ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В топливных и тепловых балансах промышленных предприятий энергоемких отраслей промышленности вто­ричные энергоресурсы играют различную роль. Роль ВЭР, как одного из дополнительных источников по­крытия потребности промышленных предприятий в топливе, тепле и электроэнергии, определяется глубиной их утилизации и использования по сравнению с масштабами использования ископаемых видов топлива, электроэнергии и теплоты, вырабатываемых с использованием топлива в промышленных электро- и теплогенерирующих установках. Покрытие тепловых нагрузок промышлен­ных предприятий, состоящих как правило, из расходов теплоты на отопление, вентиляцию, кондиционирование горячее водоснабжение и на производственно-технологические системы, производится за счет ТЭЦ, промышленных котельных и утилизационных установок. Последние наряду с источниками, использующими органическое топливо, начинают играть все возрастающую роль в формировании приходных частей энергетических балансов промышленных предприятий. Несмотря на вовлечение в топливные и тепловые балансы предприятий ВЭР, их роль в топливо- и теплопотреблении энергоемких отрас­лей промышленности различна.

В топливно-энергетическом балансе чер­ной металлургии на долю энергии топлива приходится около 75 %. На предприятиях отрасли топ­ливо расходуется на технологические нужды: получение агломерата, кокса, чугуна, стали, на нагрев металла в нагревательных печах, обжиг огнеупорных материалов и др., а также на энергетические нужды: выработку теп­лоты и электроэнергии.

Коэффициент использования топлива на металлурги­ческих предприятиях в большинстве случаев не превы­шает 30 %, поэтому рациональное использование топли­ва является важной задачей.

В потреблении топлива предприятиями черной метал­лургии ВЭР занимают значительное место, здесь используются как горючие, так и тепловые ВЭР.

При современном уровне использования топлива на энергетические и технологические цели доля горючих ВЭР в топливопотреблении отрасли составляет в среднем около 16 %. Не менее значительна роль тепловых ВЭР в тепловом балансе металлургических заводов. Использование тепловой энергии, выработанной в утили­зационных установках, в настоящее время составляет примерно 28 % общей выработки теплоты и 32 % собствен­ного теплопотребления в целом по отрасли, а по пред­приятиям, на которых образуются и используются ВЭР, в среднем 42,5 %. На некоторых металлургических заво­дах потребность в тепловой энергии покрывается за счет ВЭР на 70–80 и даже на 100 %.

Доля тепловых ВЭР в покрытии тепловых нагрузок в отрасли достигает в среднем 33 %. На выработку 1 ГДж тепловой энергии в черной металлургии в среднем затрачи­вается 42,7 кг условного топлива, а с учетом выработки тепловой энергии за счет ВЭР удельный расход условного топлива сокращается до 30,5 кг/ГДж. В целом за счет исполь­зования горючих и тепловых ВЭР на металлургических заводах покрывается до 17–20 % потребности отрасли в конкретных видах топлива.

В топливно-энергетическом балансе предприятий цветной металлургии ВЭР занимают, как правило, незначительное место. Тепловая энергия потребляется как для энергетических, так и для различных технологических (нагрев, выпарка, выщела­чивание) и теплофикационных нужд.

Анализ тепловых балансов основных технологиче­ских процессов показал, что коэффициент использования топлива в цветной металлургии низок и составляет 10–40 %. В среднем по технологическим агрегатам отрасли с уходящими газами теряется 20–65 % теплоты, с охлаж­дающей водой 10–15 %, с огненно-жидкими шлаками – до 55 %. Удовлетворение потребности в тепловой энергии за счет ВЭР составляет в среднем по отрасли около 7 %, что объяс­няется техническими трудностями утилизации тепловых ВЭР цветной металлургии.

На долю предприятий химической про­мышленности приходится около 12% всех энергоресурсов, потребляемых в промышленности страны. Образующиеся в технологических процессах химического производства горючие ВЭР участвуют в основном в по­крытии топливной нагрузки предприятий трех подотрас­лей (где образуется до 99% суммарного выхода горю­чих ВЭР) – азотной, хлорной и фосфорной. Основное количество утилизируемых горючих ВЭР потребляется на самих предприятиях – около 80 %, а оставшаяся часть отпускается на сторону. В качестве топлива ис­пользуется 84 % всех утилизируемых ВЭР. На нетоп­ливные нужды направляется немногим более 16 % всего количества фактически утилизируемых горючих ВЭР – в технологии производства аммиака в качестве сырья в печах конверсии, в получении азота и инертных газов.

Удельный вес используемых горючих ВЭР в качестве топлива в общем балансе котельно-печного топлива отрасли составляет в среднем около 4 %. Вырабатываемая различными источниками теплота ис­пользуется для покрытия технологической и коммуналь­но-бытовой нагрузок.

Одной из наиболее теплоемких отраслей химической промышленности является азотная. Вырабатываемая за счет ВЭР в утилизационных установках теплота позволяет обеспе­чить потребность в паре от 20 до 80 % в зависимости от ассортимента выпускаемой продукции и применяемой технологии производства. При полной утилизации ВЭР предприятия азотной промышленности могут за счет ВЭР полностью покрывать не только свою тепловую нагрузку, но и выдавать избыток тепловой энергии другим предприя­тиям и на коммунально-бытовые нужды жилых поселков и городов.

При современном уровне утилизации тепловые ВЭР в общем тепловом балансе химической промышлен­ности занимают сравнительно незначительное место (по сравнению с другими источниками централизованного теплоснабжения). За счет ВЭР покрывается только око­ло 12 % всей потребности отрасли в тепловой энергии.

На предприятиях нефтеперерабатываю­щей и нефтехимической промышленности для покрытия потребности в топливе и тепле использу­ются как горючие, так и тепловые ВЭР. Горючие ВЭР в основном используются в качестве топлива в котель­ных установках промышленных ТЭЦ (котельных), а так­же для сжигания в промышленных печах (например, использование метано-водородной фракции для сжигания в пиролизных печах и в котлах ТЭЦ). При современных условиях утилизации и направлениях использования до­ля горючих ВЭР в покрытии топливной нагрузки нахо­дится на уровне 6,5 % суммарной потребности отрасли в топливе на энергетические, технологические и другие цели.

Долевое участие утилизационных установок в структуре производства теплоты для покрытия тепловой нагрузки отрасли с учетом выдачи теплоты на сторону составляет в среднем 7,5 %. Участие тепловых ВЭР в структуре производства теплоты и в покрытии тепловой нагрузки для отдельных предприятий различно. В покрытии тепловой нагрузи нефтеперерабатывающих заводов на современном этапе дельный вес тепловой энергии выработанной за счет тепловых ВЭР, составляет примерно 4,2 %, т. е. относительно небольшую величину при современных масштабах теплоснабжения.

Для технологических процессов произ­водства синтетических каучуков и синте­тического спирта характерно более высокое до­левое участие тепловых ВЭР в покрытии суммарной тепловой нагрузки предприятий по сравнению с пред­приятиями нефтеперерабатывающей промышленности. В настоящее время для заводов синтетического каучука выработка теплоты за счет ВЭР составляет около 14 % об­щего теплопотребления по отрасли в целом. Спиртовые же заводы за счет пара утилизационных установок по­крывают свою потребность в тепловой энергии примерно на 45 %. В то же время не на всех заводах полезно используются тепловые ВЭР для покрытия технологической и отопительно-вентиляционной нагрузки предприя­тий.

Потребность в тепловой энергии пред­приятий тяжелого машиностроения по­крывается за счет выработки теплоты на ТЭЦ, промыш­ленными котельными и утилизационными установками. Тепловая нагрузка предприятий формируется на основе расходов теплоты на технологические цели (на привод молотов, в процессах мойки, окраски и сушки, металлы покрытий, термообработки металлов), на нужды венти­ляции и отопления.

На предприятиях тяжелого машиностроения ВЭР для покрытия тепловой нагрузки в настоящее время используются недостаточно. На действующих утилиза­ционных установках вырабатывается пар низких пара­метров и ВЭР используются в основном на отопительно-вентиляционные цели и горячее водоснабжение. В ба­лансе потребления тепловой энергии ВЭР занимают незначительное место – около 4,3 %. Тем не менее этот уровень может быть повышен за счет использования ВЭР также и для технологических целей для таких круглогодичных потребителей, как моечные машины, различного рода ванны, устройства для разо­грева мазута и масла, а также для привода прессов и молотов при повышении давления вырабатываемого в утилизационных установках пара до 1,2–1,5 МПа.

На предприятиях целлюлозно-бумажной про­мышленности расходуется примерно 3% топлива и электроэнергии и более 5% тепловой энергии общего расхода промышленностью и строительством.

В настоящее время 16,5 % общего расхода топлива отраслью покрывается за счет горючих ВЭР. Вырабаты­ваемый за счет горючих ВЭР в котельных установках пар в балансе тепловой энергии не учитывается, так как он используется для выработки электроэнергии. Однако в баланс тепловой энергии условно включа­ется выработка теплоты в котлах, используемая для покрытия тепловой нагрузки.

Газовая промышленность потребляет срав­нительно небольшое количество тепловой энергии. При этом следует отметить, что основным потребителей тепловой энергии являются вспомогательные промысло­вые и строительные объекты, а не компрессорные стан­ции, где образуются вторичные энергоресурсы. ВЭР участвуют в покрытии тепловой нагрузки компрессорных станций и прилегающих жилых поселков. В эту нагруз­ку входит покрываемая за счет ВЭР потребность в горя­чей воде для теплофикационных и коммунально-бытовых нужд. Несмотря на все увеличивающиеся объемы воз­можного использования вторичной теплоты компрессорных станций, фактическое его использование ограничивается отсутствием постоянных и энергоемких потребителей низкопотенциальной тепловой энергии вблизи этих источников. Полное удовлетворение всех теплофикационных и хозяй­ственных нужд компрессорных станций и близлежащих жилых поселков позволяет использовать всего лишь 10–15 % располагаемых тепловых ВЭР и то лишь в зимний период. В связи с этим использование теплоты выхлоп­ных газов газовых турбин и газовых компрессоров в настоящее время составляет около 17,5 % общего потреб­ления теплоты отраслью.

На предприятиях промышленности строительных материалов потребляется при­мерно 10 % топлива, около 5 % электроэнергии и более 3 % тепловой энергии, расходуемых в промышленности и строительстве. Топливо на предприятиях расходуется в процессах обжига цементного клинкера, при обжиге извести, в процессе варки стекла, при обжиге кирпича и керамических изделий, в процессах получения мине­ральных теплоизоляционных материалов, в вагранках для выплавки чугуна.

Высокий уровень использования ВЭР для покры­тия тепловых нагрузок характерен только для некото­рых предприятий, например, для предприятий цементной промышленности

Резкие отличия в технологии производства продук­ции промышленности строительных материалов опреде­ляют различные возможности и уровни использования ВЭР для покрытия тепловых нагрузок предприятий отрасли. В целом по отрасли этот уровень весьма не­значителен, так как использование тепловых ВЭР (а также выработки теплоты на базе ВЭР утилизацион­ными установками) составляет в настоящее время в общем теплопотреблении заводов промышленности строй­материалов примерно 0,3 %.

Приведенный анализ показывает, что в настоящее время вторичные энергоресурсы играют различную роль в топливных и тепловых балансах предприятий энерго­емких отраслей промышленности. Исходя из современных масштабов потребления топливно-энергетических ресурсов, доля горючих ВЭР в потреблении топлива рассмотренных отраслях промышленности составляет в среднем около 10 % и тепловых ВЭР в потреблении тепловой энергии – 12,5 %.

Так как на технологические нужды промышленных предприятий требуется тепловая энергия определенных параметров, повышение роли ВЭР в покрытии тепловых нагрузок предприятий связано с необходимостью решения ряда экономических, технических и организационных вопросов.

Для решения этих вопросов необходимо, прежде все­го, определить источники выхода ВЭР в энергоемких от­раслях промышленности, виды и параметры ВЭР с тем, чтобы можно было обоснованно решать вопросы их ути­лизации и принимать экономически эффективные реше­ния при разработке комплексных схем энергоснабжения промышленных предприятий.

В качестве примера рассмотрим подробнее вторичные энер­горесурсы электростанций.

Наибольшие отходы теплоты имеются на паротурбинных электростанциях. В котельном цехе основными тепловыми отходами являются уходящие газы котлов с температурой 150–200 °С. Потери теплоты с уходящими газами составляют 10–15 % теплоты сжигаемого топлива. При невозможности ис­пользовать уходящие газы на подогрев питательной воды и воздуха котельного агрегата следует рассмотреть вопрос о при­менении теплофикационного экономайзера для подогрева сете­вой воды.

Как известно, коэффициент теплоотдачи от газов к воде не­велик. Это потребует больших поверхностей экономайзера. Кроме того, из-за увеличения сопротивления газового тракта повышается расход электроэнергии дымососом. Поэтому при­менение теплофикационного экономайзера в ряде случаев эко­номически нецелесообразно.

Значительно меньше тепловых отходов содержится в дре­нажах, продувочной воде котлов, воде, охлаждающей балки и панели топок.

В турбинном цехе очень много теплоты теряется с охлаж­дающей водой конденсаторов турбин (до 50 % теплоты топ­лива, расходуемого на электростанциях). Однако ввиду низкой температуры нагретой охлаждающей воды (15–25 °С) непо­средственная утилизация этих тепловых отходов невозможна.

Отходы теплоты с охлаждающей водой масло- и воздухо­охладителей турбогенераторов не превышают 1–2 % энергии, вырабатываемой станцией.

В тепловых схемах современных паротурбинных ТЭС все чаще предусматривается использование внутри самой станции теплоты дренажей, продувочной воды котлов, охлаждающей воды масло- и воздухоохладителей для подогрева конденсата турбин, сырой воды в системах химводоочистки (ХВО) и т. д.

В газотурбинных ТЭС, работающих по замкнутой схеме, основными вторичными энергоресурсами являются отходящие газы из регенеративных теплообменных аппаратов и нагретая охлаждающая вода воздухоохладителей компрессоров. Эти от­ходы теплоты до настоящего времени используются недоста­точно.

На ТЭС, оборудованных двигателями внутреннего сгорания, около 1/3 теплоты сжигаемого топлива теряется со сбросной охлаждающей водой при температуре 40–50 °С. Примерно столько же теплоты выбрасывается с выхлопными газами при температуре 300–450 °С. Вполне возможно использовать теп­лоту газов, охлаждая их до 120–150 °С в котлах-утилизато­рах. Теплоту охлаждающей воды двигателей внутреннего сго­рания можно использовать для горячего водоснабжения. Не­большая мощность ТЭС с двигателями внутреннего сгорания обусловливает весьма ограниченные размеры отпуска теплоты потребителям.

Следует отметить, что основным недостатком схем теплоснабжения, базирующихся лишь на тепловых отходах, яв­ляется несоответствие графиков отпуска и потребления теп­лоты. Поэтому использовать полностью все тепловые отходы практически никогда не удается. Используется только теплота, нужная потребителю. Если же теплопотребление имеет сезон­ный характер, то доля использования тепловых отходов в годо­вом разрезе еще меньше.

Эти обстоятельства должны учитываться при разработке схемы использования тепловых отходов и в технико-экономиче­ских расчетах по обоснованию предлагаемой схемы.