Лекція № 18 вторинні енергетичні ресурси (вер) і способи утилізації теплоти технологічних виробництв.

18.1.Характеристика ВЕР

18.2.Устаткування для утилiзацiї  вторинних енергетичних ресурсів.

18.3.Загальнi технологічні схеми утилiзацiї  теплоти газів, що відходять.

18.4.Використання ВЕР у деяких галузях народного господарства. (коксохімічне виробництво, нафтопродукти, органічний синтез

18.1. Енергетичний потенціал продукцiї , вiдходiв, побiчних i промiжних продуктiв, що може бути використаний для енергопостачання iнших агрегатiв, складає вториннi енергетичнi ресурси. ВЕР по виду енергії  розрізняють на 3 групи.

Перша група - паливнi - це хiмiчна енергiя вiдходiв технологiчних процесiв, хімічної  i термохiмiчної  переробки вуглецевої та вуглеводневої сировини i т.д.

Друга група - тепловi - це фiзична теплота газiв технологiчних агрегатiв, що вiдходять, продукцiї  i вiдходiв виробництва, робочих тiл, технологiчних i силових систем.

Третя група - надлишкового тиску - це потенцiйна енергiя газiв i рiдин.

ВЕР можуть бути використанi як паливо або для вироблення теплоти; отримання в утилiзацiйних установках механiчної  й електричної  енергiї , а також для комбiнованого вироблення теплоти, механiчної  й електричної  енергiї .

18.2.Широке поширення одержали утилiзацiйнi установки - котли-утилiзатори, що використовують теплоту технологiчних газiв хiмiчних виробництв для одержання водяної  пари.

Температура газiв, що вiдходять, у рiзних печах коливається в значних межах вiд 250^о С до 1200^о С. Для утилiзацiї  теплоти цих газiв у залежностi вiд температури застосовують котли-утилiзатори трьох типiв: радiацiйнi, радіаційно-конвективні i конвективні.

Першi два типи котлiв застосовують при температурi газiв вище 1000^оС. Однак найбiльш поширенi котли-утилiзатори конвективного типу, призначенi для використання газiв з температурою 250 - 900^оС.

По компонуванню поверхонь нагрiвання i газового тракту розрiзняють конвективні газотрубнi i водотрубнi котли-утилiзатори.

У газотрубних котлiв-утилiзаторiв газ рухається усерединi труб, що утворюють поверхню нагрiвання. Цi котли можуть встановлюватися в закритих примiщеннях i працюють пiд розрядженням iз природною циркуляцією. Випарна поверхня виконана у виглядi пучка труб. Пара, що утворилася, з міжтрубного простору через сепараційний простiр надходить у пароперегрiвник (змiйовик), розмiщений у вхiднiй газовiй камерi. Котли, як правило, обмурованi шамобетоном, обладнанi пристроєм для очищення поверхонь нагрiвання, а також КВП.

У водотрубних котлах по газоходах котла рухаються гази печей, що вiдходять, а випарнi трубчастi поверхнi, виконанi зi змієвикових пакетiв, розмiщаються в газоходах на шляху газiв. Усерединi труб циркулює пароводяна сумiш. Компонування поверхонь нагрiвання може бути горизонтальним, баштовим або П-подібним. Також котли являють собою барабан, усерединi якого розташованi кiлька секцiй випарної  поверхнi, паронагрівач i водяний економайзер. Усi поверхнi виготовленi з труб дiаметром 32 х 3мм. Застосування труб малого діаметра викликано необхiднiстю при конвективній тепловiддачi розмiстити поверхню нагрiвання у вiдносно невеликих габаритах котла. Це у свою чергу приводить до пiдвищеного опору як пароводяному, так i по газовому трактi.

Циркуляцiя в таких котлах багаторазово-примусова за допомогою вiдцентрового насоса, а тяга забезпечується димососом. Гази охолоджуються до 200 - 230^оС.

Конвективні котли-утилiзатори виробляють вiд 12 до 50т пари в годину тиском вiд 1,8 до 4,5МПа i температурою 340 - 400^оС. Установка цих котлiв здійснюється як у примiщеннях, так i в напiввiдчиненому компонуваннi.

Котли-утилiзатори з горизонтальним компонуванням зараз не встановлюються, а старi замiняють котлами вертикального компонування.

18.3.Теплота газiв, що вiдходять, може бути використана по трьох основних схемах: 1) замкнутої  або технологiчної ; 2) розiмкнутої або енергетичної ; 3) комбiнованої .

Замкнута схема. За рахунок теплоти газiв, що вiдходять, у регенеративних або рекуперативних теплообмiнниках нагрівається дуттєве повiтря, спалюваний газ або сировина. При цьому частина теплоти газiв, що вiдходять, повертається в агрегат, тобто пiдвищуються технiко-економiчнi показники технологiчного процесу, зокрема знижується витрата палива i зменшується вихiд ВЕР, що можуть бути використанi поза агрегатом.

Розiмкнута схема. Теплота газiв, що вiдходять, використовується для виробництва пари, гарячої  води, вироблення електроенергії  i т.п. Таким чином, утилiзацiйна теплота приводить до економiї  палива поза сферою даного технологiчного апарата. Найбiльш поширенi в розiмкнутiй схемi КУ для виробництва пари, температура газiв, що вiдходять, лiмiтується точкою роси. Через великий опiр по газовому трактi за КУ обов'язково встановлюється димосос, що сприяє· збiльшенню теплової  потужностi технологiчного агрегату, краще регулює теплову роботу печi, подовжує термiн    служби i знижє· питому витрату палива.

Комбiнована схема. Частина теплоти повертається в пiч i додатково виробляється енергiя, використовувана для iнших потреб. При цьому досягається високий ступiнь регенерацiї  теплоти газiв, що вiдходять. Звичайно застосовується послiдовна установка повiтронагрiвачiв i КУ. Безпосередньо за пiччю (при мiнiмальнiй довжинi газоходiв) установлюють КУ. У хвостовiй частинi котла розташовують повiтронагрiвач; нагрiте повiтря надходить у топку печi.

Теплоту газiв, що вiдходять за повiтронагрiвачем також можна використовувати для вироблення електроенергії . У газоходi за пiччю встановленi два повiтронагрiвачi: високотемпературний для нагрiвання повiтря, що направляється в топку печi, i низькотемпературний, що пiдiгрiває компресорне повiтря перед газовою турбiною. Гази, що вiдходять, охолоджуються до 200^оС i викидаються в атмосферу через димар.

У низькотемпературний пiдiгрiвник холодне повiтря надходить з компресора при тиску 0,5Мп i нагрівається до 600^оС. У турбiнi це повiтря охолоджується до 400^оС i його тиск падає до атмосферного. Частина вихлопного повiтря при температурi може використовуватися в топках парових котлiв, для сушiння, опалення. Основна частина повiтря проходить через високотемпературний пiдiгрiвник i при температурi порядку 1000^оС подається в пальники печi.

18.4.1. Використання ВЕР у нафтопереробному виробництвi.

Сучасний нафтопереробний завод, наприклад, за рахунок використання ВЕР може забезпечити 70...80 % своєї  потреби в тепловiй енергії . Основнi джерела ВЕР: димовi гази трубчастих печей, гарячi потоки рiдких i газоподiбних нафтопродуктiв, конденсат водяної  пари, вiдпрацьована пара.

Трубчастими печами називають камери згоряння, облицьованi вогнетривким матерiалом, усерединi яких розмiщенi нагрiвальнi елементи, виконанi зi сталевих трубок. У залежностi вiд конструкцiї  ККД печей складає 60 - 75%. Теплота газiв, що вiдходять, середня температура яких досягає· 400 - 600^оС складає 20 - 35% загальної  кiлькостi теплоти, видiлюваної  при згоряннi палива. Використання цiєї  теплоти знижує зазначенi втрати.

При температурi газiв вище 400 - 500^оС рекомендується застосовувати котли-утилiзатори, а при бiльш низькій - повiтронагрiвачi. Найбiльший економiчний ефект досягається при наявностi двоагрегатної установки, що складається з котла-утилiзатора i повiтронагрiвача. Якщо обсяг димових газiв бiльш 40 тис.м³/год, рекомендується застосовувати утилiзатор iз примусовою циркуляцією, якщо менше - iз природною . Конструктивно утилiзатори можуть бути виконанi вбудованими в трубчастi печi або виносними.

Промисловiстю випускаються котли-утилiзатори пакетно-конвективного (КУ-40; КУ-150) i газотурбiнного типiв. Котли-утилiзатори вибираються для установки за даною пiччю в залежностi вiд обсягу димових газiв, що надходять у них вiд агрегату.

18.4.2. Використання ВЕР у коксохiмiчному виробництвi.

У коксохiмiчному виробництвi поширенi установки сухого гасiння коксу (УСГК), у яких виробляється пара енергетичних параметрiв (р=4,2МПа, Т=723К) масою до 400кг на 1т охолодженого коксу. Циркуляцiю газiв у замкнутому контурi здiйснює циркуляцiйний димосос.

Усього в СРСР працюють 18 установок з 79 блоками. УСГК рiзної  продуктивностi i рiзних конструкцiй працюють у багатьох країнах i за рубежем.

У СРСР УСГК прийнятi камерного типу, у склад яких входять 4 - 7 блокiв. Блок мiстить у собi камеру гасiння з механiзмами завантаження i вивантаження коксу, КУ з вiдповiдним допомiжним устаткуванням, пилоуловлюючі i тягодуттєві пристрої, систему газопроводiв i пиловидалення. Працює УСГК у такий спосiб: розпечений кокс у прийомному вагонi транспортується вiд коксової  печi до УСГК, де кузов вагона переміщається до завантажувального пристрою камери гасiння коксу, верхня частина якої  називається форкамерою i є нагромаджувачем коксу. Середня частина камери гасiння вiддiлена вiд форкамери зоною газовідводячих косих ходiв i служить для охолодження коксу. Розмiщений з нижньої  частини камери розсікач сприяє рiвномiрному розподiловi циркулюючого газу. Через кожнi 3-4 хвилини кокс, охолоджений до 200-250^оС, вивантажується порцiями по 1,3 - 1,6 тонни.

Циркуляцiйний газ димососом подається через розсікач у центр завантаження. Потiм газ рухається знизу нагору назустрiч потоковi коксу, нагрівається i рiвномiрно розподіляється по косих ходах, попадає в кiльцевий канал i, пройшовши пилоосадхувальний бункер, надходить у котел-утилiзатор. Циркуляцiйний газ пiсля КУ піддається очищенню в циклонi i димососом направляється знову в камеру гасiння.

На УСГК застосовуються котли двох типiв: КСТ-80 i КСТ-25/39. В останнього поверхнi нагрiвання скомпонованi в двох вертикальних шахтах: зі спадним потоком газу – у першiй шахтi i висхiдним  - у другий. Шахти з'єднанi поворотним газоходом. У першiй шахтi розташовуються пароперегрiвник i випарнi поверхнi нагрiвання. В другій - економайзери. Барабан котла змонтований над стельовим перекриттям першої  шахти. Живильна вода за допомогою насоса подається в циркуляцiйнi контури випарної  поверхнi котла, проходить послiдовно через усi пакети, вiдкiля пароводяна сумiш приділяється в барабан. Пара з барабана котла надходить у пароперегрiвник, вiдкiля направляється споживачевi.

У котлах типу КСТ-80 поверхнi нагрiвання змонтованi в однiй вертикальнiй шахтi зi спадним потоком газiв.

Годинна витрата пари вiд УСГК для однiєї  коксово  батареї  продуктивнiстю 1млн.т коксу в рiк складає 54 тонни, рiчний - 470 х 103тонн. Вихiд теплоти з 1 т погашеного коксу склалає 1,3кДж.

Надалi передбачається будiвництво УСГК iз блоками продуктивнiстю 70т/год по коксу i котлами нової  конструкцiї  одноколонного типу продуктивнiстю 35т/год.

18.5. Утилiзацiя енергії  вiдходiв споживання.

Вiдомо, що обсяг побутових вiдходiв збільшується в 10 разiв швидше, нiж чисельнiсть населення. У капiталiстичних країнах, наприклад, за приблизними розрахунками щорiчно утворюється понад 13млрд.т побутових вiдходів. У США  їх щорiчно накопичується бiльш 4млрд.т, у ФРН на одну людину приходиться 365кг твердих вiдходiв, у Францiї  - 300кг.

У Москвi щорiчно утворюється бiльше 2млн.т смiття (приблизно 300кг на одну людину), з яких бiльше половини - усiлякi побутовi вiдходи зi значною кiлькiстю речовин, що пiддаються горiнню.

Одним з перших промислових напрямкiв використання ТПВ є спалювання  їх у спецiальних високотемпературних сміттєспалювальних установках. Одержуване тепло використовується для виробництва електроенергії  або для теплопостачання промислових підприємств, житлових районiв.

Перший у нашiй країнi сміттєспалювальний завод пущений в експлуатацiю в 1975 роцi в м. Москвi на французькому устаткуваннi. В даний час у Москвi працює два таких заводи й один у Владивостоцi на нашому вiтчизняному устаткуваннi. Зараз будуються смiттєспалювальнi заводи в П’ятигорську, Сочi, Мурманську, Ростові-на-Дону, Харковi, Одесi й iнших мiстах.

У свiтi нараховується зараз понад тисячу сучасних сміттєспалювальних заводiв. Теплова енергiя, що виділяється при спалюваннi на них ТПВ, використовується для виробництва пари, електроенергії , для опалювальних i виробничих цiлей. За пiдрахунками 5т ТПВ можуть заощадити 1т умовного палива. Смiттєспалювальнi заводи забезпечують одержання як пари при досить високому тиску i температурi перегрiву 400-500^оС, придатного для генерацiї  електроенергії , так i пари низького тиску при температурi 200-250^оС, що одержують у системах теплопостачання промислових підприємств i житлових районiв.