Problemele legate de economisirea energiei devin din ce în ce mai acute pe măsură ce potențialul de putere al consumatorilor moderni crește. Atât în sfera casnică, cât și în industrie, mijloacele tehnice, unitățile și rețelele de comunicații utilizate necesită cantități tot mai mari de resurse energetice. Acest lucru ne obligă să căutăm noi surse alternative de căldură, electricitate și alte forme de generare a energiei. În ciuda dezvoltării active a purtătorilor de energie naturali, acest segment încă nu ne permite să mizăm pe înlocuirea completă a centralelor tradiționale. În același timp, există un interes considerabil pentru resursele energetice secundare (SER), care sunt în mare parte gratuite, dar necesită mai puține investiții în crearea unei infrastructuri de servicii. Cu toate acestea, caracteristicile produsului energetic secundar nu se opresc aici.
Definiția lui VER
Există două moduri fundamental diferite de a genera energie - naturală și industrială(artificial). În primul caz, se utilizează energia fenomenelor și proceselor naturale - de exemplu, fluxul de apă, radiația solară, vântul etc. Complexitatea utilizării unor astfel de resurse se datorează problemelor tehnice de natură organizatorică - în special, instabilitatea acumulării de energie. Generarea de energie industrială în acest sens este mai controlabilă, dar necesită materii prime pentru a asigura reacții, în timpul cărora se generează căldură, electricitate, gaz etc.. Combinarea resurselor energetice primare și secundare are loc doar în cadrul ciclului de funcționare al stațiilor generatoare.. Cert este că resursele principale nu sunt utilizate pe deplin, iar rămășițele lor sunt ulterior eliminate sau reciclate. Stațiile de producere a energiei secundare funcționează pe aceeași bază.
Când luăm în considerare principiile utilizării VER, nu va fi de prisos să ne referim la conceptul de potențial energetic. Aceasta este cantitatea de energie care poate fi teoretic generată în timpul procesării deșeurilor, a subproduselor de producție și a materiilor prime intermediare neconsumate în ciclul primar. În acest caz, expresia potențialului sub formă de energie poate fi diferită. Stocurile de diverse deșeuri sunt reprezentate ca căldură legată fizic sau chimic, exces de presiune, energie cinetică sau presiune a fluidului.
Deci, definirea resurselor secundare pentru funcționarea centralelor electrice este următoarea: acesta este potențialul energetic care poate fi generat ca urmare a procesului tehnologic de prelucrare a deșeurilor sau a produselor subutilizate din producția principală. În același timp, atât deșeurile în sine, cât și metodele de prelucrare ulterioară a acestora pot fi diferite.
Caracteristici
VER
De remarcat este faptul că multă vreme acest concept de generare a energiei nu a fost luat în considerare de marii consumatori din cauza lipsei unor metode precise de calcul al eficienței și potențialelor energetice. Astăzi, reciclarea resurselor se bazează pe o analiză cuprinzătoare a unei game largi de indicatori, ceea ce face posibilă extragerea maximului de beneficii din același deșeu industrial. Cele mai comune caracteristici de design ale acestui tip de resurse includ următoarele:
- Coeficient de energie de ieșire - raportul dintre potențialul de generare și volumul termic care a intrat în generator cu resurse primare.
- Coeficientul consumului de energie - raportul dintre cantitatea de căldură consumată din producția secundară și energia primită în grupul electrogen. Acest indicator reflectă eficiența utilizării unei scheme energetice specifice a întreprinderii. În plus, există diferite modalități de a evalua volumele optime de consum - cu accent pe valorile fezabile din punct de vedere economic, pe indicatorii de consum efectiv și planificat.
- Oportunitățile de economisire a combustibilului sunt cantitatea de resurse primare care nu sunt consumate prin utilizarea deșeurilor industriale. Mai mult, economiile pot fi calculate și după schema inversă, atunci când resursele primare și secundare se înlocuiesc între ele, în funcție de condițiile actuale de generare a căldurii sau a energiei electrice.
- Coeficient de utilizare - raportul dintre volumul de căldură generată și potențialul energetic al resursei furnizate cazanului de procesare.
- Factor de generare de energie - cantitatea de energie care este direct generată prin utilizarea materialelor reciclate într-o unitate de reciclare. Trebuie remarcat faptul că coeficientul de generare diferă de energia de ieșire prin cantitatea de pierderi de căldură din instalația de lucru.
- Factorul de serviciu este o valoare care determină diferența dintre producția de energie planificată și producția reală generată prin raport.
Alegerea modelului VER optim
În fiecare caz, la elaborarea unui proiect de alimentare cu energie prin resurse secundare, se pune în prim plan o sarcină economică, a cărei esență este folosirea celor mai eficiente materii prime. Pentru a face acest lucru, se efectuează certificarea preliminară a tuturor surselor disponibile de resurse secundare, indicând rezervele acestora, poluarea, temperatura și modul de primire. De asemenea, definește cerințele pentru asigurarea proceselor tehnologice de utilizare a VER. În funcție de condițiile de funcționare ale întreprinderii și de metoda de prelucrare a materiilor prime, acestea pot fi sisteme de încălzire, ventilație, gaz și apă.
La etapa finală a creării proiectului, sunt efectuate și următoarele proceduri:
- Cea mai rentabilă metodă de eliminare este selectată pentru una sau mai multe surse selectate de materii prime secundare.
- Efectul economic al fiecărui eveniment de prelucrare a resurselor este determinat.
- Schema de funcționare a fabricii de reciclare este în curs de dezvoltare în conformitate cu nevoile întreprinderii. De asemenea, procesul tehnologic principal poate fi suplimentat de operațiuni auxiliare precum centralele de cogenerare - de exemplu, dacă este necesară conversia mai multor tipuri de combustibil.
Surse de resurse secundare
În sens general, sursele SER sunt înțelese ca un ansamblu de procese tehnologice și materii prime prelucrate în cadrul funcționării generatoarelor de energie primară. De asemenea, diferite zone de producție pot acționa ca surse de material pentru generarea și conversia ulterioară a căldurii sau a energiei electrice. Ce sunt resursele energetice secundare? Tipurile specifice de materiale sunt determinate de sfera producției primare de materii prime. De exemplu, întreprinderile metalurgice furnizează deșeuri, deșeuri de metale neferoase și feroase, compuși de cauciuc și aditivi de aliaj neutilizați.
Dacă vorbim de consumatori de energie termică, atunci vor trece în prim-plan fabricile de mobilă și hârtie, precum și întreprinderile de prelucrare a lemnului de construcții care furnizează materiale combustibile combustibile. Următoarele exemple de resurse energetice secundare de acest tip pot fi date:
- Brichete de turbă.
- Așchii de lemn și scoarță.
- Cenusa de la cazane de uscare la temperaturi ridicate.
- Lignin.
- Hârtie reziduală.
- Deșeuri din lemn masiv.
- Produse din carton și hârtie nerevendicate.
După măsurăPe măsură ce procesele tehnologice de producție devin mai complexe, structura deșeurilor cu emisii se schimbă și ea. Alături de materiile prime tradiționale, deșeurile multicomponente de în altă calitate și complexe sunt din ce în ce mai utilizate în ciclurile de procesare secundară. Acestea includ următoarele materiale:
- Elemente termoplastice polimerice.
- Aglomerate de aliaje sintetice.
- Produse industriale din cauciuc și regenerează.
- Deșeuri de halite.
- Zgură de furnal.
- Fosfogips.
În același timp, crește și nivelul amenințărilor pentru mediu. Dacă unul dintre cele mai importante avantaje ale surselor naturale de energie este curățenia ecologică a proceselor de generare, atunci eficiența ridicată a VER este în mare măsură asigurată de substanțe poluate și agresive chimic care nu sunt susceptibile de prelucrare primară. Acestea includ produse petroliere, sedimente și nămol, anvelope uzate, deșeuri care conțin mercur etc.
Clasificare după instrucțiuni de utilizare
Una dintre clasificările cheie ale resurselor secundare, care determină domeniul de aplicare al materiilor prime valoroase din punct de vedere energetic. De regulă, se disting următoarele domenii de utilizare a VER:
- Arderea combustibilului în unități care utilizează materii prime gata pentru tratament termic. O schemă simplă de generare a căldurii este implementată fără etape intermediare de procesare și conversie.
- Utilizare termică. Generare in unitati de recuperare termica. Spre deosebire de modalitatea anterioară de utilizare a resurselor, principiul de cogenerare al generării de energie poate fi implementat, dar și fără operațiuni.transformări. De exemplu, pe diferite linii ale unei centrale, utilizarea resurselor de energie secundară face posibilă obținerea de căldură, apă caldă sau abur.
- Utilizare termică și combinată. Odată cu generarea de căldură, există și conversia în energie electrică. De exemplu, turbinele generează energie electrică în forme de cogenerare sau de condensare.
- Electricitate. Electricitatea este generată cu ajutorul unei turbine cu gaz care utilizează.
Clasificare după tipul media
Sub purtător se înțelege forma resursei energetice, precum și starea agrotehnică a acesteia, în care va fi selectată instalația de utilizare. Pe această bază, se disting următoarele resurse reciclate:
- Deșeuri lichide, solide și gazoase.
- Perechi - lucrate și trecătoare.
- Gaze de eșapament.
- Produse intermediare și finite.
- Apă de răcire tehnică.
- Gaze cu presiune crescută.
Clasificare după principalele tipuri de RES
Cele mai frecvente sunt resursele secundare combustibile și termice pentru prelucrare la stațiile de utilizare a energiei. De exemplu, SER combustibile sunt de obicei deșeuri industriale utilizate ca combustibil finit în alte scopuri industriale. În acest caz, se aplică următoarea clasificare a resurselor energetice secundare:
- Gaze metalurgice de furnal.
- Deșeuri de lemn sub formă de așchii, rumeguș și așchii.
- Deșeuri lichide sau solide utilizate în rafinarea petrolului și industria chimică.
Thermal VER oferă căldură fizică fără conversie. În această calitate, se pot folosi gaze de procesare reziduale, produse secundare ale producției, zgură și cenușă, căldură directă de la unitățile și aparatele de operare, abur și apă caldă. Este important de subliniat faptul că resursele termice pot fi utilizate atât direct ca sursă de căldură, cât și ca materii prime, a căror prelucrare va contribui la producerea de energie electrică.
Resursele sunt folosite mai rar, a căror energie potențială este generată din surse de presiune în exces. Acestea sunt tipuri de resurse energetice secundare emise, care pot fi amestecuri de abur și gaze care părăsesc instalațiile de lucru în atmosferă. Astfel de resurse sunt împărțite în funcție de nivelul de concentrare a energiei și indicatorii de temperatură. Acum puteți lua în considerare fiecare dintre tipurile de VER menționate separat.
Resurse secundare combustibile
În ponderea utilizării mondiale a VER, combustibilul combustibil ocupă aproximativ 70-80%. Principalul tip de astfel de deșeuri este lemnul și produsele prelucrării acestuia. Echipamentul țintă pentru utilizarea resurselor este de obicei unități de cazan-cuptor care asigură procese tehnologice de ardere cu îndepărtare a căldurii. În Rusia, există și fabrici specializate pentru prelucrarea tipurilor combustibile de resurse secundare - de exemplu, lignina este procesată la instalațiile de hidroliză, dar din cauza complexității întrețineriiproduse, astfel de abordări tehnologice sunt rare.
Legat de deșeurile combustibile secundare și anvelopele auto, care sunt reciclate cu eliberare de energie în trei moduri:
- Cu conexiunea unei cascade de concasoare pentru pre-zdrobire.
- Utilizarea sistemelor de compresie continuă cu volum închis în extrudere speciale.
- Cu tehnologia de măcinare criogenică folosind azot lichid.
Metodele combinate de ardere a produselor combustibile sunt, de asemenea, populare. Dupa sortarea materiilor prime in functie de anumite caracteristici (fractie, grad de contaminare, compozitie chimica si structurala) se realizeaza reciclarea resurselor de acelasi tip. Așadar, împreună cu deșeurile de lemn, se poate arde cărbunele și cauciucul pesmet, dacă se potrivește caracteristicilor tehnologice date. La unele stații de reciclare, deșeurile combustibile sunt, de asemenea, pregătite pentru producție ulterioară. În special, materialele de construcție precum furtunurile, masticele, materialele de umplutură pentru diferite amestecuri și vopselele și lacurile sunt fabricate din cărbune activ, elemente de inginerie radio și materiale compozite după procesarea energetică.
Resurse de energie secundară termică
Potențialul energetic al acestui tip de VER le permite, de asemenea, să fie utilizate pe scară largă într-o varietate de industrii și industrii. Cele mai valoroase resurse termice din punct de vedere al productivității sunt gazele reziduale eliberate ca urmare a reacțiilor chimice, pirolizei și arderii de bază.produse combustibile. Se folosește și căldura prin condensare, deși datorită complexității tehnologice a proceselor de extracție a energiei, această sursă este utilizată doar la întreprinderile mari multifuncționale cu centrale de cogenerare. Teoretic, căldura poate fi generată din emisiile de ventilație și alte rețele de inginerie cu debite de aer cald și apă, dar ponderea sa în volumul total de procesare a energiei secundare este de doar 2-3%.
Există și restricții privind utilizarea surselor de căldură a resurselor secundare de energie, care sunt impuse sistemelor de încălzire cu aer de alimentare. În special, utilizarea tehnologică a următoarelor medii de aer nu este permisă:
- Scurge eliminate din încăperile care conțin substanțe inflamabile sau explozive. Chiar dacă locul de admisie este conectat indirect la gaze sau vapori combustibili prin conducte de ventilație, acest aer nu poate fi utilizat în unitățile de recuperare a căldurii.
- Curenți care pot deveni purtători de substanțe nocive. Acest lucru se întâmplă de obicei atunci când aerul care circulă preia particulele de condensare sau de decantare din procesarea materiilor prime periculoase din schimbătoarele de căldură.
- Fluxuri care pot conține viruși, bacterii și ciuperci care cauzează boli. Contaminarea biologică a mediului aerian este determinată și de specificul unei anumite producții sau de condițiile de funcționare ale unui sistem de inginerie.
O trăsătură caracteristică a utilizării resurselor secundare în scopul generării de căldură este modul sezonierfuncţionarea instalaţiilor de reciclare. Acest lucru se datorează faptului că o parte semnificativă a cazanelor de procesare sunt activate în perioadele de încălzire cu aport direct de energie termică. Acest lucru este valabil mai ales pentru utilități, dar în condițiile producției industriale, suportul termic pentru operațiunile tehnologice se realizează în ritmul programului local.
Resurse secundare sub presiune
În principal sunt deșeurile de producție primite ca urmare a proceselor tehnologice de prelucrare primară. Acestea pot fi gaze, lichide și chiar solide. Caracteristica lor principală este să se afle sub presiune în exces la părăsirea instalației de lucru sau a sistemului de inginerie. Cerințele pentru reglarea presiunii fac dificilă utilizarea acestui tip de resurse secundare, precum și a derivatelor acestora. Cel puțin, ciclul de reciclare ar trebui să includă o operațiune de depresurizare înainte de eliberare. Pentru aceasta se folosesc regulatoare speciale cu cutii de viteze, care normalizeaza automat starea caroseriei la performante optime.
VER echipamente de întreținere
Uzinele de utilizare sunt folosite pentru a extrage energie din resurse secundare, care pot asigura diverse procese de procesare și producție. Există atât unități specializate, cât și universale. Deoarece resursele secundare includ medii precum aburul cu gaz și apă, cazanele universale și centralele de cazane pot fi considerate ca cogenerareechipamente. Produsul țintă al unor astfel de sisteme este, de obicei, electricitatea generată în volume mari.
Dacă vorbim despre instalații speciale cu focalizare îngustă, atunci acestea includ următoarele:
- Cazane de recuperare a apei.
- Economizoare.
- pompe de căldură.
- Schimbătoare de căldură.
- Sisteme frigorifice cu absorbție.
- Incalzitoare de apa.
- Unități de răcire prin evaporare.
- Generatoare cu turbină etc.
Desigur, pentru funcționarea deplină a unor astfel de unități este necesară o gamă largă de dispozitive auxiliare, datorită cărora sistemul este conectat la sursele de combustibil. Deci, pentru întreținerea resurselor de energie secundară într-un singur complex cu o conductă de gaz, poate fi necesară o unitate de recuperare a căldurii cu o stație de compresoare separată. În funcție de caracteristicile resursei în sine, pot fi utilizate și sisteme de răcire, filtrare, încălzire, reglare a presiunii etc.
Utilizarea RES pentru încălzire
La multe întreprinderi, posibilitatea încălzirii spațiilor și încălzirii echipamentelor folosind energia generată de deșeurile locale este introdusă direct în procesele tehnologice de producție. De exemplu, cazanele și cuptoarele termice emit resurse energetice secundare sub formă de gaz în timpul funcționării. Sistemul de eliminare a deșeurilor funcționează cu ajutorul încălzitoarelor de apă, care mai întâi setează temperatura amestecurilor de gaze la aproximativ 250 °C, iar apoi distribuie energia pe circuitele de schimb de căldură. După aceea, vaporii rămași de proces sunt îndepărtațișemineu. Apa încălzită poate fi folosită în diferite moduri. Este de obicei folosit în procesul de producție ca fluid tehnic sau ca resursă pentru alimentarea cu apă caldă.
Eficiența utilizării unor astfel de tehnologii de încălzire este scăzută și se ridică la doar 10-12%, dar având în vedere absența costurilor materiilor prime, această abordare se justifică de la sine. Un alt lucru este că utilizarea resurselor energetice secundare în sine necesită organizarea inițială a condițiilor de generare a căldurii și distribuția ulterioară a produselor de ardere prin rețele de schimb de căldură. De asemenea, poate fi necesară echiparea suplimentară a liniilor de producție cu unități pentru îndepărtarea suspensiilor nedorite și sisteme de curățare de bază.
Încălzirea zonelor exterioare cu VER
Crearea spațiilor de lucru exterioare cu echipamente tehnologice, conform diverselor estimări, economisește de la 10 la 20% din costurile estimate de organizare a proceselor de producție. Desigur, nu se vorbește despre o ieșire completă din ateliere, dar reducerea la minimum a volumului structurilor clădirii la crearea unor astfel de amplasamente reduce semnificativ costul proiectelor. Dar, în același timp, funcționarea utilajelor va fi dificilă din cauza prezenței zăpezii și gheții în zone. În consecință, este necesar să se organizeze un sistem de alimentare cu căldură într-o zonă deschisă. Alegerea unei anumite instalații și tipul de resursă energetică secundară va depinde și de direcția întreprinderii și de deșeurile tehnologice ale acesteia. De regulă, înca purtător de căldură, se folosește apa, care circulă în inel cu întoarcere inversă la sursa de încălzire. Pentru menținerea parametrilor optimi ai lichidului, se folosește suplimentar antigel, iar reglarea debitelor se realizează prin automatizare cu vase de expansiune tampon.
Transferul de căldură va depinde de volumul resursei, de proiectarea conductei și de condițiile microclimatice externe. Pentru a menține siguranța în timpul funcționării sistemului în timpul iernii, se recomandă aranjarea unor acoperiri speciale pe bază de beton. De asemenea, în interesul creșterii conductibilității termice, tehnologii recomandă acoperirea structurii cu soluții bazate pe beton greu, așchii de baz alt și incluziuni de granit. Dacă vorbim de regiuni reci cu înghețuri severe, atunci este mai bine să alegeți o resursă de energie secundară pe bază de apă, cu adăugarea de instalații de topire a zăpezii la infrastructura de lucru. Cantitatea estimată de căldură generată pentru topirea maselor de zăpadă și a gheții ar trebui să fie de aproximativ 630 kJ/kg. Dacă proiectarea sistemului nu permite acumularea de zăpadă în zona de lucru, atunci consumul de energie pentru topirea acestuia în momentul precipitațiilor va crește la 1250 kJ/kg.
Beneficiile utilizării VER
Utilizarea surselor alternative de energie este de obicei determinată de factori economici, tehnici și de mediu. În acest caz, toți acești factori funcționează, dar cel economic este dominant. Cu un proiect bine executat pentru implementarea utilizatorului la întreprindere, puteți conta pe reducerea costului de furnizare a căldurii, de exemplu, până la 25-30%. Un indicator specific de economii este determinat de condițiile de producere și utilizare a resurselor energetice secundare, dar va exista un beneficiu în orice caz. Mai ales dacă la fabrica țintă sunt utilizate materiale de procesare locale și proprii.
Un alt beneficiu vine din potențialul energetic ridicat al deșeurilor. Gazele, lichidele tehnice și materiile prime de producție în stare solidă sunt selectate inițial conform principiilor de maximizare a extragerii de volume mari de căldură. Mai mult, spre deosebire de funcționarea principalilor purtători de energie tradiționali, resursele secundare în momentul utilizării sunt deja în starea optimă de agregare și temperatură pentru procesare.
Dezavantaje ale utilizării VER
Răspândirea pe scară largă a acestui concept de alimentare cu energie este împiedicată de mai mulți factori, principalul dintre care este complexitatea dispozitivului tehnologic al unor astfel de sisteme. Chiar dacă nu luăm în considerare costul echipamentelor sub formă de utilizatori, organizarea tehnică a procesului va necesita inevitabil reorganizarea locului de operare, deoarece sistemul va funcționa împreună cu diferite unități de inginerie.
Un alt dezavantaj al utilizării resurselor secundare poate fi văzut ca randamente reduse de energie. Din nou, ținând cont de natura liberă a acestei materii prime, fezabilitatea economică va fi pozitivă, cu toate acestea, un procent modest al transferului de căldură, în special, nu va permite, în principiu, să se bazeze pe amenajarea stațiilor de generare pentru o cuprinzătoare întreținerea industriilor și a altor instalații de consum. De regulă, aceasta este numaisursă de alimentare auxiliară.
Concluzie
Resursele pentru prelucrare în scopul recuperării energiei secundare sunt fundamental diferite de sursele tradiționale și naturale de alimentare cu energie. Ele se datorează parțial originii acestei materii prime, dar într-o mai mare măsură - specificului tehnologiilor pentru aplicarea lor. În același timp, consumul de resurse primare și secundare poate avea loc în cadrul aceluiași proces de producție. De exemplu, dacă fitingurile sunt fabricate în fabrică, iar produsele de ardere de la furnalele sunt trimise la schimbătoarele de căldură reziduale care deservesc alte operațiuni tehnologice. Este implementat un ciclu de producție complet, care este mai eficient, care economisește resursele și mai ecologic, deoarece deșeurile sunt reciclate.
