Источники вторичных энергетических ресурсов

Наибольшими тепловыми ВЭР распо­лагают предприятия черной и цветной металлургии, химической, нефтеперера­батывающей и нефтехимической про­мышленности, промышленности строи­тельных материалов, газовой промыш­ленности, тяжелого машиностроения и некоторых других отраслей народного хозяйства. В этих отраслях широко используется теплота высокого, среднего и низкого потенциалов.

Теплота высокого потенциала приме­няется главным образом для изменения физико-химических свойств сырья и по­луфабрикатов посредством их плавки, нагрева и обжига (выплавление метал­лов в металлургии; обжиг нерудных ископаемых в промышленности строи­тельных материалов; интенсификация химических реакций в нефтеперерабаты­вающей и химической промышленности; плавка и нагрев металла в машинострое­нии для получения узлов и деталей заданных форм и для последующей их обработки и т. п.).

В настоящее время доля теплоты вы­сокого потенциала в общем расходе полезной энергии составляет 26%, и на ее получение затрачивается 26 % топ­ливно-энергетических ресурсов СССР. Почти 90 % теплоты высокого потенциа­ла используется в промышленности. Из общего расхода теплоты высокого потенциала около 33 % идет на плавку, 40 % - на нагрев и немногим более 20 % на обжиг руд и минерального сырья. Большая часть (более 90%) теплоты высокого потенциала обеспечивается за счет сжигания различных видов топлива непосредственно в технологических уста­новках.

Примерно 52 % всей полезной энергии в народном хозяйстве СССР расходу­ется в виде теплоты среднего (373 - 623К) и низкого (323 - 423К) потенциа­ла, а на ее получение тратится 38 % всех топливно-энергетических ресурсов. Эта теплота применяется для удовлетворе­ния технологических нужд промышлен­ности в таких производственных процес­сах, которые связаны с физико-химиче­скими изменениями свойств обрабаты­ваемых материалов и требуют для своего осуществления повышенных зна­чений температуры и давления. При этом свыше 90 % полезного потребления теп­лоты среднего и низкого потенциала расходуется в промышленности (44%) и жилищно-коммунальном секторе (48,5 %). Основными энергоносителями, обеспечивающими энергией средне- и низкотемпературные процессы, являются пар и горячая вода.

Многие отрасли народного хозяйства располагают значительным резервом топливных и тепловых ВЭР. В черной металлургии топливные ВЭР образу­ются за счет доменного газа; конвер­терного газа мартеновских печей (при охлаждении без доступа воздуха) и газа ферросплавных печей (феррогазы). Ис­пользование этих газов в качестве топ­лива позволяет экономить топливно-энергетические ресурсы и исключать вредные выбросы токсичного оксида углерода с металлургических заводов.

Тепловые ВЭР образуются за счет физической теплоты уходящих газов мартеновских печей, доменных воздухо­нагревателей, различных печей, коксовых батарей, кристаллизаторов установок непрерывной разливки стали, а также за счет физической теплоты шлака до­менных и мартеновских печей, кокса, доменного и коксового газа и др.

В настоящее время на предприятиях черной металлургии используется при­мерно 30 % ВЭР от их количества, опре­деляемого полной утилизацией. Менее 10 % утилизируется в доменном и коксо­химическом производстве. Наибольшая по объему утилизация достигнута в про­изводстве мартеновской стали посредст­вом установки котлов-утилизаторов, использующих теплоту газов, отходящих от высокотемпературных печей, теплоту горячих технологических газов, а также посредством использования систем ис­парительного охлаждения. Такое охлаж­дение, впервые осуществленное на мар­теновских печах, позволило повысить КПД этих печей от 15-20 до 25-35%, резко сократить расход охлаждающей воды и соответственно уменьшить рас­ход энергии на ее перекачку. Кроме того, водоохлаждаемые элементы в этих усло­виях вырабатывают пар (0,05-0,4 МПа и выше), пригодный для теплофикации или для использования в паровых тур­бинах низкого давления.

Тепловые ВЭР цветной металлургии образуются за счет физической теплоты: уходящих газов обжиговых, шахтных, отражательных, рудно-термических, анодных и других печей, конвертеров, агрегатов для кислородно-взвешенной плавки, шлаковозгоночных установок, охлаждения и пр. Годовой выход теп­ловых ВЭР, пригодных к утилизации, в цветной металлургии составляет 74,1 млн. ГДж.

Наибольшее количество тепловых ВЭР образуется при производстве меди, свин­ца, цинка, никеля, олова, алюминия, а также при переработке вторичных цветных металлов. Для их использования применяются котлы-утилизаторы раз­личного типа, воздухонагреватели, уста­новки испарительного охлаждения ме­таллургических агрегатов и другие ути­лизационные установки. Возможно ис­пользование физической теплоты рас­плавленных шлаков.

Топливными ВЭР химической про­мышленности являются отбросные газы конвертеров (оксид-углеродная фракция); абгазсинтеза ацетилена; печной газ фос­фатного производства и производства карбида кальция; хвостовой газ произ­водства оксида этилена и др.

Тепловые ВЭР — физическая теплота уходящих газов ферритных, пиролизных, рудно-термических, дивинильных, кальцинационных содовых печей, печей об­жига известняка, плавильных котлов каустика, радиационно-конвективных по­догревателей кислорода и метана, про­дуктовых потоков колонн синтеза (ам­миака, метанола, карбамида), конверте­ров природного газа и СО, хвостовых газов в производстве азотной кислоты, контактных аппаратов серной кислоты и др. Кроме того, тепловыми ВЭР являются охлаждающая вода, конденсат, дистиллерная жидкость, пар вторичного вскипания, феррит, шлак рудотермических печей.

Изменение технологических схем и процессов в химической промышлен­ности по совершенствованию технологи­ческих процессов в направлении укруп­нения единичной мощности агрегатов, разработки и внедрения в производ­ство технологических схем с максималь­ным и многократным использованием энергоресурсов внутри технологических процессов или агрегатов приводит к со­кращению потребления энергии со сто­роны и уменьшает относительный вы­ход ВЭР.

Топливные ВЭР в нефтеперерабатыва­ющей и нефтехимической промышлен­ности - горючие газы сажевого произ­водства, абгаз в производствах моно­меров для синтетических каучуков и дру­гих соединений, метановодородная фракция в производстве этилена, различные виды горючих отходов, получаемых в процессе переработки углеводородного сырья. Тепловые ВЭР - это физическая теплота уходящих газов, а также охлаж­дающей воды, отработанного пара, пара вторичного вскипания; фузельной воды в производстве синтетического каучука.

Основными источниками ВЭР явля­ются процессы переработки нефти, про­изводство синтетических каучуков и синтетических спиртов, а также сажи. Вторичные энергетические ресурсы, на­пример, предприятий по получению син­тетического каучука и спирта составляют 35 - 40% их общего потребления энер­гии. Большая часть ВЭР этих предприя­тий может быть утилизирована в отопительно-вентиляционных системах для горячего водоснабжения и производства холода. На современных заводах син­тетического каучука за счет утилизации тепловых ВЭР покрывается до 25 % общей потребности в теплоте. На нефте­перерабатывающих заводах в основном используется теплота уходящих газов технологических печей, регенерации ка­тализатора на установках каталитиче­ского крекинга, при сжигании сероводо­рода в процессе получения серы и серной кислоты.

Большой экономический эффект может быть получен также за счет максималь­ного вовлечения в топливный баланс таких видов ВЭР, как метановодородной фракции, получаемой в процессе произ­водства этилена, низкокалорийных отхо­дящих газов производства технического углерода, генераторного газа, получае­мого при разложении сланца, в процес­се пиролиза и коксования смол, а также максимального использования отрабо­тавшего пара, пара вторичного вскипа­ния и теплоты конденсата.

Тепловые ВЭР в газовой промышлен­ности образуются за счет физической теплоты уходящих газов компрессорных станций, трубчатых печей газоперера­ботки и теплоты охлаждения продукто­вых потоков газопереработки.

Современные ГТУ, применяемые для привода компрессоров, поддерживаю­щих давление перекачиваемого по ма­гистральным газопроводам природного газа, имеют КПД 26 - 28%. Температура уходящих газов ГТУ составляет обычно 600-700К, а в безрегенераторных 800К. Потери теплоты с уходящими газами достигают 70 %. Широкое использование ВЭР сдерживается отсутствием энерго­емких потребителей. В настоящее время теплота уходящих газов ГТУ утилизи­руется в основном для теплоснабжения самих компрессорных станций, прилега­ющих к ним жилых поселков и неболь­ших тепличных хозяйств. Суммарные объемы утилизируемых ресурсов на эти цели не превышают 15% располага­емых.

При охлаждении уходящих газов до температуры ниже точки росы и конден­сации водяного пара, образующегося при сжигании газа, коэффициент использова­ния природного газа можно довести до 95 % по отношению к высшей теплоте сгорания газа. Располагаемую теплоту уходящих газов можно утилизировать путем непосредственного контакта их с нагреваемой средой без промежуточных теплоносителей и затрат металла на создание поверхностей нагрева (контакт­ные экономайзеры). С помощью контакт­ных экономайзеров можно охлаждать продукты сгорания природного газа ниже их точки росы, равной примерно 330К. При этом конденсируется водяной пар, содержащийся в продуктах сгорания в количестве 2м³ на 1м³ природ­ного газа.

Располагаемую теплоту уходящих га­зов можно применять в сушильных и других низкотемпературных установках, для подогрева нефти на нефтепроводах, проложенных вблизи компрессорных станций.

Предприятия тяжелого, энергетическо­го и транспортного машиностроения рас­полагают ВЭР в виде физической теп­лоты уходящих газов мартеновских, нагревательных и термических печей, вагранок, теплоты испарительного охлаждения мартеновских печей и теплоты отработанного пара прессов и молотов.

Тепловые ВЭР в промышленности строительных материалов - это физиче­ская теплота уходящих газов туннель­ных, шахтных, вращающихся, ванных и других печей, а также вагранок, охлаж­дения печей, конденсата и отработавшего пара. Тепловыми ВЭР располагают предприятия и других отраслей про­мышленности.

Одной из важнейших задач совершен­ствования технологических процессов в любой отрасли народного хозяйства является по возможности полное выяв­ление резервов ВЭР и экономически, а также экологически обоснованное их ис­пользование для целей производства и удовлетворения нужд бытового потреб­ления.

Вопросы охраны окружающей среды на предприятиях