Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Основы энергосбережения

Подождите немного. Документ загружается.

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

Окончание табл. 13.5

1 2 3

Горючее и техно-

логическое сырьё (на

предприятиях метал-

лургической, дерево-

обрабатывающей, тек-

стильной, пищевой и

других отраслях про-

мышленности)

Пар для обслужи-

вания технологиче-

ских силовых (в моло-

товых, прессовых и

штамповочных агре-

гатах) и нагреватель-

ных процессов

Горячая вода для бы-

тового теплопотреб-

ления

Электроэнергия, об-

служивающая сило-

вые, термические и

осветительные про-

цессы

Горючие твёрдые и жидкие Q

= 41,87 МДж/кг

отходы производства

р1. Отработавший производ-

о.п

= 1,3 – 1,5 атм

ственный пар

р2. Вторичный производст-

в.п

= 1 атм

венный пар

t < 100 °С 3. Конденсат пара, исполь-

зуемого для нагревательных

целей (горячая сливная вода)

t < 100 °С 4. Внутренние тепловыде-

ления в производственных

помещениях

t < 50 °С Сливная загрязненная вода

t < 100 °С Внутренние тепловыделения

в производственных поме-

щениях

t < 100 °С Сливная нагретая вода про-

изводственных агрегатов

Таблица 13.6

Характеристика вторичных энергетических ресурсов электростанций

Качественные параметры

энергоресурсов

ВЭР

1. Тепловые электростанции

Нагретая охлаждающая вода конденсационных уст-

t ≤ 25 – 30 °С

ройств турбин

Отходящие дымовые газы котлоагрегатов

o.r

≥ 100 °C

Отходящие газы и нагретая охлаждающая вода газо-

o.r

≥ 100 °C

турбинных электростанций

Нагретая охлаждающая вода из системы охлаждения

t > 25 – 30 °C

электрических генераторов

2. Гидроэлектростанции

Нагретая охлаждающая вода из системы замкнутого

t >25 – 30 °С

охлаждения электрических генераторов

Нагретый воздух из системы разомкнутого воздуш-

ного охлаждения электрических генераторов

t ≤ 60 – 65 °С

388

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

Выполним расчет выхода и фактической выработки ВЭР для метал-

лургического завода с полным технологическим циклом.

Состав основного оборудования:

− Аглофабрика с двумя аглолентами, площадь спекания 80 м

. Воз-

можная мощность по агломерату 1140 тыс. т/год.

− Доменный цех с тремя работающими домнами с суммарным объе-

мом 620 м

. Производство чугуна 500 тыс. т/год.

− Мартеновский цех с четырьмя мартеновскими печами. Объем произ-

водства до 900 тыс. т стали в год.

− Прокатное производство, в составе которого имеются три нагрева-

тельные печи. Объем обрабатываемого металла 600 тыс. т/год.

Фактическая выработка ВЭР составила:

− Горючие ВЭР (доменный газ) – 112 000 т у.т./год.

− Тепловые ВЭР (пар) – 53 500 т у.т./год.

Расчет выполним по укрупненным показателям выхода и использо-

вания ВЭР на заводе черной металлургии [45], а также с учетом данных

табл. 13.3.

• Удельный выход горючих ВЭР в доменных печах примем 3800 м

[45] доменного газа на 1 т чугуна при теплоте сгорания газа 4187 кДж/м

Следовательно, выход горючих ВЭР составит

(3800 · 4187) : 29310 ≈ 540 кг у.т./т чугуна.

• Удельный выход тепловых ВЭР в мартеновских печах (физиче-

ская теплота дымовых газов и испарительное охлаждение конструкций пе-

чи) составляет около 0,37 Гкал/т стали (53 кг у.т./т стали) – табл. 13.3.

• Удельный выход тепловых ВЭР в нагревательных печах (физиче-

ская теплота дымовых газов) составляет около 0,1 Гкал/т (14 кг у.т./т) –

табл. 13.3.

389

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

Возможная выработка ВЭР составит при указанных выше номиналь-

ных объемах производства металла (13.4):

− доменный газ: 0,54 · 500 000 = 270 000 т у.т./год;

− тепловая энергия:

0,053 · 900 000 + 0,014 · 600 000 = 56 100 т у.т./год.

Итоги деятельности металлургического завода

Выработка ВЭР, т у.т.

Соотношение вы-

работки ВЭР, %

Выход ВЭР

возможная фактическая

Горючие 270 000 112 000 41,5

Тепловые 56 100 53 500 95,3

Общий объем

ВЭР

326 100 165 500 50,7

Фактическое использование ВЭР составило половину возможного их

выхода по заводу.

13.5. Определение экономии топлива за счет

использования ВЭР

Экономия топлива в целом зависит от направления использования

ВЭР и схемы энергоснабжения предприятия, где они используются. Разли-

чают направления: тепловое, электроэнергетическое, топливное и комби-

нированное.

При тепловом направлении использования и раздельной схеме энер-

госнабжения предприятия экономию топлива В , т у.т., определяют по

эк

формуле

В = b

эк з

· Q

= b · Q · δ, (13.8)

з т

где b

– удельный расход топлива на выработку теплоэнергии в замещае-

мой котельной установке, т у.т./ГДж (Гкал); Q

– использование тепловых

ВЭР, ГДж (Гкал); Q – выработка тепловой энергии за счет ВЭР в утилиза-

390

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

ционной установке, ГДж (Гкал); δ – коэффициент использования тепловой

энергии, выработанной за счет ВЭР.

При использовании ВЭР для получения холода в абсорбционных хо-

лодильных установках экономию топлива можно определить по формуле

(13.8), подставляя вместо Q количество выработанного холода Q

и х

, делен-

ное на холодильный коэффициент:

В = b

эк з

· Q

/ε. (13.9)

При электроэнергетическом направлении использования ВЭР эко-

номия топлива равна, кг у.т. (т у.т.):

В = b

эк з

· W, (13.10)

где b

– удельный расход топлива на выработку электроэнергии в замещае-

мой электростанции, кг у.т. (т у.т.)/ кВт·ч; W – выработка электрической

энергии, кВт·ч.

При топливном направлении использования горючих ВЭР экономия

топлива определяется из выражения

В = В

эк и

· η

ВЭР

/η . (13.11)

Здесь В

– величина использования горючих ВЭР, т у.т.; η

ВЭР

– КПД

топливоиспользующего агрегата при работе на горючих ВЭР; η

– КПД то-

го же агрегата при работе на первичном топливе.

Исходя из расчетов экономии топлива за счет использования ВЭР

определяется коэффициент утилизации ВЭР, характеризующий степень

использования отдельных видов ВЭР на предприятии, в холдинге, по горо-

ду, области, отрасли промышленности и т.д.

Обобщенная схема расчетов экономии топлива при использовании

ВЭР представлена на рис. 13.4.

391

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

Рис. 13.4. Схема расчета экономии топлива за счет использования

вторичных энергоресурсов

Однако приведенная выше схема расчетов не дает возможности

сравнения мероприятий по их эффективности. Оценку их инвестиционной

эффективности можно провести по следующей формуле [47]:

ЗР + З

< В

эк

Ц,

где З – затраты на осуществление мероприятий, руб.; Р – уровень рента-

Источники образования ВЭР

Виды ВЭР и их выход

Горючие Топливные Избыточного давления

г р

= mQ

= mΔhП Q

= mlП

Направления использования

Топливное Тепловое Комбинированное Электроэнергетическое

Выработка энергии за счет ВЭР

Холода Теплоэнергии Электроэнергии

Использование энергоносителей, полученных за счет ВЭР

Топлива Холода Теплоэнергии Электроэнергии

B Q

и x

Экономия топлива в результате использования

за счет ВЭР энергоносителей

В b (Q b Q b W

(η /η

вэр т

)

з x

/ε)

з т з

392

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

бельности производственных фондов; З

– эксплуатационные расходы при

использовании данного мероприятия (условно-постоянные, без стоимости

затрат энергии), руб.; В – возможная экономия топлива после внедрения

эк

мероприятий, отнесенная к первичному топливу, т(м

); Ц – цена данного

вида топлива, руб. (т/м

По разности В Ц – (3Р+З

эк э

) можно оценить возможную прибыль и

провести сравнение вариантов по их эффективности.

В табл. 13.7 приведены обобщенные показатели использования ВЭР

в некоторых отраслях промышленности [46].

Таблица 13.7

Возможное повышение степени использования вторичных энергоресурсов

Агрегаты – источники Возможная экономия

Мероприятие

ВЭР топлива, энергии

1 2 3

Нефтеперерабатывающая промышленность

Трубчатые печи

20 – 50 тыс. ккал/т

Утилизация тепла уходящих газов печей

сырья

Использование тепла конденсации паров

Установка ГФУ-82 бутановой и изобутановой колонн для 82 тыс. Гкал/год

нагрева низа изобутановой колонны

ЛГ-35/11-300 (катали- Обогрев низа колонны теплом бензино-

5,3 тыс. Гкал/ч

тический риформинг) вой фракции

Машиностроение

Нагревательные печи

(производительностью

Утилизация физического тепла уходящих

Топливо –

газов при помощи котлов-утилизаторов,

до 20 – 25 %

300 – 20000 кг/ч) подогревателей воздуха

Термические печи

(производительностью

Утилизация физического тепла уходящих

Топливо –

газов при помощи котлов-утилизаторов,

до 15 – 20 %

150 – 9000 кг/ч) подогревателей воздуха

До 50 % от теплоза-

Нагревательные и Использование тепла уходящих газов для

трат на тепловые за-

термические печи нагрева воздуха тепловых завес

весы

393

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

Продолжение табл. 13.7

1 2 3

Утилизация тепла отработанного пара в

Паровые прессы и мо- Теплоэнергия – до

утиль-бойлерных, отопительных установ-

лоты 75%

ках

Промышленность строительных материалов

Внедрение термосифонных котлов- утили-

50 – 70 т у.т./год на

Стекловаренные печи заторов (ТКУ) за печами небольшой мощ-

один котел

ности

Внедрение котлов-утилизаторов типа

2 – 33 тыс. т у.т./год

Стекловаренные печи Г-1030Б, Г-345, КУ-16, КУ-40 за крупными

на один котел

печами

Внедрение утилизационных водонагрева-

190 – 170 т у.т./год

Стекловаренные печи телей НИИСТа теплопроизводительностью

на одну установку

0,3 – 1,1 МВт

Использование тепла уходящих газов при Снижение удельного

Вращающиеся печи

для обжига керамзита

снижении их температуры с 600 до 300 °С расхода топлива на

для подогрева дутьевого воздуха 34 %

Туннельные печи для

обжига глиняного

кирпича

Снижение удельного

Использование тепла уходящих газов для

расхода топлива на

сушки кирпича

15 – 20 %

Автоклавы для про-

Перепуск пара из одного автоклава в дру-

парки силикатного Тепло – 23 %

гой

кирпича

Щелевые и роликовые Использование тепла уходящих газов для

0,3 – 0,5 кг у.т./м

печи для обжига нагрева воды

Пищевая промышленность

Агрегаты непрерывно-

го разваривания крах-

225 т у.т./год на одну

малистого сырья про- Внедрение утилизатора тепла экстрапара

установку

изводительностью

3000 дал /сут

Дефлегматоры браго-

ректификационных Внедрение комплекса аппаратов для ути- 136 т у.т./ год на од-

установок

3000 дал/сут

лизации тепла дефлегматорной воды ну установку

Внедрение термосифонных подогревателей

Выпарные станции

спиртового цеха

для подогрева спиртовой бражки за счет 9 Гкал/ч

тепла кислого конденсата

Брагоректификацион-

Внедрение пароинжекционных установок

ные установки произ-

водительностью 3000

дал/сут

для утилизации тепла барды и лютерной 42 т у.т./год

воды

394

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

Окончание табл.13.7

1 2 3

Пивобезалкогольная отрасль

Солодосушилки про-

Использование тепла отходящих газов от 30 т у.т./тыс. т на

изводительностью

20 т/сут

топок солодосушилок одну установку

Использование тепла отходящей воды в

Охладители cуcла 62 т у.т./млн. дол.

технологическом процессе

Масложировая отрасль

Линия экстракции

Использование тепла горячего масла

масла производитель-

ностью

500 – 1000 т/сут

от дистиллятора 3-й ступени для подогрева 95 т у.т./год

воды

Линия гидрогенизации Использование тепла саломаса после гид-

20 т у.т./год

жиров рогенизации для нагрева жиров и масел

13.6. Принципиальные схемы использования низкопотенци-

альной теплоты

Балансовые соотношения для определения удельных объемов выхода

ВЭР приведены в разд. 13.4. Возможные схемы использования отработан-

ного пара для теплофикации и выработки электроэнергии приведены на

рис. 13.5, 13.6.

Рис.13.5. Схема использования отработанного пара в поверхностном

подогревателе: 1 – маслоуловитель; 2 – аккумулятор; 3 – поверхностный

теплообменник; 4 – питательный насос

395

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

Рис. 13.6. Схема комплексного использования отработанного

производственного пара:

1 – очиститель пара; 2 – турбина; 3 – электрогенератор

Заслуживает внимания использование вторичного пара, который по-

лучается либо в результате вторичного вскипания перегретой воды при

расширении ее от давления р

до р

(р

< р

), либо в выпарных установках

при кипении каких-либо растворов. Поскольку вторичный пар в зависимо-

сти от способа его получения имеет р = 0,15 – 0,7 МПа и выше, то утили-

зация его целесообразна.

На рис. 13.7 и 13.8 представлены схемы получения пара вторичного

вскипания. Нагретая вода из котла, или вода непрерывной продувки (рис.

13.7), или вода из системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания

(ДВС) после дополнительного подогрева в котле-утилизаторе (рис. 13.8)

направляется в сепаратор, где при снижении давления получается вторич-

ный пар, используемый для технологических целей, а оставшаяся горячая

вода используется для нагрева теплоносителя в теплообменнике.

396

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 13. Вторичные энергетические ресурсы

Рис. 13.7. Схема получения пара вторичного вскипания из воды

непрерывной продувки котлов: 1 – котел; 2 – сепаратор;

3 – поверхностный теплообменник

Рис. 13.8. Схема получения пара вторичного вскипания из воды системы

высокотемпературного охлаждения двигателя внутреннего сгорания:

1 – двигатель; 2 – сепаратор; 3 – поверхностный теплообменник;

4 – циркуляционный насос; КУ – котел-утилизатор

Представляет интерес использование теплоты конденсата, нагретой

производственной и бытовой сливной воды, вентиляционных выбросов.

Одна из возможных схем использования нагретой производственной

воды представлена на рис. 13.9.

397