8.2. Стан використання вторинних енергетичних ресурсів

Паливні ВЕР. У сумарному виході паливних ВЕР основна частка припадає на три галузі промисловості: чорну ме­талургію, нафтопереробну й нафтохімічну, хімічну. Паливними ВЕР чорної металургії є коксовий, доменний, конверторний і феросплавний гази. Після відведення з технологічного аґреґату їх очищають від пилу і спрямовують до різних технологічних установок підприємства, де й спалюють як котельно-пічне паливо. Якщо на підприємстві є надлишки паливних ВЕР, то їх спалюють в енергетичних установках (ТЕС, котельнях).

Річний вихід паливних ВЕР з названої галузі в цілому оці­нюють у десятки млн т у. п., а їхнє використання досягає 93 %. При цьому використання доменного газу становить 96,6 %, фе­росплавного — 38,0 %. Подальше зростання міри їхнього засто­сування пов'язане з вирішенням цілої низки науково-технічних завдань: розробкою і впровадженням установок для очищення газів феросплавних печей, розробкою системи очищення і влов­лювання конвертерного газу без допалювання тощо.

До горючих ВЕР нафтопереробної і нафтохімічної промисло­вості належать гази, утворюванні у процесі виробництва сажі, абгази, рідкі вуглеводні й кубові залишки у виробництві дивіні­лу, метановоднева фракція у виробництві етилену, горючі відхо­ди нафтопереробки та ін. Звичайно вони використовуються як паливо в технологічних установках, а їхні надлишки спалюють у факелах. Коефіцієнт використання паливних ВЕР у нафтопе­реробній і нафтохімічній промисловості є недостатньо високим і, за деякими оцінками, не перевищує 60 %. Істотне його підви­щення пов'язане з організацією застосування низькокалорійних (400-500 ккал/м3) відхідних газів виробництва сажі, коефіцієнт використання яких наразі становить лише близько 20 %.

Більше як 98 % загальної кількості паливних ВЕР хімічної промисловості припадає на азотну, фосфорну і хлорну під-галузі. Горючі відходи є у виробництвах аміаку, метанолу, ацети­лену, капролактаму, каустичної соди, жовтого фосфору, карбіду кальцію.

У процесі виробництва аміаку утворюються ретурні, танкові і продувальні гази, фракція СО, а також рідкі вуглеводні, які мо­жуть бути використані як паливо. Під час одержання метанолу виділяються танкові і продувальні гази; ацетилену — шлам сажі й вищі ацетиленові гомологи; капролактаму — продувальний газ і водень; каустичної соди — водень. Горючими також є відхідні гази електропечей у виробництвах жовтого фосфору і карбіду кальцію. Сумарний вихід паливних ВЕР у цій галузі еквіва­лентний декільком млн т у. п./рік, а коефіцієнт їх використання сягає 75 %.

Усі названі паливні ВЕР використовуються або можуть бути використані як паливо, спалюване в технологічних або енергетичних установках. Економічно це, безумовно, є доцільним, оскільки витрати, пов'язані з організацією спалювання, напри­клад горючих газів, становлять не більш 10-20 % від витрат на видобуток і транспортування первинного палива. Крім того, під час їхнього спалювання відбувається знешкодження речовин, що викидаються в атмосферу, звільнення іх від токсичних і канцерогенних компонентів, а це покращує екологічну об­становку в районах, де розташовано такі підприємства.

Основні труднощі у використанні паливних ВЕР пов'язані з їхнім збиранням, транспортуванням, а також з потребою вдосконалити наявні й розробити нові методи і пристрої для їх спалювання.

ВЕР підвищеного тиску. Значної економії природних енерго­ресурсів можна досягти, якщо утилізувати цей вид вторинних енергетичніх ресурсів у чорній металургії та в системах газо­постачання.

Нині в Україні близько 3/4 усіх доменних печей працюють під тиском 0,2 МПа і більше. Сумарний вихід доменного газу за такого тиску досягає сотень тис. м3/г. До останнього часу перед подачею очищеного доменного газу до заводської розподільної мережі його підвищений тиск знижували в спеціальних дро­сельних пристроях, але при цьому втрачалася значна кількість потенційної енергії газу.

Розрахунки показують, що в умовах тиску газів, який пере­вищує атмосферний на 0,09 МПа і більше, за теперішнього рівня цін на паливо економічно доцільним є утилізувати цю енергію, зокрема спрацьовувати надлишковий тиск доменного газу на газорозширювальних станціях, обладнаних спеціальними газо­вими утилізаційними безкомпресорними турбінами з генерато­рами для вироблення електроенергії.

Великими резервами потенційної енергії підвищенного тиску наділено газорозширювальні станції природного газу, на яких відбувається його дроселювання перед подачею до розподільної мережі. Об'єм споживання природного газу як у чорній металур­гії, так і загалом у народному господарстві невпинно зростає.

Теплові ВЕР (ТВЕР). Найбільше труднощів виникає під час вирішення питань, пов'язаних з утилізацією теплових ВЕР про­мисловості. Це зумовлено великим розквітом останніх з погляду їхньої температури, режиму видачі, виду і физико-хімічних влас­тивостей їхнього носія та інших чинників. Деякі з теплових ВЕР не використовуються, оскільки немає відповідних технічних рішень і устаткування для їхньої утилізації (або устаткування таке дороге, що робить цей захід економічно невиправданим).

До числа галузей, що визначають вихід теплових ВЕР промисловості, насамперед слід зарахувати чорну металур-

гію. Сумарний вихід теплових ВЕР галузі еквівалентний 20 млн т у. п./р, а можливе вироблення теплоенергії за умови по­вної утилізації оцінюють у 10 млн т у. п./р. Проте, фактично, в наш час вироблення тепла утилізаційними установками стано­вить близько 3 млн т у. п./р, що дає змогу покрити 34 % загальної потреби галузі в ньому. Невисокий ступінь використання ВЕР значною мірою можна пояснити нестачею вже освоєного про­мисловістю утилізаційного устаткування.

Близько 3/4 від сумарного виходу теплових ВЕР у кольо­ровій металургії дають відхідні гази різних металургійних печей. Проте утилізація їх шляхом розміщення за печами котлів-утилізаторів пов'язана з неабиякими труднощами, обу­мовленими високою запиленістю й аґресивністю відхідних газів. Отже, потрібно розробити вузькоспеціалізовані котли й випускати їх малими серіями, навіть одиницями, а такі котли коштують значно дорожче за котельні установки, використо­вувані в чорній металургії, і тим паче — за енергетичні. Цими обставинами до останнього часу звичайно пояснювали низь­кий рівень використання теплових ВЕР у кольоровій мета-луріі. Наприклад, у колишньому СРСР, за сумарного виходу в цій галузі такого виду ВЕР, що дорівнював 3,0—3,2 млн т у. п., з виробленням тепла утилізували лише ~20 % вторинних енергетичних ресурсів.

Воднораз утилізація ВЕР не тільки заощаджує паливо, а й дає змогу вирішувати завдання щодо підвищення продуктив­ності технологічних аґреґатів, надійності їхньої роботи, улов­лювання цінних сировинних компонентів, скорочення викидів шкідливих речовин у довкілля. Наприклад, якщо під час виро­блення міді за відбивною піччю встановити котел-утилізатор із паропродуктивністю 20—26 т/г і тиском 4,05 МПа, це дасть змо­гу зекономити близько 19 тис. т у. п. на рік. При цьому додатково буде вловлено майже 320 т пилу, що містить мідь та інші цінні компоненти. Те ж саме можна сказати про системи випарного охолодження елементів шахтних, відбивних і випалювальних печей, напилків конверторів та ін. Їхнє застосування при­близно в 50 разів скорочує потребу в технічній воді і в 2—3 рази побільшує термін служби відповідного устаткування.

Ураховуючи такі обставини, утилізація теплових ВЕР у ко­льоровій металургії стає економічно виправданою навіть там, де раніше вважалася неефективною.

Теплові ВЕР нафтопереробної і нафтохімічної промисловос-тої переважно визначає ентальпія відхідних газів установок пер­винної переробки нафти, каталітичного риформінгу і крекінгу та інших технологічних аґреґатів. Сумарний вихід теплових ВЕР галузі становить мільйони т у. п./р., а їхнє використан­ня — близько 50 %.

У промисловості будівельних матеріалів ВЕР утворюються у процесі випалення цементного клінкеру й керамічних виробів, у виробництві скла, виплавці теплоізоляційних матеріалів, але їхньому використанню досі приділяють мало уваги. За сумарно­го виходу теплових ВЕР, еквівалентних 1,0—1,5 сотні тис. т у. п. на рік, їх утилізація з виробленням тепла не перевищує 15-17 %. Тепер котлами-утилізаторами оснащено здебільшого великі скловарні печі на заводах з виробництва листового скла.

У хімічній промисловості найенергоємнішим є виробництво аміаку, хімічного волокна, синтетичної смоли, кальцинованої соди, фосфору, метанолу: воно споживає понад 70 % електро­енергії й половини тепла, що їх витрачає вся галузь. Вихід те­плових ВЕР у галузі взагалі є досить великим і становить понад 1,0 млн т у. п./р.

Теплові ВЕР значною мірою покривають потреби окремих виробництв у теплі. Так, в азотній промисловості коштом ВЕР задовольняють більше 26 % потреби в теплі, у содо­вій — понад 11 %.

Утім, рівень використання цього виду ВЕР у галузі все ж таки не відповідає сучасним вимогам. Нині в найенергоємніших її підгалузях коефіцієнт використання становить лише близько 37 %. Основною причиною низького рівня їхнього застосування є те, що технологічні аґреґати аж ніяк не в повній мірі оснащені вже освоєним утилізаціїним устаткуванням, окрім того, у ряді випадків утилізація неможлива через відсутність конче потріб­них технічних засобів.

Низькопотенційна теплота (НПТ). До низькопотенційних теплових відходів належить ентальпія димових газів техноло-

гічних і енергетичних установок з температурою нижче 400 °С; води, що охолоджує елементи конструкцій технологічного устаткування; вентиляційних викидів; шахтних вод; водяної пари вторинного скипання тощо. Утилізації цих ВЕР досі не приділяли належної уваги, оскільки вважалося, що вона є економічно неефективною. Тепер ситуація різко змінилася, і в різних енергоощадних програмах утилізацію низькопотен-ційної теплоти виокремлено в самостійний напрямок робіт з економії енергоресурсів.

І справді, утилізація НПТ є важливим народногосподар­ським завданням, оскільки її вихід становить близько половини від сумарного виходу всіх видів ВЕР. Актуальність цього завдан­ня зростатиме, адже вдосконалення технологічних процесів, як правило, супроводжується скороченням витрат тепла високого потенціалу. Крім того, не можна забувати, що утилізація НПТ, як і всіх ВЕР, сприяє охороні довкілля від теплового й хімічного забруднення.

Носіями низькопотенційної теплоти звичайно є корозійно-активні, забруднені, запилені рідини і гази, від яких її практич­но неможливо відвести, застосовуючи стандартну теплообмінну апаратуру. Інакше кажучи, аби вирішити завдання щодо ви­користанню НПТ, потрібно створити спеціальне утилізаційне устаткування.

Досвід зарубіжної та порівняно невеликої вітчизняної практики з утилізації низькопотенційних теплових відходів дає змогу вирізнити необхідні для цього основні технічні засоби:

контактні апарати з різними насадками для використання теплоти димових газів й інших парогазових потоків;

багатоступінчаті установки з апаратами миттєвого скипання для забруднених гарячих стоків;

багатоступінчаті установки з апаратами типу "теплова тру­ба" для утилізації теплоти аґресивних рідин (сірчаної, фос­форної, азотної кислот);

скруберно-сольові установки для димових газів;

випарні апарати з обертовими елементами (роторно-плів­ковими) для забруднених газів з метою одержання теплоти і концентрування стічних вод;

теплові насоси (пароструминні, абсорбційні і компресійні) для виробництва холоду й теплопостачання;

абсорбційні холодильні установки (на водних розчинах аміа­ку, броміду літію, хлориду кальцію та ін.);

установки, що працюють за водо-фреоновим циклом;

регенеративні обертові теплообмінники, пластинчасті рекуператори, теплообмінники з проміжним теплоносієм, з "тепловими трубами" для використання теплоти вентиля­ційних викидів.

Створення переліченого устаткування пов'язане з додатко­вими витратами, які є значно більшими від тих, що потрібні для утилізації високотемпературних ВЕР. Розв'язання питання щодо ефективного використання НПТ ускладнено ще й тим, що звичайно складно знайти відповідного споживача енергоносїв, вироблених утилізаційними установками.

І справді, теплоту, вироблену в утилізаційних установках НПТ, досить складно вписати у графік традиційних споживачів. У таких випадках стоїть завдання шукати нових, раніше з яки­хось причин не врахованних споживачів низькопотенційного енергоносія. Потрібно вивчити можливість його використання як усередині певного підприємства — для очищення стоків і конденсату, деаерації та знесолення живильної води, вироб­ництва холоду тощо, так і на стороні — для опалення теплиць і парникових господарств, опріснення морської води й інших ко­мунальних потреб. У разі, коли вироблення низькопотенційної енергії значно перевищує потребу в ній підприємства і дотичних до нього споживачів, економічно доцільним може виявитися її використання для виробництва електроенергії в енергоуста­новках з низькокиплячими робочими тілами (фреонами).

Відзначмо, що розробки теплопостачання промислових вузлів на базі використання ТВЕР тільки на чотирьох підпри­ємствах чорної металургії (на трьох великих і одному середньо­му), дають змогу заощадити близько 6 млн т у. п. 20—25 % цієї зекономленої суми одержують за рахунок перекомунікації те­плової схеми заводських енергостанцій і раціоналізації системи теплопостачання в цілому. Одначе, зі зростанням промислового виробництва кількість ВЕР збільшиться лише трохи, оскільки

розвиток енергоощадних технологій приведе до відносного зменшення енергетичних відходів.

Утилізації ТВЕР технологічного процесу передує можливість повернути відведену теплоту назад — до основного процесу з відповідним підвищенням його теплового ККД; цей спосіб називають регенерацією теплоти і досить широко застосовують у техніці. Для нього потрібні: економайзери парових котлів, ре­генератори і рекуператори промислових печей, теплообмінники для регенерування теплоти вентиляції тощо. Використання ТВЕР доповнює регенерацію теплоти, що є першочерговою, і тількі залишкову теплоту після регенерації слід розглядати як ТВЕР. Розмежування понять "використання ТВЕР" і "регенера­ція теплоти" можна проілюструвати такими прикладами:

За паровим котлом звичайно встановлюють водяний або/ і повітряний економайзер (и) для роботи на відхідних газах. Теплота, що в результаті відходить, повертається до основного процесу з живильною водою або повітрям горіння з метою знизити витрати палива в топці, а це і є регенерацією теплоти. За економайзером, що нагріває живильну воду, може розміщу­ватися теплофікаційний економайзер для нагріву мережевої води системи теплопостачання або контактний — для гарячого водопостачання. Ці пристрої слугують для використання ТВЕР.

За промисловими печами вмонтовують теплообмінники-регенератори, рекуператори для того, щоб відхідні гази на­грівали дуттьове повітря, причому в піч повертається частина теплоти газів, тобто відбувається регенерація. Установлені після (замість) них водяні економайзери, що обслуговують зовнішніх споживачів, є утилізаторами ТВЕР.

Підігрівання припливного повітря витяжним повітрям вентиляції — це регенерація, що знижує витрачання теплоти в основному процесі. Використання цієї теплоти як ТВЕР є не­можливим через низьку температуру витяжного повітря.

У питаннях утилізації ВЕР важать техніко-економічні роз­рахунки. Сьогодні варіанти вирішення народногосподарських завдань перш за все мають відповідати умовам соціально-еконо­мічної ефективності. Обов'язковим є дотримання екологічних вимог. Економічну ефективність слід порівнювати щодо варіан-

тів, які задовольняють ці вимоги, а ухвалювати найекономічні-ший із соціально ефективних (за науково-технічною політикою, концепцією розвитку промислових галузей, розміщенням про­дуктивних сил та ін.) і екологічно припустимих варіантів.

Такий підхід має велике значення для розв'язання техніч­них проблем, зокрема для вибору джерел енергопостачання. Соціальна й екологічна ефективність використання ВЕР є оче­видною — це збереження невідновлюваного палива, зменшення забруднення атмосфери, зниження витрат і поліпшення умов праці, розвантаження транспорту.


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