Энергосберегающие технологии в промышленности
Поскольку наша страна бедна энергетическими ресурсами, необходимо разрабатывать энергосберегающие технологии. Запасов природного газа в РБ не обнаружено. Нефть Гомельской области, торф юга республики, древесина в общем энергобалансе не превышают 10% и в основном ориентированы на бытовой сектор. Открыты месторождения бурых углей и сланцев, промышленные запасы которых составляют около 15 годовых потребностей республики, но низкая теплота сгорания и высокая зольность, большое содержание вредных примесей исключают возможность их использования в большой энергетике. Проблематично и применение газификации и гидролиза для повышения качества топлива из этого сырья ввиду высокой энергоемкости этих технологий. Бурые угли в брикетах, особенно с торфом, могут использоваться как коммунально-бытовое топливо, что покрыло бы не более 7% потребностей на эти цели. Кроме того, добыча бурых углей связана с экологическими проблемами в зоне их залегания – белорусском Полесье: необходимо удаление верхнего слоя почвы и лесов, что нанесет невосполнимый ущерб природе. Торф в основном используется как удобрение для сельскохозяйственных нужд. Основным реальным и экономически целесообразным источником замещения части импортируемого топлива в Беларуси является древесная масса: отходы деревообрабатывающего производства, маломерная и сухостойная древесина, кустарники и т.п. Используя ее в качестве топлива, можно ежегодно экономить до 2,5 млн. т. топлива. Сегодня доля древесных отходов в потреблении первичных топливных ресурсов республики составляет 2,8%, в будущем ее можно удвоить. Использование всех возможных местных топливных ресурсов в Беларуси, согласно экспертным оценкам, в перспективе способно заменить ежегодно 2,1-2,3 млн. т нефти. Древесные отходы как топливо обладают целым рядом положительных качеств: низкое содержание серы и малая зольность (1-2%); возможность сжигания отходов с содержанием влаги до 55-60%; меньшая эмиссия двуокиси углерода и низкая коррозионная агрессивность дымовых газов; возможность конденсации влаги дымовых газов и утилизации скрытой теплоты парообразования; низкая цена в сравнении с ископаемым топливом; возможность наращивания объемов ресурсов; использование древесных отходов как топлива адаптируется к существующим технологиям энергопроизводства; конечной продукцией их преобразования могут являться теплоносители в виде пара, горячей воды, электроэнергии, моторного топлива. Таким образом, применение отходов лесозаготовок и деревообрабатывающей промышленности в качестве энергетического топлива – эффективное средство улучшения экологической ситуации и снижения себестоимости производимой энергии. Имея ввиду распределенность энергетического ресурса древесных отходов по территории республики, организация его использования требует создания единой в технологическом отношении системы с развитой инфраструктурой. Эта система включает следующие обязательные элементы: цепь технологий от заготовки топливного сырья до использования его в энергопроизводящих агрегатах; эффективные технические средства, в которых осуществляются эти технологии; предприятия по заготовке топлива, включая его переработку развитая сеть потребителей, заинтересованных экономически и экологически в замене традиционных видов топлива (угля, мазута, газа) на древесные отходы; комплексы технических средств у потребителей для хранения резерва, подачи и эффективного использования древесного топлива [13].
К горючим ВЭР агропромышленного производства относятся сельско- и лесохозяйственные отходы: солома зерновых культур, стебли подсолнуха, стебли и стержни початков кукурузы, отходы льноперерабатывающей промышленности, древесные отходы лесных хозяйств и фруктовых садов, опилки и стружки деревоперерабатывающих цехов и др. Количество растительных и других горючих отходов так велико, что значительную часть их используют непосредственно в виде топлива. На ряде льнозаводов в Республике Беларусь также используют отходы (льнокостру) для сжигания в котельных с целью получения тепловой энергии. Как уже отмечалось, одним из важнейших природных ресурсов Республики Беларусь является лес. Прямое сжигание древесины в виде дров в больших масштабах нецелесообразно. В то же время интенсивное развитие деревообрабатывающей и бумажной промышленности позволяет говорить о значительных резервах экономии топлива за счет сжигания отходов этих производств в специальных котельных. Имеется опыт получения качественного топлива (этанол, метанол и др.) из растительных отходов путем биохимической переработки, а также получения горючих газов путем газификации. Растительные отходы (солому, кукурузные початки, льнокостру, рапсовую солому и др.) можно обрабатывать совместно с навозными стоками в анаэробных условиях и получать энергоноситель – биогаз.
Тепловые ВЭР отличаются разнообразием видов и параметров. Их энергетический потенциал определяется физической теплотой различных продуктов, отходов производства и отработанных теплоносителей. К ним относятся: уходящие газы от котлов, печей, сушилок и другого технологического оборудования; вода, нагретая при охлаждении технологического оборудования; воздух, выбрасываемый из систем вентиляции; канализационные стоки; охлаждаемые продукты и др. Значительная часть промышленных тепловых ВЭР обладает высоким потенциалом и легко может быть использована для непосредственного отбора тепла без дополнительных преобразований. Наиболее показательным примером утилизации высокопотенциальных тепловых ВЭР является отбор теплоты конденсации отработанного в турбинах ТЭЦ пара и использование ее для нагрева воды – теплоносителя для систем теплоснабжения. Этот прием обеспечивает значительное повышение КПД ТЭЦ по сравнению с обычными тепловыми электростанциями и снижение расхода топлива на отопление жилых массивов и промышленных предприятий. Использование энергии отработанного пара на предприятиях пищевой промышленности (молочные и спиртовые заводы, сахарное производство и др.) позволяет сэкономить большое количество энергии на сушку получаемой продукции и отопление помещений. Установка современного котельного оборудования для отопления небольших производственных, административных и жилых помещений позволяет использовать теплоту отработавших в топке котла газов для горячего водоснабжения. Физическая теплота основной и побочной продукции животноводства, пищевой и перерабатывающей промышленности относится к низкопотенциальным ВЭР, которые утилизируются с помощью теплообменников и теплонасосных установок. Низкотемпературные вентиляционные выбросы используются в системах поддержания микроклимата животноводческих помещений для подогрева приточного воздуха, бытовых и жилых помещений, теплиц и др. Теплообменники значительно дешевле теплонасосных установок, но не всегда обеспечивают необходимое повышение приточного воздуха и достаточно высокий коэффициент утилизации теплоты. В связи с этим наиболее перспективны системы с последовательным включением теплообменника и теплового насоса, позволяющие с максимальным эффектом использовать тепло отработанного воздуха. Одним из важных факторов экономии ТЭР является использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), образующихся в одних технологических установках, процессах и направляемых для энергоснабжения других агрегатов и процессов [12].
Вторичные энергетические ресурсы, их классификация. Использование вторичных энергоресурсов и отходов производства
Горючие (топливные) ВЭР – это горючие газы и отходы одного производства, которые могут быть применены непосредственно в виде топлива в других производствах. Это доменный газ в металлургии; щепа, опилки, стружка в деревообрабатывающей промышленность; твердые, жидкие промышленные отходы в химической и нефтеперерабатывающей промышленности и т. д. Тепловые ВЭР – это физическая теплота отходящих газов технологических агрегатов основной, побочной, промежуточной продукции и отходов производства; теплота золы и шлаков, горячей воды и пара, отработанных в технологических установках; теплота рабочих тел систем охлаждения технологических установок. Тепловые ВЭР могут использоваться как непосредственно в виде теплоты, так и для раздельной или комбинированной выработки теплоты, холода, электроэнергии в утилизационных установках. ВЭР избыточного давления – это потенциальная энергия покидающих установку газов, воды, пара с повышенным давлением, которая может быть еще использована перед выбросом в атмосферу. Основное направление таких ВЭР – получение электрической или механической энергии. Избыточная кинетическая энергия также относится к ВЭР избыточного давления [15].
Основными направлениями использования ВЭР ресурсов являются: топливное – когда они используются непосредственно в качестве топлива; тепловое – когда они используются непосредственно в качестве тепла или для выработки тепла в утилизационных установках; силовое – когда они используются в виде электрической или механической энергии, полученной в утилизационных установках; комбинированное – когда они используются как электрическая (механическая) энергия и тепло, полученные одновременно в утилизационных установках за счет ВЭР. Значительное количество горючих ВЭР используется непосредственно в виде топлива, такое же непосредственное применение нашли и тепловые ВЭР, например, горячая вода системы охлаждения для отопления и др.
При правильном использовании вторичных тепловых энергетических ресурсов, образовавшихся в виде тепла отходящих газов технологических агрегатов, тепла основной и побочной продукции, достигается значительная экономия топлива. Проведенными расчетами установлено, что стоимость тепловой энергии, полученной в утилизационных установках, ниже затрат на выработку такого же количества теплоэнергии в основных энергоустановках. Температура отходящих газов различных промышленных печей и нагревательных устройств колеблется от 800 ... 900°С (в печах с регенераторами) до 900 ... 1200°С. Кроме того, по степени концентрации энергии различают источники ВЭР: высокопотенциальные, прежде всего тепловые ВЭР высокотемпературных (400-1000°С) технологий, связанных с нагревом, плавкой, обжигом, термообработкой или возгонкой; величина потерь энергии с уходящими дымовыми газами от нагревательных термических потерь доходит до 70%; среднепотенциальные – дымовые газы, конденсат, отработанный пар, продуктовые потоки с температурой выше 120°С; низкопотенциальные – системы оборотного водоснабжения, охлаждения с изменением температуры воды на 5 – 10°С, сброс пара давлением 1 – 1,5 атм. в атмосферу, бытовые стоки, уходящие газы температурой 100-150°С, вентиляционные выбросы [12].
На предприятиях машиностроения в настоящее время тепловыми отходами являются физическая теплота уходящих газов, теплота охлаждения нагревательных и термических печей, и др. В промышленности строительных материалов тепловые ВЭР образуются при обжиге цементного клинкера и керамических изделий, производстве стекла, кирпича, извести, огнеупоров, выплавке теплоизоляционных материалов. К ним относятся физическая теплота уходящих газов различных печей (туннельных, шахтных, вращающихся) и т. д. Крупными потребителями пара различных параметров, электроэнергии, горячей и тепловой воды, а также холода являются почти все отрасли пищевой промышленности, поэтому и тепловые ВЭР предприятий пищевой промышленности также весьма разнообразны. Это, прежде всего, теплота отходящих горячих газов и жидкостей; жидких и твердых отходов производства; отработанного пара силовых установок и вторичного пара, который получается при выпаривании растворов, ректификации и высушивании; тепловых установок; теплота, содержащаяся в продуктах производства. Вторичные энергоресурсы имеются также на тепло- и гидроэлектростанциях. Для тепловых электростанций наиболее существенный источник ВЭР – низкопотенциальная теплота нагретой охлаждающей воды конденсационных устройств, с которой может теряться до 50% теплоты топлива, расходуемого на электростанции. Источником ВЭР считаются также дымовые газы котельных установок на паротурбинных станциях или отходящие продукты сгорания на газотурбинных установках [3].
Для использования ВЭР применяются утилизационные установки, представляющие собой устройства для выработки энергоносителей (водяного пара, горячей и охлажденной воды, электроэнергии) за счет снижения энергетического потенциала ВЭР. К основным видам оборудования, применяемого для утилизации ВЭР, относятся: котлы-утилизаторы; установки испарительного охлаждения; экономайзеры; утилизационные абсорбционные холодильные установки; теплообменники; водоподогреватели; тепловые насосы; утилизационные турбогенераторы и др. Для характеристики использования ВЭР применяют следующие показатели: выход, определяемый как масса (энергия) ВЭР, которая образуется в данной установке за определенный период времени (час, сутки, год); фактическое использование – это масса (энергия) ВЭР агрегата или установки, употребленные в других установках и системах; резерв применения – это количество энергии, которое может быть дополнительно вовлечено в производство за счет их использования; экономия топлива за счет ВЭР – количество топлива,
которое можно сэкономить за счет использования ВЭР. Она может быть возможная и фактическая; коэффициент утилизации – отношение фактической экономии топлива и энергии за счет ВЭР к возможной [13].
Трансформаторами теплоты называются устройства, служащие для переноса тепловой энергии от тела с более низкой температурой (тепло- отдатчика) к телу с более высокой температурой (теплоприемнику). Они подразделяются на холодильные установки и теплонасосные установки. В теплонасосных установках температура теплоотдатчика равна или несколько выше температуры окружающей среды, тогда как температура теплоприемника значительно выше температуры окружающей среды. Трансформатор теплоты может работать как в режиме холодильной установки, так и в режиме теплового насоса, либо одновременно в двух режимах. Такой процесс называется комбинированным. В комбинированной установке происходит одновременно выработка теплоты и холода. Тепловые насосы являются разновидностью трансформаторов теплоты и предназначены для получения теплоносителя среднего и повышенного потенциала, используемого на тепловом потреблении. Тепловой насос представляет устройство для переноса тепловой энергии от теплоотдатчика с низкой температурой к теплоприемнику с высокой температурой. Принцип работы его тот же, что и компрессионного холодильника, с той разницей, что назначение холодильника заключается в производстве холода, а теплового насоса – в производстве теплоты.
Использование ВЭР не ограничивается лишь энергетическим эффектом – это и охрана окружающей среды, в том числе воздушного бассейна, уменьшение количества выбросов вредных веществ. Некоторые из этих выбросов могут давать дополнительную продукцию, например, сернистый ангидрид, выбрасываемый с отходящими газами, можно улавливать и направлять на выпуск серной кислоты. Считается целесообразным, если при реконструкции или расширении действующих, а также при проектировании новых предприятий будет предусматриваться разработка мероприятий по использованию ВЭР с обоснованием их экономической эффективности. Отказ потребителей от использования ВЭР как на действующих, так и проектируемых предприятиях может быть обоснован только расчетом, подтверждающим экономическую неэффективность или техническую невозможность использования ВЭР.
В ограниченных объемах до настоящего времени используются накопленные запасы лигнина (около 2 млн. т) Бобруйского и Речицкого гидролизных заводов. С этой целью планируется ввод котла для сжигания лигнина на Бобруйской ТЭЦ-1 паропроизводительностью 30 т/ч. Наибольший выход вторичных энергоресурсов (около 96,5%) имеет место на предприятиях концерна «Белнефтехим» (11,1 млн. ккал), концерна «Белэнерго» (2,72 млн. ккал), Министерства строительства и архитектуры (1,77 млн. ккал), Министерства промышленности (0,97 млн. ккал). При более высоком уровне утилизации других ВЭР низкий показатель использования данного топлива обусловлен практически полным не использованием теплоты низкопотенциальных ВЭР оборотной воды, доля которых в общем выходе ВЭР на предприятиях республики в настоящее время составляет 50,2%.
Наиболее эффективно используются также теплота конденсата, продувочной воды и вторичного пара (56-76%), хотя в общей структуре выхода ВЭР их доля составляет около 3 %. Практически не используется теплота вентиляционных выбросов и охлаждающего воздуха, сточных вод и других низкопотенциальных потоков. Низкий уровень использования вторичных энергоресурсов в большинстве случаев обусловлен неравномерными режимами и сезонностью их выхода, отсутствием потребителей, финансовыми трудностями по внедрению утилизационного оборудования (особенно для утилизации низкопотенциальных ВЭР), отсутствием отлаженного механизма межведомственного использования вторичных энергоресурсов.
В результате микробиологических процессов, происходящих в отходах на свалках, образуется биогаз, приобретающий все большее народно-хозяйственное значение. Биогаз обладает значительным энергетическим потенциалом (содержание в нем метана достигает 44-66%) и может быть использован в теплосиловых установках, а в очищенном виде – в газовых турбинах. В мире сейчас эксплуатируют около 150 установок по извлечению и использованию биогаза, получаемого в результате анаэробного разложения органических веществ на свалках городских отходов. Например, на свалке в г. Бирмингеме (Англия) отходы загружают в отдельно расположенные бункеры, врытые в землю. В Германии (неподалеку от г. Эрфурта) построена промышленная установка по переработке мусора. Получаемый биогаз используется для выработки электроэнергии и обогрева жилых домов. Завоз мусора на свалку предлагается прекратить в 2030 г., после чего она способна будет давать биогаз еще 20 лет.
Обезвреживание твердых бытовых отходов осуществляется также методом сжигания на мусоросжигательных заводах. Образующийся при сжигании шлак транспортируют в специальное помещение. Дымовые газы проходят очистку от пыли в электростатических фильтрах. Вырабатываемый котлами пар под повышенным давлением при температуре около 200°С используется для нужд завода, а его избыток направляется в установку для нагревания сетевой воды городской системы теплообеспечепия. Установлено, что при сжигании твердых бытовых отходов не исключается появление в уходящих газах диоксинов и подобных ядовитых веществ [11].
Некоторые заводы осуществляют промышленную переработку твердых бытовых отходов в органическое сельскохозяйственное удобрение – компост. В мире разработано множество технологий использования твердых отходов, полученных после сжигания мусора. Производятся стеновые блоки, шлак для дорожных покрытий, бордюрный камень, облицовочная плитка и др. При повышенной температуре сжигания (1450-1550°С) бытовых отходов в десятки раз уменьшается количество отходов, подлежащих захоронению. Крупная пыль из уходящих газов возвращается в печь для дожита, а мелкая пыль представляет собой концентрат металлов (цинк, олово, свинец, кадмий и др.) и отправляется на предприятия цветной металлургии для переработки. Полученный в такой печи шлак экологически неопасен и по своему составу почти идеально подходит для производства строительных материалов, минеральных волокон, наполнителя для дорожных покрытий. При сжигании каждой тонны мусора на мусоросжигающих заводах вырабатывается до 400 кВт/ч энергии и одновременно уменьшается объем отходов, однако неизбежно происходит загрязнение атмосферы продуктами сжигания, и остаются большие объемы золы, которую трудно переработать, ее приходится захоранивать. Твердые бытовые отходы – комплексное сырье. Возврат ценных компонентов из отходов при хорошо налаженной переработке достигает впечатляющих результатов: возврат макулатуры в повторное производство доведен до 60-67% (Дания, Швеция, Голландия), металлолома аккумуляторов – до 80% (Япония), изношенных шин – до 90% (во всех развитых странах мира).
Дата добавления: 2017-01-08; просмотров: 3512;