2 Классификация энергетических отходов

По виду энергии ВЭР разделяются на 3 группы:

Горючие (топливные) ВЭР – химическая энергия газообразных, твердых и жидких отходов, образующихся в процессе производства основной продукции (технологических процессов химической и термохимической переработки углеродистого или углеводородного сырья, побочных горючих газов плавильных печей и т.д), и которые могут быть использованы в качестве топлива. Горючие ВЭР используются в основном как топливные и немного (около 5 %) в качестве сырья.

Источниками горючих ВЭР являются лесная и деревообрабатывающая промышленность, химическая и нефтехимическая промышленность, сельское и коммунальное хозяйство.

К горючим ВЭР относятся:

• древесные отходы;

• отходы гидролизного производства;

• отходы целлюлозно-бумажной промышленности;

• отходы от производства аммиака, капролактама;

• с/х отходы;

• городской мусор.

В настоящее время большое внимание уделяется утилизации твердых древесных отходов (ТДО), лигнина, отходов с/х производства. Приблизительно половина заготавливаемой древесины идет в отход. Одной из первостепенных задач является их утилизация путем сжигания с целью получения теплоты. Древесина по своему составу включает те же компоненты, что и твердое топливо, за исключением серы. Особенностью древесных отходов некоторых производств является их повышенная влажность. Отходы лесозаготовительных предприятий имеют влажность 40-45%, влажность коры при этом достигает 80%, отходы деревообрабатывающего и мебельного производства – 10-20%. Но несмотря на большую влажность древесина имеет большой выход летучих веществ, что благоприятствует устойчивому процессу горения.

Мелкие древесные отходы различаются также по гранулометрическому составу.

Способы сжигания древесных отходов зависят от гранулометрического состава и влажности.

Первичная переработка местных древесных отходов может включать изготовление брикетов. Процесс сжигания древесных отходов включает предварительную сортировку и сушку. Сжигание проводится в топке с «кипящим» слоем с частичной рециркуляцией дымовых газов. Это обеспечивает полное сгорание топлива, выносимого с отходящими газами.

В настоящее время в Германии, Австрии, Финляндии, Швеции и др. странах на основе отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности, включающих стружки и отходы фрезерно-отрезных станков, изготавливаются гранула (пиллеты). Древесные гранулы по сравнению с исходным сырьем, которое используется самостоятельно в виде топлива, имеют более низкую влажность, высокую плотность и теплоту сгорания.

Древесные гранулы в отличие от обычной древесины становятся конкурентоспособными. Их выгодно перевозить на большие расстояния, они занимают меньше места при хранении.

Технология изготовления гранул включает крупное дробление, сушку, мелкое дробление, прессование, охлаждение, сортировку, расфасовку. При изготовлении гранул не используются никакие добавки, так как в качестве связующих используются естественные смолы и лигнин. Для производства гранул требуется 3% энергии от их потенциала. Данный вид топлива может сжигаться в котлах с механизированной и ручной подачей.

Тепловые ВЭР – это физическая теплота отходящих газов котельных установок и промышленных печей, основной или промежуточной продукции, других отходов основного производства, а также теплота рабочих тел, пара и горячей воды, отработавших в технологических и энергетических агрегатах.

Тепловые ВЭР могут поступать в виде концентрированных потоков теплоты или в виде теплоты, рассеиваемой в окружающую среду. В промышленности концентрированные потоки составляют 41%, а рассеиваемая теплота –59%. При использовании установок, систем, аппаратов небольшой мощности потоки теплоты, отводимые от них, составляют небольшую величину и рассредоточены в пространстве, что затрудняет их утилизацию из-за низкой рентабельности.

Тепловые ВЭР делятся на высокотемпературные (с темп. носителя выше 500С), среднетемпературные (при темп от 150 до 500 С) и низкотемпературные (при темп ниже 150С)

Для утилизации тепловых ВЭР используют теплообменники, котлы-утилизаторы и тепловые насосы

Рассмотрим некоторые способы и устройства для утилизации тепловых ВЭР. Одним из вариантов утилизации тепловых ВЭР для внутреннего использования является использование теплоты отходящих газов парового котла для подогрева воды питательной воды в экономайзере и окислителя воздуха в воздухоподогревателе.

При внешнем использовании нагревают теплоноситель или сырье. Нагрев рабочей среды проводится в регенеративных, рекуперативных или сместительных аппаратах.

Регенеративные аппараты по принципу действия являются периодическими. Через неподвижные насадки потоки дымовых газов и нагреваемой среды проходят попеременно путем переключения направления их течения. Реализуемый уровень температур в регенераторах с керамическими насадками составляет 1700 С. Недостатком этих аппаратов явл. снижение температуры нагреваемой среды на 10-15%. Они пригодны для маловязких и чистых сред.

Рекуперативные подогреватели выполняются из металла, поэтому уровень рабочих температур снижается до 700-800 С по сравнению с регенераторами. Их преимущество заключается в постоянстве параметров рабочих сред, что обеспечивает стабильность технологических процессов.

При внешнем использовании теплоты отходящих газов промышленных печей применяются паровые или водогрейные котлы-утилизаторы. Котлы-утилизаторы обеспечивают большую экономию топлива путем генерирования энергетического или технологического пара, а также нагрева воды за счет использования вторичной теплоты. В отличие от энергетических котлов их поверхности нагрева располагаются не в топке, а по тракту отходящих газов. Конструкция котла-утилизатора включает: экономайзер, барабан-сепаратор, испаритель и пароперегреватель. Характерной отличительной особенностью КУ является отсутствие у них топочного устройства для сжигания топлива. Циркуляция воды через испаритель осуществляется с помощью насоса или естественной конвекцией. Принцип работы котлов-утилизаторов идентичен котлам котельных установок.

После тепловой обработки в печи материалы или детали могут иметь высокую температуру и располагать значительным запасом физической теплоты. Если сыпучие материалы пропустить через контактный аппарат или заготовки конечных размеров через промежуточную камеру, то теплоту можно передать жидкому или газообразному теплоносителю и использовать для других процессов с пониженной температурой. Примером может служить схема утилизации теплоты при производстве цементного клинкера.

Х

шихта

олодный воздух с помощью вентилятора 5 проходит через охладитель клинкера 4, нагревается до плюс 275-525 С и подается на горение в обжиговую печь 3. За счет этого достигается экономия топлива. Уходящие дымовые газы проходят очистку в аппарате 2 и с помощью тягового устройства 1удаляются в атмосферу.

Одним их перспективных направлений использования тепла слабо нагретых вод является применение так называемых тепловых насосов. Тепловой насос отбирает тепло от сбросной воды и аккумулирует тепловую энергию при температуре около 90 С и эта энергия становится пригодной для использования в системах отопления и вентиляции. Большое количество тепловой энергии теряется при так называемом «сбросе» промышленных сточных вод, имеющих температуру 40-60 С , при отводе дымовых газов с темп 200 – 300 С, а также в вентиляционных системах промышленных и общественных зданий, животноводческих комплексов. Особенно значительны объемы тепловых ВЭР в черной металлургии, в газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

ВЭР избыточного давления – 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, водоемы, емкости или др. приемники. Сюда же относится и избыточная кинетическая энергия.

ВЭР 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 компрессионных турбинах для выработки электрической энергии.

Потенциал горючих ВЭР характеризуется низшей теплотой сгорания Q_н^р , тепловых – перепадом энтальпий Δh, избыточного давления – работой изоэнтропного расширения L. Во всех случаях единицей измерения энергетического потенциала является кДж/кг или кДж/м³ .

3. Источники ВЭР

Наибольшими тепловыми ВЭР располагают предприятия черной и цветной металлургии, химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, промышленности строительных материалов, газовой промышленности, тяжелого машиностроения и некоторых других отраслей народного хозяйства. В этих отраслях используется теплота высокого, среднего и низкого потенциала. Теплота высокого потенциала применяется главным образом для изменения физико-химических свойств сырья и полуфабрикатов посредством их плавки, нагрева и обжига (выплавление металлов в металлургии; обжиг нерудных ископаемых в промышленности строительных материалов; интенсификация химических реакций в нефтеперерабатывающей и химической промышленности; плавка и нагрев металла в машиностроении для получения узлов и деталей заданных форм и для последующей их обработки).

Многие отрасли народного хозяйства располагают значительным резервом топливных и тепловых ВЭР

Черная металлургия.. В черной металлургии топливные ВЭР образуются за счет доменного газа, конвертного газа мартеновских печей и газа ферросплавных печей. Использование этих газов в качестве топлива позволяет экономить ТЭР и исключить вредные выбросы токсичного оксида углерода с металлургических заводов.

Тепловые ВЭР образуются за счет физической теплоты уходящих газов мартеновских печей, доменных воздухонагревателей, различных печей, а также за счет физической теплоты шлака доменных и мартеновских печей, кокса и др.

В настоящее время на предприятиях черной металлургии используется примерно 30% ВЭР от их количества, определяемой полной утилизацией. Менее 10% утилизируется в доменном и коксовом производстве.

Цветная металлургия. Тепловые ВЭР цветной металлургии образуются за счет физической теплоты уходящих газов обжиговых, шахтных, отражательных, рудно-термических, анодных и других печей, конверторов, агрегатов для плавки, охлаждения и пр.

Наибольшее количество тепловых ВЭР образуется при производстве меди, свинца, цинка, олова, алюминия, а также при переработке вторичных цветных металлов. Для их использования применяются котлы-утилизаторы различного типа.

Химическая промышленность. Топливными ВЭР химической промышленности являются отбросные газы конверторов, абгаз синтеза ацетилена, печной газ фосфатного производства и производства карбида кальция, хвостовой газ производства оксида этилена и др.

Тепловые ВЭР – физическая теплота уходящих газов ферритных, пиролизных, рудно-термических, дивинильных печей, печей обжига известняка, плавильных печей каустика, радиационно-конвективных подогревателей кислорода и метана, конверторов природного газа, хвостовых газов в производстве азотной кислоты, контактных аппаратов серной кислоты и пр. Кроме того, тепловыми ВЭР являются охлаждающая вода, конденсат, пар вторичного вскипания, феррит, шлак рудотермических печей.

Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность. Топливные ВЭР – горючие газы сажевого производства, абгаз в производстве мономеров для синтетических каучуков и других соединений, метановодородная фракция в производстве этилена, различные виды горючих отходов, получаемых в процессе переработки углеводородного сырья.

Тепловые ВЭР – это физическая теплоты уходящих газов, а также охлаждающей воды, отработанного пара, пара вторичного вскипания и др.

Основными источниками ВЭР являются процессы переработки нефти, производства синтетических каучуков и синтетических спиртов, а также сажи. ВЭР предприятий по получению синтетического каучуку и спирта составляют 35-40% их общего потребления энергии. Большая часть ВЭР их предприятий может быть утилизирована в отопительно-вентиляционных системах для горячего водоснабжения и производства холода. На современных заводах синтетического каучука за счет утилизации тепловых ВЭР покрывается 25% общей потребности в теплоте. На нефтеперерабатывающих заводах в основном используется теплота уходящих газов технологических печей, регенерации катализатора на установках каталитического крекинга, при сжигании сероводорода в процессе получения серы и серной кислоты.

Газовая промышленность. Тепловые ВЭР в газовой промышленности образуются за счет физической теплоты уходящих газов компрессорных станций, трубчатых печей газопереработки и теплоты охлаждения продуктовых потоков газопереработки.

Строительная промышленность. В промышленности строительных материалов тепловые ВЭР образуются при обжиге цементного клинкера и керамических изделий, производства стекла, кирпича, извести, огнеупоров, выплавке теплоизоляционных материалов. К ним относится физическая теплота уходящих газов туннельных, шахтных, вращающихся и других печей, а также вагранок, охлаждения печей, конденсата и отработанного пара.

Пищевая промышленность. Крупными потребителями пара различных параметров, электроэнергии, горячей и теплой воды, а также холода являются почти все объекты пищевой промышленности, поэтому и тепловые ВЭР предприятий пищевой промышленности самые разнообразные. Это прежде всего теплота отходящих горячих газов и жидкостей, жидких и твердых отходов производства, отработанного пара силовых установок и вторичного пара, который получается при выпаривании растворов и высушивании, тепловых установок, теплота, содержащаяся в продуктах производства.

ВЭР электростанций. ВЭР имеются также на тепло- и гидроэлектростанциях и представляют собой тепловые отходы или потери тепла, получаемые в процессе энергопроизводства. . На гидроэлектростанциях отходы теплоты образуются в результате тепловыделения в электрогенераторе. Для тепловых электростанций наиболее существенный источник ВЭР – низкопотенциальная теплота нагретой охлаждающей воды конденсационных устройств, с которой может теряться до 50% теплоты топлива, расходуемого на электростанции. Источником ВЭР также считаются дымовые газы котельных установок на паротурбинных станциях или отходящие продукты сгорания газотурбинных установок. Для охлаждающих установок источником тепловых ВЭР может служить нагретая охлаждающая вода из воздухоохладителей и регенеративных теплообменных аппаратов.

Источником ВЭР может быть нагретая охлаждающая вода из системы охлаждения генераторов электростанций.

Значительные тепловые отходы имеются на АЭС. Это теплота конденсата, теплота охлаждающих систем и др.

Таким образом, основными источниками образования ВЭР в различных отраслях промышленности выступают технологические аппараты, как правило, недостаточно совершенные с энергетической точки зрения, поскольку современные технологии допускают работу установок с низким КПИ.