Промышленное теплоснабжение

Основным инструментом государственной  поддержки реализации проектов по энергосбережению и повышению энергетической эффективности  на энергоемких промышленных производствах  является предоставление государственных  гарантий Российской Федерации по кредитам на реализацию проектов по энергосбережению и повышению энергетической эффективности, привлекаемым отобранными в порядке, установленном Правительством Российской Федерации, организациями.

Энерготехнологические установки

Энерготехнологическое комбинирование в прокатном производстве

В прокатном производстве энерготехнологическое комбинирование позволяет снизить удельные затраты  топлива на нагрев единицы массы  металла. Котел на отходящих продуктах  сгорания (рис. 27) устанавливается на печи. Металлический воздухоподогреватель размещается за котлом. Система испарительного охлаждения печи включается в параллельный циркуляционный контур котла.

На рис. 27 показана схема  ЭТА, предназначенного для нагрева  металла перед прокаткой [5]. Теплоиспользующая  котельная поверхность устанавливается  над нагревательной печью непосредственно  перед воздушным подогревателем. При этом открывается возможность  повысить температуру газов на выходе из печи, что приводит к интенсификации нагрева металла; одновременно обеспечивается также надежная работа воздухоподогревателя.

Дополнительными преимуществами ЭТА являются снижение капитальных  затрат при повышении эффективности  работы в связи с ликвидацией  подземных боровов большой протяженности, керамического рекуператора, отдельного здания для КУ. Имеется возможность  более глубокого охлаждения газов  в связи с установкой воздушного подогревателя в качестве замыкающей поверхности. Экономия топлива достигается  за счет подогрева воздуха до высоких  температур. Тепловой баланс печи имеет  следующий вид:

где M – массовое количество подогреваемого металла, кг/с; Gг и Gв – расходы  продуктов сгорания и воздуха  соответственно, м3/с; B – расход топлива  на подогрев металла, м3/с;   - теплота сгорания газа, МДж/м3;   - теплоемкости воздуха газа, и металла соответственно, кДж/м3 и кДж/кг; tв – температура подогретого воздуха, °С; tг – температура продуктов сгорания на выходе из печи, °С;    - температура металла на входе и на выходе из печи, °С.

Расходы продуктов сгорания и воздуха  связаны с расходом топлива B соотношениями

где V0 – теоретически необходимое  количество воздуха, м3/м3;   - теоретический объем продуктов сгорания, м3/м3; a – коэффициент избытка воздуха. Подставляя указанные выражения в (31), получим выражение для расчета удельного расхода топлива на нагрев единицы массы металла

Рис. 27. Схема ЭТА для нагрева металла  и выработки энергетического  пара:

1 - проходная печь для нагрева металла; 2 - нагреваемый металл; 3 - газовые горелки;

4 - котел-утилизатор; 5 - испарительные поверхности нагрева; 6 - пароперегреватель;

7 - барабан; 8 - водяной экономайзер; 9 - воздухоподогреватель

Энерготехнологическое комбинирование в целлюлозно-бумажной промышленности При производстве целлюлозы  широко применяют ЭТА, в которых  осуществляется технологический процесс, сжигание так называемого черного щелока с восстановлением сульфата натрия.

Основной  процесс сушки и сгорания органических веществ происходит в объеме топки, расположенном между подушкой огарка и щелоковыми форсунками.

Паропроизводительность  котла обеспечивает расход пара на варочный котел (D1), на выпарную установку (D2) и на подогреватель (D3).

Расчет  тепловой схемы Расчет каупера.

Баланс ГТУ Компрессор сжимает атмосферный воздух, повышая его давление от Р0 до Рк. Р0 = 0,1 МПа; Рк = 0,5 МПа, т.е. степень сжатия компрессора равна π = 5.

Энерготехнологическое комбинирование при получении водорода Основным технологическим звеном энерготехнологической  установки получения водорода является печь-реактор [8], где происходит паровая конверсия метана  . (51).

Тепловой баланс топки 

Предмет теплотехники, связь с другими  отраслями знаний, основные понятия  и определения; Термодинамика: смеси  рабочих тел, теплоемкость, законы термодинамики, термодинамические процессы и циклы, реальные газы и пары, термодинамика  потоков, термодинамический анализ теплотехнических устройств, фазовые  переходы, химическая термодинамика. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проблемы энергосбережения были, есть и будут актуальными  для всех отраслей промышленности и  ЖКХ. На всех стадиях технологии производства и преобразования первичных энергоресурсов, транспорта, распределения и конечного  использования их энергетического  потенциала происходят значительные потери энергии, что является крупнейшим резервом экономии ТЭР.

Профессором А. Д. Ключниковым  была предложена структурная схема  энергетики страны, состоящая из четырёх  основных производственно-технологических  комплексов (ПТК), представленных на рис. 1.

 

I-ПТК Добыча, полная товарная подготовка и транспорт органического топлива  к крупным энергетическим, промышленным и другим потребителям

Топливо

Топливо

II-ПТК Централизованное преобразование энергии топлива в электрическую  энергию и теплоту, транспорт  этих потоков к крупномасштабным отраслевым и региональным потребителям

 

 

Электроэнергия Теплота 

 

III-ПТК Приём потоков преобразованной  энергии и товарного топлива  прямого использования, дополнительное (например, на промышленных предприятиях) производство электроэнергии и теплоты  на основе местных тепло - и электрогенерирующих  установок (ТЭЦ, ГТУ, ГПД, Котельных  и т.д.) с использованием ВЭР технологий, а также производство других видов  энергоносителей (кислород, азот, аргон, хладоносители, сжатый воздух и др.), аккумулирование, транспорт и распределение  всех энергоносителей по конкретным потребителям в сфере производства материальной продукции и услуг  для человека (например, в системах обеспечения жизнедеятельности)

 

 

Электро- Теплота Топливо  Другие ВЭР

энергия энергоносители технологий

IV-ПТК Реализация технологически и энергетически безупречного способа  конечного использования энергии  как средства проведения строго регламентированных технологий конкретных материальных производств  или услуг

 

 

Материальная Услуги

продукция

 

 

 

Рис. 1. Структурная схема  энергетики страны 

 

Экономия единицы энергии  на конечной стадии её потребления (в IV-ПТК)

приводит к экономии 3-4 единиц первичного энергоресурса, а  иногда и 10-15 единиц в зависимости  от эффективности всех стадий преобразования, транспорта и распределения, которые  проходят первичные ресурсы на пути от I-ПТК до конечных потребителей. Средние  удельные капитальные вложения в  энергосберегающие мероприятия, осуществляемые конечным потребителем энергоносителей, многократно ниже ожидаемых капитальных  вложений в производство эквивалентного количества энергетических ресурсов. Системы теплоснабжения и прямого  использования топлива в теплотехнологических системах промышленных предприятий, особенно, таких как чёрная и цветная  металлургия, химическая и нефтехимическая  промышленность, производство строительных материалов и т.д., а также жилищно-коммунальный комплекс являются крупнейшими потребителями органического топлива в России.

В [1] проводится анализ взаимодействия вышеперечисленных ПТК и перспективы  перераспределения энергоресурсов между ними. В настоящее время  можно выделить следующие особенности  современной энергетики страны:

1. дальнейшее развитие  энергетики по традиционным путям  (высокий темп непрерывного наращивания  энергопроизводящих мощностей) встречает  исключительно серьёзные возражения  экономического, технического и  экологического характера, а также  связанные с истощением запасов  органического топлива;

2. излишняя централизация  теплоэлектроснабжения предприятий.  Технико-экономические прогнозы  показывают, что в ближайшем будущем  произойдет существенное перераспределение  потоков энергоносителей между  II-ПТК и III-ПТК, I-ПТК и III-ПТК  в сторону увеличения последнего;

3. основные (по масштабу) резервы  энергосбережения располагаются  в области конечного энергоиспользования,  т.к. большинство существующих  технологий являются заранее  энергоубыточными.

В [3] отмечается, что на реализацию всего многообразия теплотехнологических процессов (от низкотемпературного  нагрева воды до высокотемпературной  плавки металлов) непосредственно расходуется  около 2/3 органического топлива, более 1/3 вырабатываемой электроэнергии и более 1/2 тепловой энергии. Коэффициент полезного использования (КПИ) энергии на конечной стадии (в IV-м производственно-технологическом комплексе) находится на уровне, редко превышающем 10%.

Вместе с тем основные потери ТЭР — являются тепловые. Это связано с низкой степенью преобразования энергии в технологических  процессах, несовершенством теплотехнологического  оборудования, нерациональными тепловыми  схемами теплотехнологических систем, малым использованием избыточных внутренних энергоресурсов технологий во внешних  системах. В рамках отдельного предприятия  находятся теплотехнологические и  теплоэнергетические системы, которые  разрабатываются и проектируются  различными организациями. При разработке теплотехнологических систем, являющихся основой энерготехнологического комплекса  предприятия, как правило, не учитываются  возможности использования избыточных энергоресурсов технологий в энергосистеме  предприятия, структурными элементами которой они являются, а при  проектировании теплоэнергетических  систем промышленных предприятий практически  не используются избыточные энергоресурсы  технологий. Это приводит к значительному  дисбалансу между выработкой и потреблением энергоносителей [5].

В [2] показывается, что наивысшие  возможности энергосбережения основаны на реализации следующих принципов  безотходной технологии: технология обеспечивает комплексное и полное товарное извлечение всех компонентов  исходного сырья, продуктов, материалов (т.е. технология должна быть материалосберегающей); технология характеризуется наиболее низким уровнем теоретически необходимого общего энергопотребления в процессе комплексной переработки сырья, полупродуктов, материалов (т.е. технология должна быть энергосберегающей); в технологии обеспечивается наиболее низкий уровень  расхода воды (т.е. технология должна быть маловодной); технология обеспечивает охрану окружающей среды (т.е. технология должна быть экологически совершенной); технология обеспечивает благоприятные  производственные условия для человека (т.е. технология должна быть безопасной и легко управляемой).

Возможные энергосберегающие  мероприятия в теплотехнологии  можно классифицировать по трем группам: утилизационные, энергетической модернизации, интенсивного энергосбережения. При  внедрении утилизационных мероприятий  решаются задачи использования отходов  энергоносителей в теплотехнологических установках (ТТУ), системах (ТТС) и комплексах (ТТК). Мероприятия энергетической модернизации уменьшают отходы энергоносителей  и реализуются без изменения  принципиальных основ технологии, техники, управления, использования технологической  продукции. Мероприятия интенсивного энергосбережения обеспечивают предельно  высокий энергосберегающий эффект, называемый потенциалом резерва  интенсивного энергосбережения. Этот потенциал определяется как разность между расходом топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на действующем объекте  и их расходом в термодинамически идеальной модели этого объекта. Потенциал резерва интенсивного энергосбережения достигается в  общем случае на базе изменения принципиальных основ технологии, техники, управления, повышения качества технологической  продукции и полноты ее полезного  использования, а также на основе перехода к альтернативным сырьевым материалам и малоэнергоемкой технологической  продукции [2,3].

Следует особо отметить, что  наибольшая энергоэкономическая эффективность  достигается при комплексном  подходе к решению проблемы энергосбережения в разработке современных и модернизации существующих энерготехнологических  комплексов предприятий [4].

Энерготехнологический комплекс предприятия – органически взаимосвязанные: теплоэнергетические, теплотехнологические и электроэнергетические системы  на основе эффективного производства, преобразования, транспорта, аккумулирования, распределения и снабжения энергоносителями технологических систем, систем жизнеобеспечения предприятий для реализации технологически и энергоэкономически безупречного способа конечного использования  энергии на основе осуществления  строго регламентированных технологий конкретных материальных производств  или услуг при резком снижении энергоемкости технологической  продукции или представляемых услуг.

Эффективное решение задач  создания рациональных, с высокой  энергоэкономической эффективностью энерготехнологических комплексов предприятий в значительной мере влияет на ускорение развития промышленности – основы экономического развития страны и значительное сокращение энергопотребления  в жилищно-коммунальном комплексе (ЖКК).