--PAGE_BREAK--- СО – чадний газ – це токсичний газ, який виникає при неповному згорянні. Великі викиди СО не тільки шкідливі, а й призводять до втрати енергії. Концентрація СО головним чином залежить від самого процесу горіння.
- Тверді викиди утворюються в процесі горіння нафти, вугілля та інших твердих палив. Низькоякісне вугілля та неефективні умови згоряння можуть призвести до утворення аерозолів, які шкідливо впливають на дихальну систему людини. Необхідно видаляти золу, яка утворюється у процесі спалювання вугілля. Очевидно, що зі спалюванням вугілля та нафти зв’язані викиди мілких частинок важких металів та вуглеводнів, які є канцерогенами.
- Топковий мазут (ТМ) марки HFO та вугілля містять сірку та інші шкідливі домішки, див. табл. 2.
Таблиця 2. Інформація про шкідливі викиди різних видів палива
Паливо
СО2
SO2
NOx
CO
грам/кВт∙год теплов. виходу
грам/кг палива
Вугілля
262
3.31
6.1
5.2
ТМ
213
3.37
7.5
0.5
Газойль
199
0.17
2.6
0.2
Природний газ
144
—
2.6
0.1
2.2 Викиди енергетичних підприємств
Характеристики викидів для різних комбінацій технологій перетворення палива змінюються у широкому діапазоні внаслідок описаних вище факторів. Порівняння різних можливих варіантів процесу трансформації палива представлено у таблиці 3. Бачимо, що стосовно виду палива найчистішими є газоспалюючі пристрої, а щодо виду технологічного процесу найчистішими є котли.
Зверніть увагу:
Викиди, показані для ТЕЦ, віднесені до кВт∙год електричної енергії. Для розрахунку питомих загальних викидів, які дає ТЕЦ, необхідно розрахувати теплову продуктивність ТЕЦ, тоді, визначивши величину грам/кВт∙год для повного виходу (теплового + електричного), ми можемо знайти питомі викиди.
2.3 ККД електропостачання
Електроенергія може бути отримана лише після переробки первинного палива. Існує велика кількість різних типів обладнання для трансформації палива, чи первинної енергії у електроенергію як на національному, так і на місцевому рівнях. Розглянемо найпоширеніші з них:
Електричні станції. Більшість видів палива використовуються для генерування електроенергії переважно за допомогою парових циклів. Затрати на її генерацію та негативний вплив на довкілля при генерації електроенергії дуже сильно залежать від виду палива та вибраної технології перетворення, наприклад, використання гідроресурсів чи спалювання вугілля.
Таблиця 3. Викиди енергетичних систем
Система
Паливо
СО2
SO2
NOx
Т: М
Котел
грам/кВт-год вихід тепла
грам/кВт-год вихід тепла
грам/кВт-год вихід тепла
ККД 80%
Вугілля (2% S)
410
5.12
0.78
ТМ (2.5% S)
333
5.27
0.79
Газойль (0.3% S)
313
0.59
0.26
Газ
226
—
0.22
ТЕЦ
грам/кВт-год електричний вихід
грам/кВт-год електричний вихід
грам/кВт-год електричний вихід
Газова турбіна
Прир. газ
610
—
1.10
1.6
газойль
800
1.40
1.60
ГТОЦ
Прир. газ
510
—
0.90
1.1
Парова турбіна
Прир. газ
1.510
—
1.50
5.5
Вугілля (2% S)
2.700
34.30
5.20
ТМ (2.5% S)
2.220
35.20
5.30
Дизельний двигун
Прир.газ (+масло для запалюв.)
500…600
0.10
5…10
1.4
ТМ (2.5% S)
700…800
10.80
8…15
Крб.двигун (комб. згоряння)
Природний газ
500
—
3
1.6
Центральна електро-станція
грам/кВт-год
електричний вихід
грам/кВт-год
електричний вихід
грам/кВт-год
електричний вихід
Парова турбіна
Вугілля
990
15.0
3.60
Вугілля, низьк. NOx,
990
1.10
2.10
0
ГТОЦ
Прир. газ
450
—
0.40
0
Середнє
Вугілля
990
15.00
2.70
0
Разом
684
9.00
1.70
У табл. 4. показано типові ККД для різних типів електричних станцій.
В Україні існує тенденція до зростання частки електроенергії, що вироблена на атомних станціях, але на сьогодні більша частина електроенергії поки що виробляється з вугілля та нафтопродуктів.
Таблиця 4. ККД електропостачання
Пристрої для спалювання палива
ККД, %
Традиційні з прямим згорянням вугілля/нафти
30
Традиційні з прямим згорянням вугілля/нафти – удосконалена техніка
44
Газова турбіна з об’єднаним циклом (ГТОЦ)
55
ГТОЦ, краща техніка майбутнього
60
Місцеве виробництво електроенергії
Електроенергію можливо виробляти на місцевому рівні. Переважно це досягається за допомогою спільного виробництва тепла та електроенергії (когенерація) на ТЕЦ, де утилізується тепло у процесі генерування електроенергії, підвищуючи загальний ККД системи.
Економічна доцільність місцевих ТЕЦ залежить від рівня утилізації тепла шляхом його використання у технологічних процесах або для опалення приміщень. Тому, незважаючи на додаткові капітальні та затрати на експлуатацію, використання місцевих ТЕЦ часто є дешевшим, ніж споживання електроенергії, яка постачається з загальнодержавної енергосистеми. При цьому слід також враховувати негативні впливи на навколишнє середовище, зумовлені спалюванням видобувного палива на ТЕЦ, що також лягає додатковим тягарем на користувача та виробника місцевої електроенергії.
2.4 Вибір джерела енергії
При виборі джерела електричної енергії можливі два варіанти:
- придбання електроенергії з мережі (енергосистеми) – висока ціна, але відсутні інші витрати;
- виробіток власними силами – низька ціна електроенергії, але витрати на обладнання та очисні пристрої для зменшення шкідливих викидів.
Для великих енергокористувачів найбільш ефективним рішенням з точки зору фінансів та надійності енергопостачання буде, очевидно, комбінація цих двох можливостей. Для малих користувачів або користувачів, які не мають необхідних технічних спеціалістів на об’єкті, кращим рішенням буде закупка енергії з мережі (енергосистеми).
2.4.1 Тепло
Найбільшу потребу промисловість має у тепловій енергії. Генерування тепла може бути розділено на два самостійні види:
- використання первинних(вторинних) видів енергії для отримання тепла, наприклад, у вигляді пари; для цього використовуються різного типу котли;
- пряме використання первинних (вторинних) видів енергії для нагріву, наприклад, плавильні печі.
2.4.2 Перетворення палива у тепло
У багатьох випадках тепло, отримане при згорянні первинного та вторинного палив, безпосередньо не використовується. Тепло передається воді або повітрю для розподілу і доставки до місця використання чи збереження. В таких випадках зазвичай використовують КОТЕЛ. Відомо багато типів пальників та котлів для різних видів палива, типові значення їх ККД наведені у табл. 5.
Таблиця 5. Типові значення ККД в залежності від виду палива
Перетворення палива у тепло для непрямого використання
ККД, %
Добовий
Річний
Вугілля
86
75
Нафта
84
80
Газ
80
78
Котли різного призначення та конструкцій мають різні ККД. Їх величини показані у табл. 6.
У багатьох випадках вибір палива визначається ціною та доступністю, тоді як вибір типу котла переважно залежати від капітальних видатків, величини і типу навантаження, а також від виду потрібного тепла, тобто гарячої води або пари і т.п.
2.4.3 Генерація тепла для безпосереднього використання
У багатьох галузях промисловості тепло, що отримане від спалювання первинних або вторинних енергоносіїв, використовується безпосередньо, оскільки для забезпечення технологічного процесу необхідні температури понад 3000С і вище. В таких випадках потреба у котлі відпадає, однак певне обладнання для цього все ж необхідне. Можна навести такі приклади:
- скловарна піч, що працює з використанням газу або нафти;
- вагранка для чавуна, що працює на коксі;
- електричні сталеплавильні печі;
- газові опалювальні прилади прямої дії.
Таблиця 6.
Типові ККД для котлів різного типу.
ККД%
Жаротрубні котли
Газоконденсатні
88–92
Модульні з високим ККД
80–82
Жаротрубний котел для гарячої води
78–80
Жаротрубні котли для пари
75–88
Котли зворотного полум’я
72–75
Секційні котли з литого чавуну
68–71
Водотрубні котли
Парогенератор
75–78
Водотрубні котли з економайзером
75–78
Вибір палива зазвичай визначається вимогами технологічного процесу, зручністю регулювання подачі палива та іншими технічними питаннями, наприклад:
- тверде паливо не може застосовуватись у скловарних печах, оскільки згоряння відбувається безпосередньо над розплавленим склом, і тому твердий залишок (попіл) буде викликати забруднення скла;
- кокс використовується у вагранках, оскільки він необхідний для відновлювального процесу.
2.4.4 Прийняття рішення щодо вибору палива
Для прикладу розглянемо вимоги до системи опалення заводу, на якому необхідно забезпечити комфортну температуру в різних будівлях та офісах.
Це завдання може бути вирішене, використовуючи такі засоби:
- локальні газові опалювальні прилади;
- локальні електричні нагрівачі;
- повітряне опалення – використання повітря, нагрітого газом;
- повітряне опалення – використання повітря, нагрітого парою;
- повітряне опалення – радіатори.
В межах кожного варіанта існує багато можливостей конкретної реалізації, наприклад, центральне водяне опалення (з радіаторами). В даному випадку вода може нагріватись централізовано і подаватись насосом у кожну будівлю, пара може вироблятись і перетворюватись у гарячу воду в самій будівлі, або гаряча вода може вироблятись локально у кожній будівлі.
Припустімо, що прийняли рішення виробляти пару централізовано і потім розподіляти її по будівлях. Це означає, що на наступному етапі необхідно прийняти рішення про те, як виробляти пару.
2.4.5 Система виробництва пари
Основними елементами системи виробництва пари є:
- котельня;
- система розподілу пари;
- система повернення конденсату.
Загальний ККД традиційної системи подачі тепла у найкращому випадку не більший від 70% (якщо зіставляти тепло, що подане споживачу, з енергією, підведеною до трьох зазначених вище елементів). Переважно кінцева величина ККД може бути рівною 40% або менше, в залежності від конструкції системи розподілу і подачі тепла споживачам та якості її експлуатаційного і технічного обслуговування.
Більшість котлів, що використовуються у промисловості, працюють на газі або нафті (мазуті), хоча деякі великі котельні використовують і вугілля. Основними процесами у котельні є такі:
- підготовка палива;
- згоряння палива;
- тепловий обмін;
- парогенерація і конденсація.
2.4.5.1 Підготовка палива
Для газу вона полягає у тому, щоб подати його до пальника з необхідним тиском. Якщо тиск у магістралі низький, то використовують бустерний вентилятор для подачі газу через регулятори на пальники з (обертовими) чашками при тиску близько 100 см водяного стовпчика. Для запуску цього бустера потрібен невеликий електродвигун.
Підготовка нафти може бути більш складною, якщо використовуються важкі або середні фракції топкового мазуту, оскільки вони потребують підігріву. Якщо використовують газойль (він переважно необхідний як резервне паливо для періодів, коли відсутня подача газу), підігрів не потрібен. Для нагріву важких нафтопродуктів, зокрема топкового мазуту, потрібно від 2% до 5% теплоти пари, що виробляється котлом. Підігрів забезпечує:
– підтримку плинності у баку-накопичувачі (~400С), переважно це досягається за допомогою парового змійовика або випускним нагрівачем, який забезпечує рециркуляцію гарячого нафтопродукту;
– підвищення температури нафтопродукту (~550С) для зменшення в’язкості нафтового палива, що полегшує його перекачку до головки пальника, за допомогою парового або електричного випускного нагрівача, який встановлений знизу бака;
– збільшення температури (~1000С) для зниження в’язкості нафтового палива до оптимального рівня, що забезпечує утворення маленьких нафтових крапель, за допомогою ліній з паровим або електричним нагрівом.
До головки форсунки подають дещо більше нафтового палива, ніж це необхідно для підтримки правильного тиску, щоб мінімізувати розміри крапель.
Нагрів мазуту парою або електроенергією використовується для підтримки такої температури у лінії подачі палива, щоб виключити їх закупорку. Нафтове паливо також фільтрується на подвійних фільтрах для підвищення надійності роботи пальника.
Щодо затрат енергії для нагріву нафтового палива, то використання пари є вигіднішим ніж електроенергії, навіть незважаючи на прийняту практику зливу конденсату з системи нагріву у дренаж (щоб уникнути забруднення). Вартість тепла, що отримується від пари, становить половину або менше вартості електричної енергії. Однак електричну систему підігріву мазуту все одно необхідно встановлювати як резервну на випадки, коли пара не виробляється.
Системи, що працюють на важкому та середньому нафтовому паливі, можуть бути очищені та використані для роботи на газойлі у випадках, коли ці рідкі палива зберігаються як резервні для газових опалювальних систем.
Якщо котел працює на твердому паливі, то для роботи систем збагачення і транспортування вугілля використовують електричну енергію. Витрати залежать від того, чи транспорт вугілля в котел забезпечується електричними конвеєрами, чи фазовими повітряними. Фазові конвеєрні системи використовують розріджений або щільний повітряний потік. Фазові системи першого типу забезпечують транспорт при низькому тиску повітря, що створюється вентилятором. Фазові системи другого типу використовують стиснене повітря і є більш дорожчими в експлуатації. Вугілля потребує також затрат, пов’язаних з транспортом та видаленням попелу.
продолжение
--PAGE_BREAK--