Проблемите с енергоспестяването стават все по-остри с увеличаването на енергийните потенциали на съвременните потребители. Както в битовата сфера, така и в индустрията, използваните технически средства, възли и комуникационни мрежи изискват все по-големи количества енергийни ресурси. Това ни принуждава да търсим нови, алтернативни източници на топлина, електричество и други форми на производство на енергия. Въпреки активното развитие на природните енергийни носители, този сегмент все още не ни позволява да разчитаме на пълната подмяна на традиционните генераторни станции. В същото време има значителен интерес към вторичните енергийни ресурси (СЕИ), които до голяма степен са безплатни, но изискват по-малко инвестиции в създаването на обслужваща инфраструктура. Но характеристиките на вторичния енергиен продукт не свършват дотук.
Определение на VER
Има два фундаментално различни начина за генериране на енергия - естествен и промишлен(изкуствен). В първия случай се използва енергията на природните явления и процеси - например воден поток, слънчева радиация, вятър и др. Сложността на използването на такива ресурси се дължи на технически проблеми от организационен характер - в частност, нестабилността на акумулирането на енергия. Промишленото производство на енергия в този смисъл е по-контролируемо, но изисква суровини за осигуряване на реакции, по време на които се генерират топлина, електричество, газ и т. н. Комбинацията от първични и вторични енергийни ресурси просто се осъществява в рамките на работния цикъл на генераторните станции. Факт е, че основните ресурси не се използват напълно, а техните останки впоследствие се изхвърлят или рециклират. Станциите за вторично производство на електроенергия работят на същата база.
Когато разглеждаме принципите на използване на VER, няма да е излишно да се позоваваме на концепцията за енергиен потенциал. Това е количеството енергия, което теоретично може да се генерира по време на преработката на отпадъци, странични продукти от производството и междинни суровини, които не се консумират в първичния цикъл. В този случай изразът на потенциала под формата на енергия може да бъде различен. Запасите от различни отпадъци са представени като физическа или химически свързана топлина, свръхналягане, кинетична енергия или налягане на флуида.
И така, дефиницията на вторичните ресурси за експлоатацията на електроцентралите е следната: това е енергиен потенциал, който може да бъде генериран в резултат на технологичния процес на преработка на недостатъчно използвани отпадъци или продукти от основното производство. В същото време, както самите отпадъци, така и методите за по-нататъшната им преработка могат да бъдат различни.
VER характеристики
Заслужава да се отбележи, че дълго време тази концепция за производство на енергия не е била разглеждана от големите потребители поради липсата на точни методи за изчисляване на ефективността и енергийните потенциали. Днес рециклирането на ресурси се основава на изчерпателен анализ на широк спектър от показатели, което дава възможност да се извлече максимална полза от едни и същи промишлени отпадъци. Най-често срещаните характеристики на дизайна на този тип ресурси включват следното:
- Изходен енергиен коефициент - съотношението на потенциала за генериране към топлинния обем, постъпил в генератора с първични ресурси.
- Коефициент на потребление на енергия - съотношението на количеството топлина, изразходвана от вторичното производство, към енергията, получена в генераторния комплект. Този индикатор отразява ефективността на използването на конкретна енергийна схема на предприятието. Освен това има различни начини за оценка на оптималните обеми на потребление - с акцент върху икономически осъществими стойности, действителни и планирани показатели за потребление.
- Възможностите за спестяване на гориво са количеството първични ресурси, които не се консумират от използването на промишлени отпадъци. Освен това спестяванията могат да бъдат изчислени и по обратната схема, когато първичните и вторичните ресурси се заменят взаимно, в зависимост от текущите условия за производство на топлинна или електрическа енергия.
- Коефициент на използване - съотношението на обема генерирана топлина към енергийния потенциал на ресурса, подаван към преработващия котел.
- Коефициент на генериране на енергия - количеството енергия, което се генерира директно чрез използване на рециклирани материали в единица за рециклиране. Трябва да се отбележи, че коефициентът на генериране се различава от изходната енергия по количеството топлинна загуба в работната инсталация.
- Сервизният фактор е стойност, която определя разликата между планираната енергийна мощност и действителната мощност, генерирана чрез съотношението.
Избор на оптимален VER модел
Във всеки случай при разработването на проект за енергоснабдяване чрез вторични ресурси на преден план се извежда икономическа задача, чиято същност е да се използват най-ефективните суровини. За целта се извършва предварителна сертификация на всички налични източници на вторични ресурси, като се посочват техните запаси, замърсяване, температура и начин на получаване. Дефинира и изискванията за осигуряване на технологичните процеси на използване на VER. В зависимост от условията на работа на предприятието и начина на преработка на суровините, това могат да бъдат отоплителни, вентилационни, газо- и водоснабдителни системи.
На последния етап от създаването на проекта се изпълняват и следните процедури:
- Избира се най-рентабилният метод за изхвърляне за един избран или няколко източника на вторични суровини.
- Определя се икономическият ефект от всяко събитие за обработка на ресурси.
- Работната схема на завода за рециклиране се разработва в съответствие с нуждите на предприятието. Също така основният технологичен процес може да бъде допълнен от спомагателни операции като когенерационни инсталации - например, ако е необходимо преобразуване на няколко вида гориво.
Източници на вторични ресурси
В общ смисъл източниците на СЕП се разбират като съвкупност от технологични процеси и преработени суровини в рамките на работата на генераторите на първична енергия. Също така, различни производствени зони могат да служат като източници на материал за последващо производство и преобразуване на топлинна или електрическа енергия. Какво представляват вторичните енергийни ресурси? Специфичните видове материали се определят от обхвата на първичното производство на суровини. Например, металургичните предприятия осигуряват скрап, отпадъци от цветни и черни метали, каучукови смеси и неизползвани легиращи добавки.
Ако говорим за консуматори на топлоснабдяване, тогава на преден план ще излязат фабриките за мебели и хартия, както и строителните дървообработващи предприятия, които доставят горивни материали. Могат да бъдат дадени следните примери за вторични енергийни ресурси от този тип:
- Торфени брикети.
- Дървен чипс и кора.
- Пепел от високотемпературни сушилни котли.
- Lignin.
- Отпадъчна хартия.
- Отпадък от масивна дървесина.
- Непотърсени продукти от картон и хартия.
По мяркаС усложняването на технологичните процеси на производство се променя и структурата на отпадъците с емисии. Наред с традиционните суровини, висококачествените и сложни многокомпонентни отпадъци все повече се използват във вторични цикли на преработка. Те включват следните материали:
- Полимерни термопластични елементи.
- Агломерати от синтетична сплав.
- Промишлени каучукови продукти и регенерати.
- Халитски отпадъци.
- Шлака от доменни пещи.
- Фосфогипс.
В същото време нивото на заплахите за околната среда също се увеличава. Ако едно от най-важните предимства на природните енергийни източници е екологичната чистота на производствените процеси, то високата ефективност на VER до голяма степен се осигурява от замърсени и химически агресивни вещества, които не подлежат на първична обработка. Те включват петролни продукти, утайки и утайки, износени гуми, отпадъци, съдържащи живак и др.
Класификация по указания за употреба
Една от ключовите класификации на вторичните ресурси, която определя обхвата на енергийно ценните суровини. Като правило се разграничават следните области на използване на VER:
- Изгаряне на гориво в агрегати, използващи суровини, готови за термична обработка. Опростена схема за генериране на топлина се изпълнява без междинни етапи на обработка и преобразуване.
- Термична употреба. Генериране в агрегати за термично възстановяване. За разлика от предишния начин на използване на ресурсите, принципът на комбинирано производство на енергия може да се реализира, но и без операции.трансформации. Например, на различни линии на генераторна станция, използването на вторични енергийни ресурси прави възможно получаването на топлина, топла вода или пара.
- Термична и комбинирана употреба. Наред с генерирането на топлина има и преобразуване в електричество. Например, турбинните агрегати генерират електричество при комбинирано производство или кондензация на енергия.
- Електричество. Електричеството се генерира с помощта на използващ газотурбинен агрегат.
Класификация по тип медия
Под носител се разбира формата на енергийния ресурс, както и неговото агротехническо състояние, при което ще бъде избрано съоръжението за оползотворяване. На тази основа се разграничават следните рециклирани ресурси:
- Течни, твърди и газообразни отпадъци.
- Двойки - работещи и преминаващи.
- Изгорели газове.
- Междинни и готови продукти.
- Техническа охлаждаща вода.
- Газове с повишено налягане.
Класификация по основни видове ВЕИ
Най-често срещаните са горими и термични вторични ресурси за преработка при използване на енергийни подстанции. Например, горимите SER обикновено са промишлени отпадъци, използвани като готово гориво за други промишлени цели. В този случай е приложима следната класификация на вторичните енергийни ресурси:
- Металургични доменни газове.
- Дървени отпадъци под формата на стърготини, дървени стърготини и стърготини.
- Течни или твърди отпадъци, използвани в нефтопреработката и химическата промишленост.
Thermal VER осигурява физическа топлина без преобразуване. В това качество могат да се използват отпадъчни технологични газове, странични продукти от производството, шлака и пепел, директна топлина от работни агрегати и апарати, пара и гореща вода. Важно е да се подчертае, че топлинните ресурси могат да се използват както директно като източник на топлина, така и като суровини, чиято обработка ще допринесе за производството на електроенергия.
Ресурсите се използват по-рядко, чиято потенциална енергия се генерира от източници на свръхналягане. Това са емитирани видове вторични енергийни ресурси, които могат да бъдат смеси от пара и газ, които напускат работещите инсталации в атмосферата. Такива ресурси се разделят според нивото на концентрация на енергия и температурните показатели. Сега можете да разгледате всеки от споменатите видове VER поотделно.
Вторични горими ресурси
В дела на световното използване на VER горивото гориво заема около 70-80%. Основният вид такива отпадъци са дървесината и продуктите от нейната преработка. Целевото оборудване за оползотворяване на ресурсите обикновено са котелно-пещни агрегати, които осигуряват технологични горивни процеси с отвеждане на топлината. В Русия има и специализирани заводи за преработка на горими видове вторични ресурси - например лигнинът се преработва в хидролизни заводи, но поради сложността на поддръжкатапродукти, такива технологични подходи са рядкост.
Свързани с вторични горими отпадъци и автомобилни гуми, които се рециклират с освобождаване на енергия по три начина:
- С свързване на каскада от трошачки за предварително раздробяване.
- Използване на затворени обемни системи за непрекъснато компресиране в специални екструдери.
- С криогенна технология за смилане, използваща течен азот.
Комбинираните методи за изгаряне на горими продукти също са популярни. След сортиране на суровините по определени характеристики (фракция, степен на замърсяване, химичен и структурен състав), се извършва рециклиране на ресурси от същия вид. Така заедно с дървесните отпадъци могат да се изгарят въглища и каучук, ако отговарят на дадените технологични характеристики. В някои станции за рециклиране горими отпадъци също се подготвят за по-нататъшно производство. По-специално, строителни материали като маркучи, мастики, пълнители за различни смеси и бои и лакове се произвеждат от активен въглен, радиотехнически елементи и композитни материали след енергийна обработка.
Термични вторични енергийни ресурси
Енергийният потенциал на този тип VER също им позволява да бъдат широко използвани в различни индустрии и индустрии. Най-ценните топлинни ресурси по отношение на производителността са отпадъчните газове, отделящи се в резултат на химични реакции, пиролиза и изгаряне на основнигоривни продукти. Използва се и кондензатна топлина, въпреки че поради технологичната сложност на процесите за извличане на енергия този източник се използва само в многофункционални големи предприятия с когенерационни инсталации. Теоретично топлината може да се генерира от вентилационни емисии и други инженерни мрежи с потоци от горещ въздух и вода, но нейният дял в общия обем на вторичната преработка на енергия е само 2-3%.
Има ограничения за използването на топлинни източници на вторични енергийни ресурси, които се налагат на системите за отопление на подавания въздух. По-специално, не е позволено технологичното използване на следните въздушни среди:
- Потоци отстранени от помещения, съдържащи запалими или експлозивни вещества. Дори ако мястото на всмукване е индиректно свързано с горими газове или пари чрез вентилационни канали, този въздух не може да се използва в устройства за рекуперация на топлина.
- Потоци, които могат да станат носители на вредни вещества. Това обикновено се случва, когато циркулиращият въздух поема кондензиращи или утаяващи се частици от преработката на опасни суровини от топлообменниците.
- Потоци, които могат да съдържат болестотворни вируси, бактерии и гъбички. Биологичното замърсяване на въздушната среда също се определя от спецификата на конкретно производство или условията на работа на една инженерна система.
Характерна особеност на използването на вторични ресурси за целите на генериране на топлина е сезонният режимексплоатация на съоръжения за рециклиране. Това се дължи на факта, че значителна част от преработвателните котелни се активират по време на периоди на отопление с директен прием на топлинна енергия. Това е особено вярно за комуналните услуги, но в условията на индустриално производство термичната поддръжка на технологичните операции се извършва с темпото на местния график.
Вторични ресурси под свръхналягане
Основно това са производствените отпадъци, получени в резултат на технологични процеси на първична преработка. Това могат да бъдат газове, течности и дори твърди вещества. Основната им характеристика е да са под свръхналягане при напускане на работещата инсталация или инженерна система. Именно изискванията за регулиране на налягането затрудняват използването на този вид вторични ресурси, както и техните производни. Като минимум, цикълът на рециклиране трябва да включва операция за намаляване на налягането преди освобождаването. За това се използват специални регулатори със скоростни кутии, които автоматично нормализират състоянието на каросерията до оптимална работа.
VER оборудване за поддръжка
Инсталациите за използване се използват за извличане на енергия от вторични ресурси, които могат да осигурят различни процеси на обработка и производство. Има както специализирани, така и универсални звена. Тъй като вторичните ресурси включват среди като пара с газ и вода, универсалните котли и котелни инсталации могат да се считат за когенерацияоборудване. Целевият продукт на такива системи обикновено е електроенергия, генерирана в големи количества.
Ако говорим за специални тясно фокусирани инсталации, те включват следното:
- Котли за оползотворяване на вода.
- Икономайзери.
- Термопомпи.
- Топлообменници.
- Абсорбционни хладилни системи.
- Нагреватели за вода.
- Изпарителни охладителни единици.
- Турбиногенератори и др.
Разбира се, за пълноценната работа на такива агрегати е необходим широк набор от спомагателни устройства, поради които системата е свързана към източници на гориво. Така че, за обслужване на вторични енергийни ресурси в един комплекс с газопровод може да е необходим агрегат за рекуперация на топлина с отделна компресорна станция. В зависимост от характеристиките на самия ресурс могат да се използват и системи за охлаждане, филтриране, отопление, регулиране на налягането и др.
Използване на ВЕИ за отопление
В много предприятия възможността за отопление на помещенията и отопление на оборудването, използвайки енергията, генерирана от местните отпадъци, се залага директно в технологичните процеси на производство. Например, термичните котли и пещи отделят вторични енергийни ресурси под формата на газ по време на работа. Системата за изхвърляне на отпадъци работи с помощта на бойлери, които първо задават температурата на газовите смеси на около 250 °C, а след това разпределят енергията по топлообменните вериги. След това останалите технологични пари се отстраняваткомин. Загрята вода може да се използва по различни начини. Обикновено се използва в самия производствен процес като техническа течност или като ресурс за топла вода.
Ефективността на използването на такива отоплителни технологии е ниска и възлиза на едва 10-12%, но предвид липсата на суровини, този подход се оправдава. Друго нещо е, че използването на вторични енергийни ресурси само по себе си изисква първоначална организация на условията за генериране на топлина и последващо разпределение на продуктите от горенето през топлообменните мрежи. Може също така да се наложи допълнително оборудване на производствените линии с устройства за отстраняване на нежелани окачвания и основни системи за почистване.
Отопление на открито с VER
Създаването на работни пространства на открито с технологично оборудване, според различни оценки, спестява от 10 до 20% от прогнозните разходи за организиране на производствени процеси. Разбира се, не се говори за пълно излизане от цеховете, но минимизирането на обема на строителните конструкции при създаването на такива обекти значително намалява цената на проектите. Но в същото време работата на оборудването ще бъде затруднена поради наличието на сняг и лед в районите. Съответно е необходимо да се организира система за топлоснабдяване на открито. Изборът на конкретна инсталация и вида на вторичния енергиен ресурс също ще зависи от посоката на предприятието и неговите технологични отпадъци. По правило вкато топлоносител се използва вода, циркулираща в пръстена с обратно връщане към източника на отопление. За поддържане на оптималните параметри на течността допълнително се използва антифриз, а регулирането на потоците се извършва чрез автоматизация с буферни разширителни резервоари.
Преносът на топлина ще зависи от обема на ресурса, дизайна на тръбопровода и външните микроклиматични условия. За да се поддържа безопасността по време на работа на системата през зимата, се препоръчва да се подредят специални покрития върху бетонна основа. Също така, в интерес на повишаване на топлопроводимостта, технолозите съветват да се покрие конструкцията с разтвори на базата на тежък бетон, базалтови стърготини и гранитни включвания. Ако говорим за студени региони със силни студове, тогава е по-добре да изберете вторичен енергиен ресурс на водна основа с добавяне на инсталации за топене на снега към работната инфраструктура. Изчисленото количество топлина, генерирана за топенето на снежни маси и обледеняване, трябва да бъде приблизително 630 kJ / kg. Ако конструкцията на системата не позволява натрупване на сняг в работната зона, тогава консумацията на енергия за топенето му в момента на валежите ще се увеличи до 1250 kJ/kg.
Предимства от използването на VER
Използването на алтернативни енергийни източници обикновено се ръководи от икономически, технически и екологични фактори. В случая всички тези фактори работят, но доминиращ е икономическият. С добре изпълнен проект за внедряване на утилизатора в предприятието можете да разчитате на намаляване на разходите за топлоснабдяване, например, до 25-30%. Конкретен показател за спестяване се определя от условията за производство и използване на вторични енергийни ресурси, но при всички случаи ще има полза. Особено ако в целевото предприятие се използват местни и собствени преработвателни материали.
Друга полза идва от високия енергиен потенциал на отпадъците. Газовете, техническите течности и суровините за производство в твърдо състояние първоначално се избират според принципите за максимално извличане на големи обеми топлина. Освен това, за разлика от работата на основните традиционни енергийни носители, вторичните ресурси по време на употреба вече са в оптимално състояние на агрегатиране и температура за обработка.
Недостатъци от използването на VER
Широко разпространение на тази концепция за енергоснабдяване е възпрепятствано от няколко фактора, основният от които е сложността на технологичното устройство на такива системи. Дори и да не вземем предвид цената на оборудването под формата на утилизатори, техническата организация на процеса неизбежно ще изисква реорганизация на мястото на експлоатация, тъй като системата ще работи във връзка с различни инженерни звена.
Друг недостатък от използването на вторични ресурси може да се разглежда като ниска възвръщаемост на енергията. Отново, като се има предвид свободният характер на тази суровина, икономическата осъществимост ще бъде положителна, но по-специално скромен процент на топлопренос не позволява по принцип да се разчита на подреждането на генераторни станции за цялостна поддръжка на индустрии и други съоръжения за потребление. По правило това е самодопълнителен източник на захранване.
Заключение
Ресурсите за преработка с цел вторично оползотворяване на енергия са фундаментално различни както от традиционните, така и от естествените източници на енергия. Те се дължат отчасти на самия произход на тази суровина, но в по-голяма степен – на спецификата на технологиите за тяхното приложение. В същото време потреблението на първични и вторични ресурси може да се случи в рамките на един и същ производствен процес. Например, ако фитингите се произвеждат в завода и продуктите от горенето от доменните пещи се изпращат в отпадъчни топлообменници, които обслужват други технологични операции. Реализира се пълен производствен цикъл, който е по-ефективен, пестящ ресурси и екологичен, тъй като отпадъците се рециклират.
