XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

На сегодняшний день актуальной проблемой на множестве предприятий остается утилизация вторичных энергетических ресурсов. Большинство технологических процессов, работа многих механизмов и систем сопровождается выделением большого количества тепловой энергии, которая не используется, а рассеивается в окружающей среде и называется «сбросным теплом» или вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР). Чаще всего сбросное тепло является низкопотенциальным, поскольку имеет температуру незначительно выше температуры окружающей среды. Низкопотенциальная энергия – это та энергия, потенциал которой ниже потенциала преобразователя, который экстрагирует энергию из окружающей среды для потребителя. Высокопотенциальная энергия — это та энергия, потенциал которой выше потенциала потребителя (точнее потенциала преобразователя, который экстрагирует энергию из окружающей среды для потребителя).

К низкопотенциальнымтепловым ВЭР относятся энергоносители с температурой до 50 °С, среднепотенциальным — 50...250 °С. Отводятся они от источников с охлаждающей водой, удаляемым из помещений воздухом, уходящими газами и используются в основном в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий различного назначения или в технологических установках.

К высокопотенциальным тепловым ВЭР относятся источники теплоты, имеющие температуру выше 250 °С. В основном это ВЭР промышленности и энергетики. Они используются в технологических установках и частично в системах отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения.

Основные источники высокопотенциальных ВЭР (тепловых, горючих и избыточного давления) — производственные процессы промышленности. Несовершенство энергоиспользования технологического оборудования служит причиной появления ВЭР. Наиболее энергоемки металлургическая, химическая, энергетическая отрасли, машиностроение, промышленность строительных материалов. Их энергетический баланс покрывается в основном низкоорганизованной энергией. На долю тепловой энергии (теплоносители — пар и горячая вода) приходится приблизительно 28 %, непосредственно топлива — около 46 %, на долю электроэнергии — 26 %.[1]

Температурный потенциал теплоты производственных процессов находится в диапазоне 20... 1800 °С, однако в общем количестве энергии избыточной теплоты высокопотенциальные теплоносители составляют всего 25 %. Современные теплоиспользующие агрегаты отличаются значительной единичной мощностью. Большое количество теплоты выделяют термические печи, сушильные установки, конвергеры и другое оборудование.

Крупные промышленные установки — источники избыточной теплоты эксплуатируются, как правило, круглосуточно и могут обеспечить непрерывное «производство» ВЭР.

Горючие ВЭР (конвертерный газ, генераторный и другие газы) используются в основном в качестве топлива, а также для выработки теплоты и электрической энергии.

Низко- и среднепотенциальные ВЭР в энергетических целях почти не используются из-за сложности их энерготепловой утилизации. Теплота воды, охлаждающей технологическое оборудование, теплота отходящих газов, теплота воздуха, удаляемого системами местной и общеобменной вентиляции, не всегда находит применение в технологических процессах, но всегда представляется энергетически и экономически целесообразным их использование для систем теплоснабжения, систем отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК). Подавляющее большинство низкопотенциальных источников ВЭР, пригодных для утилизации, расположено в промышленных, гражданских и жилых зданиях. К ним следует отнести и теплоту загрязненных сточных вод, удаляемых из зданий.

Принципиальное различие низкопотенциальной тепловой энергии от высокопотенциальной в том, что она имеет потенциал, который ниже потенциала преобразователя, экстрагирующего энергию из окружающей среды для потребителя. Источниками низкопотенциальной энергии являются естественные источники тепла: земля, вода, воздух; или искусственные источники (вторичные энергетические ресурсы), т. е. тепловые отходы (промышленные сбросы, бытовые тепловыделения, удаляемый вентиляционный воздух). [2-3] Одной из основных задач использования низкопотенциальной тепловой энергии является её транспортировка. Часть тепловой энергии в процессе транспортировки теряется — уходит через тепловую изоляцию труб и оборудования (изоляция не может быть идеальной). Эти потери являются технологическими (неизбежными), они не могут быть устранены полностью, хотя могут быть уменьшены за счет качественной изоляции труб, в том числе и заменой их на трубы из более совершенных материалов, что требует больших капиталовложений. Такая же ситуация возникает и с аккумулированием низкопотенциальной тепловой энергии. Процесс накапливания такой энергии совсем нерационален, т. к. возникают такие же потери, как и, например, при транспортировке [4].

Проблема использования высокотемпературных тепловых вторичных энергоресурсов не вызывает особых затруднений. Более того, их использование является строго обязательным. Проекты всех технологических производств, связанных с наличием высокопотенциальных тепловых ВЭР, предусматривают их дальнейшее применение. Наиболее распространенными установками, предназначенными для использования высокопотенциальных тепловых ВЭР, являются котлы-утилизаторы (КУ). Конструкции КУ могут быть самыми разнообразными. Они нашли широкое применение в различных технологических процессах.

Литература:

1. Энергосбережение в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Уч. пос. / А.М. Протасевич. - М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2013. - 286 с.:

2. Закиров Д. Г., Рыбин А. А. Использование низкопотенциальной теплоты. — Книга 1. — М.: РУСАЙНС, 2015. — 158 с.

3.Дзиндзела А. В., Сизякин А. В. Эффективное использование низкопотенциального тепла // Энергосбережение. — 2012. — № 1. — С. 24–31.

4. Слепченок В. С., Рондель А. Н., Шаповалов Н. Н. Влияние различных эксплуатационных факторов на тепловые потери в бесканальных подземных трубопроводах тепловой сети // Новости теплоснабженияе. — 2002. — № 6. — С. 73–79.