8929

Утилізація вторинних енергоресурсів

Контрольная

Энергетика

Утилізація вторинних енергоресурсів Будь-які енергоносії, чи енергія у формі тепла або стиснених газів, що отримуються внаслідок основних технологічних процесів, наприклад, коксування вугілля, металургійних процесів, роботи ГТУ чи ТЕС, називаються в...

Украинкский

2013-02-20

284.5 KB

18 чел.

Утилізація вторинних енергоресурсів

Будь-які енергоносії, чи енергія у формі тепла або стиснених газів, що отримуються внаслідок основних технологічних процесів, наприклад, коксування вугілля, металургійних процесів, роботи ГТУ чи ТЕС, називаються вторинними енергоресурсами[1,2].

За видом енергії, що міститься у вторинних енергетичних ресурсах (ВЕР), вони поділяються на три групи:

• паливні ВЕР – хімічна енергія відходів технологічних процесів; будь-які  горючі матеріали: коксовий або доменний газ, продукти крекінг-процесу; шахтовий метан, відходи лісо- і деревообробки та ін.;

• теплові ВЕР – теплота скидних газів та вод, наприклад: топкові гази, вихлопи ДВЗ, ГТУ, спрацьована пара, теплота технологічних процесів, що виноситься вентиляцією;

• енергія надлишкового тиску у системах пневматики, вентиляції та теплових агрегатів.

Технології утилізації ВЕР залежать від їх якості. Якість ВЕР визначається величинами температури та надлишкового тиску. Якщо температура скидів більша від 500 – 700 °С, то використовуються котли-утилізатори для виробництва пари. При нижчих температурах 150 – 400 °С теплоту ВЕР використовують для теплофікації. Найбільша проблема з утилізацією низькопотенційного тепла t < 70 °С, якого є найбільше (біля 50%) і яке важко використати без спеціальних пристроїв і систем підвищення потенціалу (термотрансформаторів).

8.1. Техніко-економічний аналіз можливостей використання ВЕР

Ефективність використання паливних ВЕР визначається наявними технічними засобами їх утилізації – спеціалізованими котлоагрегатами для спалювання газоподібних, рідких і твердих горючих відходів. За винятком конструкції топок для твердих ВЕР [3,4], котлоагрегати для ВЕР нічим не відрізняються від інших стандартних котлових систем і тому до них застосований звичайний термодинамічний аналіз їх ефективності. Наприклад, якщо з утилізаційного котла на турбіну подається пара високих параметрів, то електроенергія, що виробляється при подачі Q тепла на турбіну, розраховується за формулою [2]

                                                              ;  (8.1)

q – питома кількість тепла(на одиницю енергії, наприклад кВт-год), що витрачається на виробництво енергії в даному турбоагрегаті.

Якщо утилізаційна установка є теплообмінником, то кількість утилізованої теплоти визначають так:

                                            ,  (8.2)

h1, h2 – ентальпія теплоносія на вході і виході з утилізаційної установки, G1, G2 – його витрата на вході і виході, β – коефіцієнт, що враховує нерівномірність навантаження утилізаційної установки, ξ – коефіцієнт втрат тепла в установці.

При утилізації енергії надлишкового тиску в електроенергію на турбоагрегаті кількість виробленої енергії визначають за співвідношенням

                                                ,  (8.3)

q – витрата енергоносія; t – час роботи утилізаційної турбіни; ΔА – питома робота (на одиницю маси енергоносія) ізоентропійного його розширення; ηі – внутрішній ККД турбіни; ηм, η2 – механічний та електричний ККД турбіни і генератора.

Економічний ефект від впровадження систем утилізації енергії розраховують за формулою, див. тему 2, п. 2.5.,

                        ,  (8.4)

В0, В – річні експлуатаційні затрати даного виробництва без та з впровадженням утилізаційної установки; Ен = 0,12 – нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень (відповідає 8,3 рокам амортизації), К0, К – обсяг капіталовкладень без та з утилізаційною установкою; Д – усереднена дисконтна ставка на капітал.

Якщо ΔЗ 0, то впровадження системи утилізації економічно обґрунтоване, в іншому випадку воно не доцільне.

Зауваження. Вираз (8.4) не враховує динаміки цін на енергоресурси та на капітал, а також нормативного коефіцієнта капіталовкладень. Він може розглядатися лише як індикаторна оцінка доцільності даних заходів з енергозбереження. Вираз для розрахунку економічної ефективності заходів з енергозбереження, що враховує динаміку цін та капіталу, представлений у п.9.2 теми 9.  

8.2. Утилізація теплоти відпрацьованої пари

Відпрацьована технологічна пара переважно має тиск 0,13 – 0,3 МПа і часто забруднена різними механічними та органічними домішками (мінеральними маслами, кислотами, окалиною та іншими частинками). Інтенсивність потоку такої пари теж нерівномірна. Використання пари для потреб теплофікації вимагає її очистки та вирівнювання витрати. Схема установки для використання відпрацьованої технологічної пари показана на рис. 1, [2]. На цьому рисунку позначено: 1 – виробничі агрегати постачальники пари; 2 – фільтр очистки пари; 3 – споживачі тепла; 4 – теплоакумулятор; 5 – сухопарник; 6 – трубопровід колектора вприску пари; 7 – зворотний клапан.

Система на рис. 7 працює так: при перевищенні тиску споживачів Р0 пара через зворотний клапан потрапляє у бак акумулятора і конденсується, передаючи тепло конденсації воді. Вода випаровується і підвищує тиск в акумуляторі Ра. Якщо тиск в акумуляторі зросте так, що Р0 < Ра, або тиск в магістралі споживачів знизиться, то пара через зворотній клапан 7 подається у магістраль живлення споживачів. При цьому продовжує випаровуватися вода в баці і охолоджена вода опускається вниз, витісняючи на поверхню перегріту нижню воду. Процес продовжується до моменту, поки Ра не стане меншим від Р0.

Ще один спосіб утилізації тепла низькопотенціальної пари показаний на рис. 2. Він реалізується на базі контактного теплообмінника і теж використовується для теплофікаційних потреб. Система на рис. 2 працює так: відпрацьована пара через центральну трубу 1 подається у нижню частину корпусу 2 і піднімається протитоком вгору назустріч холодній воді, що подається через розпилювач 4. Піднімаючись, пара конденсується на кільцях Рашінга 3, віддаючи своє тепло воді, яка виводиться через патрубок гарячої води 5. Через патрубок 6 пароохолоджувач з’єднаний з атмосферою. Температура гарячої води в такій системі 80 – 95 °С, вона цілком придатна для теплофікаційних потреб, зокрема для опалення житлових будинків.

8.3. Утилізація теплоти промислового конденсату та скидних вод

Переважно у промисловості використовується пара при тиску 0,3 – 1,5 МПа з температурою 130 – 190 °С. Якщо відпрацьована пара таких параметрів подається безпосередньо у відкритий конденсатозбірник, то з парою викидається в атмосферу 320 кДж/кг теплоти. Тому перед конденсатозбірником необхідно  обов’язково встановлювати ТО охолодження, який забезпечує зниження температури конденсату до t < 100 °C. Отримана у такий спосіб теплота використовується на технологічні потреби або для теплопостачання. Схема утилізації тепла конденсації показана на рис. 3 [3,4]. Конденсат з технологічного ТО – 1 конденсатопроводом подається на охолоджувач 3, де його температура знижується до 95 °C, а пізніше у бак збору конденсату 4. Конденсат охолоджується водою, тепло якої використовують для опалювання або для технологічних потреб.

Часто велика кількість тепла скидається в оточення разом із брудною водою, температура якої 70 – 90 °C.

Безпосередня утилізація тепла таких видів не можлива через наявні у них домішки. У таких випадках потрібна попередня їх очистка або використання таких систем, де очистка відбувається одночасно з теплопередачею. Нижче коротко описаний принцип дії двох утилізаційних установок такого типу.

1. Ежекційна установка

Її будова показана на рис. 4 [2,3]. Працює установка так. Брудні гарячі стоки подаються у ємність 1, яка з’єднана з ежектором 2. Внаслідок зниження ежектором тиску у ємності 1 вода випаровується, і пара подається споживачам 4. Концентровані та охолоджені стоки насосом 3 видаляються у каналізацію. Така система може утилізувати до 60% тепла та повернути стільки ж конденсату у технологічний цикл.

2. Вихровий генератор

У цьому пристрої використовується ефект зниження тиску і зв’язаної з цим генерації пари у приосьовій зоні водяного вихору, див. рис. 5 [2].

Парогенератор складається з циліндричного корпуса 1, що розділений горизонтальною перегородкою 2 на дві камери – вхідну 3 і вихідну 4. Забруднена гаряча рідина подається тангенціально через вхідний патрубок 5 і закручується у вихор. Відцентровими силами охолоджена рідина і важчі від неї фракції забруднень виводяться через вихідний патрубок 6, а легкі фракції та пара концентруються у приосьовій зоні і виводяться через центральну трубу 7, що виготовлена у формі сопла Лаваля. Після сепарації пари від легких фракцій домішок вона може використовуватися за призначенням. Така система не лише утилізує тепло, але і повертає у цикл до 60% очищеної води.

Зауваження. Вихровий парогенератор може також використовуватися і для випаровування чистої гарячої води, інтенсифікуючи процес тепловіддачі та парогенерації. Якщо ж вода забруднена важчими від неї домішками, то результат роботи вихрового парогенератора еквівалентний ежекційній установці: в обох випадках відбувається ефективна тепловіддача та очистка частини забруднених вод (концентрація і зменшення скидів).

8.4. Утилізація теплоти вентиляції та сушарок

Часто деякі виробничі приміщення мають надлишок тепла, а у деяких, особливо взимку, його не вистачає. У таких випадках доцільне використання систем рекуперації тепла вентиляції [4,6]. Схема такої системи показана на рис. 6. Основною її частиною є рекупераційний теплообмінник або теплотрансформатор. У першому випадку використовують обертовий теплообмінник або систему теплових труб, а у другому – теплову помпу. Остання може значно підвищувати потенціал теплоти і регенерувати до 85% тепла вентиляційних викидів. Принцип роботи схеми рекуперації зрозумілий з рис.6.  Свіже холодне повітря підігрівається  у системі рекуперації і лише після цього попадає у систему кондиціювання.

Декілька слів про принцип роботи теплових труб (ТТ) [5,6], див. рис.7. Це пристрій для інтенсифікації теплопередачі. Теплоносієм у ТТ є двофазне середовище – рідина та її пара. Працює теплова труба так.                       

Рідина на нижньому (гарячому) кінці труби поглинає тепло ΔQ1 при температурі Т1 і випаровується, піднімаючись вгору, до холодного кінця ТТ, який знаходиться при температурі Т2 < Т1. В цій зоні пара конденсується, віддаючи тепло ΔQ1, і самопливом опускається вниз. Інтенсивність теплопередачі за однакових умов між рівнями з температурами Т1 та Т2 за допомогою ТТ значно вища від інших відомих  способів.

Задачу, подібну до рекуперації тепла вентиляційних викидів, доводиться вирішувати при утилізації тепла сушарок, див. рис. 8. Проблема в тому, що задля ефективної їх роботи вологість рециркульованого повітря не можна підвищувати більше заданої величини. Це призводить до того, що частину вологого повітря необхідно викидати в атмосферу разом з теплом, що є у ньому, а його заміщати сухим і холодним. Щоб уникнути втрат тепла у скидному повітрі, використовують рекуператори тепла у вигляді теплових помп або труб. Для утилізації теплоти пароутворення вологого повітря доцільно його охолоджувати до температури, нижчої від точки роси для даної вологості. Використання системи рекуперації тепла сушарок дозволяє знизити енергоємність процесу сушки на 10 -17%.

В даній лекції ми розглянули декілька найпоширеніших випадків утилізації вторинних енергетичних ресурсів. Проте ними не вичерпуються можливі ситуації в які ви можете потрапити у житті. На кожному виробництві працівник, що відповідає за раціональне використання енергоресурсів, повинен детально проаналізувати всі канали втрат енергії, прорахувати економічну доцільність їх ліквідації і запропонувати керівництву інвестиційні проекти з енергозбереження.

8.5. Питання для самоконтролю    

1. Що таке вторинні енергоресурси? За яким принципом  вони  класифікуються ?

2. Поясніть, за яких умов впровадження заходів з утилізації ВЕР є економічно виправданими? Яка інформація необхідна для оцінки економічної ефективності цих заходів?

3. Опишіть способи утилізації відпрацьованої пари на базі контактних ТО. В чому перевага контактних ТО?

4. Як можна утилізувати тепло скидних вод, одночасно забезпечуючи їх очистку та повернення у технологічний цикл?

5. Поясніть принцип роботи ежекційної системи рекуперації тепла?

6. Опишіть принцип роботи вихрового парогенератора. Чому цей пристрій ефективний для рециркуляції тепла і очистки води одночасно?

7. Намалюйте та поясніть принцип роботи рекупераційних установок для тепла вентиляції та сушарок. Що спільного у цих двох випадках та чим вони відрізняються?

8. Що таке теплова труба? Поясніть принцип її роботи та переваги перед іншими способами теплопередачі.

8.6. Рекомендована література

1. Ковалко М.П., Денисюк С.П. Енергозбереження – пріоритетний напрямок державної політики України. Київ: УЕЗ, 1998. – 506 с.

2. Алабовский А.Н., Константинов С.М., Недужий И.А. Теплотехника. Київ: Вища школа, 1986. – 255 с.

3. Теплотехника. Ред. В.И. Крутова. – М.: Машиностроение, 1986. – 432 ст.

4. Теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. Кн. 4. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Ред. В.А. Григорьев,  В.М. Зорин. М.: Энергоатомиздат, 1989. – 558 с.

5. Мхитарян Н.М. Энергосберегающие технологии в жилищном и гражданском строительстве. Київ: Наукова думка, 2000. – 420 с.

6.  Вознесенский А.А. Повышение эффективности установок промышленной теплотехники. М.: Энергия, 1965. – 343 с.


Рис.1.
Установка з теплоакумуляторм для утилізації тепла відпрацьованої пари.

Рис.2. Схема контактного пароохолоджувача.

Рис.3. Схема утилізації теплоти конденсату.

Рис.4. Схема ежекційного утилізатора тепла.

Рис.5. Схема вихрового парогенератора.

Рис.6. Схема утилізації тепла вентиляційних викидів; 1 – рекуператор; 2 – кондиціонер; 3 – калорифер; 4 – вентилятор; 5 – приміщення, що вентилюється.

5

Охолоджене

овітря

Свіже

холодне

повітря

3

2

4

1

5

Свіже

холодне

повітря

3

2

4

1

Рис.7. Схема роботи теплової труби.

Рис.8. Схема потоків повітря в сушарні.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47445. Филогенез систем органов хордовых. Наружные покровы. Опорно-двигательный аппарат 59 KB
  Онтогенез покровов млекопитающих и человека отображает их эволюцию по типу архаллаксиса. Онтогенез осевого скелета человека рекапитулирует основные филогенетические стадии его становления: в периоде нейруляции закладывается хорда заменяющаяся впоследствии хрящевым а затем и костным позвоночником. Нарушение онтогенеза осевого скелета у человека может выразиться в таких атавистических пороках развития как несрастание остистых отростков позвонков в результате чего формируется spin bifid дефект позвоночного канала. зародыш человека обладает...
47446. Филогенез систем органов хордовых. Пищеварительная система. Дыхательная система. Кровеносная система 85 KB
  Из спинной аорты кровь через систему капилляров возвращается по венам в брюшную аорту. По выносящим жаберным артериям кровь поступает в корни спинной аорты расположенные симметрично с двух сторон тела. Таким образом несмотря на простоту кровеносной системы в целом уже у ланцетника имеются основные Магистральные артерии характерные для позвоночных в том числе для человека: это брюшная аорта преобразующаяся позже в сердце восходящую часть дуги аорты и корень легочной артерии; спинная аорта становящаяся позже собственно аортой и сонные...
47447. Филогенез систем органов хордовых. Мочеполовая система. Центральная нервная система. Эндокринная система 90.5 KB
  Образование головного мозга называют цефализацией. Совместная эволюция органов чувств и головного мозга приводит к возникновению динамических координации между обонятельными рецепторами и передним мозгом зрительными и средним слуховыми и задним. Внутри головного и спинного мозга расположена общая полость соответствующая невроцелю. В спинном мозге это спинномозговой канал а в головном желудочки мозга.
47448. Антропогенез 83.5 KB
  Место человека в системе животного мира 2. Методы изучения эволюции человека 3. Адаптивные экологические типы человека 4. Место человека в системе животного мира Неограниченный прогресс в эволюции живой материи проявился в возникновении человека как биосоциального существа.
47449. Общая экология. Основные понятия экологии 45 KB
  Факторы среды и адаптации к ним организмов. Среды жизни и адаптации к ним организмов 5. Связи организмов в экосистемах 1. Геккелем для обозначения науки изучающей о взаимоотношения организмов со средой обитания.
47450. Общая экология. Виды биологических ритмов 42 KB
  Динамика и развитие экосистем. Динамика экосистем 2. Динамика и развитие экосистем. Динамика экосистем Любая экосистема приспосабливаясь к изменениям внешней среды находится в состоянии динамики.
47451. Биология как наука. Общая характеристика жизни 44.5 KB
  Общая характеристика жизни. Общая характеристика жизни. Развитие представлений о сущности жизни. Определение жизни.
47452. Клетка – элементарная биологическая система 117 KB
  Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Исходя из предположения о схожести гомологичности растительных и животных клеток доказываемой одинаковым механизмом их возникновения Шванн обобщил многочисленные данные в виде теории согласно которой клетки являются структурной и функциональной основой живых существ. Ему принадлежит вывод о том что клетка может возникнуть лишь из предсуществующей клетки. Выдающаяся роль клетки как первоисточника жизни обусловливается тем что именно она является биологической единицей с помощью...
47453. Изменчивость и ее формы 41.5 KB
  Изменчивость и ее формы. Изменчивость как свойство живых систем Модификационная изменчивость. Наследственная генотипическая изменчивость