Распределение теплоты между потребителями, сосредоточенными на территории промышленного предприятия

Вторичные энергетические ресурсы теплотехнологии

В промышленных теплотехнологиях обычно образуются ВЭР следующих видов: горючие, тепловые или избыточного давления.

Горючие ВЭР представляют собой отходы технологии, которые могут использоваться в топочных процессах, замещая природное топливо. Преимущественно это горючие газы, образующиеся в различных технологических агрегатах - доменных, коксовых и сажевых печах, в колоннах разделения углеводородов нефтехимических производств и Т.п. К ВЭР такого вида относятся также и сырьевые отходы: щепа, древесная стружка, опилки, смолы и пр. В последнем случае следует различать энергетическую и технологическую утилизацию отходов, когда они потребляются не как топливо, а как исходный материал для производства технологической продукции, например прессованных древесно-стружечных плит, брикетов и т.п. При технологической утилизации сырьевые отходы нельзя учитывать как энергетический ресурс, поскольку они не участвуют в общем топливно-энергетическом балансе предприятия.

Горючие ВЭР обычно используются в качестве топлива, замещая природные топливные ресурсы. Часто потоки горючих ВЭР имеют высокую температуру. Для комплексного использования горючей составляющей ВЭР и содержащейся в них теплоты с целью выработать полноценные энергетические ресурсы разработаны специальные конструкции котлов-утилизаторов с встроенными топками.

Тепловые ВЭР образуются в процессах:

охлаждения технологических, побочных и отбросных продуктов производства, которые могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии;

отвода теплоты конструктивных элементов, в том числе теплоты экзотермических химических реакций и т.п.

Возможность эффективного использования тепловых ВЭР непосредственно зависит от их температуры. Однако основная доля таких ВЭР образуется в средне- и низкотемпературных процессах (табл. 1.8). Их использование на предприятии ограничено и связано со значительными материальными затратами на дополнительное оборудование и организацию утилизационных систем. Часто затраты оказываются соизмеримыми с экономическим эффектом энергосберегающего мероприятия, поэтому выбор окончательного решения, направленного на утилизацию ВЭР, производится на основе технико-экономического анализа с учетом перспектив развития топливно-энергетического баланса предприятия.

Таблица 1.8

Потребители	Общее потребление пара и горячей воды, %	Температурный уровень тепловосприятия
до 150 ^0С	более 150 ^0С
Технологические
Отопительно-вентиляционные			-
Горячего водоснабжения		]0	-
Всего

Промышленные производства характеризуются разнообразием технологических процессов и установленного оборудования, что приводит к образованию ВЭР различных параметров и физико-химического состава. Состав и параметры вторичных тепловых энергоресурсов могут изменяться в зависимости от режима работы технологической установки - источника ВЭР, качества исходного сырья и многих других факторов. Соответственно изменяются теплоемкость и удельная энтальпия потоков тепловых ВЭР.

Если при определении экономии топлива за счет утилизации горючих ВЭР не возникает особых сложностей, то при определении эффективности использования тепловых ВЭР возникают трудности методического характера. В частности, при определении располагаемого количества теплоты ВЭР на утилизационную установку (УУ) необходимо решить, какая температура будет выбрана в качестве уровня отсчета: температура окружающей среды t_о.с или экономически оптимальная температура теплоносителя на выходе из УУ (t”_опт).

Пример. Технологический газообразный продукт имеет температуру t _д._г = 500 ⁰С. Содержащаяся в нем теплота может быть использована в котле-утилизаторе (КУ) для выработки пара или горячей воды.

1. Располагаемое количество теплоты на КУ относительно t_о.с определяется соотношением, кВт,

,

где G_д.г = 10 - расход технологических газов, кг/с; с_д.г = 2,21 - теплоемкость газов, определенная при t _д.г кДж/(кг*⁰С); с^о.с_д.г= 2,09 - теплоемкость газов, определенная при t _о.с t _д.г кДж/(кг*⁰С). Таким образом

Q_КУ = 10*(500*2,21 – О*2,09) = 11050.

2. Располагаемое количество теплоты на КУ относительно t _опт” определяется соотношением, кВт,

где с_д.г^опт = 2,10 - теплоемкость газов, определенная при t _опт”, кДж/(кг*⁰С).

Экономически оптимальная температура газов на выходе из КУ t _опт” = 150 ⁰С. Тогда

Q _КУ = 10*(500*2,21 – 150*2,1) = 7900.

Как видно из примера, расхождение значений располагаемой теплоты в КУ составляет 30 %.

При определении выхода ВЭР следует руководствоваться оптимальным технически осуществимым режимом охлаждения потока ВЭР, Т.е. производить вычисления относительно t _опт”. Для того чтобы избежать неоднозначности в расчете показателей эффективности работы котлов-утилизаторов высокотемпературных технологических установок, выход ВЭР определяют не по температуре уходящих газов, а по полной энтальпии вырабатываемого энергоресурса - водяного пара.

Еще одной проблемой при расчете энергоэкономической эффективности утилизационных мероприятий является учет их влияния на режим работы внешних централизованных источников теплоснабжения - котельных или ТЭЦ. При проектировании промышленных предприятий поиск режима оптимального взаимодействия нескольких источников теплоты производится на основе математического моделирования или при помощи расчетных методик. На практике режим их работы может существенно отличаться от оптимального, так как структура технологических систем и энергетического хозяйства предприятия с течением времени изменяется. Изменяются и их режимные параметры. Следствием отклонения параметров системы от оптимальных значений является рост затрат топлива и прочих энергетических ресурсов. Например, внедрение утилизационных мероприятий приводит к снижению нагрузки централизованных источников теплоты и соответственно экономии топливно-энергетических ресурсов. Однако теплогенераторы заводской ТЭЦ или котельной, рассчитанные на отпуск теплоты высоких параметров, будут работать с перерасходом топлива, и суммарный эффект существенно снизится.

ВЭР избыточного давления могут быть использованы в силовых процессах, например в газовых турбинах для выработки электрической энергии, или совершения механической работы.

В настоящее время на промышленных предприятиях ВЭР такого типа практически не используются, так как обычно они имеют невысокие параметры, а силовое оборудование рабочих потоков таких параметров отечественная промышленность не выпускает.

Объемы образующихся ВЭР на промышленных предприятиях значительны (см. табл. 1.1). Однако из них в действительности используются лишь 40÷60 %. Основными причинами этого являются:

неравномерность их выхода;

необходимость резервирования тепловой энергии и установки буферного оборудования, сглаживающего возникающие дисбалансы графика теплопотребления;

высокие материальные затраты на создание разветвленной утилизационной системы, объединяющей множество элементов оборудования - источников и потребителей ВЭР, которые не всегда окупаются.

ВЭР, использование которых экономически нецелесообразно, не учитываются и сбрасываются в атмосферу, загрязняя окружающую среду.

Дата добавления: 2014-01-05