3.3. Теплоутилизационные установки предприятий

Технологические процессы на предприятиях энергоёмких отраслей промышленности сопровождаются значительным выходом вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). Различают ВЭР – горючие, тепловые и избыточного давления, а направления их использования – топливное, тепловое, электроэнергетическое и комбинированное. Относительно полные данные по плановому уровню использования горючих и тепловых ВЭР в СССР относятся к 1990 г. (табл. 3.10).

Таблица 3.10

Использование вэр в промышленности ссср (1990 г)

Отрасль промышленности	Вид ВЭР
	Горючие, млн. тут	Тепловые, млн. ГДж
1. Чёрная металлургия	26,3	230,3
2. Цветная металлургия		41,5
3. Химическая	2,1	201,4
4. Нефтепереработка и нефтехимия	6,9	192,6
5. Лесная и целлюлозно-бумажная	3,8	50,0
6. Газовая	2,15	102,6
7. Машиностроение		59,8
8. Строительных материалов и др.		9,2
Итого	41,25	887,4

Использование ВЭР обеспечивает снижение потребления первичного топлива на предприятиях. Поэтому оно служит в качестве одного из основных направлений энергосбережения в промышленности. Следует, однако, иметь в виду, что полезное использование ВЭР может заметно отличаться от возможной выработки энергии за счёт ВЭР, что является следствием:

• отсутствия или неполного комплекта утилизационного оборудования вследствие высокого уровня необходимых инвестиций;

• недостаточной тепловой эффективности утилизационных установок;

• несовпадения режимов выхода и использования ВЭР;

• преобладания энергетических методов утилизации над энерготехнологическим комбинированием и др.

Поэтому коэффициент утилизации горючих ВЭР в промышленности не превышает 85 %, а тепловых – 40 %.

Теплоутилизационные установки (ТУУ) предприятий даже при такой низкой эффективности утилизации тепловых ВЭР в 2005 г. обеспечили производство ТЭ на уровне 431,6 млн. ГДж (103 млн. Гкал), что в общем производстве ТЭ по России составило 5,2 % (табл. 1.1). Отсюда понятно, почему при разработке перспективных программ развития теплоснабжения страны придаётся такое значение ТУУ предприятий.

Обычно в ТУУ тепловые ВЭР (в основном, отходящие газы технологических агрегатов ТА) используются для получения пара и (или) подогрева сетевой воды в КУ. КУ классифицируются по большому перечню технологических и конструктивных признаков и делятся на две группы по уровню температуры греющего теплоносителя на входе Т_Г1: 1) низкотемпературные КУ – с Т_Г1 < 1200 К; 2) высокотемпературные КУ - с Т_Г1 > 1200 К.

Подавляющее большинство КУ принадлежит к 1-й группе и в ней лидирующее положение по параметрам генерируемого пара и возможности применения на их основе комбинированного направления использования ВЭР занимают водотрубные змеевиковые котлы-утилизаторы серии КУ (например, КУ-150) для металлургических и машиностроительных предприятий, серии ПКК (например, ПКК-100/45-200-5) для сажевого производства и др. Ко 2-й группе относятся КУ серии ОКГ – охладители конвертерных газов (например, ОКГ-400) для конвертерного производства стали, серии КС (например, КС-450 ВТКУ) для производства серного колчедана и др.

В качестве примера на рис. 3.18 приведена схема установки КУ 3 за ТА 1 (нагревательной печью) с воздухоподогревателем ВП 2 [6].

Рис. 3.18. Типовая схема установи КУ за ТА

В этой схеме к ВЭР (энергетическим отходам внешнего использования) относится теплота отходящих газов после ВП 2 с температурой 600 °С. Обычно в таких схемах применяются котлы-утилизаторы серии КУ, которые проектируются на два уровня температуры газов на входе – 650 и 850 °С и независимо от неё на два уровня давления генерируемого пара – 1,8 и 4,5 МПа.

Пар после КУ может направляться в паровые сети предприятия в качестве технологического и греющего пара в бойлерных установках, а также использоваться в паровых турбинах с параметрами пара 3,43 МПа, 435 °С. В последнем (наиболее эффективном случае) возможно ограничение по температуре генерируемого пара. Например, в КУ-150 при температуре газов на входе 650 и 850 °С пар с давлением 4,5 МПа может иметь температуру 368 и 393 °С, а завод-изготовитель соответствующих турбин (ОАО КТЗ) ограничивает нижний предел температуры свежего пара уровнем 380-420 °С. В этом случае возможна реализация схемы совместного использования установки испарительного охлаждения (УИО) технологической печи, центрального пароперегревателя (ЦП) и КУ по комбинированному направлению использования ВЭР (рис.3.19).

Рис. 3.19. Принципиальная схема совместного использования УИО, ЦП и КУ

НП – нагревательная печь; БС – барабан-сепаратор; ЦП – центральный пароперегреватель; Т – топливо; В – воздух; ПС – продукты сгорания; ПВ – питательная вода; Д – деаэратор; ДТ – дымовая труба.

В УИО нагревательной печи НП генерируется насыщенный пар с давлением 4,5 МПа, который после барабана-сепаратора БС поступает в ЦП (типа ЦП-60-С-45), где перегревается до температуры 445 °С. Смешение потоков перегретого пара после ЦП и КУ обеспечивает получение допустимой температуры перегретого пара перед паровой турбиной.