Ефективність використання

Теплоту середнього (373...622 К) і низького (323...423 К) потенціалів застосовують для теплопостачання споживачів, що потребують підвищених значень температури і тиску. Понад 90 % її корисного споживання витрачають у промисловості (45 %) та житлово-комунальному секторі (48,5 %). Основними енергоносіями, що забезпечують енергією середньо- і низькотемпературні процеси, є водяна пара і гаряча вода.

Підприємства важкого, енергетичного і транспортного машинобудування України мають у своєму розпорядженні величезний потенціал ВЕР у вигляді фізичної теплоти димових газів мартенівських, нагрівальних і термічних печей, вагранок, теплоти випарного охолодження печей, теплоти відпрацьованої пари пресів і молотів. Мають вторинні відновлювані енергоресурси і підприємства інших галузей господарства.

Одне з найважливіших завдань удосконалення будь-якої галузі – виявлення резервів економічного та екологічного використання ВЕР для цілей виробництва і забезпечення потреб побутового споживання.

Поряд із збільшенням економії паливно-енергетичних ресурсів утилізація ВЕР дозволяє знизити негативний екологічний вплив енергопостачання й енергоспоживання на навколишнє середовище.

Джерелом виникнення ВЕР є технологічне обладнання та процеси (зона А, рис. 13.1), у яких одну частину підведеної енергії вигідно використовують, а другу частину умовно поділяють на три потоки: перший (основний) потік – ВЕР; другий – потік енергії, що використовують для забезпечення внутрішньоциклових процесів (регенерації, підігріву робочого тіла тощо); третій – неминучі втрати енергії в навколишнє середовище відповідно до другого закону термодинаміки.

Характерною ознакою зони А є те, що використання всіх енергоресур­сів відбувається в межах самого технологічного агрегату (котла, турбіни, теплообмінника). Якщо розглядати ефективність роботи агрегату тільки в зоні А, то ВЕР у цьому разі належать до втрат і значно впливають на значення ККД установки. Тому важливим завданням для підвищення її ефективності є використання ВЕР в максимально великому обсязі.

Для зони Б (рис.13.1) характерним є два шляхи використання ВЕР: пер­ший – безпосередньо у нових процесах, не пов’язаних з технологічною роботою агрегатів, де виникають ВЕР (зона А); другий – використання спеціальних утилізаційних установок (УУ), де ВЕР виконують функції головного джерела підведеної енергії, завдяки чому виробляють кінцевий продукт. Тому загальний потік ВЕР, який переходить із зони А в зону Б, поділяється на два потоки. Перший потік ВЕР можна використовувати безпосередньо в стандартних технологічних агрегатах; другий – направляють до УУ, де вже трансформованим його використовують за призначенням.

В однакових первинних умовах ефективність використання першого потоку вища. Використання УУ, у якій виникають свої втрати енергії, пов’язані з відведенням теплової енергії в навколишнє середовище та наявністю необоротності термодинамічних процесів, знижує ефективність другого потоку.

Процес використання ВЕР (першим або другим способом) у зоні Б – це утилізація, економічна доцільність якої визначається економічними розрахунками. Основним критерієм доцільності використання першого або другого потоків ВЕР є перевищення доходів над витратами для їх одержання.

Вторинні енергетичні ресурси за їх характеристиками поділяють на паливні, теплові та підвищеного тиску.

Паливні ВЕР мають хімічно зв’язану енергію. Їх можна використати як паливо, щоб забезпечити протікання процесів в інших технологічних агрегатах. До них належать горючі гази плавильних печей (доменний, конвертерний, колошниковий), горючі відходи процесів хімічної і термохімічної переробки вуглецевої або вуглецевоводневої сировини (дерев’яна щепа, кора, тирса, стружка) та лужні розчини целюлозно-паперового виробництва.

Теплові ВЕР – це фізична теплота димових газів, основної, побічної та проміжної продукції і відходів різних виробництв.

До таких ВЕР належать водяна пара і гаряча вода, тверді, рідкі та газоподібні продукти, які побіжно виникають у технологічних установках.

ВЕР підвищеного тиску – потенційна енергія газів, що виходять
з технологічних агрегатів з надлишковим тиском, який треба знижувати перед подальшим використанням або викидом їх в атмосферу. До них належать станційні колошникові гази доменних печей, відпрацьована
в силових установках водяна пара, гази каталітичного крекінгу та термоконтактного коксування.

ВЕР низькопотенційної теплоти (ВЕР НПТ). До низькопотенційних теплових відходів належить фізична теплота:

– димових газів технологічних і енергетичних установок із температурою нижче 400 °С;

– води, що охолоджує елементи конструкцій технологічного устаткування;

– вентиляційних викидів;

– водяної пари вторинного скипання тощо.

ВЕР НПТ складають близько половини від сумарного виходу усіх видів ВЕР. Актуальність ефективного використання цього виду ВЕР пов’язана з потребою удосконалення технологічних процесів і скороченням втрат теплоти високого потенціалу. Утилізація ВЕР НПТ також сприяє охороні навколишнього середовища від теплового забруднення.

Носіями НПТ є корозійно-активні, забруднені, запилені рідини і гази. Для вирішення завдання ефективного використання НПТ потрібне спеціальне утилізаційне устаткування (теплові насоси, контактні теплообмінники, регенератори тощо).

Рис. 13.1- . Принципова схема використання ВЕР

Залежно від виду і параметрів вторинні енергоресурси використовують в одному з таких напрямів:

– паливні – як котельно-пічне паливо;

– теплові – в утилізаційних установках або безпосередньо споживачем, щоб забезпечити потреби в тепловій енергії (можливе також одержання штучного холоду за рахунок ВЕР в абсорбційних холодильних установках);

– електроенергетичні – перетворення енергоносія для одержання електричної енергії в газових або парових конденсаційних турбоагрегатах;

– комбіновані – для виробництва в УУ (утилізаційних ТЕЦ) за допомогою теплофікаційного циклу електричної і теплової енергії;

– низькопотенційні – у системах опалення, кондиціювання повітря та охолодження продукції в теплонасосних та холодильних (абсорб­ційних) установках.

Ефективність використання

Паливні ВЕР необхідно використовувати як паливо повністю (100 %). Об’єм використання вторинних енергетичних ресурсів, що утилізуються з перетворенням енергоносія, визначається можливим виробленням електроенергії в УУ.

Можливу кількість утилізованої теплоти для виробництва водяної пари або гарячої води в УУ за рахунок теплових ВЕР визначають за формулою

Q_т = G(h₁ – h₂)b(1 – x),

а для виробництва холоду так:

Q_x = Q_тe ,

де G – витрата енергоносія ВЕР в УУ; h₁ і h₂ – ентальпія енергоносія відповідно на вході і виході з УУ; b – коефіцієнт, що враховує невідповідність режиму і кількості годин роботи УУ та агрегату – джерела ВЕР; x – коефіцієнт втрат теплоти УУ в зовнішнє середовище; e – холодильний коефіцієнт.

Можливу кількість електроенергії в утилізаційній турбіні за рахунок ВЕР у вигляді надлишкового тиску визначають за формулою

W = G×t×l×h_ві×h_м×h_г,

де G – витрата енергоносія (рідини або газу, які мають надлишковий тиск); t – кількість годин роботи агрегату – джерела ВЕР в розглядуваний період; l – робота ізоентропійного розширення енергоносія; h_ві – внутрішній відносний ККД турбіни; h_м – механічний ККД турбіни; h_г – ККД електрогенератора.

Економічна ефективність використання ВЕР визначається значенням зведених витрат на систему енергопостачання, енергетичну установку або агрегат:

В = С + Е_нК,

де В – зведені витрати, грн/рік; С – річні експлуатаційні витрати (собівартість), грн/рік; Е_н – нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень, який для енергетичної галузі дорівнює 0,12 рік^–1; К – капіталовкладення, грн.

Економічно найефективнішим є варіант, який характеризується мінімумом зведених витрат В_min. Зведені витрати для варіантів енергопостачання з утилізацією ВЕР можна визначити за співвідношенням

В_ут = С_ут + Е_нК_ут,

а для енергопостачання без утилізації ВЕР за рівнянням

В_б.ут = С_б.ут + Е_нК_б.ут.

Економічний ефект від використання ВЕР визначається різницею в річних зведених витратах за порівнюваними варіантами:

DВ = В_{б.ут min} – В_{ут min} = С_б.ут – С_ут – Е_н(К_б.ут – К_ут).

Використання ВЕР економічно доцільне для позитивного значення різниці (DВ > 0).

Контрольні запитання

1. Класифікація вторинних енергетичних ресурсів.

2. Характеристика основних видів ВЕР.

3. Напрями використання ВЕР.

4. Енергетична та економічна ефективність використання ВЕР.