Вторичные энергоресурсы промышленных предприятий. Котлы утилизаторы. Теплонасосные установки.

Технологические агрегаты, кислород и другие энергоресурсы. В ходе технологических процессов и работы агрегатов в большинстве случаев образуются другие виды энергоресурсов в виде горючих продуктов (газообразных, жидких, твердых), различных носителей физической теплоты, а также газов и жидкостей с избыточным давлением, количество которых в ряде производств весьма значительное.

Топливно-энергетический баланс предприятия составляется из 2 групп энергоресурсов:

1) подводимых со стороны в виде так называемого привозного топлива, электроэнергии, теплоты от внешних источников.

2) образующихся на самих предприятиях в результате технологических и производственных процессов.

Энергоресурсы, вырабатываемые заводскими энергоустановками (ТЭЦ, котельными и др.) на привозном

топливе относятся к первой группе.

Энергоресурсы второй группы разделяют обычно на 3 вида:

-горючие;

- топливные (в виде физической теплоты);

- избыточное давление.

К горючим энергоресурсам относятся горючие газы от различных технологических агрегатов, доменных, коксовых и ферросплавных печей, сталеплавильных конверторов, продуваемых кислородом, различных агрегатов нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов и т.п. К ним относятся так же отходы горючего сырья, которые по тем или иным причинам не используются для технологической переработки ( щепа, опилки, коксовая мелочь и т.п.). Часть энергоресурсов, образующихся в технологических агрегатах, принято называть вторичными энергоресурсами (ВЭР). В понятие ВЭР включаются все без исключения виды энергоресурсов, которые образуются на предприятиях и не используются по тем или иным причинам в генерирующих их агрегатах, включая отходы горючего сырья, которые не используются в данном агрегате или в качестве сырья для других агрегатов как на данном предприятии так и для других. При этом если за технологическим агрегатом стоит утилизационная установка (УУ), то ВЭР считается выдаваемой ею энергоресурс. На металлургических заводах с полным циклом выработка пара за счет тепловых ВЭР при хорошем их использовании почти покрывают летнюю потребность всего завода в производственном паре, а на некоторых заводах, летом наблюдаются значительные избытки пара, получаемые за счет ВЭР, хотя потребность в производственном паре на них составляет 500-1000 т/ч.

Горючие ВЭР используются на предприятиях как топливо, заменяя в конечном счете привозное топливо, поэтому энергетическая эффективность их использования определяется однозначно по получаемой экономии привозного топлива, которая обычно выражается в тоннах условного топлива.

Экономия топлива, которую дает использование ВЭР в виде пара и горячей воды определяется по формуле: , где - количество использованной теплоты ВЭР, МВт;

η_пот - КПД замещаемой котельной.

Использование ВЭР имеет большие экологические преимущества, т.к. уменьшает количество топлива, которое надо сжигать на заводе. Поэтому как при проектировании нового завода, так и при расширении (реконструкции) действующего следует в первую очередь предусматривать возможно более полное использование ВЭР, и только когда их недостаточно для покрытия появившихся или возросших тепловых нагрузок, предусматривать строительство или расширение ТЭЦ. При рассмотрении понятия ВЭР была отмечена некоторая условность отнесения к ВЭР тех или иных энергоносителей. Так при подсчетах ресурсов ВЭР к ним относится физическая теплота уходящих газов при температуре 300 ⁰С и выше. Основанием к установлению такого температурного предела является мнение, что при более низких температурах использование теплоты уходящих газов экономически не оправдывается. Как показывают расчеты и практика, например, в паровых котлах уходящие дымовые газы экономически выгодно охлаждать, как правило, до 140-160 ⁰С и даже ниже. При этом уловленная единица теплоты в уходящих газах даёт экономию такой же единицы теплоты топлива.

Использовать теплоту воздуха, сбрасываемого вентиляционными установками в атмосферу, можно путём подогрева этим воздухом забираемого из атмосферы свежего воздуха в теплообменниках поверхностного или регенеративного типа. При этом можно сэкономить до 50-70% теплоты, расходуемой на вентиляцию производственных помещений в зависимости от степени загрязнения воздуха в данных производственных помещениях.

Низкопотенциальные ВЭР имеются в больших количествах на предприятиях почти всех отраслей промышленности. Умелое их использование может дать очень большую экономию топлива по стране и уменьшить загрязнение окружающей среды.

Горючие ВЭР используются, как правило, в качестве топлива для различных технологических и энергетических агрегатов, поэтому специальных утилизационных установок (УУ) для их использования не требуются. Приходится лишь иногда приспосабливать агрегаты к сжиганию данного вида ВЭР, например, паровые котлы - к эффективному сжиганию переменных количеств доменного газа.

Показателем энергетической эффективности утилизационных установок ВЭР является - экономия привозного топлива (В_эк), получаемая в замещаемых ими источниках теплоты завода. Она зависит от типа замещаемого источника и его энергетических показателей. При использовании ВЭР для выработки электроэнергии на теплоутилизационной электростанции завода уменьшается потребление электроэнергии из объединённой энергосистемы, к которой подключён завод.

Тепловые насосы не только позволяют в весьма больших размерах экономить топливо, но и снижают загрязнение окружающей среды. Для их работы обычно требуется электрическая энергия, транспорт которой значительно проще и дешевле. Тепловые насосы применяются как для обогрева, так и для охлаждения помещений, для одновременного производства теплоты и холода, для сушки и дистилляции и т. д.

Три основных элемента ТНУ:

1.Тепловой насос (ТН);

2.Низкопотенциальный источник теплоты (НПИТ);

3.Потребитель теплоты (ПТ);

По типам ТН различают:

- парокомпрессорные ТНУ;

- абсорбционные;

-пароэжекторные;

-термоэлектрические и др.

По типу теплоносителей НПИТ и ПТ рассматриваются следующие ТНУ:

- Воздушно - воздушные (системы кондиционирования, НПИТ – вытяжной воздух помещений, наружный воздух, отработавший сушильный агент);

- Воздушно - водяные ТНУ (для ГВС, теплоснабжения, технологических нужд, НПИТ – вытяжной воздух помещений, отработавший воздух сушилок);

-Водо - воздушные ТНУ (для кондиционирования, теплоснабжения ферм, теплиц, НПИТ-сточные воды, вода оборотных систем охлаждения и др.);

- Водо - водяные (отопление, ГВС, НПИТ-сточные воды, вода оборотных систем охлаждения и др.);

Выбор схемы ТНУ определяется видом НПИТ. Естественные НПИТ - воздух, вода, грунт. Искусственные НПИТ -тепловые отходы различных производств.

Т НУ для кондиционирования и вентиляции воздуха ( с промежуточным теплоносителем)

Преимущества:

- простота;

- удобство регулирования температуры;

- реверсивность.

Приточный воздух догревается вытяжным воздухом.

Недостаток:

- необходимость обеспечения больших теплообменных поверхностей.

Кондиционер с увлажнителем вытяжного воздуха

З а счёт орошения достигается более глубокое использование теплоты вытяжного воздуха и уменьшение теплообменной поверхности испарителя. Охлаждённый вытяжной воздух может сбрасываться в атмосферу, а может частично направляться на рециркуляцию с подогревом в конденсаторе после смешения с наружным воздухом.

Кондиционирование воздуха с использованием теплоты низкотемпературной воды

В ода подаётся насосом в испаритель ТН, где отдаёт своё тепло. В конденсаторе вода нагревается и подаётся в теплообменник кондиционера (зимний режим). Летом изменяет движение хладагента.

ТНУ для отопления и ГВС могут использовать в качестве НТИП вытяжной воздух, оборотный воздух, газ сушилок, сбросные воды производства. Получаемая горячая вода может использоваться для отопления и ГВС.

ТНУ с последовательным включением пиковой котельной

Схема одноступенчатая. Экономия топлива по сравнению с котельной – 24%. Имеет небольшую теплопроизводительность.

Т НУ, использующая температуру наружного или вытяжного воздуха для отопления

При температуре наружного воздуха выше 2-3 ⁰С отопление осуществляется только от ТНУ, при понижении температуры в работу включается котёл. Схема одноступенчатая. Экономия топлива по сравнению с котельной –50%. Имеет небольшую теплопроизводительность.

С хема НТС для открытой системы водоснабжения

Для подогрева водопроводной воды используется конденсатор первой ступени и доохладитель второй, после чего потпиточная вода смешивается обратно с сетевой. Использование ТНУ вместо градирни экономически выгодно.

i _ух – удельная энтальпия дымовых газов, уходящих из печи, отнесённая к единице объёма или массы топлива, кДж/м³;

Э кономия топлива может быть достигнута за счет установки котлов-утилизаторов.

Теплота дымовых газов, уходящих из печей, кроме подогрева воздуха может быть использована в котлах - утилизаторах для выработки водяного пара. Пар направляется внешним потребителем для производственных и энергетических нужд (в крупных печах, мартеновских, медеплавильных и т. д.).

Установка котлов-утилизаторов за печами даёт 30 % экономии топлива. Выработанный пар используется для теплофикации или в паровых турбинах низкого давления.

№59