2.5. Вторинні енергетичні ресурси

2.5.1. Класифікація та напрями використання вторинних енергетичних ресурсів

Вторинні енергетичні ресурси (ВЕР) являють собою енергетичний по­тенціал продукції, побічних і проміжних продуктів, що утворюються в технологічних агрегатах (установках) і втрачаються в самому агрегаті, але їх можуть частково або цілком використати для енергопостачання інші споживачі. Раціональне використання ВЕР є одним з найбільших резервів економії палива, що сприяють зниженню паливо- та енергоємності проми­слової продукції.

Вторинні енергетичні ресурси можна використати безпосередньо без зміни виду енергоносія (для задоволення потреби в тепловій енергії і па­ливі) або зі зміною виду енергоносія виробленням теплової та електрич­ної енергії, холоду або механічною роботою в утилізаційних установках.

Багато галузей народного господарства мають у своєму розпоряджен­ні великий резерв паливних і теплових ВЕР, що посідають значне місце в їх паливно-енергетичному балансі. Найбільші теплові ВЕР зосереджені на підприємствах чорної і кольорової металургії, хімічної, нафтоперероб­ної і нафтохімічної промисловості, промисловості будівельних матеріа­лів, газової промисловості, у галузі важкого машинобудування.

У цих галузях широко використовують теплоту високого, середнього і низького потенціалів. 90 % теплоти високого потенціалу (більше 623 К) витрачають: близько 33 % - на плавку, 40 % - на нагрівання і близько 20 % - на випал руд і мінеральної сировини. Велику частину теплоти ви­сокого потенціалу одержують за рахунок спалювання різних видів палива безпосередньо в технологічних установках.

Теплоту середнього (373...622 К) і низького (323...423 К) потенціалів застосовують для теплопостачання споживачів, що потребують підвище­них значень температури і тиску. Понад 90 % її корисного споживання витрачають у промисловості (45 %) та житлово-комунальному секторі (48,5 %). Основними енергоносіями, що забезпечують енергією середньо-і низькотемпературні процеси, є водяна пара і гаряча вода.

Підприємства важкого, енергетичного і транспортного машинобуду­вання України мають у своєму розпорядженні величезний потенціал ВЕР у вигляді фізичної теплоти димових газів мартенівських, нагрівальних і термічних печей, вагранок, теплоти випарного охолодження печей, теп­лоти відпрацьованої пари пресів і молотів. Мають вторинні відновлювані енергоресурси і підприємства інших галузей господарства.

Одне з найважливіших завдань удосконалення будь-якої галузі - ви­явлення резервів економічного та екологічного використання ВЕР для цілей виробництва і забезпечення потреб побутового споживання.

Поряд із збільшенням економії паливно-енергетичних ресурсів утилі­зація ВЕР дозволяє знизити негативний екологічний вплив енергопоста­чання й енергоспоживання на навколишнє середовище.

Джерелом виникнення ВЕР є технологічне обладнання та процеси (зона А, рис. 2.1), у яких одну частину підведеної енергії вигідно викори­стовують , а другу частину умовно поділяють на три потоки: перший (ос­новний) потік - ВЕР; другий - потік енергії, що використовують для за­безпечення внутрішньоциклових процесів (регенерації, підігріву робочо­го тіла то що); третій - неминучі втрати енергії в навколишнє середовище відповідно до другого закону термодинаміки.

Характерною ознакою зони А є те, що використання всіх енергоресур­сів відбувається в межах самого технологічного агрегату (котла, турбіни, теплообмінника). Якщо розглядати ефективність роботи агрегату тільки в зоні А, то ВЕР у цьому разі належать до втрат і значно впливають на зна­чення ККД установки. Тому важливим завданням для підвищення її ефе­ктивності є використання ВЕР в максимально великому обсязі.

Для зони Б (рис. 2.1) характерним є два шляхи використання ВЕР: перший - безпосередньо у нових процесах, не пов'язаних з технологіч­ною роботою агрегатів, де виникають ВЕР (зона А); другий - викорис­тання спеціальних утилізаційних установок (УУ), де ВЕР виконують функції головного джерела підведеної енергії, і завдяки чому виробля­ють кінцевий продукт. Тому загальний потік ВЕР, який переходить із зони А в зону Б, поділяється на два потоки. Перший потік ВЕР можна використовувати безпосередньо в стандартних технологічних агрегатах; другий - направляють до УУ, де вже трансформованим його використо­вують за призначенням.

В однакових первинних умовах ефективність використання першого потоку вища. Використання УУ, у якій виникають свої втрати енергії, пов'язані з відведенням теплової енергії в навколишнє середовище та на­явністю необоротності термодинамічних процесів, знижує ефективність другого потоку.

Процес використання ВЕР (першим або другим способом) у зоні Б -це утилізація, економічна доцільність якої визначається економічними розрахунками. Основним критерієм доцільності використання першого або другого потоків ВЕР є перевищення доходів над витратами для їх одержання.


Вторинні енергетичні ресурси за їх характеристиками поділяють на паливні, теплові та підвищеного тиску.

 

Паливні ВЕР мають хімічно зв'язану енергію, їх можна використати як паливо, щоб забезпечити протікання процесів в інших технологічних агрегатах. До них належать горючі гази плавильних печей (доменний, конвертерний, колошниковий), горючі відходи процесів хімічної і термо­хімічної переробки вуглецевої або вуглецевоводневої сировини (де­рев' яна щепа, кора, тирса, стружка) та лужні розчини целюлозно-паперового виробництва.

Теплові ВЕР - це фізична теплота димових газів, основної, побічної та проміжної продукції і відходів різних виробництв.

До таких ВЕР належать водяна пара і гаряча вода, тверді, рідкі та га­зоподібні продукти, які побіжно виникають у технологічних установках.

ВЕР підвищеного тиску - потенційна енергія газів, що виходять з технологічних агрегатів з надлишковим тиском, який треба знижувати перед подальшим використанням або викидом їх в атмосферу. До них належать станційні колошникові гази доменних печей, відпрацьована в силових установках водяна пара, гази каталітичного крекінгу та термо­контактного коксування.

ВЕР низькопотенційної теплоти (ВЕР НПТ). До низькопотенційних теплових відходів належить фізична теплота:

димових газів технологічних і енергетичних установок із температу­рою нижче 400 °С;

води, що охолоджує елементи конструкцій технологічного устат­кування;

вентиляційних викидів;

водяної пари вторинного скипання тощо.

ВЕР НПТ складають близько половини від сумарного виходу усіх ви­дів ВЕР. Актуальність ефективного використання цього виду ВЕР пов'язана з потребою удосконалення технологічних процесів і скорочен­ням втрат теплоти високого потенціалу. Утилізація ВЕР НПТ також сприяє охороні навколишнього середовища від теплового забруднення.

Носіями НПТ є корозійно-активні, забруднені, запилені рідини і гази. Для вирішення завдання ефективного використання НПТ потрібне спеці­альне утилізаційне устаткування (теплові насоси, контактні теплообмін­ники, регенератори тощо).

Залежно від виду і параметрів вторинні енергоресурси використову­ють в одному з таких напрямів:

паливні - як котельно-пічне паливо;

теплові - в утилізаційних установках або безпосередньо спожива­чем, щоб забезпечити потреби в тепловій енергії (можливе також одержання штучного холоду за рахунок ВЕР в абсорбційних холо­дильних установках);

електроенергетичні - перетворення енергоносія для одержання електричної енергії в газових або парових конденсаційних турбо­агрегатах;

комбіновані - для виробництва в УУ (утилізаційних ТЕЦ) за до­помогою теплофікаційного циклу електричної і теплової енергії;

низькопотенційні - у системах опалення, кондиціювання повітря та охолодження продукції в теплонасосних та холодильних (абсорб­ційних) установках.

2.5.2. Ефективність використання вторинних енергетичних ресурсів

Паливні ВЕР необхідно використовувати як паливо повністю (100 %). Об'єм використання вторинних енергетичних ресурсів, що утилізуються з перетворенням енергоносія, визначається можливим виробленням електроенергії в УУ.

Можливу кількість утилізованої теплоти для виробництва водяної пари або гарячої води в УУ за рахунок теплових ВЕР визначають за формулою

QT = G(hi - А2)р(1 - X), а для виробництва холоду так:

Qx = От e ,

де G - витрата енергоносія ВЕР в УУ; h1 і h2 - ентальпія енергоносія відповідно на вході і виході з УУ; b - коефіцієнт, що враховує невідповідність режиму і кількості годин роботи УУ та агрегату - джерела ВЕР; X - коефіцієнт втрат теплоти УУ в зовнішнє середовище; e -холодильний коефіцієнт.

Можливу кількість електроенергії в утилізаційній турбіні за рахунок ВЕР у вигляді надлишкового тиску визначають за формулою

W = G-T-Z-Лві-Лм Л г,

де G - витрата енергоносія (рідини або газу, які мають надлишковий тиск); t - кількість годин роботи агрегату - джерела ВЕР в розглядуваний період; l - робота ізоентропійного розширення енергоносія; Г|ві - внутріш­ній відносний ККД турбіни; Г|м - механічний ККД турбіни; Л г - ККД еле­ктрогенератора.

Економічна ефективність використання ВЕР визначається значенням зведених витрат на систему енергопостачання, енергетичну установку або агрегат:

В = С + ЕнК,

де В - зведені витрати, грн/рік; С - річні експлуатаційні витрати (собівар­тість ), грн/рік; Ен - нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень, який для енергетичної галузі дорівнює 0,12 рік- ; К - капіталовкладення, грн.

Економічно найефективнішим є варіант, який характеризується міні­мумом зведених витрат Втіп. Зведені витрати для варіантів енергопоста­чання з утилізацією ВЕР можна визначити за співвідношенням

а для енергопостачання без утилізації ВЕР за рівнянням

Вб.ут  Сб.ут + ЕнКб.ут.

Економічний ефект від використання ВЕР визначається різницею в річних зведених витратах за порівнюваними варіантами:

АВ Вб.ут min - Вут min  Сб.ут - Сут - Ен(Кб.ут - -Кут).

Використання ВЕР економічно доцільне для позитивного значення різниці (АВ > 0).

Контрольні питання

Загальна характеристика природних ресурсів.

Викопне органічне паливо та його види.

Хар актер истика енер гор есур сів світу та Укр аїни.

Загальний склад органічного палива.

Характеристика палива, що видобувають в Україні.

Загаль ні хар актер истики ор ганіч ного палив а.

Відновні джерела енергії та їх типи.

Класифікація вторинних енергетичних ресурсів.

Хар актер истика основних видів ВЕР.

Напрями використання ВЕР.

Енергетична та економічна ефективність використання ВЕР.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я