Міністерство освіти і науки України
Криворізький технічний університет
Кафедра теплоенергетики
«Вторинні енергоресурси»
конспект лекцій
Напрям 6.050601 - Теплоенергетика
Укладач Замицький О.В.
1. Классификация вторичныэ энергоресурсов в промышленности
Под вторичными энергоресурсами подразумевают энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов образующихся в технологических агрегатах (установках, процессах) который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов (процессов).
Вторичные энергоресурсы по своим техническим характеристиками и ценностной значимости могут быть разделены на следующие группы:
1. Горючие (топливные) ВЭР – горючие газы плавильных печей (доменный, колошниковый, шахтных печей и вагранок, конверторный и т. д.), горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистого или углеводородного сырья, неиспользуемые (непригодные) для дальнейшей технологической переработки отходы деревообработки (щепа, опилки, стружки, обреза и т. д.), щелока целлюлозно-бумажного производства.
2. Тепловые ВЭР – физическая теплота отходящих газов технологических агрегатов, физическая теплота основной и побочной продукции, теплота рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических агрегатов, теплота горячей воды и пара, отработавших в технологических и силовых установках.
3. ВЭР избыточного давления – потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих газов и жидкостей или при выбросе их в атмосферу. К этим ВЭР относятся сжатые колошниковые газы доменных печей; пар, отработавший в силовых установках, молотах и прессах; газы, уходящие из регенераторов каталитического крекинга и термоконтактного коксования.
По направлению возможного использования ВЭР различают:
1. Теплотехническое – использование и потребление непосредственно получаемых в качестве ВЭР пара и горячей воды или при выработке их за счет утилизации горючих и тепловых ВЭР в утилизационных котельных. К этому направлению относится также генерирование холода за счет использования ВЭР.
2. Электроэнергетическое – при генерировании электроэнергии в утилизационных установках (утилизационных электростанциях) за счет ВЭР.
3. Комбинированное – с выработкой в утилизационных теплоэлектроцентралях теплоты и электроэнергии по теплофикационному графику.
ВЭР можно использовать в качестве топлива либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо за счет выработки теплоты, электроэнергии, холода и механической работы в утилизационных установках.
Основным оборудованием для использования тепловых ВЭР, а также избыточного давления являются: котлы-утилизаторы (КУ), системы испарительного охлаждения (с.и.о.), охладители конверторных газов сталеплавильного производства (ОКГ), установки сухого тушения кокса (УСТК), газовые утилизационные бескомпрессорные турбины (ГУБТ), абсорбционные холодильные машины.
Котлы-утилизаторы – применяются для использования физической теплоты отходящих горячих газов. В ряде случаев они обеспечивают не только повышение эффективности использования топлива, но в сочетании с технологическими печами способствуют повышению их производительности, улучшению технологического процесса (мартеновские печи, печи цветной металлургии и др.).
Системы испарительного охлаждения применяются для охлаждения горячих поверхностей мартеновских, доменных и нагревательных печей. Они повышают надежность длительность непрерывной работы печей.
Установки для утилизации теплоты отходящих газов при конверторном производстве стали приобретают важное практическое значение в связи с все большим распространением этого способа производства.
Установки сухого тушения кокса могут быть использованы для выработки пара и получения ценных химических продуктов. Сухое тушение кокса повышает его качество и снижает потери.
В газовых утилизационных бескомпрессорных турбинах используют избыточное давление доменных газов для производства электроэнергии или для привода компрессоров. Применение этих турбин на крупных доменных печах дает экономию условного топлива около 15 тыс. т в год на каждую печь.
Абсорбционные холодильные машины могут использовать низкотемпературную (до 100°С и ниже) теплоту промышленных сточных вод, воды охлаждения оборудования, охлаждения продуктовых потоков, т. е. теплоту, которая в иных установках не может быть использована.
2. Определение выхода и возможного использования вторичных энергоресурсов
При оценке выхода и возможного использования вторичных энергоресурсов будем употреблять следующие термины и понятия:
Выход ВЭР – количество ВЭР, образующихся в процессе производства в данном технологическом агрегате за единицу времени.
Выработка за счет ВЭР – количество теплоты, холода, электроэнергии или механической работы, получаемой за счет ВЭР в утилизационной установке. Различают возможную, экономически целесообразную, планируемую и фактическую выработку. Возможная выработка – это максимальное количество теплоты, холода, электроэнергии или механической работы, которое можно практически получить за счет данного вида ВЭР с учетом режимов работы агрегата – источника ВЭР и утилизационной установки. Экономически целесообразная выработка – это количество теплоты, холода, целесообразность получения которого от утилизационной установки подтверждается экономическими расчетами. Планируемая выработка – количество теплоты, холода, которое предполагается получить за счет ВЭР. Фактическая выработка – фактически полученное количество теплоты, холода на действующих утилизационных установках за отчетный период.
Коэффициент выработки за счет ВЭР – отношение фактической (планируемой) выработки к экономически целесообразной.
Использование ВЭР – количество используемой у потребителей энергии, вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках, а также топлива и теплоты, получаемых непосредственно в качестве вторичных энергоресурсов. Использование ВЭР так же, как и выработка за счет ВЭР, может быть возможное, экономически целесообразное, планируемое и фактическое.
Экономия топлива за счет ВЭР – количество первичного топлива, которое экономится за счет использования вторичных энергоресурсов. Экономия топлива в соответствии с использованием ВЭР также может быть возможной, экономически целесообразной, планируемой и фактической.
Коэффициент утилизации ВЭР – отношение фактической (планируемой) экономии топлива за счет ВЭР к экономически целесообразной.
В
общем виде удельный выход ВЭР
определяется произведением удельного
количества энергоносителя на его
энергетический потенциал
где m – удельное количество энергоносителя в виде твердых, жидких или газообразных продуктов, единиц продукции или сырья; П – энергетический потенциал энергоносителя, единиц энергии/единиц продукции или сырья.
Для горючих ВЭР П=Q кДж/кг (кДж/м3) – низшая теплота сгорания, определяемая экспериментальным путем или по формулам в зависимости от элементарного состава ВЭР.
Для тепловых ВЭР П=i, кДж/кг (м8) – энтальпия.
Энтальпия твердых и жидких энергоносителей
газообразных энергоносителей
где Ст – средняя теплоемкость твердого (жидкого) энергоносителя при температуре Т – Т0, кДж/(кг·К); Т – температура энергоносителя, К; Т0 – то же при 273К; ri – объемная доля i-го компонента.
Выработка электроэнергии в утилизационной турбине за счет ВЭР избыточного давления
где η0i – относительный внутренний к. п. д. турбины; ηм – механический к. п. д. турбины; ηэ – кпд электрогенератора.
Выработка электроэнергии за счет утилизационного пара
где Dп– годовой расход утилизационного пара на выработку электроэнергии, тыс. т в год; i1, i2 – энтальпия пара на входе в турбину и на выходе из нее, кДж/кг.