Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» Электроэнергетический факультет Кафедра теплоэнергетики Лабораторная работа №11 Вторичные энергоресурсы. Оренбург 2012

Цель работы: Ознакомиться с классификацией ВЭР и предложить новые способы использования.

Программа работы:

1. Ознакомиться с теоретической частью лабораторной работы.

2. Ознакомиться с классификацией ВЭР и предложить новые способы использования.

3. Подготовить отчет.

Теоретические сведения:

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) — это энергия различных видов, покидающая технологический процесс или установку, использование которой не является обязательным для осуществления основного технологического процесса. Экономически она представляет собой побочную продукцию, которая при соответствующем уровне развития техники может быть частично или полностью использована для нужд новой технологии или энергоснабжения других агрегатов (процессов) на самом предприятии или за его пределами.

Экономика стала бы значительно менее энергоемкой и менее загрязняющей окружающую среду за счет вторичного использования отходов. Большая часть используемых сегодня материалов выбрасывается после одноразового применения. Это примерно 2/3 всего алюминия, 3/4 стали и бумаги и еще большая часть пластмасс. Всего лишь 5% энергии, затрачиваемой на добычу алюминия из бокситов, требуется для его регенерации. Для стали, изготавливаемой только из лома, экономия энергозатрат составляет примерно 65%. Производство газетной бумаги из макулатуры требует на 25 - 60% меньше энергии, чем ее изготовление из древесной массы. Получение стекла из вторсырья экономит до 33% энергии, необходимой для его изготовления из первичного сырья.

В настоящее время особенно велики потери теплоты на электростанциях, в металлургической, химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве.

Теплота уносится также с вентиляционным воздухом, с канализационными и бытовыми стоками. Согласно расчетам, из 1,7 млрд. т у. т., расходуемого в стране за год, полезно используется примерно 700 млн. т. Утилизация ВЭР позволит получить большую экономию топлива и существенно уменьшить капитальные затраты на создание соответствующих энергоснабжавдщих установок, так как при одинаковом эффекте затраты на улучшение использования энергоресурсов в 1,5-2 раза ниже затрат на добычу топлива. Рациональное и возможно более полное использование вторичных энергоресурсов дает большую экономию материальных, денежных и трудовых затрат, обеспечивает снижение выбросов вредных веществ, в том числе и тепловых.

ВЭР разделяются на три основные группы: избыточного давления, горючие и тепловые.

Классификация вторичных энергоресурсов

При употреблении энергии и материалов в технологических процессах, на вспомогательные нужды или в сфере услуг потенциал энергоносителей используется не полностью. Та часть энергии, которая прямо или косвенно не используется как полезная для выпуска готовой продукции или услуг, называется энергетическими отходами. Общие энергетические отходы равны разности между энергией, поступающей в технологический аппарат, и полезно используемой энергией.

Общие энергетические отходы разделяют на три вида:

• неизбежные потери в технологическом агрегате или установке;

• энергетические отходы внутреннего использования, которые возвращаются обратно в технологический агрегат (установку) за счет регенерации или рециркуляции и в результате этого сокращают количество подведенной первичной энергии при неизменной величине поступления энергии в технологический агрегат;

• энергетические отходы внешнего использования, представляющие собой вторичные энергетические ресурсы (ВЭР),

-энергетический потенциал отходов продукции, побочных и промежуточных отходов, образующихся в технологических установках (системах), который не используется в самой установке, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других установок.

Технологический агрегат или установка, являющаяся источником отходов энергии, которую можно использовать как полезную, называется агрегатом - источником или установкой — источником ВЭР.

Выработка энергоносителей (водяного пара, горячей или охлажденной воды, электроэнергии, механической работы) за счет снижения энергетического потенциала носителя ВЭР осуществляется в утилизационной установке.

Энергетический потенциал отходов и продукции классифицируется по запасу энергии в виде химически связанной теплоты (горючие ВЭР), физической теплоты (тепловые ВЭР), потенциальной энергии избыточного давления (ВЭР избыточного давления). Потенциал горючих ВЭР характеризуется низшей теплотой сгорания Qn , тепловых - перепадом энтальпий h, избыточного давления — работой изоэнтропного расширения L. Во всех случаях единицей измерения энергетического потенциала является кДж/кг, или кДж/м3.

ВЭР могут применяться по следующим направлениям:

• топливному - с использованием не пригодных к дальнейшей переработке горючих отходов в качестве топлива;

• тепловому (холодильному) - с использованием теплоты отходящих газов печей и котлов, теплоты основной, промежуточной и побочной продукции, отработанной теплоты горячих воды, пара и воздуха и ВЭР избыточного давления;

• силовому - с использованием механической и электрической энергии, вырабатываемой за счет ВЭР;

• комбинированному - для производства теплоты (холода), электрической или механической энергии.

Основные показатели использования вторичных энергоресурсов

При разработке предложений и проектов по утилизации энергетических отходов необходимо знать выход ВЭР. Различают удельный и общий выход ВЭР.

Удельный выход ВЭР рассчитывают или в единицу времени (1ч) работы агрегата - источника ВЭР, или в показателях на единицу продукции.

Удельный выход горючих ВЭР определяется по формуле

q_Г=mQ_n (4.1)

где m - удельное количество энергоносителя в виде твердых, жидких или газообразных продуктов, кг(м³)/ед. продукции или кг(м³)/ч.

Удельный выход тепловых ВЭР определяется по соотношению

q_T=mh=m(cp₁t₁-cp₂t₂) (4.2)

где t₁ - температура энергоносителя на выходе из агрегата -источника ВЭР, °С; ср₁ - теплоемкость энергоносителя при температуре t1 (кДж/кг или кДж/м³); t₂ - температура энергоносителя, поступающего на следующую стадию технологического процесса после утилизационной установки, или температура окружающей среды, ср₂ -теплоемкость энергоносителя при температуре t₂.

Удельный выход ВЭР избыточного давления рассчитывается по формуле

q_И=mL (4.3)

где L - работа изоэнтропийного расширения энергоносителя, кДж/кг.

Общий выход ВЭР за рассматриваемый период времени (сутки, месяц, квартал, год) определяют исходя из удельного или часового

Q_B=q_yбП (4.4а)

или

Q_П=q_ЧТ (4.4б)

где q_уд - удельный выход ВЭР, кДж/ед. продукции; П - выпуск основной продукции или расход сырья, топлива, к которым отнесен q_УД за рассматриваемый период, ед. продукции; q₄ — часовой выход ВЭР, кДж/ч; Т — время работы агрегата — источника ВЭР за рассматриваемый период, ч.

Только часть энергии из общего выхода ВЭР может быть использована как полезная. Поэтому для оценки реального потенциала, пригодного к использованию, рассчитывают возможную выработку энергии за счет ВЭР. Возможная выработка теплоты в утилизационной установке за счет ВЭР для нагрева энергоносителей пара или горячей воды за рассматриваемый период времени

Q_T=mП(h₁-h₂)B(1-X) (4.5)

где hi - энтальпия энергоносителя на выходе из технологического агрегата — источника ВЭР, кДж/кг(м ); h₂ - энтальпия энергоносителя при температуре t₂ на выходе из утилизационной установки, кДж/кг(м³); B - коэффициент, учитывающий несоответствие режима и числа часов работы утилизационной установки и агрегата - источника ВЭР (B изменяется в пределах от 0,7 до 1,0); X - коэффициент потерь энергии в окружающую среду утилизационной установкой и на тракте между агрегатом -источником ВЭР и утилизационной установкой (X принимает значения от 0,02 до 0,05).

Возможную выработку теплоты в утилизационной установке можно также определить по формуле

Q_Т=Q_BF_y (4.6)

где Fy - КПД утилизационной установки.

Теплота, выработанная в утилизационной установке, может использоваться не полностью, что характеризуется коэффициентом использования выработанной теплоты

S=Q_И/Q_T (4.7)

где Q_И — использованная теплота (s может изменяться от 0,5 до 0,9).

Возможная выработка электроэнергии в утилизационной турбине за счет избыточного давления определяется выражением

W=ПmLF_OTF_MF_Г (4.8)

где F_ОТ - относительный внутренний КПД турбины; F_М - механический КПД турбины; Fг - КПД электрогенератора.

При использовании горючих ВЭР достигается экономия замещаемого топлива

B=0,0342Q_ИF_ВЭР.F³, т.у.т. (4.9)

где Q_И — использованные горючие ВЭР за рассматриваемый период, ГДж;