нашей точки зрения под вторичными энергетическими ресурсами понимается энергетический ресурс, получаемый в виде побочного продукта основного производства или являющийся таким продуктом. К ним относятся:

• энергетический потенциал готовой продукции;

• тепловая энергия технологических отходов;

• химически связанная энергия продукции и отходов производства.

Рассмотрим теплоэнергетическую систему промышленного предприятия на примере металлургического комплекса ОАО «ArcelorMittal Temirtau» (г. Темиртау).