7.3. Классификации и направления использования вторичных энергетических ресурсов вэр

Основной целью при использовании ВЭР является экономия затрат общественного труда и топлива.

Под ВЭР понимается энергетический потенциал продукции, отходов побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах, установках, процессах, которые не используются в самом агре­гате. по могут быть частично или полностью использованы для энерго­снабжения других агрегатов. К ВЭР не относятся энергетические отходы, которые используются в самом агрег ате - источнике ВЭР за счет регенера­ции теплоты.

Под энергетическим потенциалом понимается наличие в указанном продукте определенного запаса энергии (химически связанной теплоты, физической теплоты, потенциальной энергии избыточного давления).

ВЭР по своим техническим характеристикам и ценностной значимо­сти могут быть разделены на три основные группы:

горючие (топливные) это химическая энергия газообразных, жид­ких или твердых отходов, непригодных для дальнейшей технологической переработки, технологических агрегатов металлургической, нефтеперера­батывающей. химической, целлюлозно-бумажной и других отраслей про­мышленности; в качестве горючих ВЭР в настоящее время используются доменный и коксовый газы, отходящий газ сажевых печей, окпсь- углсродная фракция в производстве аммиака, горючие газы нефтехимиче­ской и химической отраслей, пыль пылсугольных брикетов, древесная пыль, упаренный сульфатный щелок, сжигаемый в содорегснсрациониых котлах целлюлозно-бумажной отрасли и др.;

тепловые — физическая теплота отходящих газов технологических агрегатов; физическая теплота основной, побочной, промежуточной про­дукции и отходов основного производства; теплота рабочих тел систем "Рииудительного охлаждения технологических агрегатов и установок; те­плота горячей воды и пара, отработанных в технологических и силовых Уст ановках; сюда же относится попутная выработка теплоты в виде пара и горячей воды в технологических и энерготехнологических агрегатах; к те-

107

пловым ВЭР относят уходящие тазы печей, котлоатрегатов, теплоту раска- ленного кокса, нагрева металлов; теплоту отработанного пара в прессах молотах и другое; тепловые ВЭР могут быть разделены на низко- и высо- копотснпиалы 1ыс; низкопотенциальные ВЭР имеются практически на всех предприятиях, высокопотенциальпые ВЭР характерны, в основном, для энергоемких отраслей;

избыточного давления — это потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточным давле­нием, которое необходимо снижать перед последующей ступенью исполь­зования этих [ азов и жидкостей или при выбросе их в окружающую среду; к этим ВЭР относят сжатые колошниковые газы доменных печей, газы, уходящие из регенераторов каталитического крекинга и термокомпактного коксования.

ВЭР каждой из этих групп могут быть классифицированы по источ­никам их образования. Например, теплота уходящих газов от мартенов­ских печей, нагревательных печей, трубчатых печей нефтепереработки и

т.д.

В зависимости от вида и параметров ВЭР различают следующие на­правления их использования:

топливное — непосредственное использование горючих ВЭР в ка­честве топлива;

тепловое — использование теплоты, получаемой, в качестве B'JP или вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках; выработ­ка холода;

силовое — использование механической и электрической энергии, вырабатываемой в утилизационных установках (или станциях);

комбинированное — получение электрической и тепловой энер­гии одновременно за счет использования ВЭР в утилизационных установ­ках или ТЭЦ по теплофикационному циклу.

Использование горючих (топливных) ВЭР в настоящее время состав­ляет 90—95%. Значительная их часть применяется в качестве котсльно- печного топлива, сжигается в технологических установках, используется для получения электрической и тепловой энергии в котельных и электро­станциях предприятий. Однако для их использования необходима разра­ботка специальных горелочных усфойств для сжигания низкокалорийных и забалластированных горючих ВЭР. В перспективе потери горючих ВЭР будут па уровне технологически неизбежных.

Использование тепловых ВЭР в настоящее время составляет л сред­нем 30—40% от возможной утилизации тепловых ВЭР, образующихся в промышленности. Низкое использование тепловых ВЭР обусловлено не­достаточным оснащением утилизационным оборудованием, отсутствием на предприятиях потребителей низкопотепциальной теплоты. Использо­вание тепловых ВЭР по отраслям промышленности неодинаково. На 1985 г. использование ВЭР по отраслям промышленности составило:

А, = GCi^i + a₂k_l2 + ... + а„к,„ ; (2.L 30

т„ = Т_11Х + т_нс. (3.2) 37

у ,= N/N„, (3.19) 41

г 58

Увеличение использования низкопотсициальпых тепловых ВЭР воз­можно за счет использования теплоты уходящих газов с температурой, ме­нее 300°С; теплоты вентиляционных выбросов, потери с которыми состав­ляют значительную величину; теплонасосных установок парокомпрессор- ного типа для преобразования низкопотепциальной теплоты окружающей среды в тепловую энергию более высокой температуры. Возможный ко­эффициент утилизации тепловых ВЭР в перспективе составит -67%. Рас­пределение использования ВЭР по основным теплоиспользующим отрас­лям промышленности (млн. т у. т.) приведено в табл.7.1.

Для освоения ВЭР, как правило, требуются большие капитальные вложения, связанные со стоимостью утилизационных установок. Удельные капитальные вложения в эти устройства достигают 40—65 руб/т (в це­нах 1990г.) сэкономленного условного топлива, но они в 2—3 раза ниже Удельных капитальных вложений в добычу и транспорт топлива. Срок окупаемости капитальных вложений в утилизационные установки состав­ляет 2—3 года. Эксплуатационные расходы на производство энергии в Утилизационной установке также ниже, чем в энергетической установке.

Таблица 7.1.

Использование ВЭР в энергоемких, отраслях промышленности по пятилеткам

Виды И"!!)	Фактическое использование					Планируемое использований
п Л	9-я	10-я ]		11-я		12-я
					Черпая металлургия
Горючие	115.60	126,90			137,30	147,40
Тепловые	25,10	32,60			41,00	51,19
Всего	140,70	159,60			178,30	198,50
					I [ветная металлургия
Горючие	0,06	0,25			0,49	0,57
Тепловые	1,54	2,76			5,70	8,76
Всего	1,60	3,01			6,19	9,33
		Химическая промышленность
Горючие	3,06	5,09			8,43	11,59
Тепловые	17,50	25,60			41,55	52,85
Всего	20,56	30,69			49,98	64,00
			Газовая промышленность
Горючие	0,50	1.40			2,15	2,15
Тепловые	0,50	4,30			6,!0	8,95
Всего	1,00	5,70			8,25	11,10
	Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность
Горючие	11,75	21,10			32,00	42,00
Тепловые	8,50	15,90			25,80	37,32
Всего	20.25	37,00			57,80	79,32
		ЦсллюлозЕЮ-бумажная промышленность
1 орючис	9,18	13,50			16,90	21,70
					Машиностроение
Тепловые	0,53 |	0,75			1,115	1,35
		Промышленность строительных материалов
Тепловые	0,045	0,16		0,375		0,685 __
Итого всех	193,87	249,86		318,91		385,99
ВЭР						■

7.4. Выход и возможное использование ВЭР

Выход и возможное использование ВЭР могут рассчитываться как удельные, так и полные.

Удельные показатели рассчитываются на единицу продукции основ­ного производства, на единицу времени (1ч) работы агрегата-источника ВЭР, на единицу расхода сырья (топлива) в случае выпуска нескольких видов продукции.

Энергетический потенциал энергоносителя определяется низшей теп­лотой сгорания Qn ^р (для горючих ВЭР), перепадам энтальпий Ai (для те­пловых ВЭР), работой изоэнтроппого расширения I (для ВЭР избыточного давления).

Удельный выход ВЭР определяют по следующим формулам:

Для горючих ВЭР

q'_B._jp=m^r_B)p-Q_H ^г (7.3)

или

b^r_B3p=m^r_B,_p-Q_M^p / Q_y (7.4)

где т_Юр — удельный выход энергоносителя в виде твердых, жидких, га­зообразных продуктов (кг, т, м³), величина которого определяется из рас­чета материального баланса агрегата-источника ВЭР по его энерготехно- логичсским характеристикам, регламентам производства, показателям со­ответствующих приборов; Qy—-теплота сгорания условного топлива.

Низшая теплота сгорания ВЭР Q„ ^р определяется экспериментальным путем или по формулам, в зависимости от элементного состава ВЭР.

Для тепловых ВЭР

Ч^т»эр=т^тюр- Ai = m'm_P(C|t| - Colo) (7.5)

где tj ,to—температура энергоносителя при выходе из агрегата-источника il'JP и при его поступлений на следующую стадию технологического про­цесса, либо температура окружающей среды; С),Со—теплоемкость энер­гоносителя при температурах t| ,tfl.

Температура t> определяется из расчета теплового баланса агрегата-

источника ВЭР, из эпсргстичсскон характеристики или по приборам. Для ВЭР избыточного давления

Я^л_вэр=т^п_вэр-1 (7.6)

Работ а изоэнтролного расширения I для жидкостей

Kpi-pivp (7.7)

где pi и рз—соответственно давление жидкого энергоносителя на выходе из технологической установки и при его поступлении на следующую сту­пень использования или давление окружающей среды при выбросе энерго­носителя в атмосферу; р — плотность жидкости. Для газообразных энергоносителей

Hi-i2 (7.8)

где 1|,12 — соответственно энтальпии газа перед расширением при давле­нии р;и температуре Т| в конце изоэнтройного расширения до давления P2 и температуры Т₂. Температура газа

Т₂=Т|(р₂/р,У^ыук (7.9)

где к — средний показатель изоэнтропы в интервале температурТ] и Тг, определяемый по истинным тсплосмкостям газа.

Полный выход ВЭР необходимо знать для учета и планирования ис­пользования ВЭР:

Qh,.,x = Ч^У\„х'П (7.10)

или

Quux ⁼ Я^Чвых'Т (7.И)

уд ч

где q них и q _ЕЫХ —удельный и часовой выход ВЭР; 11—выпуск основ­ной продукции или расход сырья, топлива, к которым отнесен выход ВЭР за рассматриваемый период;Т— время работы установки-источника ВЭР в рассматриваемый период.

Возможное использование горючих ВЭР в качестве топлива в боль­шинстве случаев равно их выходу. В отдельных случаях имеют место по­тери ВЭР, обусловленные особенностями технологического процесса, осо­бенностями утилизации или подготовки ВЭР (очистки, аккумуляции).

Возможное использование тепловых ВЭР равно возможной выработке

шсргин за счет ВЭР в утилизационной установке.

Возможная ве.|работка теплоты в виде пара и горячен воды в утилиза­ционной установке в общем случае

Q_T=(i|Gri2G₂)P(l-a„_OT) (7.12)

где G|.Gi—количество теплоносителя па входе и выходе в утилизацион­ную установку; 1 j,12—энтальпия теплоносителя на входе и выходе в ути­лизационную установку; f> —коэффициент, учитывающий несоответствие режимов работы утилизационной установки и агрегата-источника ВЭР; «_|1Ш — потери теплоты утилизационной установкой в окружающую среду.

Возможная выработка теплоты утилизационной установкой можно определить и как

Ог=ОвыхПу. (7.13)

где rjjr—условный КПД утилизационной установки.

Возможная выработка электроэнергии зависит от вида ВЭР, их энер­гетического потенциала и места использования.

При использовании пара высоких давлений, полученного в утилиза­ционной установке, в конденсационной турбине, возможная выработка электрической энергии составит

W=Q,/q_K (7.14)

где Q_r — количество теплоты, поступившей в турбину; q_K — удельный раехотсплоты на производство электроэнергии в конденсационной турбине «]_к -9500—10500 кДж/(кВт ч)).

Возможная комбинированная выработка теплоты и электроэнергии в теплофикационных турбинах следующая: отпуск теплоты

Q₀= Q,/( 1 +wq,); Q,= Q„+ Q_(jwq_T (7.15)

выработка электроэнергии

W=W Q_T/( I +\vq_r) (7.16)

где W — удельная выработка элсюроэиергин на единицу отпущенной теп­лоты; q_r—удельный расход теплоты па производство электроэпергнн на

тепловом потреблении, т. с. по теплофикационному циклу (q_r=7767 кДж/(кВгч».

Возможная выработка электроэнерг ии в утилизационной турбине за счет ВЭР избыточного давления (например, при использовании газов в га­зотурбинной установке)

W=nm^yjl_llblxlT|oi Г|м Лг (7.17)

или

W=nm⁴_Bblxlnoi Лм Л. (7.18)

где Tjoi » Лм > Л" —соответственно внутренний, относительный и механи­ческий КПД турбины, механический КПД генератора (Л0|⁼ 0,87 для газа, r|oi= 0,9 для жидкости; Т]_м= 0,99; Г|,-0,98).

7.5. Экономии топлива за счет использования ВЭР

Величина экономии топлива зависит от направления использования ВЭР и схем энергоснабжения предприятий.

При топливном направлении использования ВЭР она составит

B,_K=k,Q_H ц_юр/ Г|.=В„ Лвор/ Лт (719)

где к,— переводной коэффициент; Q„ и В_н — использование горючих

ВЭР в теплоте и условном топливе; Лвчр ¹¹ Лт~ КПД топливоиспользую- щего агрегата при работе на ВЭР и на первичном топливе соответственно

(Лт =0,8—0,9).

Отношение Т|_в)р/ Г), зависит от физических свойств горючих ВЭР. Для высококалорийных ВЭР оно равно I.

При силовом направлении использования ВЭР экономия топлива оп­ределяется его затратами на производство нужной энергии в основных энергетических установках в количестве, равном производству энергии в утилизационной установке:

B,K=b_MMW (7.20)

где Ь_шм—удельный расход условного топлива на выработку эпектроэнер- гни в энергосистеме или на замещаемой установке, с показателями кото­рой сравнивается эффективность использования ВЭР; W—выработка элек­трической энергии или механической работы утилизационными установ­ками за счет ВЭР.

При тепловом направлении использования ВЭР экономия топлива опреде­ляется затратами его в основных (замещаемых) энергетических установках на производство такого же количества и таких же параметров теплоты и электроэнергии.

При раздельной схеме энергоснабжения (выработка теплоты)

B,_K=b_MMQ„ (7.21)

где Ь_зам—удельный расход условного топлива на выработку теплоты в замещаемой котельной установке,

b_iaM=l/Q„4a„ (7-22)

где Г|,_ам —КПД замещаемой установки (Т|_Им =0,84— 0,86); Q„— исполь­зование ВЭР.

При комбинированной схеме энергоснабжения предприятия

В,к= k,(Q,/ n™,)[l-w(q_K-q,)] (7.23)

где w — удельная выработка электроэнергии по теплофикационному цик­лу турбинами замещаемой ТЭЦ на единицу теплоты, отпущенной потреби­телю; Ц_к и q, —удельные расходы теплоты на выработку электроэнергии в энергетической системе (или теплофикационной турбиной) по конденса­ционному циклу и на замещаемой ТЭЦ по теплофикационному циклу.

В этом случае использования ВЭР уменьшается выработка электро­энергии по теплофикационному циклу и увеличивается выработка элек­троэнергии по конденсационному циклу. Это приведет к снижению эконо­мичности работы ТЭЦ вследствие уменьшения тепловой нагрузки отборов или противодавлении турбины. Поэтому величина экономии топлива за счет использования ВЭР уменьшается на величину перерасхода топлива при увеличении выработки электроэнергии по конденсационному циклу. При комбинированном направлении использования ВЭР

В,к= МО/ Т|пи)[ 1 +wq_r-q_K(w-w_y)/l +wq, ] (7.24)

где Q, — теплота пара из теплоутилизационных установок, поступающего па утилизационную турбину; W_y, q,_y и W, Ц,— соответственно удельные выработки электроэнергии и удельные расходы теплоты на выработку электроэнергии на ТЭЦ, использующей ВЭР, и на замещаемой ТЭЦ.

Основным оборудованием для использования тепловых ВЭР и ВЭР избыточного давления являются котлы-утилизаторы, системы испаритель­ного охлаждения, охладители конверторных газов, сталеплавильные уста­новки, установки сухого сушения кокса, газовые бескомпрессорныс тур­бины, адсорбционные холодильные машины.

7.6. Экономическая эффективность использования ВЭР

Экономическая эффективность любых вариантов утилизации ВЭР ха­рактеризуется экономией затрат. Сравниваемые варианты энергоснабже­ния предприятия должны обеспечивать его всеми видами энергии не­обходимых параметров с учетом и без учета использования ВЭР. Для обеспечения сопоставимости вариантов энергоснабжения они должны приводиться к одинаковому энергетическому эффекту, обладать одинако­вой надежностью энергоснабжения и быть оптимальными для каждого рассматриваемого условия.

При этом необходимо учитывать:

• сопутствующие изменения показателей технологических агрегатов- источников ВЭР и других смежных участков производства (водо­снабжения, транспорта, складского хозяйства);

• изменение затрат только на тех участках сравниваемых вариантов, которые изменяются при переходе от одной схемы к другой;

• варианты энергоснабжения промышленного и жилого района с уче­том и без использования ВЭР (в случае невозможности полного ис­пользования ВЭР на предприятии);

• равенство нулю стоимости ВЭР, при этом учитываются только затра­ты на сооружение и эксплуатацию утилизационных установок.

Конкретные направления использования ВЭР зависят от конкретных энергетических нагрузок предприятия, развития систем электро- и тепло­снабжения предприятия, районного их размещения.

Заводская эффективность использования ВЭР определяется как при­рост чистой прибыли, полученной за счет осуществления мероприятий по утилизации ВЭР:

An„p=BjU₎+AQ_lt(ii^T - и^т_ут)+ДШ(ц' - uV)+AH (7.25)

где Ц, ,ц', ц' —соответственно цены на топливо, покупные тепловую и электрическую энергию (тарифы); AQ_M и AW сокращение потребления теплоты и электроэнергии со стороны; И^Ту,-, и\_т —себестоимость полу­чаемой тепловой и электрической энергии в утилизационной установке; ДИ —уменьшение постоянных эксплуатационных расходов по предприя­тию (кроме расходов по обслуживанию утилизационной установки).

При определении заводской эффективности использования ВЭР должно быть учтено снижение заявочной мощности (при двухставочном тарифе) и отпуска энергии на сторону за счет использования ВЭР.

Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений в утилизационную установку

Т_ЙК= ДК/ДП_мр (7.26)

где ДК—капитальные вложения в утилизационную установку.