Ресурсосберегающие и экологически совершенные технологии

1. Ресурсосберегающие и экологически совершенные технологии

1. Вопросы экологии приобретают все большее значение. Среди стационарных источников загрязнения биосферы электроэнергетика занимает первое место. Она является также главным источником загрязнения естественных водоемов за счет тепловых отходов. До 60% количества теплоты, выделяемой при сжигании на КЭС органического топлива, через охлаждающую воду при отсутствии градирен попадают в реки, пруды и озера. Еще большее количество теплоты получают естественные водоемы от АЭС, что приводит к засорению их вредными водорослями и обмелению. ТЭС, работающие на твердом топливе, не только загрязняют воздушный бассейн, но и вызывают необходимость создания золо– и шлакоотвалов, занимающих большие площади и нарушающих экологическое равновесие.

Эти и другие факторы должны в полной мере учитываться при решении вопросов централизации энергоснабжения, концентрации и размещения энергетических мощностей. Концентрация мощности на КЭС в некоторой степени уменьшает количество вредных выбросов на единицу установленной мощности в связи с повышением экономичности использования топлива, усовершенствованием топочных устройств, золоуловителей и повышением их КПД. Кроме того, применение дымовых труб с наибольшей возможной высотой позволяет снизить концентрацию выбросов над поверхностью земли за счет их рассеяния на большие площади. Вместе с тем нормированные предельно допустимые концентрации (ПДК) золы и газовых выбросов ограничивают по экологическим причинам максимально возможные мощности отдельных КЭС в зависимости от вида сжигаемого топлива. По мере совершенствования улавливания выбросов, дальнейшего увеличения высоты дымовых труб, а также возможного облагораживания топлива перед поступлением на КЭС их установленная мощность будет возрастать.

На действующих КЭС основные мероприятия по защите среды обитания должны быть направлены на повышение экономичности использования топлива и КПД газоочистных и улавливающих устройств, на промышленное использование золы и шлаков, на частичный переход на теплофикационный режим, на применение оборотного водоснабжения и др. На вновь сооружаемых КЭС эти мероприятия в полной мере должны предусматриваться в проектах.

Так как расход топлива на теплоснабжение городов превосходит расход топлива на выработку электрической энергии, особое внимание должно быть обращено на максимальное сокращение вредных выбросов от теплоисточников. Замена мелких индивидуальных и групповых котельных крупными районными позволяет резко сократить вредные выбросы в окружающую среду за счет повышения экономичности использования топлива, применения газоочистных устройств с высоким КПД, увеличения высоты дымовых труб и степени рассеяния неуловленных выбросов.

Расширение строительства ТЭЦ на органическом топливе в городах приводит к значительной его экономии по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения, но с ростом ТЭЦ и начальных параметров пара увеличивается количество топлива, сжигаемого в городах, и вредных выбросов.

Для дальнейшего уменьшения вредного влияния электростанций на окружающую среду требуется широкое внедрение «чистых» в экологическом отношении солнечных, ветровых, геотермальных, приливных электростанций.

Одним из направлений ресурсосберегающих технологий является использование побочных и вторичных энергоресурсов.

Под побочными (вторичными) энергетическими ресурсами (ПЭР) понимаются ресурсы, полученные в качестве побочного продукта или отхода основного производства. С точки зрения экономии затрат необходимо стремиться к максимальному сокращению выхода побочных энергоресурсов путем лучшего использования первичного энергетического топлива в самом технологическом агрегате, установления рациональных режимов его работы. Для этого разрабатываются методы улучшения организации технологических процессов и режимов работы агрегатов, улучшения теплоизоляции, применения рекуперации, регенерации, промежуточных подогревов и т. п. Если эти мероприятия не обеспечивают полного использования энергетических ресурсов в пределах технологического агрегата, то образуются ПЭР.

Не менее важно создать условия для эффективной очистки уходящих газов, получения дополнительной продукции. Экономия топлива, извлечение серы и других элементов из уходящих газов обеспечивают заметный экологический эффект, поскольку не требуется дополнительной добычи сырья, топлива и их применения для обеспечения того же объема конечной продукции, что и при использовании ПЭР.

Побочные энергетические ресурсы могут использоваться либо непосредственно для удовлетворения потребности в теплоте, топливе, либо в утилизационных установках для производства теплоты, электроэнергии, холода, механической работы.

Возможны четыре основных направления использования побочных энергоресурсов:

1) топливное – непосредственное использование горючих ПЭР в качестве топлива;

2) тепловое – использования теплоты, получаемой непосредственно в виде ПЭР и вырабатываемой за счет ПЭР в утилизационных установках; выработка холода за счет ПЭР в абсорбционных холодильных установках, для выработки пара в котлах-утилизаторах; использование утилизированной теплоты отработавших газов газовых турбин компрессорных станций магистральных газопроводов для получения пресной воды и др.;

3) силовое – использование потребителями механической или электрической энергии вырабатываемых в утилизационных установках за счет ПЭР;

4) комбинированное – использование теплоты и электроэнергии, одновременно вырабатываемых за счет ПЭР в утилизационных установках (утилизационных ТЭЦ) по теплофикационному циклу.

При раздельном централизованном энергоснабжении (электроснабжение из энергосистемы и теплоснабжение от котельной предприятия) и использовании побочных энергетических ресурсов для производства теплоты получается экономия топлива в котельной, а при их использовании для производства электроэнергии – экономия топлива в энергосистеме.

При энергоснабжении предприятия от ТЭЦ могут быть случаи, когда использование побочных энергоресурсов для производства теплоты приводит в первый период к сокращению отпуска теплоты из отборов турбин ТЭЦ и, следовательно, к уменьшению выработки электроэнергии по теплофикационному режиму. Это уменьшение компенсируется дополнительной выработкой электроэнергии в энергосистеме по конденсационному циклу с большим расходом топлива. Поэтому достигаемая в этом случае экономия топлива от использования побочных (вторичных) энергоресурсов будет соответственно ниже, чем при раздельной схеме. В дальнейшем с ростом тепловой нагрузки района теплоснабжения перерасход топлива, связанный с использованием побочных энергоресурсов, может снижаться.

Таким образом, тепловая экономичность использования побочных энергоресурсов при комбинированной схеме энергоснабжения предприятия ниже, чем при раздельной, и зависит от темпов роста тепловой нагрузки рассматриваемого района. Экономия топлива будет тем ниже, чем ниже параметры заменяемого теплового потребления и чем выше начальные параметры пара на ТЭЦ.

При повышении параметров заменяемого отбора пара экономия топлива будет возрастать в большей мере, чем при раздельной схеме. Эффективность использования низкопотенциальной теплоты значительно выше при раздельной схеме.

При использовании побочных энергоресурсов для производства электроэнергии в конденсационных утилизационных паротурбинных установках экономия условного топлива в энергосистеме, ΔВ, составит, т:

ΔВ = (Э_У ± ΔЭ_ЭС)·r_С,

где Э_У – количество электроэнергии, отпущенное утилизационной установкой, тыс. кВт·ч;

ΔЭ_ЭС – изменение потерь электроэнергии в электрических сетях, тыс. кВт·ч;

г_С – средний относительный прирост расхода условного топлива в энергосистеме, соответствующий ее разгрузке при использовании утилизационной установки, т/(МВт·ч).

Применение пара утилизационных установок для комбинированного производства теплоты и электрической энергии приводит к меньшей экономии топлива, чем при использовании пара только для электроснабжения, если получаемый при этом отборный пар вызывает снижение величин отборов пара теплофикационных турбин.

При одинаковом количестве утилизированных побочных энергоресурсов в течение года их использование для производства теплоты обеспечивает часто большую экономию топлива, нежели использование для производства электроэнергии. Это связано с тем, что выработка электроэнергии утилизационными установками обычно вызывает разгрузку сравнительно более экономичных агрегатов энергосистемы, чем утилизационные установки. В противном случае или если годовая потребность в теплоте данного предприятия с прилегающей коммунально-бытовой нагрузкой ниже, чем возможная отдача при использовании побочных энергоресурсов, при определенных соотношениях указанная выше сравнительная экономичность может изменяться.

Иногда комбинированное использование побочных энергоресурсов возможно только зимой, в период большой тепловой нагрузки. В летний период пар утилизационных установок может использоваться лишь для производства электроэнергии.

Суточный и годовой режим работы утилизационной установки определяется технологическим процессом и может не совпадать с режимом теплопотребления. При пиковом характере графика выхода побочных энергоресурсов может оказаться целесообразным использование специальных аккумуляторов теплоты или неполное использование побочных энергоресурсов (если это не вызывает загрязнения окружающей среды).

Снижение годового числа часов использования установленной мощности утилизационной установки ведет к уменьшению экономии топлива, увеличению удельных капитальных затрат и годовых эксплуатационных расходов, приходящихся на единицу отпущенной теплоты.

Ограничения в использовании побочных энергоресурсов для производства электроэнергии практически отсутствуют. Однако, часто может потребоваться дублирование части мощности утилизационных установок мощностями электростанций энергосистемы вследствие неравномерности режима производства электроэнергии, определяемой технологическим режимом выхода побочных энергоресурсов.

Экономичность и рациональное направление использования побочных энергоресурсов зависит от большого количества динамичных по времени секторов, связанных с характеристиками технологических процессов, технико-экономическими показателями утилизационных установок, схемой энергоснабжения промышленного узла, технико-экономическими показателями замещаемого топлива, замещаемых установок и т. п. Выбор оптимального направления и степени использования побочных энергоресурсов производится на основе технико-экономических расчетов.