3.2 Вторичные материальные и энергетические ресурсы

Технологические процессы черной металлургии характеризуются низким показателями использования энергии топлива основными его потребителями – металлургическими печами. В этой связи возникло понятие о вторичных энергетических ресурсах (ВЭР). ВЭР – часть энергии топлива, не использованная в технологическом процессе. Аналогично можно внести понятие о вторичных материальных ресурсах (ВМР), как отходах технологического процесса (например, пылевидные выбросы, вода, окалина, шлак). Совершенно очевидно, что использование ВЭР и ВМР не только экономит материально-энергетические ресурсы, но и уменьшает вредные выбросы и снижает загрязнение окружающей среды.

3.2.1 Классификация вторичных энергоресурсов

По виду энергии ВЭР делятся на горючие (топливные), тепловые и избыточного давления.

К горючим ВЭР относятся побочные газообразные продукты технологических процессов, которые могут быть использованы в качестве энергетического или технологического топлива. В черной металлургии к горючим ВЭР относят доменный, ферросплавный и конвертерный газы, а иногда также и коксовый газ.

Тепловые ВЭР представляют собой физическую теплоту основных и побочных продуктов, отходящих газов технологических агрегатов, а также систем охлаждения их элементов. Однако, если эта теплота используется для подогрева сырья или воздуха, т.е. возвращается в технологический процесс, то к ВЭР она не относится.

Доля тепловых ВЭР к общему их выходу составляет около 30 %. На рис. 3.2 приведена классификация тепловых ВЭР.

Рис. 3.2 – Классификация тепловых ВЭР

ВЭР избыточного давления – потенциальная энергия газов, выходящих из технологических агрегатов с избыточным давлением, которое может быть использовано в утилизационных установках для получения других видов энергии.

В табл. 3.1 приведена классификация ВЭР по видам и способам их использования.

Таблица 3.1 – Виды ВЭР и способы их использования

Виды ВЭР	Носители ВЭР	Энергетический потенциал	Способ использования
Горючие	Газообразные отходы	Низшая теплота сгорания	Сжигание в топ-ливоиспользующих установках
Тепловые	Отходящие газы, готовая продукция и отходы производства, теплоносители систем охлаждения	Энтальпия	Выработка в теп­лоутилизационных установках водяного пара, горячей воды
	Отработанный и попутный пар	Энтальпия	Покрытие тепло-потребности, выработка электроэнергии в конденсационном или теплофикационном турбоагрегате
Избыточного давления	Газы с избыточным давлением	Работа изоэн­тропного рас­ширения	Выработка элек­троэнергии в газовом утилизационном турбоагрегате

Количество ВЭР, образующееся в технологическом агрегате, называют выходом ВЭР. Эту величину относят либо к единице времени работы агрегата – источника ВЭР, либо в удельных показателях – к единице продукции.

Выход ВЭР определяется произведением количества энергоносителя на его энергетический потенциал. Для горючих ВЭР

q^гор = m ; (3.5)

для тепловых ВЭР

q^т = mi; (3.6)

для ВЭР избыточного давления

q^изб = mL, (3.7)

где q^гор, q^т, q^изб – выход соответствующих ВЭР, Дж/с (Дж/кг продукции) ; m – расход энергоносителя, кг/с (кг/кг продукции); – низшая теплота сгорания ВЭР, Дж/кг; i – удельная энтальпия энергоносителя, Дж/кг; L – удельная работа изоэнтропного расширения газов, Дж/кг.

В некоторых случаях горючие ВЭР выражают в единицах условного топлива:

b = m / Q_у.т., (3.8)

где b – выход ВЭР в килограммах условного топлива на единицу продукции или времени, кг усл.т./кг (кг усл.т./с); Q_у.т. = 29308 кДж/кг усл.т. – теплота сгорания 1 кг условного топлива.

На рис. 3.3 представлена схема использования ВЭР с указанием общепринятых терминов.

Р ис. 3.3 – Схема использования ВЭР:

1 ‑ ВЭР, пригодные к непосредственному использованию; 2 ‑ ВЭР на утилизационные установки; 3 ‑ возможная выработка энергии; 4 ‑ неизбежные потери; 5 ‑ резерв использования; 6 ‑ утилизационные установки; 7 ‑ фактические потери; 8 ‑ фактическая выработка; 9 ‑ фактическое использование ВЭР