Раздел 5 Использование вторичных энергетических ресурсов

Тема 5.1 Основные положения о вторичных энергетических ресурсах

Энергетическому обслуживанию производственных процессов в ряде случаев сопутствуют тепловые отходы в виде теплоты, технологического продукта, газа, пара и горячей воды, называемые вторичными энергетическими (тепловыми) ресурсами. Такими отходами, например, для промышленных печей являются отходящие горячие газы и нагретая охлаждающая вода.

Тепловые отходы по своим размерам могут быть весьма значительны.Отходящие горячие газы промышленных печей в среднем содержат около 30-40% количества теплоты, поступающей в печи, а теплота, теряемая со сбросной нагретой водой, например, в сталеплавильных печах составляет 15-25% теплоты расходуемого топлива.

Различают следующие основные группы вторичных (побочных) энергоресурсов ( отходящие горючие газы, а также горючие твердые и жидкие отходы производства здесь не рассматриваются) :

1. Горячие газы (отходящие от печей, двигателей внутреннего сгорания и др.).

2. Продукты технологического процесса (физическая теплота обрабатываемого материала и отходов, например нагретых слитков, шлака, раскаленного кокса и т. п. 0.

3. Низкотемпературные вторичные энергоресурсы: а) пар, отработавший в двигателях, и вторичный – после технологического процесса; б) горячая вода, получаемая от различных охлаждающих устройств, а также в виде производственного конденсата; в) производственные тепловыделения, являющиеся источником нагрева воздуха в помещениях.

Первые две группы энергоресурсов являются высокотемпературными. Например, «запечные» газы имеют температуру 500-1000˚С, а газы, отходящие из двигателей внутреннего сгорания, 300-600˚С. Весьма высокую температуру имеют технологические продукты металлургической промышленности: стальные слитки 500-1000˚С; кокс, выдаваемый из печи, 1100˚С; шлак плавильных печей 1200-1500˚С.

Для третьей группы энергоресурсов характерны низкие параметры теплоносителей:

Давление отработавшего пара двигателя, МПа…………0,12-0,3

Температуры, ˚С

отработавшего пара двигателя……………………….100-130

производственного конденсата……………………….. 90-150

охлаждающей воды……………………………………..35-95

внутренних тепловыделений в производственных

и других помещениях……………………………Ниже 100

Следует иметь в виду, что понятие «вторичные энергоресурсы» (тепловые отходы) в известной мере имеет относительный характер. Например, усовершенствование тепловой схемы промышленного предприятия позволит найти полезное применение части тепловых отходов в пределах данного предприятия. Использованная в этом случае теплота перестает быть отходом.

Важнейшей задачей при проектировании и эксплуатации теплового и технологического оборудования промпредприятий является максимальное сокращение выхода вторичных энергоресурсов, обеспечивающее прямую экономию топлива. Наиболее целесообразно использование вторичных энергоресурсов для технологических , т. е. для улучшения теплового баланса той установки, которая является источником тепловых отходов (например, использование теплоты горячих газов промышленных печей для подогрева воздуха, подаваемого в печь) .

При этом улучшается внутренняя регенерация теплоты в установке; отбросная теплота используется непрерывно, повышается технологический к.п.д. установки. Использование вторичных энергоресурсов возможно также для увеличения располагаемой электрической мощности предприятия (например, использование горячих газов для выработки пара с последующим производством электроэнергии).

И, наконец, использование вторичных энергоресурсов (пара или горячей воды) для теплоснабжения силовых, технологических и отопительно-вентиляционных процессов позволяет улучшить тепловой баланс промышленного предприятия в целом.

В дальнейшем изложении нами рассмотрены вопросы, связанные с последним методом использования тепловых отходов – для целей теплоснабжения.

Подробная характеристика вторичных энергетических ресурсов промышленных предприятий по отдельным отраслям промышленности может быть получена из рассмотрения конкретных тепловых схем установок.

Ниже мы остановимся подробнее лишь на вторичных энергоресурсах электростанций.

Наибольшие отходы теплоты имеются на паротурбинных электростанциях. В котельном цехе основными тепловыми отходами являются уходящие газы котлов с температурой 150-200˚С. потери теплоты с уходящими газами составляют 10-15% теплоты сжигаемого топлива. при невозможности использовать уходящие газы на подогрев питательной воды и воздуха котельного агрегата следует рассмотреть вопрос о применении теплофикационного экономайзера для подогрева сетевой воды.

Как известно, коэффициент теплоотдачи от газов к воде невелик. Это потребует больших поверхностей экономайзера. Кроме того, из-за увеличения сопротивления газового тракта повышается расход электроэнергии дымососом. Поэтому применение теплофикационного экономайзера в ряде случаев экономически нецелесообразно.

Значительно меньше тепловых отходов содержится в дренажах, продувочной воде котлов, воде, охлаждающей балки и панели топок.

В турбинном цехе много теплоты теряется с охлаждающей водой конденсаторов турбин (до 50% теплоты топлива, расходуемого на электростанциях). Однако ввиду низкой температуры нагретой охлаждающей воды (15-25˚С) непосредственная утилизация этих тепловых отходов невозможна.

Отходы теплоты с охлаждающей водой масло- и воздухоохладителей турбогенераторов не превышает 1-2% энергии вырабатываемой станции.

В тепловых схемах современных паротурбинных ТЭС все чаще предусматривается использование внутри самой станции теплоты дренажей, продувочной воды котлов, охлаждающей воды масло- и воздухоохладителей для подогрева конденсата турбин, сырой воды в ХВО и т. д.

В газотурбинных ТЭС, работающих по замкнутой схеме, основными вторичными энергоресурсами являются отходящие газы из регенеративных теплообменных аппаратов и нагретая вода воздухоохладителей компрессоров. Эти отходы теплоты до настоящего времени используются недостаточно

На ТЭС, оборудованных двигателями внутреннего сгорания, около 1/3 теплоты сжигаемого топлива теряется со сбросной охлаждающей водой при температуре 40-50˚С. примерно столько же теплоты выбрасывается с выхлопными газами при температуре 300-450˚С. вполне возможно использовать теплоту газов, охлаждая их до 120-150˚С в котлах утилизаторах. Теплоту охлаждающей воды двигателей внутреннего сгорания можно использовать для горячего водоснабжения. Небольшая мощность ТЭС с двигателями внутреннего сгорания обусловливает весьма ограниченные размеры отпуска теплоты потребителям.

В заключение отметим, что основным недостатком схем теплоснабжения, базирующихся лишь на тепловых отходах, является несоответствие графиков отпуска и потребления теплоты. Поэтому использовать полностью все тепловые отходы практически никогда не удается; используется только теплота, нужная потребителю. Если же теплопотребление имеет сезонный характер, то доля использования тепловых отходов в годовом разрезе еще меньше.

Эти обстоятельства должны учитываться при разработке схемы использования тепловых отходов и в технико-экономических расчетах по обоснованию предлагаемой схемы.