2. 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 23.11.2009 г.
3. Вторичные энергетические
ресурсы
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 23.11.2009 г.
4. Классификация
энергетических отходов
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.
Схема использования энергетических отходов.
1 - потребитель энергии; 2 - утилизационная установка.
5. Классификация
энергетических отходов
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.
6. 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.
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/мЗ.
7. 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(м З)/ед. прод. или кг(м З)/ч;
Qн— низшая теплота сгорания горючего энергоносителя.
8. 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 =ml,
где l — удельная работа изоэнтропного расширения энергоносителя, кДж/кг.
Удельный выход комбинированных ВЭР в случае присутствия всех трѐх вышеперечисленных
видов:
Cгтр = q r + q в + 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.
9. Выход ВЭР и экономия топлива за счет их
использования
Выход энергии, утилизированной из ВЭР, определится соотношением:
Qj ут = Qj ηу,
где Qj ут - полезно использованная (утилизированная) часть ВЭР;
ηу - КПД утилизационной установки.
Экономия замещаемого топлива с теплотой сгорания QH от утилизации ВЭР
определяется:
∆В = Qjyт / (η техн QH)
где η техн — КПД замещаемой технологической установки, работающей на
замещаемом топливе.
Для перевода рассчитанной экономии в условное топливо нужно использовать
коэффициент перевода: ∆Ву = ∆В-QH / Qy
где Qy = 29,33 МДж/кг - теплота сгорания условного топлива.
10. Характеристики ВЭР
Выработанная тепловая энергия на тепловых
электростанциях и котельных
Qвыр = В QН η Т 10 - 6 , Гкал
где:
В - часовой расход топлива, кг/ч или мЗ/ч;
QH - низшая рабочая теплота сгорания, ккал или
ккал/мЗ;
η - кпд котла;
Т - время работы , ч.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. Характеристики ВЭР
• Особенностью древесных отходов некоторых производств
является повышенная влажность. Отходы лесозаготовительных
предприятий имеют влажность 45-55 %. При этом влажность
коры достигает 80 %. Отходы деревообрабатывающего и
мебельного производства имеют влажность 10-20 % . 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.
16. Характеристики ВЭР
Более крупные отходы эффективно сжигать в слоевых топках с
«кипящим» или плотным слоем. Пример использования древесных
отходов:
17. 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.
18. 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.
19. 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.
21. 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 счѐт охлаждения выпара из деаэраторов. В
нагревательных печах, сушилках, системах вентиляции и
кондиционирования воздуха с помощью рекуператоров,
регенераторов и теплонасосных установок {ГНУ) можно
использовать теплоту уходящих газов или вытяжного
воздуха
22. 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.
23. 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.
24. 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).
25. 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
26. 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° С. Эту огромную теплоту можно
утилизировать с помощью теплонасосных установок (ТНУ)
для получения горячей воды для отопления и ГВС.
27. 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.
28. Характеристики ВЭР
В качестве НПИТ могут использоваться
любые неагрессивные жидкие стоки с
температурой от (5...8) до (30..,40) о С.
В зависимости от свойств применяемого
рабочего тела ТНУ можно получать воду
как для систем ГВС с температурой
55...60 о С, так и для отопления с
температурой 90...120 о С.
29. Характеристики ВЭР
Цикл ТНУ отличается от цикла холодильной
установки уровнем температур кипения и
конденсации рабочего тела.
Коэффициент трансформации ТНУ
определяется формуле:
µ = (QK + QOK)/ Nэ
где Nэ = L / (µi µм µэ), кВт; a µI, µм, µэ —
индикаторный, механический и электрический
КПД компрессора и его привода.
