Systémy rekuperácie tepla v chladiacich jednotkách. Využitie tepla zo spalín Zoznam použitej literatúry

Pri objektívnom hodnotení účinnosti je potrebné vziať do úvahy rôzne prevádzkové režimy výmenníka tepla: „suchý“, „mokrý“, nekontrolovaný, riadený, odmrazovanie atď., opísané v predchádzajúcom článku (časopis S.O.K., č. 12/2010). V dôsledku možných chýb uvedených nižšie je možné dosiahnuť skutočnú účinnosť a úsporu tepla, ktorá je výrazne nižšia ako vypočítaná, čo nemusí zákazníkovi vyhovovať. Tá nemieni dlho čakať, kým sa toto zariadenie oplatí, pričom mu dáva lehotu približne dva až tri roky.

Základné tepelnotechnické parametre užívateľov tepla a chladu

V technických a čiastočne ekonomických výpočtoch sa pri skúšaní zariadení na rekuperáciu tepla používajú rôzne a vo všeobecnosti početné parametre, z ktorých niektoré sa používajú častejšie, iné menej. Medzi týmito parametrami sú hlavné:

Vyššie uvedené vzorce používajú výrazy nazývané ekvivalenty vody pre vonkajší W n a výstupný vzduch W, pre cirkulujúcu vodu alebo soľanku W w, pre dýzu Wus: W n = G n c in; Wy = Gycin; W w = G w c w a W us = M us c us. Všetky tieto veličiny okrem W us sú merané v kW/°C a hodnota W us je meraná v kJ/°C.

Pomer Wus k ľubovoľnému z ekvivalentov (W n, W y, W w) charakterizuje zotrvačnosť procesu prenosu tepla z dýzy do pohybujúceho sa média a meria sa v sekundách.

Technická a ekonomická efektívnosť využitia rekuperácie tepla v SCR a SV

Úloha zdôvodniť efektívnosť rekuperácie tepla je spojená so zohľadnením značných nákladov na zariadenia, dosahujúcich 30 – 50 % nákladov na vzduchotechnickú jednotku, rôznej doby používania, trendu zvyšovania taríf za teplo a elektrinu, zvyšovania taríf na VZT a klimatizačnej jednotky. vysoké poplatky za pripojenie do vykurovacej siete, vysoké pokuty za teplotu vratnej vody presahujúcu jej harmonogram KVET, takže tento problém nemá jednoznačné riešenie. Podľa A.A. Rymkevich a ďalší odborníci, rekuperácia tepla je dôležitým sekundárnym opatrením, ktoré je potrebné zvážiť a analyzovať po vyčerpaní všetkých primárnych možností na zníženie spotreby tepla prostredníctvom súboru opatrení.

Metódy hodnotenia účinnosti rekuperácie tepla

Existuje niekoľko spôsobov, ako posúdiť účinnosť rekuperácie tepla v konkrétnom zariadení. Prvý spôsob odhady na základe faktora využitia energie ako pomeru tepla prijatého vo výmenníku tepla k elektrine vynaloženej na prekonanie odporu média η e = Q t /N.

Keďže ide o čisto energetickú charakteristiku, nezohľadňuje náklady na zariadenie a rôzne, a tiež zvyšujúce sa tarify za teplo (za teplú vodu alebo pridruženú elektrinu) a za elektrinu, t.j. využíva prirodzené okamžité ukazovatele. Okrem toho, teplo prijaté vo výmenníku je vždy premenlivé v závislosti od počiatočného teplotného rozdielu t y - t a aktuálnej účinnosti a prevádzkového režimu výmenníka tepla.

Druhý spôsob Hodnotenie je založené na exergickej účinnosti, ktorá berie do úvahy relatívnu exergiu tepla, vlhkosti a exergiu pohybujúceho sa vzduchu:

kde E 1 a E 2 sú exergia tepla, vlhkosti a exergia odvádzaného a privádzaného (vonkajšieho) vzduchu; ΣE n je celková exergia spotrebovanej elektrickej energie v systéme. Čo sa týka týchto koeficientov, V.N. Bogoslovsky a M.Ya. Poz si to správne všimol "...akýkoľvek z uvedených termodynamických ukazovateľov poskytuje len predstavu o stupni termodynamickej dokonalosti procesu a nemôže slúžiť ako základ pre technické rozhodnutie.".

Tretia cesta hodnotenie je všeobecnejší technický a ekonomický ukazovateľ a charakterizuje očakávaná doba návratnosti dodatočných kapitálových výdavkov(pre trhové podmienky prvýkrát navrhol anglický fyzik W. Thomson (1824-1907), u nás známejší ako termofyzik Kelvin) vo variantoch rôznych typov špecifikácií, ich účinnosti, ceny a aerodynamického odporu:

Ročný ekonomický efekt[rub/rok], pretože rozdiel v znížených nákladoch na porovnávané možnosti systému s výmenníkom tepla (2) a bez neho (1) je ďalším komplexným ukazovateľom:

kde ΔC t.rok sú náklady na ušetrené teplo v horúcej vode, pare, elektrine, berúc do úvahy súčasné a budúce tarify za energiu, v rubľoch/rok; ΔC e.rok - náklady na dodatočnú ročnú spotrebu elektriny na pohyb vzduchu a vody cez zariadenie, rubľov/rok; ΔK tu - kapitálové náklady na regeneračnú jednotku, jej inštaláciu, uvedenie do prevádzky a správu, rub.; (E n + 0,18) ΔK tu - odpočty z dodatočných kapitálových nákladov na odpisy, opravy, všeobecné zariadenie a ostatné výdavky 0,18 ΔK tu [rub/rok], v súvislosti s použitím výmenníka tepla a zmenou štandardnej veľkosti ohrievač vzduchu, ako aj pri zohľadnení štandardného faktora účinnosti:

kde r je diskontná sadzba, r = 0,10-0,15; T ok - doba návratnosti dodatočných kapitálových nákladov, rok; ΔK ext—zníženie kapitálových nákladov na ohrievač vzduchu, keď sa počet jeho radov zníži alebo sa úplne upustí, rub.; ΔKpris — jednorazové náklady na pripojenie zariadenia k zdroju tepla, rub/Gcal alebo rub/kWh.

Vzorec musí brať do úvahy závislosť všetkých veličín od konštrukcie regenerátora a jeho účinnosti. Medzi zložkami prevádzkových nákladov treba počítať aj s prípadnými pokutami od tepelných elektrární za prekročenie teploty vratnej vody za ohrievačom vzduchu.

Súhrnný nomogram na posúdenie účinnosti moderných výmenníkov tepla bol vyvinutý na základe príslušných výpočtov a je uvedený na obr. 1 za predpokladu, že koeficient účinnosti zostáva konštantný počas nekontrolovaného prevádzkového režimu zariadenia. Tento nomogram je zostavený v nasledujúcom poradí. Predbežne sa na základe údajov od jedného z výrobcov klimatizácií odhadli približné špecifické náklady rôznych výmenníkov tepla (obr. 1a). Podobne je možné do tohto grafu vykresliť údaje o jednotkových nákladoch výmenníkov tepla od iných výrobcov. Pre špecifické podmienky (t y = 20 °C, t k = 10 °C) pri rôznych θ tu sa zostrojila hranica prevádzkových režimov zariadenia (pravý kvadrant na obr. 1) a určilo sa špecifické množstvo tepla (na 1 kg/s ohriateho vzduchu pri jednozmennej prevádzke).

Využime tieto údaje na vyhodnotenie efektívnosti využitia technických špecifikácií v klimatických podmienkach mesta Petrohrad.

Posúdiť špecifickú ekonomickú efektívnosť použitia výmenníka tepla na 1000 m 3 /h ohriateho vonkajšieho vzduchu pri jeho špecifických nákladoch Ktu /L n = 40 tisíc rubľov / (tisíc m 3 / h) v najpriaznivejšom prípade, t. j. pri kontinuálnom systéme prevádzka

ΣQ toho roku = 24 tis. kW⋅h/(rok⋅tis. m 3 /h), elektrické vykurovanie pri priemernej (dennej a nočnej) tarife c'e = 2 rub/kWh, aerodynamický odpor zariadenia ΔР in = 0,30 kPa; Účinnosť ventilátorovej jednotky η = 0,7, čo zodpovedá dodatočnému výkonu pre pohyb vzduchu 0,12 kW/(tis. m 3 /h):

dodatočná ročná spotreba elektriny 1,05 tis. kW⋅h/(rok⋅tis. m 3 /h) ΔW e = 8766 x 0,12 = 1,05.

Pri inštalácii výmenníka tepla zanedbávajte zníženie nákladov na ohrievač vzduchu. Poplatok za pripojenie tohto ohrievača do vykurovacej siete a pokutu za ohrievač vzduchu presahujúci teplotu vratnej vody treba zanedbať. Doba návratnosti T ok sa predpokladá na tri roky. Určíme dobu návratnosti dodatočných kapitálových nákladov, dostaneme jeden rok:

Zmeňme výpočtové podmienky tak, že elektrické vykurovanie nahradíme chladiacou kvapalinou - horúcou vodou za tarifu c't = 1 rub/kWh. Potom sa doba návratnosti dodatočných kapitálových nákladov na inštaláciu výmenníka tepla za rovnakých podmienok bude rovnať 2,7 rokom:

Ako vidíte, aj pri danej tarife za teplo v teplej vode a pri nepretržitej prevádzke systému počas celého dňa a roka vysoké merné náklady výmenníka nedovoľujú počítať s rýchlou návratnosťou (návratnosťou) kapitálové investície. Ak používate menej účinné (θ ty = 0,55-0,65), ale lacnejšie zariadenia, potom, súdiac podľa opakovateľnosti Δτ/Δt n, sa hlavný efekt môže zvýšiť, pretože nedosahuje sa pri nízkych, ale pri stredných vonkajších teplotách (t n = -10...+10 °C).

Pre dôslednejší výpočet je potrebné počítať s rozdielnou plochou, radom a nákladmi hlavného ohrievača vzduchu a iného elektrického, ktorý funguje v prípade odstávky prívodu chladiacej kvapaliny počas nevykurovacieho obdobia pri t. H > 8 °C. Výsledky ekonomického výpočtu zvýšia účinnosť rekuperácie tepla s prihliadnutím na vysoký počiatočný poplatok za pripojenie ohrievača vzduchu do vykurovacej siete alebo iného zdroja.

Hodnotenie efektívnosti používania recyklátorov

Mnoho publikácií sa venuje problému hodnotenia efektívnosti využívania recyklátorov. Všetky majú rôzne prístupy k metódam výpočtu účinku, pričom zohľadňujú niektoré zložky a iné nie. Budeme hodnotiť len niektoré z najtypickejších publikácií. V článku je použitý tradičný, zjednodušený, podľa nás nie úplne správny a súkromný spôsob výpočtu doby návratnosti v dôsledku vydelenia nákladov na výmenník nákladmi na rozdiel medzi ušetrenou tepelnou a nadmerne spotrebovanou elektrickou energiou. Zároveň článok neuvádza účinnosť zariadenia a komplex „účinnosť/náklady“, mimochodom, premenlivý v závislosti od typu zariadenia, jeho vzduchovej kapacity, rôznych prevádzkových režimov, rozmrazovania a z toho vyplývajúcich prekročení , neberú sa do úvahy pripojovacie poplatky a pod.. Toto všetko nedáva predstavu o rozdieloch vo výsledkoch výpočtov za rôznych podmienok.

Čo sa týka rôznorodých klimatických podmienok prezentovaných v článku mestami, kde sa denné stupne vykurovacieho obdobia pohybujú od 1500 do 12 000 den-°C počas vykurovacieho obdobia, možno túto časť práce výrazne zjednodušiť. Vypracovaním malej štúdie a jej uvedením v súradniciach: relatívna ročná spotreba využitého tepla v celoročnom neriadenom prístroji - denné stupne vykurovacieho obdobia - možno získať takmer lineárny vzťah (obr. 2). Takáto linearizácia robí viacnásobné výpočty uvedené v tomto článku nadbytočnými a stačí nakresliť priamku pre dané podmienky (L n, θ ty, ΔK ty) cez tri alebo štyri body zodpovedajúce mestám v rôznych klimatických podmienkach.

Technicko-ekonomické posúdenie energeticky úsporných zariadení

Článok je venovaný technicko-ekonomickému posúdeniu energeticky úsporných zariadení, ktoré je typické z hľadiska vznikajúcich otázok a pripomienok. Najväčšia pozornosť je venovaná samotnej metodike analýzy a výpočtu diskontného faktora s prihliadnutím na dlhodobú dobu návratnosti. Výpočty však ukazujú, že úplné odpisy a návratnosť nákladov pre tieto zariadenia sú žiaduce v relatívne krátkom časovom období (jeden až tri roky). V niektorých prípadoch, keď je na zariadení nedostatok tepla a vysoké poplatky za pripojenie k zdroju, je recyklácia nielen opodstatnená, ale je aj jediným spôsobom, ako ohriať vonkajší vzduch.

Bez toho, aby bol v článku prijatý konečný vzorec pre dobu návratnosti výmenníka tepla, je ťažké si predstaviť, či nasledujúce výpočty zohľadňujú: možný nedostatok tepla v zariadení a skutočný, neustále rastúci poplatok za pripojenie k Zdroj tepla; akceptovaný podiel rozdielu v kapitálových nákladoch, zohľadnený v prevádzkových nákladoch na odpisy, opravy a všeobecné náklady na zariadenie (spolu asi 18 %).

Ukážme si na príklade, že jednorazový poplatok za pripojenie do vykurovacej siete je primeraný alebo dokonca prevyšuje cenu výmenníka. Nech jednotkové náklady spracovateľa ΔK sú ~ 30-40 tisíc rubľov/(tisíc m 3 /h). Za priemerných podmienok tento jednotkový prietok vzduchu zodpovedá vypočítanému tepelnému výkonu výmenníka tepla, a teda zníženiu výkonu pri pripojení k tepelnej elektrárni:

To sa rovná poplatku za pripojenie vo výške

ΔK subs = 3,45 x 12 x 10 3 = 41,5 tisíc rubľov, ak prijmeme konkrétny poplatok:

V podmienkach tohto príkladu sa ukazuje, že poplatok za pripojenie k tepelnej elektrárni je porovnateľný alebo dokonca vyšší ako náklady na výmenník tepla, a preto sa nehovorí o dobe návratnosti.

V analyzovanom článku nemožno nevenovať pozornosť spôsobu výpočtu ročnej spotreby rekuperovaného tepla. Bez uvedenia prevádzkového režimu výmenníka autori predpokladali, že je štandardne celoročne nekontrolovateľný. Približne sínusová zmena t n (t) je chybne konštruovaná nie na základe priemerných hodnôt teploty („norma“), ale na základe maximálnych a minimálnych hodnôt, t.j. má výrazne zvýšenú amplitúdu. V súlade s tým je tiež nadhodnotené množstvo použitého tepla. Napríklad pre Petrohrad t n.min.cp = -8,1 °C a odhadovaná zimná teplota t nрх = -26 °C. Podobne v teplom období roka tn.max.cp = 18,1 °C, pričom výpočtová letná teplota tnrt = 24,6 °C. Taktiež priemerná ročná teplota t n.av.rok = 4,4 °C sa zďaleka nerovná polovici súčtu akceptovaných výpočtových hodnôt v chladnom a teplom období (-0,6 °C). Námietka sa týka nezohľadnenia prevádzkových a odmrazovacích režimov, čo vedie k nadhodnoteniu spotreby rekuperovaného tepla a nezohľadnenia premenlivej účinnosti zariadenia.

Účinnosť konštrukcie recyklátora možno analyzovať z hľadiska výberu: optimálna plocha F, rad i alebo hĺbka dýzy zariadenia h. Označme relatívnu radovosť alebo hĺbku aparatúry ako h v zlomkoch tej, pri ktorej θ ty = 1, a množstvo tepla Q ty = Q ty.max. Pri približne exponenciálnej závislosti Q ty ≈ 1 - exp(-h) sa dosiahne účinnosť θ ty = 1 za podmienky h = 4 (s presnosťou 1 %). Predpokladajme, že ročná spotreba rekuperovaného tepla závisí približne exponenciálne od hodnoty h (obr. 1a), pričom náklady na výmenník tepla a jeho aerodynamický odpor závisia približne lineárne od h.

Potom môže byť požadovaná doba návratnosti vyjadrená ako funkcia bezrozmerného parametra h, ktorý má nasledujúci tvar:

kde a 1, a 2, a 3, a 4 sú niektoré korekčné faktory brané ako konštantné.

Ako výsledok výpočtu derivácie rovnej nule zistíme, že optimum (minimálny T fakt) zodpovedá prípadu, keď h = 1, a účinnosť výmenníka tepla je q t.opt = 0,63 (z vlastností exponenciálna funkcia). Vyššie popísané závislosti ilustruje graf na obr. 3, ktorý znázorňuje približný charakter zmeny všetkých zložiek daných nákladov a dobu návratnosti dodatočných nákladov na recyklačný subsystém v závislosti od relatívnej hĺbky h, relatívnej hrúbky d alebo relatívneho povrchu F trysky alebo dosiek takéhoto prístroja.

Porovnanie výsledkov približnej optimalizácie podľa vzorca (14) s údajmi o charakteristikách domáceho ART pri L = 5-38 tisíc m 3 / h, δ = 0,2 m, v fr = 2,2 m/s, F/L = 300 -425 m 2 / (m 3 / s), F/F fr = 490-660 m 2 / m 2 sme získali vypočítanú účinnosť θ tu = 0,77 s dýzou vyrobenou z hliníkovej fólie a s dýzou vyrobenou z technická lepenka - θ tu = 0,65 (v druhom prípade blízko optimálnej účinnosti vypočítanej za predpokladov opísaných vyššie). Podrobnejšie možno z údajov určiť závislosti charakterizujúce ekonomický efekt pre rôzne výmenníky tepla s rôznou produktivitou, pracovnými zmenami a s rôznymi dýzami.

Autori dospeli k podobným záverom o optimálnej účinnosti výmenníka tepla "Adresár". Konkrétne poznamenávajú: „...Dosiahnutie efektívnosti rekultivátora na hodnotu vyššiu ako 0,65 pre jednozmennú prácu a 0,75 pre trojzmennú prácu vo všetkých prípadoch vedie k zníženiu ekonomického efektu, pretože V tomto prípade je úspora tepla dosiahnutá nadmerným zvýšením znížených nákladov na návrh a prevádzku rekuperačných jednotiek a spotreby kovu. Najväčší vplyv na ekonomický efekt má dĺžka prevádzky systému – pri trojzmennej prevádzke efekt prudko narastá. Nárast účinku so zvyšujúcim sa prietokom vzduchu sa vysvetľuje najmä neúmerným zvýšením jednotkových nákladov na zariadenie a oblasť, ktorú zaberá.“. V tej istej referenčnej knihe sa uvádza, že podľa údajov FIR by v klimatických podmienkach pobaltských štátov pre doskový výmenník tepla SV v maštali na výkrm ošípaných nemala optimálna účinnosť prekročiť 0,50.

Pokračovanie v budúcom čísle.

Zo všetkých druhov energie spotrebovanej v chemickom priemysle patrí prvé miesto tepelnej energii. Stupeň využitia tepla pri chemicko-technologickom procese je určený tepelnou účinnosťou:

kde Qt a Qpr je množstvo tepla teoreticky a prakticky vynaloženého na uskutočnenie reakcie.

Využívanie druhotných energetických zdrojov (odpadov) zvyšuje efektivitu. Energetický odpad sa využíva v chemickom a inom priemysle na rôzne účely.

V chemickom priemysle je obzvlášť dôležité získavanie tepla z reakčných produktov opúšťajúcich reaktory na predhrievanie materiálov vstupujúcich do rovnakých reaktorov. Takéto vykurovanie sa realizuje v zariadeniach nazývaných regenerátory, rekuperátory a kotly na odpadové teplo. Akumulujú teplo z odpadových plynov alebo produktov a uvoľňujú ho do procesov.

Regenerátory sú periodicky pracujúce komory naplnené tryskou. Pre kontinuálny proces je potrebné mať aspoň 2 regenerátory.

Horúci plyn najprv prechádza cez regenerátor A, ohrieva jeho trysku a ochladzuje sa. Studený plyn prechádza regenerátorom B a je ohrievaný vopred zahriatou tryskou. Po zahriatí trysky v A a ochladení v B sa klapky uzavrú atď.

V rekuperátoroch vstupujú činidlá do výmenníka tepla, kde sa ohrievajú teplom horúcich produktov opúšťajúcich reakčné zariadenie a potom sa privádzajú do reaktora. Výmena tepla prebieha cez steny rúrok výmenníka tepla.

V regeneračných kotloch sa teplo z odpadových plynov a reakčných produktov využíva na výrobu pary.

Horúce plyny sa pohybujú potrubím umiestneným v tele kotla. V medzirúrkovom priestore je voda. Výsledná para prechádza cez odlučovač vlhkosti a opúšťa kotol.

METÓDY A VYBAVENIE

NA RECYKLÁCIU ODPADNÉHO TEPLA

Potenciálne možnosti zhodnocovania odpadového tepla

Približne polovica všetkej tepelnej a elektrickej energie spotrebovanej v priemysle sa uvoľňuje ako odpadové teplo do ovzdušia a vody. Odpadové teplo sa z procesu uvoľňuje pri teplote vyššej ako je teplota okolia, takže má dodatočný tepelný potenciál. Na základe jej hodnoty možno odpadovú energiu zaradiť do troch teplotných rozsahov: vysoká teplota – nad 650 °C; stredná teplota - 230-650 ° C; nízka teplota – menej ako 230 °C. Odpadové teplo vysokej a strednej teploty sa používa na výrobu procesnej pary, výrobu energie, sušenie a ohrev vzduchu. Nízkoteplotné teplo možno použiť na vykurovanie budov, vody a vzduchu.

Existujú štyri hlavné dôvody potreby využitia tepelnej energie:

1. Ekonomické. Náklady na energiu sú čoraz vyššie a rekuperácia odpadového tepla môže výrazne znížiť celkové výrobné náklady.

2. Poskytovanie tepelnej energie. Ľahko dostupné odpadové teplo môže výrazne znížiť potrebu tepelnej energie zariadenia.

3. Ochrana prírodných zdrojov krajiny. Recykláciou tepla sa znižuje potreba podnikov na nedostatkové druhy palív, čím sa predlžuje doba ich dostupnosti.

4. Ekologické. Recyklácia odpadového tepla znižuje jeho dopad na životné prostredie.

Metódy spätného získavania odpadového tepla:

1. Priama likvidácia, napríklad na sušenie alebo ohrev materiálov pri absencii akýchkoľvek vnútorných výmenníkov tepla.

2. Rekuperácia, pri ktorej sú výfukové plyny a ohriaty vzduch oddelené kovovými alebo ohňovzdornými teplovýmennými plochami. Prenos energie z jedného toku do druhého prebieha nepretržite.

3. Regenerácia, pri ktorej sa teplo výfukových plynov odovzdáva teplovýmennému zariadeniu, akumuluje sa v ňom v žiaruvzdorných alebo kovových materiáloch a následne slúži na ohrev vzduchu.

4. Recyklácia pomocou kotla na odpadové teplo, čo je jedna z foriem zhodnocovania s výrobou procesnej pary alebo horúcej vody z tepla horúcich spalín.

5. Kogenerácia, pri ktorej sa spoločne vyrába elektrická energia a procesná para.

6. Stupňovité využívanie energie, pri ktorom sa najskôr využíva energia s najvyššími charakteristikami a potom s čoraz nižšími parametrami na ďalšie súvisiace procesy, až do momentu, keď táto energia má veľmi nízke parametre.

Možné využitie odpadového tepla:

1) výfukové plyny v rozsahu od stredných po vysoké teploty je možné použiť na ohrev vzduchu kotlov s ohrievačmi vzduchu, pecí s rekuperátormi, sušičiek s rekuperátormi, plynových turbín s regenerátormi;

2) výfukové plyny v rozsahu od nízkych až po stredné teploty je možné použiť na ohrev napájacej vody kotla za prítomnosti ekonomizérov;

3) výfukové plyny a chladiaca voda z kondenzátorov sa môžu použiť na ohrev pevných a kvapalných surovín v priemyselných procesoch;

4) výfukové plyny môžu byť použité na výrobu pary v kotloch na odpadové teplo;

5) odpadové teplo sa môže prenášať do medziproduktu pomocou výmenníkov tepla alebo kotlov na odpadové teplo alebo cirkuláciou horúcich odpadových plynov potrubím alebo kanálmi;

6) Odpadové teplo je možné využiť v absorpčnom chladení, klimatizácii a tepelných čerpadlách.

Pri výbere zariadení na rekuperáciu odpadového tepla je potrebné vziať do úvahy:

a) teplota odpadového tepla; b) intenzita toku odpadového tepla; c) chemické zloženie a prítomnosť znečisťujúcich látok v prúde odpadového tepla; d) požadované teploty ohrievaných médií.

Zo všetkých druhov energie spotrebovanej v chemickom priemysle patrí prvé miesto tepelnej energii. Stupeň využitia tepla pri chemicko-technologickom procese je určený tepelnou účinnosťou:

kde Qt a Qpr je množstvo tepla teoreticky a prakticky vynaloženého na uskutočnenie reakcie.

Využívanie druhotných energetických zdrojov (odpadov) zvyšuje efektivitu. Energetický odpad sa využíva v chemickom a inom priemysle na rôzne účely.

V chemickom priemysle je obzvlášť dôležité získavanie tepla z reakčných produktov opúšťajúcich reaktory na predhrievanie materiálov vstupujúcich do rovnakých reaktorov. Takéto vykurovanie sa realizuje v zariadeniach nazývaných regenerátory, rekuperátory a kotly na odpadové teplo. Akumulujú teplo z odpadových plynov alebo produktov a uvoľňujú ho do procesov.

Regenerátory sú periodicky pracujúce komory naplnené tryskou. Pre kontinuálny proces je potrebné mať aspoň 2 regenerátory.

Horúci plyn najprv prechádza cez regenerátor A, ohrieva jeho trysku a ochladzuje sa. Studený plyn prechádza regenerátorom B a je ohrievaný vopred zahriatou tryskou. Po zahriatí trysky v A a ochladení v B sa klapky uzavrú atď.

V rekuperátoroch vstupujú činidlá do výmenníka tepla, kde sa ohrievajú teplom horúcich produktov opúšťajúcich reakčné zariadenie a potom sa privádzajú do reaktora. Výmena tepla prebieha cez steny rúrok výmenníka tepla.

V regeneračných kotloch sa teplo z odpadových plynov a reakčných produktov využíva na výrobu pary.

Horúce plyny sa pohybujú potrubím umiestneným v tele kotla. V medzirúrkovom priestore je voda. Výsledná para prechádza cez odlučovač vlhkosti a opúšťa kotol.

Suroviny

Chemický priemysel sa vyznačuje vysokou materiálovou náročnosťou výroby. Na jednu tonu hotových chemických výrobkov sa spravidla spotrebuje niekoľko ton surovín. Z toho vyplýva, že cena chemických produktov je do značnej miery určená kvalitou surovín, metódami a nákladmi na ich výrobu a prípravu. V chemickom priemysle sú náklady na suroviny vo výrobných nákladoch 60-70% alebo viac.

Druh a kvalita surovín výrazne determinuje úplné využitie výrobných kapacít chemického priemyslu, tepelnú produktivitu, prevádzkovú dobu zariadení, mzdové náklady a pod. Vlastnosti suroviny, obsah užitočných a škodlivých zložiek v nej určujú technológiu použitú na jej spracovanie.

Druhy surovín sú veľmi rozmanité a možno ich rozdeliť do nasledujúcich skupín:

1. minerálne suroviny;
2. rastlinné a živočíšne suroviny;
3. vzduch, voda.

1. Nerastné suroviny – minerály vyťažené z útrob zeme.

Minerály sa zase delia na:

• ruda (kovoroba) dôležité polymetalické rudy
• nekovové (hnojivá, soli, H+, OH-sklo atď.)
• horľaviny (uhlie, ropa, plyn, bridlica)

Rudné suroviny sú horniny, z ktorých je environmentálne prospešné získavať kovy. Kovy v ňom sú väčšinou vo forme oxidov a sulfidov. Rudy neželezných kovov pomerne často obsahujú zlúčeniny viacerých kovov - sú to sulfidy Pb, Cu, Zn, Ag, Ni atď. Takéto rudy sú tzv. polymetalické alebo komplexné. Neodmysliteľnou zložkou všetkých priemyselných rúd je FeS 2 - pyrit. Pri spracovaní niektorých rúd sa spolu s kovmi získavajú aj iné produkty. Tak napríklad súčasne s Cu, Zn, Ni sa pri spracovaní sulfidových rúd získava aj H2S04.

Nekovové suroviny sú horniny používané pri výrobe nekovových materiálov (okrem chloridov alkalických kovov a Mg). Tento druh suroviny sa buď priamo používa v národnom hospodárstve (bez chemického spracovania), alebo sa používa na jednu alebo druhú chemickú výrobu. Tieto suroviny sa používajú pri výrobe hnojív, solí, kyselín, zásad, cementu, skla, keramiky atď.

Nekovové suroviny sa bežne delia do nasledujúcich skupín:

• stavebné materiály – suroviny sa používajú priamo alebo po mechanickom či fyzikálno-chemickom spracovaní (štrk, piesok, hlina a pod.)
• priemyselné suroviny – používané pri výrobe bez spracovania (grafit, sľuda, korund)
• chemické minerálne suroviny - používané priamo po chemickej úprave (síra, ľadok, fosforit, apatit, sylvinit, kamenné a iné soli)
• vzácne, polodrahokamy a okrasné suroviny (diamant, smaragd, rubín, malachit, jaspis, mramor atď.)

Horľavé nerastné suroviny sú fosílie, ktoré môžu slúžiť ako palivo (uhlie, ropa, plyn, ropná bridlica atď.)

2. Rastlinné a živočíšne suroviny sú produkty poľnohospodárstva (poľnohospodárstvo, chov dobytka, zeleninárstva), ako aj mäsa a rybného hospodárstva.

Podľa účelu sa delí na potravinárske a technické. Medzi potravinové suroviny patria zemiaky, cukrová repa, obilniny atď. Chemický a iný priemysel spotrebúva rastlinné a živočíšne suroviny nevhodné na potraviny (bavlna, slama, ľan, veľrybí olej, pazúry a pod.). Rozdelenie surovín na potravinárske a technické je v niektorých prípadoch ľubovoľné (zemiaky → alkohol).

3. Vzduch a voda sú najlacnejšie a najdostupnejšie suroviny. Vzduch je prakticky nevyčerpateľný zdroj N 2 a O 2. H 2 O je nielen priamym zdrojom H 2 a O 2, ale zúčastňuje sa takmer všetkých chemických procesov a používa sa aj ako rozpúšťadlo.

Ekonomický potenciál ktorejkoľvek krajiny v moderných podmienkach je do značnej miery určený prírodnými zdrojmi nerastov, rozsahom a kvalitatívnymi charakteristikami ich lokalít, ako aj úrovňou rozvoja surovinového priemyslu.

Surovinové zdroje moderného priemyslu sú veľmi rozmanité a s vývojom nových technológií a zavádzaním efektívnejších výrobných metód sa surovinová základňa neustále rozširuje vďaka objavovaniu nových ložísk, vývoju nových druhov surovín. a úplnejšie využitie všetkých jeho komponentov.

Domáci priemysel má silnú surovinovú základňu a disponuje zásobami všetkých druhov minerálnych a organických surovín, ktoré potrebuje. V súčasnosti sú USA na prvom mieste na svete v ťažbe zásob P, kamenných solí, NaCl, Na 2 SO 4, azbestu, rašeliny, dreva atď. Máme jedno z prvých miest v preskúmaných ložiskách ropy a plynu. A overené zásoby surovín sa z roka na rok zvyšujú.

V súčasnej fáze priemyselného rozvoja má veľký význam racionálne využívanie surovín, ktoré zahŕňa nasledujúce opatrenia. Racionálne využívanie surovín umožňuje zvýšiť environmentálnu efektívnosť výroby, pretože náklady na suroviny tvoria hlavný podiel na nákladoch na chemické výrobky. V tomto smere sa snažia využívať lacnejšie, najmä lokálne suroviny. Napríklad v súčasnosti sa ako uhľovodíkové suroviny čoraz viac používajú ropa a plyn namiesto uhlia a etylalkohol získaný z potravinárskych surovín sa nahrádza hydrolyzovaným alkoholom z dreva.

Úvod

Literatúra

Úvod

V súčasnosti sú značné rezervy vo využívaní druhotných energetických zdrojov.

Úloha maximálneho využitia obnoviteľných zdrojov energie má nielen ekonomický, ale aj spoločenský význam, keďže znižovanie spotreby palív zabezpečených využívaním obnoviteľných zdrojov energie znižuje škodlivé emisie a znižuje znečistenie životného prostredia.

OZE nemožno považovať za bezplatné doplnkové zdroje energie. Sú výsledkom energetických nedokonalostí v technologickej výrobe, preto je potrebné usilovať sa o znižovanie ich výkonu komplexnejším využívaním paliva v samotnom technologickom celku. To je hlavnou úlohou zvyšovania efektívnosti tepelnotechnickej výroby a maximálneho využitia energie a energetických zdrojov ako nevyhnutného spoločníka týchto procesov.

Limitom ideálnej organizácie výroby je vytvorenie bezodpadovej technológie z hľadiska materiálu a energie.

1. Klasifikácia druhotných energetických zdrojov

Podnik na hutníctvo železa spotrebuje veľké množstvo paliva, tepelnej a elektrickej energie. Spolu s týmito technológiami je hutnícka výroba charakteristická významným výkonom druhotných energetických zdrojov (OZE).

Podľa druhu energie sa VER delia na horľavé (palivové), tepelné a pretlakové.

Horľavé VER sú plynné vedľajšie produkty technologických procesov, ktoré možno využiť ako energiu alebo technologické palivo.

Tepelné HER - fyzikálne teplo hlavných a vedľajších produktov, výfukových plynov technologických celkov, ako aj chladiacich systémov ich prvkov.

VER pretlaku je potenciálna energia plynov vychádzajúcich z technologických celkov s pretlakom, ktorú môžu využiť iné druhy energie.

2. Druhy energií a energetických zdrojov a spôsoby ich využitia

	VER nosiče	Energetický potenciál	Spôsob použitia
	Plynný odpad	Nízka výhrevnosť	Spaľovanie v zariadeniach využívajúcich palivo
Termálne	výfukové plyny, hotové výrobky a odpad z výroby, chladiace kvapaliny odpad a s ním spojená para	entalpia	výroba pary a horúcej vody v zariadeniach na rekuperáciu tepla pokrytie potreby tepla, výroba elektriny v kondenzačnej alebo vykurovacej turbínovej jednotke
pretlak	pretlakové plyny	práce pri izontropickej expanzii	výroba elektriny v turbínovej jednotke na rekuperáciu plynu

Výstupom VER je množstvo VER generované v procesnej jednotke.

výstup VER pre horľaviny: q horúce = m Qр;

pre tepelné: qт = mі;

pre pretlak VER: qi = ml;

kde q je výkon zodpovedajúceho VER, m je špecifické alebo hodinové množstvo nosiča energie, Qр je nižšia výhrevnosť, i -

entalpia nosiča energie, l je dielom izoentropickej expanzie plynov.

Charakteristika horľavého VER metalurgie železa:

Vysokopecný plyn vzniká pri tavení surového železa vo vysokých peciach. Jeho výťažnosť a chemické zloženie závisí od vlastností vsádzky a paliva, prevádzkového režimu pece a spôsobov intenzifikácie procesu. Podiel nehorľavých zložiek dusíka a oxidu uhličitého vo vysokopecnom plyne je 70 %. Pri spaľovaní vysokopecného plynu je maximálna teplota splodín horenia 1487 C. Na výstupe z pece je plyn kontaminovaný spalinovým prachom. Vysokopecný plyn možno použiť ako palivo až po jeho vyčistení.

Ferozliatinový plyn vzniká pri tavení ferozliatin v redukčných peciach. Celkový obsah sírovodíka a oxidu síry (4) vyjadrený ako oxid síry (4) by nemal presiahnuť 1 g/m3.

Konvertorový plyn vzniká pri tavení ocele v kyslíkových konvertoroch. Plyn sa skladá hlavne z oxidu uhoľnatého. Konvertorový plyn sa používa ako palivo SER, keď sa odstráni bez dodatočného spaľovania.

Cenné technologické a energetické palivo.

Koksárenský plyn vzniká pri koksovaní uhoľnej vsádzky. V metalurgii železa sa používa ako palivo po extrakcii chemických produktov. Zložky koksárenského plynu: vodík, kyslík, metán, dusík, oxid uhličitý a oxid uhoľnatý.

Charakteristika tepelnej HER.

Fyzikálne teplo hotového výrobku z trosky.

Hotový výrobok a troska opúšťajú pece a jednotky hutníckej výroby pri vysokej teplote. V niektorých prípadoch je toto teplo VER. Teplo tekutej liatiny sa využíva v ďalších stupňoch (otvorené nístejové pece, kyslíkové konvertory).

Teplo tekutej ocele sa využíva pri výrobe valcovania tuhnutím ingotov za tepla. Fyzikálne teplo sekundárnych plynov.

Využitie fyzikálneho tepla z koksárenského plynu je možné po chemickom čistení. Najvyššiu teplotu majú konvertorové plyny.

Výfukové plyny pecí s otvoreným ohniskom pozostávajú z produktov spaľovania paliva a plynných zložiek chemických reakcií prebiehajúcich v technologickom procese. Tepelné OZE zahŕňajú nosiče energie vo forme vodnej pary, horúcej vody a emisií z ventilácie.

3. Úspora paliva pri využití tepla výfukových plynov

Využitie fyzikálneho tepla z odpadových plynov sa uskutočňuje podľa troch schém: technologická (uzavretá a otvorená), energetická a kombinovaná.

Technologická schéma zabezpečuje využitie tohto tepla pre technologické procesy spravidla v tom istom tepelno-technologickom zariadení. Podľa tejto schémy sa ohrieva vzduch, v niektorých prípadoch aj plynné palivá, predhrieva sa materiál spracovávaný v peci, prípadne sa niektoré vsádzkové materiály používané v tomto procese chemicky a tepelne spracovávajú. Pri vykurovaní pecí zemným plynom je súčasťou technologickej schémy aj termochemické spätné získavanie tepla z odpadových plynov, používaného na konverziu metánu. Popísané okruhy sú uzavreté, zabezpečujú úsporu paliva v samotnej procesnej jednotke (obr. 1). Teplo z výfukových plynov možno využiť aj v inom zariadení pece s nižšou úrovňou procesnej teploty. Tento obvod je otvorený (obr. 2). V tomto prípade sa šetrí palivo v zariadení, ktoré využíva teplo výfukových plynov. Je tiež možné konzistentne využívať teplo v hlavných aj nízkoteplotných jednotkách.

Obr.1. Uzavreté technologické schémy na využitie tepla výfukových plynov: a - na ohrev vzduchu; b - na predhrievanie materiálu; 1 - rúra; 2 - odstránenie plynov z pece; 3 - rekuperátor; 4 - prívod vzduchu do rekuperátora; 5 - odvod dymu: 6 - prívod vzduchu do pece; 7 - prívod paliva do pece; 8 - dodávka materiálu; 9 - prívod ohriateho materiálu do pece; 10 - dodávka studeného materiálu.

Obr.2. Technologická schéma s otvorenou slučkou na využitie tepla výfukových plynov: 1 - pec; 2 - prívod paliva; 3 - prívod vzduchu; 4 - zásoba materiálu; 5 - odstránenie plynov z pece: 6 - technologická inštalácia druhého stupňa; 7 - odstránenie plynu z inštalácie druhého stupňa; 8 - dodávka materiálu.

Použitie uzavretej technologickej schémy zvyšuje efektívnosť využitia paliva v technologickom celku, t.j. znižuje výkon VER.

Energetická schéma zabezpečuje využitie tepla z výfukových plynov v elektrárňach na výrobu akýchkoľvek nosičov energie (tepla, elektriny, chladu atď.). Postupne je možné umiestniť niekoľko jednotiek využívajúcich teplo, napríklad kotly na odpadové teplo a ekonomizéry na ohrev vody v sieti. Energetická schéma je teda otvorená a umožňuje úsporu paliva vynaloženého na výrobu zodpovedajúcich typov a množstiev nosičov energie využitím energetických zdrojov procesnej jednotky znižujúcich energiu (obr. 3).

Kombinovaná schéma spája technologické a energetické schémy a zabezpečuje tak zníženie výkonu VER, ako aj ich efektívnejšie využitie (obr. 4).

Každá zo schém má výhody a nevýhody. Hlavným kritériom ich porovnania je dosiahnutá spotreba paliva. Toto kritérium však ešte neposkytuje základ pre konečné posúdenie schém. To si vyžaduje technickú a ekonomickú kalkuláciu, ktorá zohľadňuje kapitálové a prevádzkové náklady, udržateľnosť spotreby energie získanej z tepla výfukových plynov atď.

Obr.3. Energetické schémy na využitie tepla výfukových plynov: a - na výrobu pary; b - na výrobu pary a horúcej vody; 1 - rúra; 2 - prívod vzduchu; 3 - prívod paliva; 4 - odstránenie plynov z pece; 5 – KU; 6 - odvod pary z HRSG; 7 - odstránenie dymu z HRSG; 8 - dodávka napájacej vody do HRSG; 9 - vykurovacia voda; 10 - prívod vody do ohrievača; 11 - výstup teplej vody.

Obr.4. Kombinovaná schéma využitia tepla výfukových plynov: 1 - pec; 2 - odstránenie plynov z pece; 3 - rekuperátor; 4 - prívod vzduchu do rekuperátora; 5 - odstránenie dymu z rekuperátora; 6 - odvod pary z HRSG; 7 - KU; 8 - dodávka napájacej vody do HRSG; S - prívod vzduchu do pece; 10 - prívod paliva do pece.

4. Sekundárne energetické zdroje palivovo-energetického komplexu

Svetová produkcia uhlia je 2025 miliónov ton ročne (4033 baní). V tomto prípade vzniká asi 6 miliárd ton pevných, kvapalných a plynných odpadov, čo sú asi 3 tony odpadu na 1 tonu uhlia (z toho 2,5 tony odpadová hornina). Pri podzemnej ťažbe uhlia je merná výdatnosť horniny uvoľnenej z baní na povrch asi 0,3 tony na 1 tonu vyťaženého uhlia. Skutočná horľavá hmota v uhoľnom priemysle predstavuje iba 20 % horninovej hmoty. Podiel uhlia na výrobe elektriny je 37 % (1980).

Roponosná bridlica nie je o nič menej dôležitá ako uhlie. Asi 40 % bridlíc sa získava z povrchovej ťažby a 60 % z baní.

Odpad z ťažby a spracovania ropných bridlíc pozostáva z skrývky a odpadu zo spracovania.

Bol vypracovaný projekt spracovania ropných bridlíc (Švédsko), ktorý zabezpečuje ťažbu 6 miliónov ton ropných bridlíc ročne povrchovými metódami a v baniach a produkciu 1 300 ton uránu ročne. Schéma spracovania bridlicových bridlíc zabezpečuje primárne drvenie, obohacovanie ťažkými médiami na odstránenie vápenca, spracovanie bridlice kyselinou sírovou v bubnovom zariadení, držanie spracovávaného materiálu na hromadách, protiprúdové lúhovanie kyselinou sírovou infiltračnou metódou (odstránenie uránu 79 % ), prefiltrovanie roztoku, extrakciu uránu z neho organickým rozpúšťadlom, stripovanie roztokom uhličitanu sodného alebo amónneho a vyzrážanie koncentrátu uránu. Výluhový kal sa zmieša s vápencom a pošle sa na skládku.

Ďalšie etapy zlepšovania technológie spracovania bridlíc:

energetické využitie organického materiálu spaľovaním alebo splyňovaním;

vývoj technológie výroby hliníka z bridlíc;

kompletná komplexná ťažba neželezných kovov.

Emisie plynov z priemyselných podnikov ako zdrojov vody a energie.

Rozvoj energetiky, metalurgie, dopravy, chémie a petrochémie vedie k rýchlo rastúcej spotrebe vzduchu používaného ako surovina v oxidačnom procese. Podniky v chemickom, petrochemickom, potravinárskom, farmaceutickom a mnohých ďalších odvetviach spotrebúvajú veľké množstvá čistého vzduchu a vypúšťajú obrovské množstvá odpadových plynov obsahujúcich kyslík a znečisteného vetracieho vzduchu.

Sľubnou metódou na čistenie vzduchu od mikronečistôt je kombinácia energetických a chemických komplexov. Uvažujme o možnostiach kombinácie týchto procesov použitím odpadového vzduchu z priemyselných podnikov ako oxidačného činidla, napríklad fúkaného vzduchu v kotlových peciach. V tomto prípade je zabezpečené lacné čistenie znečisteného vzduchu od toxických nečistôt a nie je potrebné spotrebovať čistý vzduch na oxidáciu paliva.

Literatúra

1. Laskorin B.N. Bezodpadová technológia nerastných surovín. - M.: "Nedra", 2004. - 334 s.

2. Rosengart Yu.I. Sekundárne energetické zdroje metalurgie železa a ich využitie. - K.: "Vyššia škola", 2008. - 328 s.

3. Richter L.A. Ochrana vôd a ovzdušia pred emisiami z tepelných elektrární. Editoval Neporozhny. - M.: "Energoizdat", 2001. - 296 s.

4. Seagal I.Ya. Ochrana vzduchu pri spaľovaní paliva. - L.: "Nedra", 1987. - 294 s.

5. Toločko A.I. Ochrana životného prostredia pred emisiami z podnikov hutníctva železa. - M.: "Hutníctvo" 2001. - 95 rokov.