Коммунально-строительныйтехникум
Якутского государственногоинженерно технического института.
Общая характеристика вторичных энергоресурсов (ВЭР) иих классификация.
Выполнили: студенты 3-гокурса гр. ТиТО-2000
Сорокин Андрей и СорокинРоман.
Проверил: преподаватель покурсу “Теплотехническое оборудование”Аганина М.И.
г. Якутск 2002 г.
Содержание. Стр.
1. Введение: 2
2. Классификация вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) промышленности: 3
3. Общая характеристика ВЭР промышленных предприятий: 4
4. ВЭР электростанций: 6
5. Использование ВЭР в промышленности: 7
6. Показатели использования ВЭР: 8
7. Расчёт ВЭР на экономическую эффективность: 9
8. Заключение: 11
9. Список используемой литературы: 11
Введение.
Прогрессивное направление и развитиепромышленности – создание безотходных производств, по технологии которых используютсявсе элементы производственного процесса, а также энергия реакциитехнологических процессов для получения полезной продукции. Получаемая из внеэнергия необходима лишь для запуска и резервирования, то есть безаварийной остановки технологического процесса.Так в настоящее время используются технологические процессы производствааммиака, метанола, высших спиртов и некоторых других химических продуктов,основанные на принципе энерготехнологического комбинирования с максимальнымиспользованием выделяемой энергии при различных реакциях.
В настоящее время и в ближайшей перспективеещё будут существовать технологические процессы с материальными иэнергетическими отходами. На технологический процесс расходуется определённоеколичество топлива, электрической и тепловой энергии. Кроме того, самитехнологические процессы протекают с выделением различных энергетическихресурсов – теплоносителей, горючих продуктов, газов и жидкостей с избыточнымдавлением. Однако не всё количество этой энергии используется в технологическомпроцессе или агрегате; такие неиспользуемые в процессе (агрегате)энергетические отходы называют вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР).
Количество образующихся вторичныхэнергетических ресурсов достаточно велико. Поэтому полезное их использование –одно из важнейших направлений экономии энергетических ресурсов. Утилизация этихресурсов связана с определёнными затратами, в том числе и капитальными, поэтомувозникает необходимость экономической оценки целесообразности такой утилизации.
Под ВЭР понимают энергетический потенциалпродукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся притехнологических процессах, в агрегатах и установках, который не используется всамом агрегате, но может быть частично или полностью использоваться дляэнергосбережения других агрегатов (процессов). Термин “энергетическийпотенциал” здесь следует понимать в широком смысле, он означает наличиеопределённого запаса энергии – химически связанного тепла, физического тепла,потенциальной энергии избыточного давления и напора, кинетической энергии и др.Химически связанное тепло продуктов топливоперерабатывающих установок(нефтеперерабатывающих, газогенераторных, коксовальных, углеобогатительных идр.) к ВЭР не относятся.Классификация вторичных энергетическихресурсов промышленности.
ВЭР промышленности делятся на три основные группы:
– горючие,
– тепловые,
– избыточного давления.
Горючие (топливные) ВЭР – химическая энергия отходов технологических процессовхимической и термохимической переработки сырья, а именно это: – побочныегорючие газы плавильных печей (доменный газ, колошниковый, шахтных печей ивагранок, конверторный и т.д.),
–горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистогосырья (синтез, отходы электродного производства, горючие газы при полученииисходного сырья для пластмасс, каучука и т.д.),
–твёрдые и жидкие топливные отходы, не используемые (не пригодные) длядальнейшего технологической переработки,
– отходы деревообработки, щелокацеллюлозно-бумажного производства.
Горючие ВЭР используются в основном как топливо и немного (5%) на нетопливные нужды (преимущественно в качестве сырья).
ТепловыеВЭР – это тепло отходящих газов при сжигании топлива, тепло воды иливоздуха, использованных для охлаждения технологических агрегатов и установок,теплоотходов производства, например, горячих металлургических шлаков.
Одним из весьма перспективных направлений использования тепла слабонагретых вод является применение так называемых тепловых насосов, работающих потому же принципу, что и компрессорный агрегат в домашнем холодильнике. Тепловойнасос отбирает тепло от сбросной воды и аккумулирует тепловую энергию притемпературе около 90 °С, иными словами, эта энергия становится пригодной дляиспользования в системах отопления и вентиляции.
Следует отметить, что пока ещё большое количество тепловой энергиитеряется при так называемом “сбросе” промышленных сточных вод, имеющихтемпературу 40 – 60 °С и более, при отводе дымовых газов с температурой 200 –300 °С, а также в вентиляционных системах промышленных и общественных зданий,животноводческих комплексов (температура удаляемого из этих помещений воздухане менее 20 ÷ 25 °С).
Особенно значительны объемы тепловых вторичных ресурсов в чёрнойметаллургии, в газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
ВЭР избыточного давления (напора) – это потенциальная энергиягазов, жидкостей и сыпучих тел, покидающих технологические агрегаты сизбыточным давлением (напором), которое необходимо снижать перед последующейступенью использования этих жидкостей, газов, сыпучих тел или при выбросе их ватмосферу, водоёмы, ёмкости и другие приёмники. Сюда же относится избыточнаякинетическая энергия.
Вторичные энергетические ресурсы избыточного давления преобразуются в механическуюэнергию, которая или непосредственно используется для привода механизмов имашин или преобразуется в электрическую энергию.
Примером применения этих ресурсов может служить использованиеизбыточного давления доменного газа в утилизационных бес компрессорных турбинахдля выработки электрической энергии.Общая характеристика ВЭРпромышленных предприятий.
Первичные энергетические ресурсы ВЭР
Разновидности энергоресурсов Характеристика, качественные параметры
Твёрдое жидкое, газообразное топливо или электроэнергия для обслуживания технологических высоко температурных процессов (промышленные печи) и охлаждающая ввода.
Газ и жидкое топливо для обслуживания технологических силовых процессов (с двигателями внутреннего сгорания воздуходувных, компрес-сорных и других агрегатов) и охлаждающая вода.
Горючее и технологическое сырьё (в предприятиях металлурги-ческой, деревообраба-тывающей, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности).
Пар для обслуживания технологических силовых (в молотовых, прессовых и штамповочных агрегатах) и нагревательных процессов.
Горячая вода для бытового теплопотребления
Электроэнергия, обслуживающая силовые, термические и осветите-льные процессы.
1.
а) коксовый газ – продукт выжига кокса в коксовых печах.
б) доменный газ – побочный продукт доменного производства, получается в результате неполного сгорания кокса.
в) ферросплавный газ – выплавка ферросплавов в электропечах.
2.
3.
4.
5.
1.
2. вода, отходящая из двигателей внутреннего сгорания.
Горючие твёрдые и жидкие отходы производства.
1.
2.
3.
4.
Сливная загрязнённая вода.
Внутренние тепловыде-ления в производственных помещениях.
Сливная нагретая вода производственных агрегатов.
а) Теплота сгорания:
3
Состав газа: СО2=2÷4%; СО= 6 ÷ 8 %; Н2 = 55÷ 62%;
СН4 = 24 ÷ 28%; этилен,
пропилен и др. = 2 ÷ 3 %;
N2 = 3 ÷ 2 %; О2 = 0,4 ÷ 08 %, плотность 0,4 – 0,55 кг/м3. Взрывоопасен.
б) 3
Состав газа:
СО2=10÷12,5%;
СО=28,5÷30,5%; Н2=1,5÷3,8%;
N2 = 58 ÷ 59,5 %;
О2 = 0,1 ÷ 0,2%, плотность 1,28÷1,3 кг/м3, теоретическая температура горения 1430 – 1500 °С, для сжигания 1МДж газа требуется теоретически необходимое количество кислорода 0,19м3.
в) 3
Состав:
СО = 85 %; Н2 = 4 %;
N2 = 5,6 %; О2 = 1 %;
СО2=3%; сероводород=0,4%.
Высокотоксичный, взрывоопасный газ.
3
tо.г 500 ÷ 1000 °С.
tо.в 95 °С.
Pи.о = 1,6 ÷ 4 атмосфер.
tотх > 1000 °С.
tо.г = 350 ÷ 600 °С
tо.в
ккал/кг.
Ро.п = 1,3 ÷ 1,5 атм.
Рв.п =1 атм.
t
t
t
t
t
ВЭР электростанций.
ВЭР имеются также наэлектрических станциях и представляют собой тепловые отходы или потери тепла,получаемые в процессе энергопроизводства. На гидроэлектростанциях такимитепловыми отходами являются только тепловыделения в гидрогенераторах станциях.
ВЭР электростанций по своейвеличине значительно меньше, чем в промышленных предприятиях, и непрерывноуменьшаются по мере повышения экономичности энергопроизводства.Характеристика вторичных энергетических энергоресурсов электростанций.
ВЭР
Качественные параметры энергоресурсов
1. Тепловые электростанции:
Нагретая охлаждающая вода конденсационных устройств турбин:
Отходящие дымовые газы котлоагрегатов:
Отходящие газы и нагретая охлаждающая вода газотурбинных электростанций:
Нагретая охлаждающая вода из системы охлаждения электрических генераторов:
tв≤ 25 ÷ 30 °C
tо.г≥ 100 °C
tо.г≥ 100 °C
tв ≥ 25 ÷ 30 °C
tв ≥ 25 ÷ 30 °C
2. Гидроэлектростанции:
Нагретая охлаждающая вода из системы замкнутого охлаждения электрических генераторов:
Нагретый воздух из системы разомкнутого воздушного охлаждения электрических генераторов:
tв ≥ 25 ÷ 30 °C
tв ≤ 60 ÷ 65 °C
Использованиевторичных энергетических ресурсов в промышленности.
Подобные энергетическиересурсы можно использовать для удовлетворения потребностей в топливе и энергиилибо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо путём выработкитепла, электроэнергии, холода и механической энергии в утилизационныхустановках. Большинство горючих ВЭР употребляются непосредственно в видетоплива, однако некоторые из них требуют специальных утилизационных установок.Непосредственно применяются также некоторые тепловые ВЭР (например, горячаявода систем охлаждения для отопления).
Различают следующие основныенаправления использования потребителями ВЭР: топливное – непосредственнов качестве топлива;
тепловое– непосредственно в качестве тепла иливыработки тепла в утилизационных установках;
силовое– использованиеэлектрической или механической энергии, вырабатываемой из ВЭР в утилизационныхустановках;
комбинированное– тепловая и электрическая(механическая) энергия, одновременно вырабатываемые из ВЭР в утилизационныхустановках;Источникии пути использования ВЭР в черной металлургии.
Горючие газы–отходы основногопроизводства: Доменный и коксовый газы практически используются полностью.Использование ферросплавного газа возможно для технологических (подогревматериалов, частичное предварительное восстановление сырья) и теплофикационныхцелей, сжиганием в котельной. Конвертерный газ частично используют вохладителях, но полное использование его ещё не решено. При сжигании его впечах после газоочистки теряется до 900 кг у.т./т конвертерной стали.
Теплота продуктов сгоранияпечей: У мартеновских печей теплота продуктов сгорания равна 12,5 ГДж/т стали,у нагревательных печей 0,8 ГДж/т проката. Использование этой теплоты возможно вкотлах-утилизаторах при условии оснащения их виброочисткой, дробеочисткой, таккак запылённость газов достигает 5 гр/м·м3. Возможно использованиеэтой теплоты для нагрева шахты в шахтных подогревателях. Нагрев шихты уходящимигазами экономит 12% топлива, повышает производительность печи на 15%,сравнительно быстро окупает капитальные затраты.
Теплота материалов: Потерисоставляют: 1 ГДж/т жидкого чугуна, 1,2ГДж/т жидкой стали, 0,8 ГДж/т жидкогошлака, 12 ГДж/т кокса, 0,6 ГДж/т агломерата. Решено только использованиетеплоты кокса. В установках сухого тушения получают 0,3 – 0,4 т пара/т кокса.Использование теплоты чугуна, стали, шлака не налажено. Использование теплотыагломерата повторным использованием охлаждающего воздуха для нагрева шихтына 25÷30 % снижает содержаниеуглерода в шихте, что выгодно для основного технологического процесса. Использование теплоты шлакавозможно при создании новых типов грануляторов.
Теплота охлаждающей воды: Вустановках испарительного охлаждения выход пара 0,1 т/т чугуна и 0,2 т/тмартеновской стали. Все технологические вопросы испарительного охлаждения печейрешены и требуется максимально широкое внедрения способа в производство.Необходимо улучшить технические решения по унификации охлаждаемых элементов,повышению давления пара, улучшить контроль за плотностью схем охлаждения,усовершенствовать автоматику утилизирующих установок. Необходимораспространение опыта чёрной металлургии в химическую промышленность,машиностроение и т. д.
Источникии пути использования ВЭР в цветной металлургии.
Большие резервы поэффективному использованию ВЭР имеются и на предприятиях цветной металлургии.Технически возможное и экономически целесообразное применение вторичныхэнергетических ресурсов в этой отрасли оцениваются примерно в 18 млн. Гкал вгод.
Эффективным в цветнойметаллургии является использование тепла уходящих дымовых газов для подогревавоздуха, поступающего в печи для сжигания топлива. Это экономит топливо,улучшает процесс его горения и, кроме того, повышает производительность печи.Однако с дымовыми газами уносится ещё значительное количество тепловой энергии,которая может использоваться в котлах- утилизаторах для выработки пара.Показатели использования ВЭР.
Для оценки выхода ииспользования ВЭР применяются следующие показатели: 1) Выход ВЭР (Qвых)– количество ВЭР, образующихся в процессе производства в данном технологическомагрегате за единицу времени.
2) Выработка энергии за счётВЭР (Q) –количество энергии, получаемое при использовании ВЭР в утилизационнойустановке. Выработка энергии отличается от её выхода на величину потерь тепла вутилизационной установке. Различают возможную, экономически целесообразную,планируемую и фактическую выработки энергии.
3) Использование ВЭР –количество используемой у потребителей энергии, вырабатываемой за счёт ВЭР вутилизационных установках.
4) Экономия топлива (В) засчет ВЭР – количество первичного топлива, которое экономится в результате использованияВЭР.Степень использования ВЭР – показатель представляющий отношениефактической (планируемой) выработки к выходу ВЭР,
Показатель используется, если нет ограничений поконечному температурному потенциалу, например при охлаждении нагревательныхпечей.
Коэффициент утилизации– отношение количестватеплоты, воспринятой котлом-утилизатором, к теплу топлива, сожженного в печи.Например, для мартеновской печи:
α– удельнаявыработка пара котлом утилизатором на 1 т выплавленной стали, [МВт/т],
q–удельный расход условного топлива на 1 т выплавленной стали, [т у.т./т].
Коэффициент можно применятьдля сопоставления использования ВЭР однотипных по конструкции и технологииагрегатов. Сложные и разнообразные процессы (например, цветной металлургии) нельзя характеризовать такимпоказателем.
Показатель использования ВЭР– отношение фактическойвыработки тепла на базе ВЭР к возможной:
При планированиитопливопотребления применяют коэффициент утилизации – отношениефактической (планируемой) экономии топлива Ву за счёт ВЭР квозможной (или экономически целесообразной) Вв:
Коэффициент выработки энергии на единицуперерабатываемого материала:
N–производительность агрегата, т/год.Расчёт ВЭР на экономическуюэффективность.
Исходной информацией длярасчёта выхода и возможного использования ВЭР служат: тепловые и материальныебалансы основного технологического оборудования; объём выпуска продукции врассматриваемом периоде; отчётный энергетический баланс предприятия;технико-экономические характеристики технологических агрегатов, энергетическихи утилизационных установок; планы внедрения новой технологии и новогооборудования на перспективу.
В результате анализа всехэтих материалов устанавливают виды ВЭР и их потенциал; выявляют агрегаты, ВЭРкоторых могут быть включены в энергетический баланс предприятия илииспользованы вне данного предприятия; определяют по каждому агрегату выход ВЭР;рассчитывают
величину возможной, экономически целесообразной ипланируемой выработки энергии из каждого вида ВЭР; определяют величиныфактической выработки и фактического использования ВЭР, а также возможного и планируемогоиспользования всех видов ВЭР.
Выход ВЭР зависит отфакторов и режима работы технологической установки (агрегата). В общем случаесуточный (и сезонный) выход ВЭР характеризуется значительной неравномерностью.Поэтому различают показатели удельного и общего выхода ВЭР – максимальный,средний и минимальный (гарантированный), как в суточном, так и сезонномразрезе. В любом случае утилизации ВЭР эффективность их использованияопределяется достигаемой экономией первичного топлива и обеспечиваемой за счётэтого экономией затрат на добычу, транспортирование и распределения топлива(энергии). Поэтому важное условие экономической эффективности ВЭР – правильноеопределение вида и количества топлива, которое экономится при их утилизации.
Экономия топливо зависит отнаправления использования ВЭР и схем топливо- и энергоснабжения предприятия.При тепловом направлении использования ВЭР экономия топлива определяется путёмсопоставления количества тепла, полученного от использования ВЭР, стехнико-экономическими показателями выработки того же количества и тех жепараметров тепла в основных энергетических установках. При силовом направлениииспользования ВЭР выработка электроэнергии (или механической энергии)сопоставляется с затратами топлива на выработку электроэнергии (илимеханической энергии) в основных энергоустановках.
При определенииэкономической эффективности использования ВЭР сопоставляют вариантыэнергоснабжения, которые удовлетворяют потребности данного производства во всехвидах энергии с учётом использования ВЭР, удовлетворяют те же потребности и безучёта использования ВЭР. Основными показателями сопоставимости этих вариантовслужат: создание оптимальных (для каждого из вариантов) условий их реализации;обеспечение одинаковой надёжности энергосбережения; достижение необходимыхсанитарно-гигиенических условий ибезопасности труда; наименьшее загрязнение окружающей среды.
Одно из основных направленийповышения эффективности производства и использование энергетических ресурсов впромышленности – увеличение единичной мощности агрегатов, концентрацияпроизводства и создание укрупнённых комбинированных технологических процессов.Особенно это эффективно для технологических процессов с большим выходомтепловых ВЭР, т.е. для предприятий химической, нефтеперерабатывающей,целлюлозно-бумажной и металлургической промышленности.
Создание крупныхкомбинированных производств позволяет использовать ВЭР одних процессов для нужддругих, входящих в общий комбинированный комплекс.Заключение.
По мере увеличения затрат надобычу топлива и производства энергии возрастает необходимость в более полномиспользовании их при преобразовании в виде горючих газов, тепла нагретоговоздуха и воды. Хотя утилизация ВЭР нередко связана с дополнительнымикапитальными вложениями и увеличением численности обслуживающего персонала,опыт передовых предприятий подтверждает, что использование ВЭР экономическивесьма выгодно. На нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах капитальныевложения в утилизационные установки окупаются в среднем за 0,8 – 1,5 года.
Таким образом, повышениеуровня утилизации вторичных энергетических ресурсов обеспечивает не толькозначительную экономию топлива, капитальных вложений и предотвращениязагрязнения окружающей среды, но и существенное снижение себестоимостипродукции нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий.Список используемой литературы:
1. 1982г.
2. Михаилов В.В. “Рациональноиспользовать энергетические ресурсы”, 1980г.
3. Гольстрем В.А., КузнецовЮ.Л. “Справочник по экономии топливно-энергетических ресурсов” – К..: Техника1985г., 383с.