Вторичные энергоресурсы и их рациональное использование

Федеральное Агентство Связи Хабаровский Институт Инфокоммуникаций (филиал) Федерального Государственного Образовательного Бюджетного Учреждения Высшего Профессионального Образования «Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики»

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

По теме: «Вторичные энергоресурсы и их рациональное использование».

 

 

 

 

 

 

 

Подготовила: Дьякова А. А.

Группа: ИТ-11

Проверила: Катин В. Д.

 

 

 

 

Хабаровск.

2013 г

ВВЕДЕНИЕ

Прогрессивное направление и развитие

промышленности – создание безотходных производств, по технологии которых используются все элементы производственного процесса, а также энергия реакции технологических 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 производства аммиака, метанола, высших спиртов и некоторых других химических продуктов, основанные на принципе энерготехнологического комбинирования с максимальным использованием выделяемой энергии при различных реакциях.

В настоящее время и в ближайшей перспективе ещё будут существовать технологические процессы с материальными и энергетическими отходами. На технологический процесс расходуется определённое количество топлива, электрической и тепловой энергии. Кроме того, сами технологические процессы протекают с выделением различных энергетических ресурсов – теплоносителей, горючих продуктов, газов и жидкостей с избыточным давлением. Однако не всё количество этой энергии используется в технологическом процессе или агрегате; такие неиспользуемые в процессе (агрегате) энергетические отходы называют вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР). Количество образующихся вторичных энергетических ресурсов достаточно велико.

Поэтому полезное их использование - одно из важнейших направлений экономии энергетических ресурсов. Утилизация этих ресурсов связана с определёнными затратами, в том числе и капитальными, поэтому возникает необходимость экономической оценки целесообразности такой утилизации.

Под ВЭР понимают энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся при технологических процессах, в агрегатах и установках, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использоваться для энергосбережения других агрегатов (процессов).

Термин “энергетический потенциал” здесь следует понимать в широком смысле, он означает наличие определённого 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 и др.) к ВЭР не относятся.

Одно из направлений ресурсосберегающих технологий — использование побочных и вторичных энергоресурсов. Под побочными (вторичными) энергетическими ресурсами (ПЭР) понимаются ресурсы, полученные в качестве побочного продукта или отхода основного производства.

С точки зрения экономии затрат необходимо стремиться к максимальному сокращению выхода побочных энергоресурсов за счет лучшего использования первичного энергетического топлива в самом технологическом агрегате, установления рациональных режимов его работы. Для этого разрабатываются методы улучшения организации технологических процессов и режимов работы агрегатов, улучшения теплоизоляции, применения рекуперации, регенерации, промежуточных подогревов, изоляция труб с использованием минераловатных цилиндров и матов и т.п. Если эти мероприятия не обеспечивают полного использования энергетических ресурсов в пределах технологического агрегата, то образуются побочные энергетические ресурсы.

Не менее важно создать условия для эффективной очистки уходящих газов, получения дополнительной продукции. Экономия топлива, извлечение серы и других элементов из уходящих газов обеспечивают заметный экологический эффект, поскольку не требуется дополнительной добычи сырья, топлива и их применения для обеспечения того же объема конечной продукции, что и при использовании ПЭР.

Побочные энергетические ресурсы могут использоваться либо непосредственно для удовлетворения потребности в теплоте, топливе, либо в утилизационных установках для производства теплоты, электроэнергии, холода, механической работы.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ.

По виду содержащегося в них энергетического потенциала ВЭР подразделяются на три основных группы: горючие, тепловые и избыточного давления.

Горючие ВЭР – это отходы одного производства, которые могут быть утилизированы непосредственно в виде топлива в других производствах. К ним относятся, например, технологические газы черной и цветной металлургии, жидкие и твердые топливные отходы химической и нефтегазоперерабатывающей промышленности, щепа, опилки, стружка, щелоки деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной отраслей.

Тепловые ВЭР – это физическая теплота отходящих газов, основной и побочной (нецелевой) продукции производства: нагретых металла, шлаков и зол; горячей воды и пара, отработанных в технологических установках, системах охлаж-дения и пр.

Следует отметить, что тепловая энергия отходов, выходящая из технологического агрегата и используемая для подогрева вещественных потоков, поступающих в этот же агрегат (процессы регенерации и рекуперации), ко вторичным энергоресурсам не относятся.

ВЭР избыточного давления – это потенциальная энергия покидающих устновку газов, воды, пара, имеющих повышенное давление, которое может быть еще применено перед выбросом в окружающую среду. Основное направление утилиза-ции таких ВЭР – получение электрической или механической энергии.

Многие горючие ВЭР, например черной металлургии, имеют низкую теплоту сгорания и химически агрессивны. Это создает значительные трудности при их утилизации. Они же имеют место и при сжигании высококалорийных, но одновременно легко воспламеняемых, взрывоопасных и токсичных ВЭР (водород, сухие абгазы и др.).

Для утилизации горючих вторичных энергетических ресурсов часто необходимо специальное оборудование, однако основной путь их использования – применение в агрегатах индустриальных технологий.

Тепловые ВЭР – наиболее распространенный вид энергетических отходов. Их утилизация проводится практически повсеместно. В то же время привлекаются в основном высокопотенциальные (высокотемпературные) тепловые ВЭР (см. далее). Значительно меньше востребованы среднетемпературные энергетические отходы, низкотемпературные применяются еще реже.

Основное оборудование для использования тепловых ВЭР – котлы-утилизаторы (к/у), системы испарительного охлаждения промышленных печей, различного рода теплообменники, в том числе контактные нагреватели.

ВЭР избыточного давления образуются в ряде металлургических, химических, нефтеперерабатывающих производств. Ими могут обладать жидкие и газообразные отходы. Однако их применение пока не носит массового характера (избыточное давление доменного газа используют, например, в газовых бескомпрессорных турбинах).

По температуре, с которой тепловые ВЭР покидают технологические агрегаты, их делят на высоко-, средне- и низкопотенциальные.

Четкой градации ВЭР по этому признаку нет. Можно принять, что к высокопотенциальным относятся ВЭР, температура которых превышает наименьшую температуру газов в автогенном процессе сжигания топлива (не менее 600°С). К низкопотенциальным принадлежат ВЭР, представляющие собой жидкости с темпе-ратурой менее 100°С и газы с температурой ниже 300°С [2]. В этом случае средне-потенциальные ВЭР по температуре будут занимать промежуточное положение между высоко- и низкопотенциальными энергетическими отходами.

В целом основными источниками тепловых ВЭР в различных отраслях про-мышленности выступают технологические агрегаты, как правило, недостаточно совершенные с энергетической стороны. Особенно неблагоприятны с точки зрения использования теплоты сгорания топлива нагревательные и термические печи (их тепловой КПД равен 12-18%), вагранки чугунолитейных цехов (теплопотери с га-5

зами превышают 50-60%), паровые котлы низкого давления (КПД порядка 50%), паровые молоты кузнечных цехов (КПД не более 2-5%) и др.

 

 

Использование вторичных энергоресурсов и охлаждение агрегатов 

 

• Чугунные холодильные плиты, изготовленные с продувкой сжатым воздухом и отжигом в литейной форме 
• Холодильники для охлаждения стальной полосы при термообработке на базе двухфазных термосифонов 
• Энерготехнологический агрегат для нагрева металла и выработки пара энергетических параметров 
• Модульные энерготехнологические котлы-утилизаторы (КУ) 
• Установка испарительного охлаждения мощных нагревательных печей с шагающими балками и новыми конструкциями шарнирных соединений 
• Система охлаждения защитного газа при светлой термообработке металла 
• Устройство для охлаждения труб большого диаметра в процессе закалки 
• Установка и технология тепловой подготовки рабочих валков непрерывных широкополосных станов горячей прокатки 
• Комплексная регулируемая система охлаждения валков и полосы в межклетьевых промежутках чистовой группы клетей 
• Усовершенствованная система и технологические режимы охлаждения стальных валков с направленным слоем из быстрорежущей стали 
• Охлаждение валков вертикальной и горизонтальной клети стана 
• Шарнирное соединение сферического типа с применением антифрикционных материалов 
• Шарнирные соединения цилиндрического типа со сдвоенным подшипниковым узлом 
• Усовершенствованная система охлаждения прокатных валков стана при прокатке цветных металлов 
• Охлаждение машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с экранированием заготовки 
• Система вторичного водовоздушного охлаждения машин непрерывного литья заготовок 
• Система испарительного охлаждения шахты доменных печей 
• Двухконтурная система охлаждения доменных печей с утилизацией тепла 
• Автоматизированный контроль герметичности охлаждаемых деталей (холодильники и воздушные фурмы доменных печей) 
• Система испарительного охлаждения футерованных клапанов диаметром 1100мм новой конструкции с использованием пара для подогрева воздуха горения 
• Высокотемпературный шахтный подогреватель кускового сырья с испарительным охлаждением 
• Шахтный холодильник обожженного продукта 
• Испарительное охлаждение мартеновских печей с повышенными параметрами вырабатываемого пара 
• Охладитель конвертерных газов с естественной циркуляцией 
• Установка утилизации тепла сжигания колошниковых газов открытых ферросплавных печей 
• Охлаждение ферросплавного газа перед очисткой в трубчатых газоохладителях с импульсной очисткой 
• Свод коробчатого типа с сетчатым креплением изоляции для электросталеплавильных печей 
• Комплексная теплоутилизационная установка электросталеплавильной печи 
• Теплоутилизационные установки различных высокотемпературных агрегатов 
• Утилизация тепла печей плавки алюминия для нагрева воздуха горения и выработки тепла теплофикационных параметров 
• Новый теплообменник для охлаждения и нагрева жидкостей (масел, воды, эмульсий, электролитов и др.) 
• Контактный испарительный теплообменник 
• Водовоздушная система охлаждения валков 
• Водовоздушная система охлаждения ножниц слябинга 
• Система эмульсионновоздушного охлаждения валков станов холодной прокатки 
• Устройство для закалки крупногабаритных изделий, например, молотковых штампов 
• Кристаллизатор и технология производства непрерывнолитых заготовок с округленными ребрами 
• Установка воздушного охлаждения масла 
• Установки для утилизации ВЭР 
• Установки воздушного охлаждения воды 
• Водяные маслоохладители для электротрансформаторов 
• Установка по использованию пара системы испарительного охлаждения доменной печи 

 

 

 

Использование вторичных энергоресурсов: новые разработки

Исследования на предприятиях ТЭК России свидетельствуют: потенциал использования вторичных энергетических ресурсов на предприятиях нашей страны явно недостаточен.

Уникальный котел

В энергомашиностроении особо выделяется сегмент нестандартного котельного оборудования, утилизирующий вторичные энергоресурсы – прямое и остаточное тепло технологических процессов, углеводородсодержащие жидкости и газы, сероводород, производственные отходы и стоки предприятий.  
 
Уникальный проект реализуется в ОАО «КуйбышевАзот»: это разработка агрегата термического обезвреживания отходов производства капролактама, где щелочной производственный сток перерабатывается в топке котла во вторичный сырьевой продукт. В котле из стока освобождаются соединения натрия в виде раствора и плава, пригодных для дальнейшей обработки в цикле регенерации химического сырья. Плав и раствор натриевых соединений, вырабатываемых котлом, также может быть использован для получения сухой кальцинированной соды, для чего в составе агрегата проектом предусмотрена установка выпаривания с последующей фильтрацией и сушкой. Данный процесс – редкий пример полного цикла переработки производственных отходов внутри предприятия в готовый товарный продукт.  
 
Экологические цели достигнуты, однако уникальность установки еще и в том, что в котле при сжигании содержащихся в стоках органических веществ выделяется тепловая энергия. Эта энергия используется в котле для производства пара. Поэтому котлоагрегат также функционирует как паровой котел. Задача энергосбережения выполнена. Цели предприятия – обеспечить экологические требования, переработать производственные отходы в готовую продукцию и получить пар для собственных нужд (либо для реализации потребителям) достигнуты максимально. Срок окупаемости внедрения энергосберегающих разработок в рамках данной технологии не превышает двух лет. Экономия на платежах за негативное воздействие на окружающую среду может сократить срок окупаемости на порядок. В нынешних условиях посткризисной экономики результат осуществления столь серьезных мероприятий обязательно повысит эффективность предприятия в целом.  
 
Проект агрегата термического обезвреживания стоков не имеет аналогов в России и является уникальным результатом индивидуального подхода к решению многоцелевой задачи инженеров предприятия и компании-разработчика. Инициатива руководителей нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий по внедрению подобных проектов бесценна. Возможно, подобные проекты будут массово внедряться во многих отраслях промышленности.