3 Экономия энергии, вторичные энергоресурсы, промышленные отходы

Любой энергетический баланс имеет две стороны. Это выработка энергии и потребление энергии. С экологической точки зрения экономить ресурсы необходимо как при выработке энергии, так и при её потреблении. Только потери энергии на транспортировку электроэнергии превышают 10%. Если устранить непроизводительные потери энергии и использовать вторичные энергоресурсы (ВЭР), то можно высвободить огромные средства на добычу энергетического сырья и получения энергии.

Кроме того, из-за перегрузки электросистем:

1. Снижается частота до 48.5-49.5 Гц вместо 50 Гц. Это приводит к снижению производительности электродвигателей на 1-3%.

2. Повышается сила тока в цепи. Увеличивается износ электрооборудования. Нужны стабилизаторы напряжения, но и они имеют свой КПД.

Большую экономию энергии, топлива могут обеспечить утилизация вторичных энергетических ресурсов - ВЭР - т.е. энергетических отходов того или иного технологического процесса, которые нельзя использовать для него, но можно использовать для внешних потребителей.

Вторичные энергоресурсы - ВЭР классифицируются следующим образом:

1. Горючие, т.е. топливные ВЭР - ГВЭР.

• горючие газы плавильных печей, доменный, колошниковый и т.д.;

• горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеводородного сырья;

• непригодные для дальнейшей переработки отходы.

2. Тепловые ВЭР - ТВЭР

• физическая теплота отходов газов;

• физическая теплота основной и побочной продукции (кокс, металл);

• теплота рабочих тел систем принудительного охлаждения агрегатов, узлов;

• теплота отработавшей в технологических тепловых установках горячей воды и пара.

2. ВЭР избыточного давления - потенциальная энергия газов и жидкостей, уходящих из технологического агрегата с избыточным давлением, которые следует снижать перед выпуском в атмосферу.

По количеству ВЭР отрасли характеризуются:

Черная и цветная металлургия: При плавлении и нагреве температура отходящих газов высока, а это значит, что коэффициент использования теплоты сжигаемого топлива низок! т.е. количество ТВЭР большое. Черная металлургия расходует 12% всей топливной добычи СССР!!!, что составляет около 15% электроэнергии вырабатываемой в СССР (аналогичные проблемы характерны и для Украины). В себестоимости выпускаемых металлов энергетические затраты доходят до 50%, коэффициент использования топлива достаточно низок 8-25%. Главный источник ТВЭР - теплота отходящих газов.

В машиностроении ГВЭР практически нет ТВЭР намного меньше. И все же в тепловом балансе ТВЭР могут занимать значительное место. Можно использовать теплоту вентиляционных отходов. Источниками ТВЭР для машиностроения являются печи кузнечно-прессового, термического цехов, чугунных и сталелитейных цехов, мятый (отработанный) пар кузнечного оборудования и т.д.

Химическая промышленность по ВЭР на третьем месте. В себестоимость продукции входит 30% энергозатрат.

Нефтепереработка и нефтехимия по количеству ВЭР занимает второе место после металлургии.

3.1 Общие принципы разработки энергосберегающих технологий защиты окружающей среды. Рассмотрим классификацию технологических процессов, см. рис.3.1.

Наука, изучающая процессы превращения природного сырья в материалы и продукты называется технологией. По способу производства технологии разде-

					транспортировка
					отстаивание
			ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ		центрофунгирование
					перемешивание
					фильтрование
					распыливание
					транспортировка
					дробление
			МЕХАНИЧЕСКИЕ		измельчение
					грохочение
					смешение
П					нагревание
Р					охлаждение
О			ТЕПЛОВЫЕ		испарение
Ц					конденсация
Е					плавление
С					затвердевание
С					перегонка
Ы					абсорбция
			МАССООБМЕННЫЕ		адсорбция
					экстракция
					сушка
					кристаллизация
					нейтрализация
					реагентные
			ХИМИЧЕСКИЕ		каталитические
					окислительные
					сжигание
					электрохимические

Рис.3.1 Классификация технологических процессов.

ляются:

1. Механическая: машиностроение, текстильная промышленность, строительная, горно-обогатительная промышленность.

2. Химическая: окисление, восстановление, хлорирование, нагревание, органический синтез.

3. Теплотехническая технология: огневые, термовлажностные, тепловые процессы.

Все три типа технологий объединяются общим понятием практическая технология.

Выбрав определенный метод производства какой-либо продукции, приступают к разработке технологической схемы материальных и теплоэнергетических потоков

Отходы производства могут быть: твердые, жидкие, газообразные. Эти отходы должны характеризоваться степенью токсичности и агрессивности по отношению к окружающей среде. При этом необходимо обладать информацией о характере выделения отходов, которая может носить случайный, периодический и непрерывный характер. Необходимо также располагать информацией о химическом составе отходов. Удаляемые отходы оценивают в кг/час, т/час и т.д.

С целью анализа возможности экономии энергетических ресурсов необходимо классифицировать схемы технологического производства, которые бывают: а - с открытой цепью; б - с закрытой цепью; в - с комбинированной цепью, см. 3.2.

Каждый блок схемы может размещаться в отдельных цехах, помещениях иметь свое оборудование, подачу источников энергии, отопления и сырья.

Основным вопросом при разработке технологической схемы является выбор метода получения продукции: непрерывного или периодического действия.

Недостатками периодической схемы являются: малая производительность оборудования; трудности автоматизации; большие затраты ручного труда.

Непрерывные технологические схемы отличаются: высокой производительностью; высоким уровнем автоматизации. К числу следует отнести: трудность пуска в эксплуатацию; отладка оптимальных режимов работы оборудования.

а) Схема технологического процесса с открытой цепью;

б) Схема технологического процесса - с закрытой цепью

в) Схема технологического процесса - с комбинированной цепью

Рис. 3.2 Схемы технологических процессов.

На схеме каждый тип оборудования имеет свое обозначение (см. ГОСТ на обозначения - Справочник энергетика). Подача сырья, энергии, воды, воздуха обозначают в виде линий с указанием направления.

На базе технологической схемы разрабатывается технологический проект с участием конструкторов, технологов, энергетиков, прибористов, экологов и т.д. Технико-экономическое обоснование должно свидетельствовать об эффективности производства по сравнению с действующим в сопоставимых показателях.

Для каждой технологии получения продукции необходимо составить схему материальных и энергетических потоков, пример которой представлен на 3.3.

Рис. 3.3 Схема материальных и энергетических потоков:

1 - основной процесс; 2 - процесс разделения; 3 - процесс выпуска продукции;

4 - процесс регенерации сырья.

3.2 Возобновляемые источники энергии. Солнце - неисчерпаемый источник энергии. Способы получения этой энергии известны, но в большинстве случаев они не рентабельны. Прирост биомассы на Земле 117 млрд. т/год в сухом виде, это эквивалентно 40 млрд. т нефти, но использоваться может только незначительная часть этого количества.

Энергия морских приловов - значительна, но строительство таких станций дорого. Кроме того, экологические последствия непредсказуемы.

Энергия ветра – к ее недостаткам следует отнести непостоянство во времени получаемой энергии. Экологические аспекты (низкочастотные колебания, гибель птиц, низкая окупаемость и т.д.) также важны.

Энергия рек - уже практически используется. Экологические последствия также значительны: затопление прилегающих земель, засаливание почвы, заболачивание, потеря рыбных ресурсов, перенос населенных пунктов, резкое уменьшение стока воды (зеркало испарения, фильтрация воды), изменения климата, флоры, фауны (пример Волга, Днепр). При этом экономится только 80 млрд. т./год условного топлива - т.е. столько, сколько можно утилизировать тепловыми вторичными энергоресурсами.

(1 кВт^*ч = 123 г условного топлива)

Энергия покоя, содержащаяся в 1 кг массы (Е=mc²) вещества составляет 25 млрд. (кВт^*ч).