I problemi di risparmio energetico stanno diventando più acuti con l'aumento del potenziale di potenza dei consumatori moderni. Sia in ambito domestico che industriale, i mezzi tecnici, le unità e le reti di comunicazione utilizzate richiedono sempre maggiori quantità di risorse energetiche. Questo ci costringe a cercare nuove fonti alternative di calore, elettricità e altre forme di generazione di energia. Nonostante l'attivo sviluppo dei vettori energetici naturali, questo segmento non consente ancora di contare sulla completa sostituzione delle centrali di generazione tradizionali. Allo stesso tempo, c'è un notevole interesse per le risorse energetiche secondarie (SER), che sono in gran parte gratuite, ma richiedono minori investimenti nella realizzazione di un'infrastruttura di servizio. Tuttavia, le caratteristiche del prodotto energetico secondario non finiscono qui.
Definizione di VER
Ci sono due modi fondamentalmente diversi di generare energia: naturale e industriale(artificiale). Nel primo caso viene utilizzata l'energia di fenomeni e processi naturali - ad esempio il flusso dell'acqua, la radiazione solare, il vento, ecc. La complessità dell'uso di tali risorse è dovuta a problemi tecnici di natura organizzativa - in particolare, l'instabilità dell'accumulo di energia. La produzione di energia industriale in questo senso è più controllabile, ma richiede materie prime per garantire reazioni, durante le quali vengono generati calore, elettricità, gas, ecc.. La combinazione di risorse energetiche primarie e secondarie avviene proprio all'interno del ciclo di funzionamento delle stazioni di generazione. Il fatto è che le risorse principali non vengono completamente utilizzate e i loro resti vengono successivamente sm altiti o riciclati. Le stazioni di produzione di energia secondaria funzionano sulla stessa base.
Quando si considerano i principi dell'utilizzo di VER, non sarà superfluo fare riferimento al concetto di potenziale energetico. È la quantità di energia che può essere teoricamente generata durante la lavorazione di rifiuti, sottoprodotti di produzione e materie prime intermedie non consumate nel ciclo primario. In questo caso, l'espressione del potenziale sotto forma di energia può essere diversa. Le scorte di vari rifiuti sono rappresentate come calore fisico o legato chimicamente, sovrappressione, energia cinetica o pressione del fluido.
Quindi, la definizione di risorse secondarie per il funzionamento delle centrali è la seguente: si tratta del potenziale energetico che si può generare a seguito del processo tecnologico di lavorazione dei rifiuti sottoutilizzati o dei prodotti della produzione principale. Allo stesso tempo, sia i rifiuti stessi che le modalità del loro ulteriore trattamento possono essere diversi.
Caratteristiche VER
Vale la pena notare che per molto tempo questo concetto di generazione di energia non è stato preso in considerazione dai grandi consumatori a causa della mancanza di metodi accurati per il calcolo dell'efficienza e del potenziale energetico. Oggi il riciclo delle risorse si basa su un'analisi completa di un'ampia gamma di indicatori, che consente di trarre il massimo beneficio dagli stessi rifiuti industriali. Le caratteristiche di progettazione più comuni di questo tipo di risorse includono:
- Coefficiente di energia in uscita - il rapporto tra il potenziale di generazione e il volume termico immesso nel generatore con risorse primarie.
- Coefficiente di consumo energetico - il rapporto tra la quantità di calore consumata dalla produzione secondaria e l'energia ricevuta nel gruppo elettrogeno. Questo indicatore riflette l'efficienza dell'utilizzo di uno specifico schema energetico dell'impresa. Inoltre, ci sono diversi modi per valutare i volumi di consumo ottimali, con un'enfasi su valori economicamente fattibili, indicatori di consumo effettivi e pianificati.
- Le opportunità di risparmio di carburante sono la quantità di risorse primarie che non vengono consumate dall'uso dei rifiuti industriali. Inoltre, i risparmi possono essere calcolati anche secondo lo schema inverso, quando le risorse primarie e secondarie si sostituiscono a vicenda, a seconda delle condizioni attuali per la generazione di calore o elettricità.
- Coefficiente di utilizzo - il rapporto tra il volume di calore generato e il potenziale energetico della risorsa fornita alla caldaia di lavorazione.
- Fattore di generazione di energia - la quantità di energia che viene generata direttamente utilizzando materiali riciclati in un'unità di riciclaggio. Va notato che il coefficiente di generazione differisce dall'energia in uscita per la quantità di perdita di calore nell'installazione funzionante.
- Il fattore di servizio è un valore che determina la differenza tra la produzione di energia pianificata e la produzione effettiva generata attraverso il rapporto.
Scelta del modello VER ottimale
In ogni caso, quando si sviluppa un progetto per l'approvvigionamento energetico attraverso risorse secondarie, viene messo in primo piano un compito economico, la cui essenza è utilizzare le materie prime più efficienti. Per fare ciò, viene effettuata una certificazione preliminare di tutte le fonti disponibili di risorse secondarie, indicandone le riserve, l'inquinamento, la temperatura e le modalità di ricezione. Definisce inoltre i requisiti per garantire i processi tecnologici di utilizzo della VER. A seconda delle condizioni operative dell'impresa e del metodo di lavorazione delle materie prime, possono essere sistemi di riscaldamento, ventilazione, gas e acqua.
Nella fase finale della creazione del progetto, vengono eseguite anche le seguenti procedure:
- Il metodo di sm altimento più conveniente viene selezionato per una o più fonti selezionate di materie prime secondarie.
- L'effetto economico di ogni evento di elaborazione delle risorse è determinato.
- Lo schema operativo dell'impianto di riciclaggio è stato sviluppato in base alle esigenze dell'impresa. Inoltre, il principale processo tecnologico può essere integrato da operazioni ausiliarie come gli impianti di cogenerazione, ad esempio se è richiesta la conversione di diversi tipi di combustibili.
Fonti di risorse secondarie
In senso generale, le fonti SER sono intese come un insieme di processi tecnologici e materie prime lavorate nell'ambito del funzionamento dei generatori di energia primaria. Inoltre, diverse aree di produzione possono fungere da fonti di materiale per la successiva generazione e conversione di calore o elettricità. Cosa sono le risorse energetiche secondarie? Tipi specifici di materiali sono determinati dall'ambito della produzione primaria di materie prime. Ad esempio, le imprese metallurgiche forniscono rottami, rifiuti di metalli non ferrosi e ferrosi, mescole di gomma e additivi per leghe non utilizzati.
Se stiamo parlando di consumatori di fornitura di calore, allora verranno in primo piano le fabbriche di mobili e di carta, nonché le imprese di lavorazione del legno che forniscono combustibili combustibili. Si possono fornire i seguenti esempi di risorse energetiche secondarie di questo tipo:
- Bricchetti di torba.
- Trucioli di legno e corteccia.
- Ceneri provenienti da caldaie di essiccazione ad alta temperatura.
- Lignin.
- Carta da macero.
- Rifiuti di legno massiccio.
- Cartoni e prodotti di carta non reclamati.
Secondo la misuraMan mano che i processi tecnologici di produzione diventano più complessi, cambia anche la struttura dei rifiuti con emissioni. Insieme alle materie prime tradizionali, nei cicli di lavorazione secondaria vengono sempre più utilizzati rifiuti multicomponenti complessi e di alta qualità. Questi includono i seguenti materiali:
- Elementi termoplastici polimerici.
- Agglomerati di leghe sintetiche.
- Prodotti industriali in gomma e rigenerati.
- Rifiuti Halite.
- Scoria d' altoforno.
- Fosfogesso.
Allo stesso tempo, aumenta anche il livello delle minacce ambientali. Se uno dei vantaggi più importanti delle fonti energetiche naturali è la pulizia ecologica dei processi di generazione, allora l'elevata efficienza di VER è in larga misura assicurata da sostanze inquinate e chimicamente aggressive che non sono suscettibili di trasformazione primaria. Questi includono prodotti petroliferi, sedimenti e fanghi, pneumatici usurati, rifiuti contenenti mercurio, ecc.
Classificazione per modalità di utilizzo
Una delle classificazioni chiave delle risorse secondarie, che determina la portata delle materie prime a valore energetico. Di norma, si distinguono le seguenti aree di utilizzo di VER:
- Combustione di combustibili in unità che utilizzano materie prime pronte per il trattamento termico. Viene implementato un semplice schema di generazione del calore senza fasi intermedie di elaborazione e conversione.
- Uso termico. Generazione in recuperatori termici. A differenza del precedente modo di utilizzare le risorse, il principio della cogenerazione della generazione di energia può essere attuato, ma anche senza interventi.trasformazioni. Ad esempio, su linee diverse di una centrale elettrica, l'utilizzo di risorse energetiche secondarie permette di ottenere calore, acqua calda o vapore.
- Uso termico e combinato. Insieme alla produzione di calore, c'è anche la conversione in elettricità. Ad esempio, le unità a turbina generano elettricità in forme di cogenerazione o condensazione di energia.
- Elettricità. L'elettricità è generata con l'aiuto di un'unità turbina a gas che utilizza.
Classificazione per tipo di supporto
Per vettore si intende la forma della risorsa energetica, nonché la sua condizione agrotecnica, in base alla quale verrà selezionato l'impianto di utilizzazione. Su questa base si distinguono le seguenti risorse riciclate:
- Rifiuti liquidi, solidi e gassosi.
- Coppie - lavorate e passate.
- Gas di scarico.
- Prodotti intermedi e finiti.
- Acqua di raffreddamento tecnica.
- Gas con pressione aumentata.
Classificazione per principali tipi di RES
Le più comuni sono le risorse combustibili e termiche secondarie per l'elaborazione nelle sottostazioni energetiche. Ad esempio, i SER combustibili sono in genere rifiuti industriali utilizzati come combustibile finito per altri scopi industriali. In questo caso si applica la seguente classificazione delle risorse energetiche secondarie:
- Gas da altoforno metallurgici.
- Rifiuti di legno sotto forma di trucioli, segatura e trucioli.
- Rifiuti liquidi o solidi utilizzati nelle industrie chimiche e di raffinazione del petrolio.
Thermal VER fornisce calore fisico senza conversione. In questa capacità possono essere utilizzati gas di processo di scarto, sottoprodotti di produzione, scorie e ceneri, calore diretto da unità e apparecchiature operative, vapore e acqua calda. È importante sottolineare che le risorse termiche possono essere utilizzate sia direttamente come fonte di calore che come materia prima, la cui lavorazione contribuirà alla produzione di energia elettrica.
Le risorse vengono utilizzate meno spesso, la cui energia potenziale è generata da fonti di sovrappressione. Si tratta di tipi emessi di risorse energetiche secondarie, che possono essere miscele di vapore e gas che lasciano gli impianti funzionanti nell'atmosfera. Tali risorse sono suddivise in base al livello di concentrazione di energia e agli indicatori di temperatura. Ora puoi considerare ciascuno dei tipi menzionati di VER separatamente.
Risorse secondarie combustibili
Nella quota di utilizzo mondiale di VER, il combustibile combustibile occupa circa il 70-80%. Il tipo principale di tali rifiuti è il legno ei prodotti della sua lavorazione. L'attrezzatura di destinazione per l'utilizzo delle risorse è solitamente unità caldaia-forno che forniscono processi tecnologici di combustione con rimozione del calore. In Russia esistono anche impianti specializzati per la lavorazione di tipi combustibili di risorse secondarie: ad esempio, la lignina viene elaborata negli impianti di idrolisi, ma a causa della complessità della manutenzioneprodotti, tali approcci tecnologici sono rari.
Relativo a rifiuti combustibili secondari e pneumatici per auto, che vengono riciclati con rilascio di energia in tre modi:
- Con il collegamento di una cascata di frantoi per la prefrantumazione.
- Utilizzo di sistemi di compressione continua a volume chiuso in speciali estrusori.
- Con tecnologia di macinazione criogenica che utilizza azoto liquido.
Sono anche popolari metodi combinati per bruciare prodotti combustibili. Dopo aver selezionato le materie prime secondo determinate caratteristiche (frazione, grado di contaminazione, composizione chimica e strutturale), si procede al riciclo di risorse della stessa tipologia. Quindi, insieme ai rifiuti di legno, si possono bruciare carbone e briciole di gomma, se si adattano alle caratteristiche tecnologiche date. In alcune stazioni di riciclaggio, i rifiuti combustibili vengono anche preparati per l'ulteriore produzione. In particolare, i materiali da costruzione come tubi flessibili, mastici, stucchi per varie miscele e pitture e vernici sono costituiti da carbone attivo, elementi di ingegneria radio e materiali compositi dopo l'elaborazione energetica.
Risorse energetiche secondarie termiche
Il potenziale energetico di questo tipo di VER consente inoltre di utilizzarli ampiamente in una varietà di industrie e industrie. Le risorse termiche più preziose in termini di produttività sono i gas di scarico rilasciati a seguito di reazioni chimiche, pirolisi e combustione diprodotti combustibili. Viene utilizzato anche il calore di condensazione, anche se a causa della complessità tecnologica dei processi di estrazione dell'energia, questa fonte viene utilizzata solo nelle grandi imprese multifunzionali con impianti di cogenerazione. In teoria, il calore può essere generato dalle emissioni di ventilazione e da altre reti di ingegneria con flussi di aria e acqua calda, ma la sua quota nel volume totale del trattamento dell'energia secondaria è solo del 2-3%.
Ci sono anche restrizioni sull'uso delle fonti di calore delle risorse energetiche secondarie, che sono imposte ai sistemi di riscaldamento dell'aria di mandata. In particolare non è consentito l'uso tecnologico dei seguenti mezzi aerei:
- Flussi rimossi da ambienti contenenti sostanze infiammabili o esplosive. Anche se il sito di aspirazione è indirettamente collegato a gas o vapori combustibili attraverso condotti di ventilazione, questa aria non può essere utilizzata nei recuperatori di calore.
- Stream che possono diventare vettori di sostanze nocive. Questo di solito accade quando l'aria di ricircolo raccoglie particelle di condensazione o sedimentazione dalla lavorazione di materie prime pericolose dagli scambiatori di calore.
- Flussi che possono contenere virus, batteri e funghi che causano malattie. La contaminazione biologica dell'ambiente dell'aria è determinata anche dalle specifiche di una particolare produzione o dalle condizioni operative di un sistema ingegneristico.
Una caratteristica dell'utilizzo delle risorse secondarie ai fini della produzione di calore è la modalità stagionalefunzionamento degli impianti di riciclaggio. Ciò è dovuto al fatto che una parte significativa delle caldaie di lavorazione vengono attivate durante i periodi di riscaldamento con apporto diretto di energia termica. Ciò è particolarmente vero per i servizi pubblici, ma nelle condizioni di produzione industriale, il supporto termico per le operazioni tecnologiche viene effettuato al ritmo del programma locale.
Risorse secondarie sotto pressione
Principalmente si tratta degli scarti di produzione ricevuti a seguito di processi tecnologici di prima trasformazione. Questi possono essere gas, liquidi e persino solidi. La loro caratteristica principale è essere sotto pressione in eccesso quando si lascia l'installazione funzionante o il sistema di ingegneria. Sono i requisiti per la regolazione della pressione che rendono difficile l'utilizzo di questo tipo di risorse secondarie, così come i loro derivati. Come minimo, il ciclo di riciclo dovrebbe includere un'operazione di depressurizzazione prima del rilascio. Per questo vengono utilizzati speciali regolatori con riduttori, che normalizzano automaticamente lo stato dei corpi a prestazioni ottimali.
Attrezzature per la manutenzione VER
Gli impianti di utilizzo vengono utilizzati per estrarre energia da risorse secondarie, che possono fornire vari processi di lavorazione e produzione. Ci sono sia unità specializzate che universali. Poiché le risorse secondarie includono mezzi come il vapore con gas e acqua, le caldaie universali e gli impianti di caldaie possono essere considerati come cogenerazioneattrezzatura. Il prodotto target di tali sistemi è solitamente l'elettricità generata in grandi volumi.
Se parliamo di installazioni speciali mirate, allora includono quanto segue:
- Caldaie a recupero d'acqua.
- Economizzatori.
- Pompe di calore.
- Scambiatori di calore.
- Sistemi di refrigerazione ad assorbimento.
- Scaldabagni.
- Unità di raffreddamento evaporative.
- Generatori a turbina, ecc.
Naturalmente, per il pieno funzionamento di tali unità, è necessaria un'ampia gamma di dispositivi ausiliari, grazie ai quali il sistema è collegato alle fonti di carburante. Pertanto, per la manutenzione delle risorse energetiche secondarie in un unico complesso con un gasdotto, potrebbe essere necessaria un'unità di recupero del calore con una stazione di compressione separata. A seconda delle caratteristiche della risorsa stessa, possono essere utilizzati anche sistemi di raffreddamento, filtrazione, riscaldamento, regolazione della pressione, ecc.
Utilizzo delle FER per il riscaldamento
In molte imprese, la possibilità di riscaldare gli ambienti e le apparecchiature utilizzando l'energia generata dai rifiuti locali è inserita direttamente nei processi tecnologici di produzione. Ad esempio, caldaie e forni termici emettono risorse energetiche secondarie sotto forma di gas durante il funzionamento. Il sistema di sm altimento dei rifiuti funziona con l'ausilio di scaldabagni, che prima regolano la temperatura delle miscele di gas a circa 250 °C, e poi distribuiscono l'energia sui circuiti di scambio termico. Successivamente, i vapori di processo rimanenti vengono rimossicamino. L'acqua riscaldata può essere utilizzata in diversi modi. Di solito viene utilizzato nel processo di produzione stesso come fluido tecnico o come risorsa per la fornitura di acqua calda.
L'efficienza dell'utilizzo di tali tecnologie di riscaldamento è bassa e ammonta solo al 10-12%, ma data l'assenza di costi delle materie prime, questo approccio si giustifica. Un' altra cosa è che l'utilizzo delle risorse energetiche secondarie richiede di per sé l'organizzazione iniziale delle condizioni per la generazione del calore e la successiva distribuzione dei prodotti della combustione attraverso reti di scambio termico. Potrebbe anche essere necessario dotare le linee di produzione di unità per la rimozione di sospensioni indesiderate e sistemi di pulizia di base.
Riscaldare aree esterne con VER
Creare spazi di lavoro all'aperto con attrezzature tecnologiche, secondo diverse stime, fa risparmiare dal 10 al 20% dei costi stimati per l'organizzazione dei processi produttivi. Naturalmente, non si parla di un'uscita completa dai workshop, ma ridurre al minimo il volume delle strutture edilizie durante la creazione di tali siti riduce significativamente il costo dei progetti. Ma allo stesso tempo, il funzionamento delle apparecchiature sarà difficoltoso per la presenza di neve e ghiaccio nelle aree. Di conseguenza, è necessario organizzare un sistema di fornitura di calore in un'area aperta. La scelta di un impianto specifico e del tipo di risorsa energetica secondaria dipenderà anche dalla direzione dell'impresa e dai suoi rifiuti tecnologici. Di norma, nelcome vettore di calore, viene utilizzata l'acqua, che circola nell'anello con ritorno inverso alla fonte di riscaldamento. Per mantenere i parametri ottimali del liquido viene inoltre utilizzato l'antigelo e la regolazione dei flussi avviene mediante automazione con vasi di espansione tampone.
Il trasferimento di calore dipenderà dal volume della risorsa, dalla progettazione del gasdotto e dalle condizioni microclimatiche esterne. Per mantenere la sicurezza durante il funzionamento del sistema in inverno, si consiglia di predisporre rivestimenti speciali su base concreta. Inoltre, nell'interesse di aumentare la conducibilità termica, i tecnici consigliano di coprire la struttura con soluzioni a base di calcestruzzo pesante, trucioli di bas alto e inclusioni di granito. Se parliamo di regioni fredde con forti gelate, allora è meglio scegliere una risorsa energetica secondaria a base d'acqua con l'aggiunta di impianti di scioglimento della neve alle infrastrutture di lavoro. La quantità stimata di calore generato per lo scioglimento delle masse di neve e della formazione di ghiaccio dovrebbe essere di circa 630 kJ/kg. Se la progettazione dell'impianto non consente l'accumulo di neve nell'area di lavoro, il consumo di energia per il suo scioglimento al momento delle precipitazioni aumenterà a 1250 kJ/kg.
Vantaggi dell'utilizzo di VER
L'uso di fonti energetiche alternative è solitamente determinato da fattori economici, tecnici e ambientali. In questo caso tutti questi fattori funzionano, ma quello economico è dominante. Con un progetto ben eseguito per l'implementazione dell'utente presso l'impresa, puoi contare sulla riduzione del costo della fornitura di calore, ad esempio fino al 25-30%. Uno specifico indicatore di risparmio è determinato dalle condizioni per la produzione e l'utilizzo delle risorse energetiche secondarie, ma ci sarà comunque un beneficio. Soprattutto se nello stabilimento di destinazione vengono utilizzati materiali di lavorazione locali e propri.
Un altro vantaggio deriva dall' alto potenziale energetico dei rifiuti. Gas, liquidi tecnici e materie prime di produzione allo stato solido sono inizialmente selezionati secondo i principi della massimizzazione dell'estrazione di grandi volumi di calore. Inoltre, a differenza del funzionamento dei principali vettori energetici tradizionali, le risorse secondarie al momento dell'utilizzo si trovano già nello stato ottimale di aggregazione e temperatura per la lavorazione.
Svantaggi dell'utilizzo di VER
L'ampia diffusione di questo concetto di approvvigionamento energetico è ostacolata da diversi fattori, il principale dei quali è la complessità del dispositivo tecnologico di tali sistemi. Anche se non teniamo conto del costo delle apparecchiature sotto forma di utilizzatori, l'organizzazione tecnica del processo richiederà inevitabilmente la riorganizzazione del sito operativo, poiché il sistema lavorerà in combinazione con diverse unità ingegneristiche.
Un altro svantaggio dell'utilizzo di risorse secondarie può essere visto come un basso ritorno di energia. Anche in questo caso, tenuto conto della natura libera di questa materia prima, la fattibilità economica sarà positiva, tuttavia una modesta percentuale di scambio termico, in particolare, non consentirà, in linea di principio, di fare affidamento sulla disposizione delle centrali di generazione per la completa manutenzione di industrie e altri impianti di consumo. Di norma, questo è solofonte di alimentazione ausiliaria.
Conclusione
Le risorse per l'elaborazione ai fini del recupero di energia secondaria sono fondamentalmente diverse dalle fonti di approvvigionamento energetico sia tradizionali che naturali. Sono in parte dovuti all'origine stessa di questa materia prima, ma in misura maggiore - alle specificità delle tecnologie per la loro applicazione. Allo stesso tempo, il consumo di risorse primarie e secondarie può avvenire all'interno dello stesso processo produttivo. Ad esempio, se nell'impianto vengono prodotti raccordi e i prodotti della combustione degli altiforni vengono inviati agli scambiatori di calore di scarto che servono altre operazioni tecnologiche. Viene implementato un ciclo di produzione completo, più efficiente, più efficiente in termini di risorse e rispettoso dell'ambiente, poiché i rifiuti vengono riciclati.
