Использование вторичного сырья и отходов в настоящее время

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ.

1 Использование вторичных энергетических ресурсов в промышленности.

С целью уменьшения зависимости  от импорта топливных ресурсов и повышения экономии в республике проводится работа по увеличению объема использования местных видов топлива, древесных и других горючих отходов производства, вторичных энергоресурсов, биомассы и др. В программах энергосбережения этому направлению придается приоритетное значение. Например, суммарная экономия ВЭР в 2006 г. Составила 5846 т у. т. Так, за счет использования ВЭР (24 мероприятия) сэкономлено 3734 т у. т. Достигнутый экономический эффект от внедрения мероприятий по ВЭР исчисляется суммой в 583 млн. рублей.

Что касается настоящего времени, то Республиканской программой энергосбережения на 2006 -2010 гг. Министерству архитектуры и строительства Республики Беларусь доведено повышенное задание по экономии топливно-энергетических ресурсов в количестве 530 тыс. т.у. т. Таким образом, можно сделать вывод, что вовлечение в топливно-энергетический баланс предприятий ВЭР приобретает особую актуальность в настоящий момент в Республике Беларусь.

Подобные энергетические ресурсы можно использовать для  удовлетворения потребностей в топливе  и энергии либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо путём выработки тепла, электроэнергии, холода и механической энергии в утилизационных установках. Большинство горючих ВЭР употребляются непосредственно в виде топлива, однако некоторые из них требуют специальных утилизационных установок. Непосредственно применяются также некоторые тепловые ВЭР (например, горячая вода систем охлаждения для отопления).

Различают следующие  основные направления использования  потребителями ВЭР:

1. топливное – непосредственно в качестве топлива;
2. тепловое – непосредственно в качестве тепла или выработки тепла в утилизационных установках;
3. силовое – использование электрической или механической энергии, вырабатываемой из ВЭР в утилизационных установках;
4. комбинированное – тепловая и электрическая (механическая) энергия, одновременно вырабатываемые из ВЭР в утилизационных установках;

ГОРЮЧИЕ ВЭР

Источники и  пути использования ВЭР в черной металлургии.

Горючие газы–отходы  основного производства. На предприятиях черной металлургии к горючим  ВЭР относят доменный, конвертерный и ферросплавный газы. Доменный и коксовый газы практически используются полностью.

Наиболее полно используется доменный газ в качестве котельно-печевого топлива на ТЭЦ, в котельных и технологических печах. Значительная часть этого газа – 34% потребляется в самом доменном цехе на отопление воздухонагревателей. Потери доменного газа составляют в среднем по отрасли 5,5 % и приближаются к технически неизбежным, которые оценивают в 5% выхода.

Использование ферросплавного газа возможно для технологических (подогрев материалов, частичное предварительное восстановление сырья) и теплофикационных целей, сжиганием в котельной. Этот газ применяется в качестве топлива в энергетических котлах и технологических печах для обжига извести. В настоящее время на металлургических заводах утилизируется примерно 30% имеющихся ресурсов ферросплавного газа.

Конвертерный  газ частично используют в охладителях, но полное использование его ещё не решено. При сжигании его в печах после газоочистки теряется до 900 кг у.т./т конвертерной стали. Ресурсы конвертерного газа при охлаждении его без доступа воздуха составляют в настоящее время около 400…450 тыс. т у. т., но в современных условиях ввиду неравномерного выхода и трудности аккумуляции, конвертерный газы практически не используются в качестве топлива, а сжигаются на свечах.

Источники и  пути использования ВЭР в цветной  металлургии.

Большие резервы по эффективному использованию ВЭР имеются и  на предприятиях цветной металлургии. Технически возможное и экономически целесообразное применение вторичных энергетических ресурсов в этой отрасли оцениваются примерно в 18 млн. Гкал в год.

Эффективным в цветной  металлургии является использование  тепла уходящих дымовых газов  для подогрева воздуха, поступающего в печи для сжигания топлива. Это экономит топливо, улучшает процесс его горения и, кроме того, повышает производительность печи. Однако с дымовыми газами уносится ещё значительное количество тепловой энергии, которая может использоваться в котлах- утилизаторах для выработки пара.

Источники и  пути использования ВЭР в химической промышленности.

Горючие ВЭР в химической промышленности образуются в производствах  аммиака, метанола, капролактама, ацетилена, фосфора и в производствах  органического синтеза.

В производстве аммиака горючими ВЭР являются танковые, ретурные и продувочные газы, а также жидкие углеводороды; в производствах метанола и капролактама – продувочные газы, в производстве ацетилена – сажевый шлам, в производстве фосфора – печной газ.

Недостаточный уровень  использования горючих ВЭР в отрасли объясняется тем, что некоторые их виды в силу ряда объективных причин совсем не используются. В настоящее время практически не применяется печной газ производства фосфора из-за его взрывоопасности. В отрасли ведутся разработки использования указанных ВЭР в качестве топлива.

Источники и  пути использования ВЭР в лесной и деревообрабатывающей промышленности.

В настоящее время  большое внимание уделяется утилизации твердых древесных отходов, лигнина, отходов сельскохозяйственного производства и т.п. В лесной и деревообрабатывающей промышленности приблизительно половина заготавливаемой древесины идет в отходы. Одной из первостепенных задач является их утилизация путем сжигания с целью получения теплоты. К сведению, по данным 2006 года, использование дров в республике в 2006 году увеличилось на 27%, отходов лесозаготовки и деревообработки - на 140%, что положительно сказалось как на энергетическом, экологическом, так и на экономическом аспекте.

Древесные отходы делятся  на несколько типов:

• Лесосечные отходы (неодревесневшие молодые побеги, хвоя, листья);
• Стволовая древесина, кора и древесная гниль;

Древесина по своему составу  включает такие же компоненты, что  и твердое топливо, за исключением  серы.

Особенностью древесных  отходов некоторых производств является повышенная влажность. Отходы лесозаготовительных предприятий имеют влажность 45-55%. При этом влажность коры достигает 80%. Отходы деревообрабатывающего и мебельного производства имеют влажность 10-20%. Древесина имеет большой выход летучих веществ, что благоприятствует, несмотря на повышенную влажность, устойчивому процессу горения.

Мелкие древесные отходы различаются также по гранулометрическому  составу:

• Древесная пыль с частицами менее 0,5 мм;
• Опилки – менее 5-6 мм, щепа после рубильных машин – менее 30 мм;
• Крупная щепа с размерами частиц более 30 мм.

Способы сжигания древесных  отходов зависят от гранулометрического  состава и влажности. Древесную пыль без включения абразивных частиц сжигают факельно-вихревым способом, при наличии абразивных частиц – в циклонных топках. Более крупные отходы эффективно сжигать в слоевых топках с «кипящим» или плотным слоем.

Первичная переработка  местных древесных отходов может  включать изготовление брикетов, что  позволяет сжигать их в топках с плотным слоем.

Процесс сжигания (см. Приложение 1) древесных отходов включает предварительную сортировку и сушку. Сжигание проводится в топке с «кипящим» слоем с частичной рециркуляцией дымовых газов. Это обеспечивает полное сгорание топлива, выносимого с отходящими газами. Сжигание производится с целью получения теплоты и передачи её энергоносителю – пару или горячей воде, которые могут непосредственно направляться потребителю. Теплота может также преобразовываться с помощью паровой и газовой турбины.

Таким образом, горючие ВЭР позволяют замещать первичное топливо, которое Беларусь закупает за рубежом, и тем самым увеличивают производство энергии за счет собственных энергоресурсов.

ТЕПЛОВЫЕ ВЭР 

Общее понятие. Внутреннее и внешнее потребление  энергоотходов.

Напомню, что к тепловым ВЭР относится физическая теплота  отходящих газов котельных установок  и промышленных печей, основной или  промежуточной продукции, других отходов  основного производства, а также  теплота рабочих тел, пара и горячей  воды, отработавших в технологических и энергетических агрегатах.

Для утилизации тепловых ВЭР используют теплообменники, котлы-утилизаторы  или тепловые агенты. Тепловые ВЭР  делятся на:

1. Высокотемпературные (с Т носителя выше 500С)
2. Среднетемпературные (при Т от 150С до 500С)
3. Низкотемпературные (при Т ниже 150С)

Теплота уходящих дымовых  газов используется как для внутреннего, так и для внешнего потребления. При внутреннем потреблении энергоотходов  в печах и котлах осуществляется подогрев воздуха, подаваемого на горение. В котлах дополнительно может  подогреваться питательная вода. При внешнем использовании нагревают теплоноситель или сырье.

Использование тепловых ВЭР в пищевой промышленности.

Предприятия пищевой  промышленности являются крупными потребителями  топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Поэтому проблема экономии тепловой и электрической энергии в пищевой промышленности стоит очень остро. Наиболее энергоемкими являются производства: сахарное, масложировое, спиртовое, овощесушильное и др.

Вторичные энергоресурсы  представляют собой потенциал определенного вида энергии (тепловой, химической, механической, электрической), содержащейся в отходах, промежуточных или готовых продуктах производства.

Вторичные энергетические ресурсы предприятий пищевой  промышленности можно разделить на четыре группы:

— теплота отходящих газов и жидкостей (сюда относятся теплота дымовых газов, отходящих из котельных и печей, а также теплота, содержащаяся в воде, в барде спиртовых заводов и т. д.);

— теплота отработанного  пара паросиловых установок и  вторичного пара теплоиспользующих установок (выпарные установки, ректификационные аппараты, сушилки, пары самоиспарения);

— теплота горючих  отходов (эта теплота может быть реализована при сжигании отходов; например, лузга на маслоэкстракционных  заводах используется в качестве топлива в паровых котлах);

— теплота, содержащаяся в продуктах и отходах производства (к этой группе относится теплота, содержащаяся в шлаках котельных, горячем  жоме сахарных заводов, горячем хлебе, сахаре и т. д.; к этой группе можно  также отнести нагретый воздух, удаляемый из горячих цехов).

Источники вторичных  энергоресурсов существуют в каждой отрасли пищевой промышленности. Они имеют различный качественный (температурный уровень, свойства теплоносителя) и количественный состав.

Сахарное производство является наиболее энергоемким. Основными составными частями ВЭР являются теплота утфельного пара из вакуум-аппаратов, паров самоиспарения (деаэратора котельной, сатураторов и сульфитаторов, сборников конденсатов и технологических растворов), отходящих газов из котлов, конденсатов, барометрической воды, продувной воды котлов, жомопрессовой воды, энтальпии жома, нагретый воздух производственных помещений.

В спиртовом производстве в качестве вторичных тепловых ресурсов применяется теплота барды из бражной колонны, вторичной барды, продуктов производства (спирт, сивушное масло, дрожжи, эфироальде-гидная фракция и др.), теплота конденсаторов, дефлегматорной воды, вторичного пара и сушилок дрожжей, лютерной воды, охлаждающей воды из конденсаторов и холодильников, нагретого воздуха производственных помещений, отходящих газов из котлов, продувочной воды.

Спиртовые заводы, оборудованные  установками упаривания вторичной  барды, дополнительно в качестве вторичных энергетических ресурсов имеют теплоту вторичного пара, конденсата выпарных аппаратов, барометрической воды из конденсатора.

ВЭР пивоваренного производства включают в себя теплоту вторичного пара варочных котлов, конденсаторов, охлаждающей воды, отходящих газов сушилок и котельной.

В хлебопекарном, кондитерском и крахмалопаточном производствах элементами ВЭР является теплота конденсатов, вторичного пара вакуум-аппаратов, змеевиковых колонок, барометрической воды, вторичного пара выпарных установок, продуктов производства, отходящих газов печей, сушилок и котельной.

Вторичными тепловыми энергоресурсами масложирового производства являются теплота конденсатов и охлаждающей воды, продуктов производства, теплота при сжигании отходов, теплота отходящих газов сушилок и котельной.

В консервном производстве вторичные тепловые энергоресурсы включают в себя теплоту вторичного пара выпарных установок и вакуум-аппаратов, барометрической и охлаждающей воды, конденсатов, полуфабрикатов и готовой продукции, теплоту отходящих газов сушилок и котельной.

Эффективность использования  теплоты в большинстве технологических процессов пищевой промышленности можно значительно повысить, причем капиталовложений для этого потребуется существенно меньше в сравнении с необходимыми для добычи эквивалентного количества топлива. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что стоимость энергии, сэкономленной в результате реконструкции, в 3-5 раз дешевле энергии, получаемой при строительстве новых установок аналогичной производительности.

2 Использование на предприятиях агропромышленного комплекса.

Следует отметить, что  на предприятиях агропромышленного  комплекса практически не ведется  работа по использованию вторичных  энергетических ресурсов. И если в  промышленности республики потенциал  ВЭР, возможный для использования, оценивается в 12 млн Гкал, то в агропромышленном комплексе — в 2,5—3,0 млн Гкал. Если в промышленности основным препятствием использования ВЭР являются трудности по их применению в технологиях, то в агропромышленном комплексе они могут широко использоваться в теплицах, сушилках, при отоплении, вентиляции и т. п. Значительный потенциал энергосбережения имеется в снижении расходов тепловой энергии на обогрев и вентиляцию зданий за счет их тепловой реабилитации.

Использование вторичных  энергетических ресурсов для отопления  тепличных хозяйств предприятий пищевой промышленности — одно из перспективных направлений. Необходимость исследований в этой области обусловлена тем, что капитальные затраты на системы отопления и вентиляции составляют 30-50% от сметной стоимости тепличного хозяйства. Отсутствие разработок и нормативных документов, учитывающих особенности проектирования теплиц на территории предприятий, приводит к удорожанию их конструкций и увеличению эксплуатационных затрат на отопление.

В нашей стране и за рубежом имеется опыт применения ВЭР для обогрева культивационных сооружений. Для этой цели используют геотермальные источники, сбросную воду тепловых и атомных электростанций, теплоту продуктов сгорания газокомпрессорных станций.

Для теплиц, располагаемых  на территории промышленных предприятий, могут быть использованы отходящие газы от технологического оборудования (нагревательных печей, сушилок и т. д.) и котельных агрегатов, а также горячая вода или пар от технологического оборудования. Горячую воду, имеющую высокую температуру, используют в традиционных системах водяного отопления теплиц, низкотемпературную воду — в контактных аппаратах для нагрева и увлажнения воздуха, подаваемого в теплицу.

Довольно часто теплота  продуктов сгорания после хвостовых  поверхностей котельных агрегатов не применяется из-за низкого потенциала и теряется, снижая общий коэффициент полезного действия котельной. В то же время затраты на отопление теплиц составляют до 60% себестоимости выращиваемой в них продукции, поэтому освоение указанных ВЭР позволяет значительно снизить эксплуатационные расходы.

Большой интерес представляет также использование диоксида углерода (углекислого газа), содержащегося  в продуктах сгорания, для подкормки  тепличных культур. Первый положительный  опыт использования диоксида углерода для подкормки растений был получен еще в начале нашего века (Демусси, 1903). Но его практическое применение стало возможным лишь после детальных исследований, определивших физиологическую сущность данного агроприема и способы наиболее эффективного использования углекислого газа.

Применение технических  источников углекислого газа позволило  автоматизировать процесс подкормки  углекислотой и управлять им в  течение всего вегетационного периода  растений.

К настоящему времени  устарел способ подкормки с помощью сухого льда (высокие трудовые затраты, незначительное производство сухого льда). Применение сжиженной углекислоты резко ограничено теми же причинами, а также высокими транспортными расходами. Использование керамических газовых горелок инфракрасного излучения, основное назначение которых — обогрев воздуха, также неперспективно из-за опасности перегревов в весенне-летний период и генерирования углекислого газа в ночное время.

Наибольшее распространение  получил способ подкормки углекислым газом, получаемым при пламенном горении газообразного топлива (при сгорании жидкого либо твердого топлива образуется много токсичных примесей).

Наиболее действенным  источником углекислого газа в теплицах при наличии газовой котельной  являются продукты сгорания природного газа, содержание С02 в которых составляет обычно 4-8% в зависимости от режима работы котла.

Следовательно, применение продуктов сгорания природного газа в тепличном хозяйстве позволяет  одновременно решать две задачи —  повышение урожайности и увеличение экономичности работы тепло-агрегатов.