Вторичные энергетические ресурсы Содержание: 1. Классификация энергетических отходов. 2. Выход ВЭР и экономия топлива за счет их использования. 3. Характеристики ВЭР.

Энергетический ресурс Энергетический ресурс – носитель энергии, энергия которого используется или может быть использована при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, а также вид энергии (атомная, тепловая, электрическая, электромагнитная энергия или другой вид энергии) ФЗ-261 от г.

Вторичный энергетический ресурс – энергетический ресурс, полученный в виде отходов производства и потребления или побочных продуктов в результате осуществления технологического процесса или использования оборудования, функциональное назначение которого не связано с производством соответствующего вида энергетического ресурса ФЗ-261 от г. Вторичные энергетические ресурсы

Классификация энергетических отходов Схема использования энергетических отходов. 1 – потребитель энергии; 2 – утилизационная установка. Часть подведенной энергии, которая прямо или косвенно не используется как полезная для выпуска готовой продукции, называется энергетическими отходами. Общие энергетические отходы равны разности между энергией, поступающей в технологический аппарат, и полезно используемой энергией.

Общие энергетические отходы разделяют на три вида Неизбежные потери в технологическом агрегате или установке. Энергетические отходы внутреннего использования, которые возвращаются обратно в технологический процесс за счет регенерации или рециркуляции. Энергетические отходы внешнего использования, представляющие собой вторичные энергетические ресурсы (ВЭР), т.е. энергетический потенциал отходов производства, который не используется в самой установке, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других установок и процессов. Классификация энергетических отходов

Технологический агрегат или установка, являющаяся источником отходов энергии, которую можно утилизировать, называется источником ВЭР. Выработка энергии за счет ВЭР осуществляется в утилизационной установке. ВЭР классифицируется по запасу энергии в них: горючие ВЭР имеют запас энергии в виде теплоты сгорания; тепловые ВЭР - в виде физической теплоты энергоносителя; ВЭР избыточного давления - в виде потенциальной энергии избыточного давления; комбинированные ВЭР – представляющие комбинацию вышеприведенных. Классификация энергетических отходов Потенциал горючих ВЭР характеризуется низшей теплотой сгорания, тепловых - перепадом энтальпий, ВЭР избыточного давления - работой изоэнтропного расширения. Во всех случаях единицей измерения энергетического потенциала является кДж/кг, или кДж/м3.

Выход ВЭР и экономия топлива за счет их использования При разработке предложений и проектов по утилизации энергетических отходов необходимо знать выход ВЭР. Различают удельный и общий выход ВЭР. Удельный выход ВЭР рассчитывают или в единицу вре­мени (1 ч) работы источника ВЭР, или на единицу продукции. Удельный выход горючих ВЭР определяется по формуле: qг = m Qн, где m – удельный выход энергоносителя, кг(м3)/ед. прод. или кг(м3)/ч; Qн – низшая теплота сгорания горючего энергоносителя.

Выход ВЭР и экономия топлива за счет их использования Удельный выход тепловых ВЭР определяется выражением: qт = m h, где h – разность энтальпий энергоносителя до утилизации и после, кДж/кг. Удельный выход ВЭР избыточного давления : qp = m l, где l – удельная работа изоэнтропного расширения энергоносителя, кДж/кг. Удельный выход комбинированных ВЭР в случае присутствия всех трёх вышеперечисленных видов: qгтр = qг + qв + qp = m ( Qн + h + l) Общий выход ВЭР j – го вида : Qj = qj П,или Qj = qj, где П – производительность, а - время работы основного процесса.

Выход ВЭР и экономия топлива за счет их использования Выход энергии, утилизированной из ВЭР, определится соотношением: Qj ут = Qj у, где Qj ут – полезно использованная (утилизированная) часть ВЭР; у – КПД утилизационной установки. Экономия замещаемого топлива с теплотой сгорания Qн от утилизации ВЭР определяется: ΔВ = Qjут / ( техн Qн) где техн – КПД замещаемой технологической установки, работающей на замещаемом топливе. Для перевода рассчитанной экономии в условное топливо нужно использовать коэффициент перевода: ΔВу = ΔВ Qн / Qу где Qу = 29,33 МДж/кг – теплота сгорания условного топлива.

Характеристики ВЭР Выработанная тепловая энергия на тепловых электростанциях и котельны Qвыр = В. Q н. η. Т , Гкал где: В – часовой расход топлива, кг/ч или м3/ч; Q н - низшая рабочая теплота сгорания, ккал/кг или ккал/м3; η – кпд котла; Т – время работы, ч.

Характеристики ВЭР Горючие ВЭР К горючим ВЭР относятся образующиеся в процессе производства основной продукции газообразные, твердые или жидкие отходы, которые обладают химической энергией и могут быть использованы в каче­стве топлива. Источниками горючих ВЭР являются металлургическая, нефтеперерабатывающая, коксохимическая, химическая, лесная, деревообрабатывающая и другие отрасли промышленности, сельское и коммунальное хозяйство.

Характеристики ВЭР К горючим ВЭР относятся: доменный и коксовый газы (их также можно отнести и к тепловым высокотемпературным, т.к. температура, например, коксового газа более 1000 оС) ; нефтяной пиролизный газ и крекинг-газ; отходы от производства аммиака; отходы гидролизного производства; древесные отходы; отходы целлюлозно-бумажной промышленности; сельскохозяйственные отходы (солома и ботва растений); городской мусор и другие.

Характеристики ВЭР Если первые четыре вида ВЭР достаточно широко используются в соответствующих производствах, то последние далеко недостаточно. Например, в лесной и деревообрабатывающей промышленности приблизительно половина заготавливаемой древесины идет в отходы. Одной из первостепенных задач является их утилизация путем сжигания с целью получения теплоты.

Характеристики ВЭР Древесные отходы делятся на несколько типов: лесосечные отходы (молодые побеги, хвоя, листья); стволовая древесина, кора и древесная гниль. Древесина по своему составу включает такие же компоненты, что и твердое топливо, за исключением серы.

Характеристики ВЭР Особенностью древесных отходов некоторых производств является повышенная влажность. Отходы лесоза­готовительных предприятий имеют влажность %. При этом влажность коры достигает 80 %. Отходы дерево­обрабатывающего и мебельного производства имеют влаж­ность %. Древесина имеет большой выход летучих веществ, что благоприятствует, несмотря на повышенную влажность, устойчивому процессу горения. Способы сжигания древесных отходов зависят от гранулометрического состава и влажности. Древесную пыль без включения абразивных частиц сжигают факельно-вихревым способом, при наличии абразивных частиц - в циклонных топках.

Характеристики ВЭР Более крупные отходы эффективно сжигать в слоевых топках с «кипящим» или плотным слоем. Пример использования древесных отходов:

Характеристики ВЭР Тепловые ВЭР К тепловым ВЭР относится физическая теплота отходящих газов котельных установок и промышленных печей, основной или промежуточной продукции, других отходов основного производства, а также теплота рабочих тел, пара и горячей воды, отработавших в технологических и энергетических агрегатах. Для утилизации тепловых ВЭР используют теплообменные аппараты, котлы-утилизаторы или специальные установки. Рекуперация теплоты отработанных технологических потоков в теплообменниках может проходить через разделяющую их поверхность или при непосредственном контакте.

Характеристики ВЭР Тепловые ВЭР могут поступать в виде концентрированных потоков теплоты или в виде теплоты, рассеиваемой в окружающую среду. В промышленности концентрированные потоки составляют около 40 %, а остальное - рассеиваемая теплота. Концентрированные потоки включают теплоту уходящих дымовых газов печей и котлов, сточных вод технологических установок и жилищно- коммунального сектора.

Характеристики ВЭР Тепловые ВЭР делятся на: высокотемпературные (с температурой носителя выше 500 °С); среднетемпературные (при температурах от 150 до 500 °С); низкотемпературные (при температурах ниже 150 °С). Высокотемпературные и среднетемпературные ВЭР утилизируют, как правило, с помощью регенераторов, рекуператоров, котлов-утилизаторов и других теплообменных аппаратов.

Характеристики ВЭР Для утилизации низкотемпературных ВЭР применяются установки трансформации теплоты – тепловые насосы.

Характеристики ВЭР При внутреннем использовании ВЭР применяются в паровых или водогрейных котлах, где за счет рекуперации теплоты отходящих газов проводится подогрев питательной воды в экономайзерах и воздуха в воздухоподогревателях. Имеются и другие возможности внутреннего использования энергетических отходов. В котлах дополнительно может подогреваться питательная вода за счёт охлаждения выпара из деаэраторов. В нагревательных печах, сушилках, системах вентиляции и кондиционирования воздуха с помощью рекуператоров, регенераторов и теплонасосных установок (ТНУ) можно использовать теплоту уходящих газов или вытяжного воздуха

Характеристики ВЭР При внешнем использовании ВЭР нагревают теплоноситель или сырье, которые используются в других установках. Нагрев рабочей среды также проводится в регенеративных, рекуперативных, смесительных (контактных) теплообменных аппаратах, котлах- утилизаторах, системах испарительного охлаждения печей, трансформаторах теплоты и других.

Характеристики ВЭР После тепловой обработки в печах материалы или детали могут иметь высокую температуру и располагать значительным запасом физической теплоты. Если сыпучие материалы пропустить через контактный аппарат или заготовки конечных размеров через камеру охлаждения, то теплоту можно передать газообразному или жидкому теплоносителю и использовать для других процессов с пониженной температурой. Примерами могут служить утилизация теплоты при производстве цементного клинкера, сухое тушение кокса, охлаждение металлоизделий после термической обработки и другие.

Характеристики ВЭР ВЭР избыточного давления. ВЭР избыточного давления могут быть использованы для производства механической работы и электроэнергии с помощью турбин и электрогенераторов. Энергия избыточного давления может быть также преобразована в теплоту или холод в установках трансформации теплоты. ПРИМЕР: Использование ВЭР избыточного давления в системах распределения природного газа. В магистральных трубопроводах газ транспортируется под давлением 4,5-6,5 МПа. Затем на газораспределительных станциях (ГРС) давление снижается до 1,2 МПа. Эту энергию можно использовать для производства электричества, установив газотурбинную расширительную станцию (ГТРС).

Характеристики ВЭР Схема ГТРС, которая может быть использована в системах газоснабжения ТЭЦ 1 - клапан; 2 - подогреватель; 3 - турбина; 4 - электрогенератор Для предотвращения выпадения конденсата на лопатках турбины газ перед подачей в турбину подогревается

Характеристики ВЭР Использование низкотемпературных ВЭР. Если устройства для утилизации высоко- и среднетемпературных ВЭР достаточно широко известны и используются в промышленности, то утилизация энергии низкопотенциальных источников теплоты (НПИТ) в нашей стране применяется достаточно редко. Но известно, что около 60 % энергии топлива, сжигаемого в котлах тепловых электростанций, теряется в конденсаторах турбин электростанций в окружающую среду при температуре 25 – 30 о С. Эту огромную теплоту можно утилизировать с помощью теплонасосных установок (ТНУ) для получения горячей воды для отопления и ГВС.

Характеристики ВЭР Принципиальная схема парокомпрессионной ТНУ для утилизации теплоты НПИТ и горячего водоснабжения приведена на рисунке. КМ – компрессор; ЭДв – электродвигатель; К – конденсатор; ОК - охладитель конденсата; РТО – регенеративный теплообменник; ДР – дроссельный клапан; И – испаритель.

Характеристики ВЭР В качестве НПИТ могут использоваться любые неагрессивные жидкие стоки с температурой от (5…8) до (30…40) оС. В зависимости от свойств применяемого рабочего тела ТНУ можно получать воду как для систем ГВС с температурой 55…60 оС, так и для отопления с температурой 90…120 оС.

Характеристики ВЭР Цикл ТНУ отличается от цикла холодильной установки уровнем температур кипения и конденсации рабочего тела. Коэффициент трансформации ТНУ определяется по формуле: μ= (Qк + Qок)/ Nэ где Nэ = L/( i м э), кВт; а I, м, э – индикаторный, механический и электрический КПД компрессора и его привода.