As questões de economia de energia estão se tornando mais agudas à medida que os potenciais de energia dos consumidores modernos aumentam. Tanto no âmbito doméstico como na indústria, os meios técnicos, unidades e redes de comunicação utilizados requerem quantidades crescentes de recursos energéticos. Isso nos obriga a buscar novas fontes alternativas de calor, eletricidade e outras formas de geração de energia. Apesar do desenvolvimento ativo dos portadores de energia natural, este segmento ainda não nos permite contar com a substituição completa das usinas geradoras tradicionais. Ao mesmo tempo, há um interesse considerável em recursos energéticos secundários (SER), que são em grande parte gratuitos, mas exigem menos investimento na criação de uma infraestrutura de serviços. No entanto, as características do produto de energia secundária não param por aí.
Definição de VER
Existem duas formas fundamentalmente diferentes de gerar energia - natural e industrial(artificial). No primeiro caso, utiliza-se a energia de fenômenos e processos naturais - por exemplo, fluxo de água, radiação solar, vento, etc. A complexidade do uso de tais recursos se deve a problemas técnicos de natureza organizacional - em particular, a instabilidade do acúmulo de energia. A geração de energia industrial nesse sentido é mais controlável, mas requer matérias-primas para garantir as reações, durante as quais são gerados calor, eletricidade, gás, etc. A combinação de recursos energéticos primários e secundários ocorre apenas dentro do ciclo de operação das estações geradoras. O fato é que os principais recursos não são totalmente utilizados, e seus restos são posteriormente descartados ou reciclados. As estações de geração secundária de energia operam na mesma base.
Ao considerar os princípios de utilização do VER, não será supérfluo referir-se ao conceito de potencial energético. Esta é a quantidade de energia que teoricamente pode ser gerada durante o processamento de resíduos, subprodutos da produção e matérias-primas intermediárias não consumidas no ciclo primário. Neste caso, a expressão do potencial em forma de energia pode ser diferente. Os estoques de vários resíduos são representados como calor físico ou quimicamente ligado, excesso de pressão, energia cinética ou pressão do fluido.
Assim, a definição de recursos secundários para a operação de usinas é a seguinte: é o potencial energético que pode ser gerado como resultado do processo tecnológico de processamento de resíduos ou produtos subutilizados da produção principal. Ao mesmo tempo, tanto o próprio resíduo quanto os métodos de processamento posterior podem ser diferentes.
características do VER
Vale ress altar que por muito tempo esse conceito de geração de energia não foi considerado pelos grandes consumidores devido à f alta de métodos precisos de cálculo de eficiência e potenciais energéticos. Hoje, a reciclagem de recursos é baseada em uma análise abrangente de uma ampla gama de indicadores, o que permite extrair o máximo benefício de um mesmo resíduo industrial. As características de design mais comuns desse tipo de recurso incluem o seguinte:
- Coeficiente de energia de saída - a relação entre o potencial de geração e o volume térmico que entrou no gerador com recursos primários.
- Coeficiente de consumo de energia - a relação entre a quantidade de calor consumida da produção secundária e a energia recebida no grupo gerador. Este indicador reflete a eficiência do uso de um esquema energético específico do empreendimento. Além disso, existem diferentes formas de avaliar os volumes ótimos de consumo - com ênfase em valores economicamente viáveis, indicadores de consumo real e planejado.
- As oportunidades de economia de combustível são a quantidade de recursos primários que não são consumidos pelo uso de resíduos industriais. Além disso, a economia também pode ser calculada de acordo com o esquema inverso, quando os recursos primários e secundários se substituem, dependendo das condições atuais de geração de calor ou eletricidade.
- Coeficiente de utilização - a relação entre o volume de calor gerado e o potencial energético do recurso fornecido à caldeira de processamento.
- Fator de geração de energia - a quantidade de energia que é gerada diretamente pelo uso de materiais reciclados em uma unidade de reciclagem. Deve-se notar que o coeficiente de geração difere da energia de saída pela quantidade de perda de calor na instalação de trabalho.
- O fator de serviço é um valor que determina a diferença entre a saída de energia planejada e a saída real gerada pela razão.
Escolhendo o modelo VER ideal
Em cada caso, ao desenvolver um projeto de fornecimento de energia por meio de recursos secundários, coloca-se em primeiro plano uma tarefa econômica, cuja essência é utilizar as matérias-primas mais eficientes. Para isso, é realizada a certificação preliminar de todas as fontes disponíveis de recursos secundários, indicando suas reservas, poluição, temperatura e modo de recebimento. Também define os requisitos para garantir os processos tecnológicos de utilização do VER. Dependendo das condições operacionais da empresa e do método de processamento de matérias-primas, podem ser sistemas de aquecimento, ventilação, gás e abastecimento de água.
Na fase final de criação do projeto, também são realizados os seguintes procedimentos:
- O método de descarte mais econômico é selecionado para uma ou várias fontes de matérias-primas secundárias.
- O efeito econômico de cada evento de processamento de recursos é determinado.
- O esquema operacional da usina de reciclagem está sendo desenvolvido de acordo com as necessidades do empreendimento. Além disso, o processo tecnológico principal pode ser complementado por operações auxiliares como usinas de cogeração - por exemplo, se for necessária a conversão de vários tipos de combustível.
Fontes de recursos secundários
Em sentido geral, as fontes de SER são entendidas como um conjunto de processos tecnológicos e matérias-primas processadas no âmbito da operação de geradores de energia primária. Além disso, diferentes áreas de produção podem atuar como fontes de material para a posterior geração e conversão de calor ou eletricidade. O que são recursos energéticos secundários? Tipos específicos de materiais são determinados pelo escopo da produção primária de matérias-primas. Por exemplo, as empresas metalúrgicas fornecem sucata, resíduos de metais não ferrosos e ferrosos, compostos de borracha e aditivos de liga não utilizados.
Se estamos falando de consumidores de fornecimento de calor, então as fábricas de móveis e papel, bem como empresas de construção de madeira que fornecem materiais combustíveis de combustível, virão à tona. Os seguintes exemplos de recursos energéticos secundários deste tipo podem ser dados:
- Briquetes de turfa.
- Lascas e lascas de madeira.
- Cinzas de caldeiras de secagem de alta temperatura.
- Lignin.
- Resíduos de papel.
- Resíduos de madeira maciça.
- Produtos de papelão e papel não reclamados.
De acordo com a medidaÀ medida que os processos tecnológicos de produção se tornam mais complexos, a estrutura dos resíduos com emissões também está mudando. Juntamente com as matérias-primas tradicionais, os resíduos multicomponentes complexos e de alta qualidade são cada vez mais usados em ciclos de processamento secundários. Estes incluem os seguintes materiais:
- Elementos termoplásticos de polímero.
- Aglomerados de liga sintética.
- Produtos industriais de borracha e regeneradores.
- Resíduos de halita.
- Escória de alto forno.
- Fosfogesso.
Ao mesmo tempo, o nível de ameaças ambientais também está aumentando. Se uma das vantagens mais importantes das fontes naturais de energia é a limpeza ecológica dos processos de geração, a alta eficiência do VER é garantida em grande parte por substâncias poluídas e quimicamente agressivas que não são passíveis de processamento primário. Estes incluem produtos petrolíferos, sedimentos e lamas, pneus gastos, resíduos contendo mercúrio, etc.
Classificação por instruções de uso
Uma das principais classificações de recursos secundários, que determina o escopo das matérias-primas de valor energético. Como regra, distinguem-se as seguintes áreas de uso do VER:
- Combustão de combustível em unidades com matérias-primas prontas para tratamento térmico. Um esquema simples de geração de calor é implementado sem estágios intermediários de processamento e conversão.
- Uso térmico. Geração em unidades de recuperação térmica. Ao contrário da forma anterior de utilização dos recursos, o princípio da cogeração de geração de energia pode ser implementado, mas também sem operações.transformações. Por exemplo, em diferentes linhas de uma estação geradora, o uso de recursos energéticos secundários permite obter calor, água quente ou vapor.
- Uso térmico e combinado. Junto com a geração de calor, há também a conversão em eletricidade. Por exemplo, unidades de turbina geram eletricidade em formas de cogeração ou condensação de energia.
- Eletricidade. A eletricidade é gerada com a ajuda de uma unidade de turbina a gás.
Classificação por tipo de mídia
Por transportador entende-se a forma do recurso energético, bem como sua condição agrotécnica, sob a qual será selecionada a usina de aproveitamento. Nesta base, distinguem-se os seguintes recursos reciclados:
- Resíduos líquidos, sólidos e gasosos.
- Pares - trabalhado e passando.
- Gases de exaustão.
- Produtos intermediários e acabados.
- Água de refrigeração técnica.
- Gases com pressão aumentada.
Classificação pelos principais tipos de RES
Os mais comuns são os recursos secundários combustíveis e térmicos para processamento em subestações de energia. Por exemplo, os SERs combustíveis são tipicamente resíduos industriais usados como combustível acabado para outros fins industriais. Neste caso, aplica-se a seguinte classificação de recursos energéticos secundários:
- Gases de alto forno metalúrgico.
- Resíduos de madeira na forma de cavacos, serragem e aparas.
- Resíduos líquidos ou sólidos utilizados no refino de petróleo e indústrias químicas.
Thermal VER fornece calor físico sem conversão. Nesta capacidade, podem ser utilizados gases residuais de processo, subprodutos de produção, escórias e cinzas, calor direto de unidades e aparelhos operacionais, vapor e água quente. É importante ress altar que os recursos térmicos podem ser utilizados tanto diretamente como fonte de calor quanto como matéria-prima, cujo processamento contribuirá para a produção de energia elétrica.
Os recursos são usados com menos frequência, cuja energia potencial é gerada a partir de fontes de sobrepressão. Estes são tipos de recursos energéticos secundários emitidos, que podem ser misturas de vapor e gás que deixam as instalações de trabalho na atmosfera. Tais recursos são divididos de acordo com o nível de concentração de energia e indicadores de temperatura. Agora você pode considerar cada um dos tipos mencionados de VER separadamente.
Recursos secundários combustíveis
Na parcela de uso mundial de VER, o combustível combustível ocupa cerca de 70-80%. O principal tipo desses resíduos é a madeira e os produtos de seu processamento. O equipamento alvo para utilização de recursos são geralmente unidades de caldeira-forno que fornecem processos tecnológicos de combustão com remoção de calor. Na Rússia, também existem plantas especializadas para processar tipos combustíveis de recursos secundários - por exemplo, a lignina é processada em plantas de hidrólise, mas devido à complexidade da manutençãoprodutos, tais abordagens tecnológicas são raras.
Relacionado a resíduos combustíveis secundários e pneus de automóveis, que são reciclados com liberação de energia de três formas:
- Com a conexão de uma cascata de britadores para pré-britagem.
- Utilização de sistemas de compressão contínua de volume fechado em extrusoras especiais.
- Com tecnologia de moagem criogênica usando nitrogênio líquido.
Métodos combinados de queima de produtos combustíveis também são populares. Após a triagem das matérias-primas de acordo com determinadas características (fração, grau de contaminação, composição química e estrutural), é realizada a reciclagem de recursos do mesmo tipo. Assim, juntamente com os resíduos de madeira, o carvão e a borracha triturada podem ser queimados, desde que se adequem às características tecnológicas dadas. Em algumas estações de reciclagem, os resíduos combustíveis também são preparados para posterior produção. Em particular, materiais de construção como mangueiras, mástiques, enchimentos para várias misturas e tintas e vernizes são feitos de carvão ativado, elementos de engenharia de rádio e materiais compostos após processamento de energia.
Recursos de energia térmica secundária
O potencial energético deste tipo de VER também permite que sejam amplamente utilizados em diversas indústrias e indústrias. Os recursos térmicos mais valiosos em termos de produtividade são os gases residuais liberados como resultado de reações químicas, pirólise e combustão deprodutos combustíveis. O calor condensado também é utilizado, embora devido à complexidade tecnológica dos processos de extração de energia, essa fonte seja utilizada apenas em grandes empreendimentos multifuncionais com usinas de cogeração. Teoricamente, o calor pode ser gerado a partir de emissões de ventilação e outras redes de engenharia com fluxos de ar quente e água, mas sua participação no volume total de processamento de energia secundária é de apenas 2-3%.
Existem também restrições à utilização de fontes de calor de recursos energéticos secundários, que são impostas aos sistemas de aquecimento do ar de insuflação. Em particular, não é permitido o uso tecnológico dos seguintes meios aéreos:
- Fluxos removidos de salas contendo substâncias inflamáveis ou explosivas. Mesmo que o local de entrada esteja conectado indiretamente a gases ou vapores combustíveis através de dutos de ventilação, esse ar não pode ser usado em unidades de recuperação de calor.
- Streams que podem se tornar portadores de substâncias nocivas. Isso geralmente acontece quando o ar circulante pega partículas de condensação ou sedimentação do processamento de matérias-primas perigosas dos trocadores de calor.
- Streams que podem conter vírus, bactérias e fungos causadores de doenças. A contaminação biológica do ar ambiente também é determinada pelas especificidades de uma determinada produção ou pelas condições de operação de um sistema de engenharia.
Uma característica do uso de recursos secundários para fins de geração de calor é o modo sazonaloperação de instalações de reciclagem. Isso se deve ao fato de uma parte significativa das caldeiras de processamento serem acionadas durante os períodos de aquecimento com aporte direto de energia térmica. Isso é especialmente verdade para as concessionárias, mas nas condições de produção industrial, o suporte térmico para as operações tecnológicas é realizado no ritmo da programação local.
Recursos secundários sob pressão
Principalmente são os resíduos de produção recebidos como resultado de processos tecnológicos de processamento primário. Estes podem ser gases, líquidos e até sólidos. Sua principal característica é estar sob pressão excessiva ao sair da instalação de trabalho ou do sistema de engenharia. São os requisitos de regulação da pressão que dificultam a utilização deste tipo de recursos secundários, bem como dos seus derivados. No mínimo, o ciclo de reciclagem deve incluir uma operação de despressurização antes da liberação. Para isso, são utilizados reguladores especiais com caixas de engrenagens, que normalizam automaticamente o estado dos corpos para um desempenho ideal.
VER equipamento de manutenção
As usinas de aproveitamento são utilizadas para extrair energia de recursos secundários, que podem fornecer diversos processos de processamento e produção. Existem unidades especializadas e universais. Como os recursos secundários incluem meios como vapor com gás e água, as caldeiras universais e as caldeiras podem ser consideradas como cogeraçãoequipamento. O produto alvo de tais sistemas geralmente é a eletricidade gerada em grandes volumes.
Se falamos de instalações especiais com foco restrito, elas incluem o seguinte:
- Caldeiras de recuperação de água.
- Economizadores.
- Bombas de calor.
- Permutadores de calor.
- Sistemas de refrigeração por absorção.
- Aquecedores de água.
- Unidades de resfriamento evaporativo.
- Geradores de turbina, etc.
Claro que, para o pleno funcionamento de tais unidades, é necessária uma ampla gama de dispositivos auxiliares, devido aos quais o sistema está conectado a fontes de combustível. Assim, para atender os recursos de energia secundária em um único complexo com gasoduto, pode ser necessária uma unidade de recuperação de calor com uma estação de compressão separada. Dependendo das características do próprio recurso, sistemas de refrigeração, filtração, aquecimento, regulação de pressão, etc. também podem ser usados.
Uso de RES para aquecimento
Em muitas empresas, a possibilidade de aquecimento de ambientes e aquecimento de equipamentos usando a energia gerada por resíduos locais é colocada diretamente nos processos tecnológicos de produção. Por exemplo, caldeiras e fornos térmicos emitem recursos energéticos secundários na forma de gás durante a operação. O sistema de eliminação de resíduos funciona com a ajuda de aquecedores de água, que primeiro definem a temperatura das misturas de gases para cerca de 250 °C e depois distribuem a energia pelos circuitos de troca de calor. Depois disso, os vapores restantes do processo são removidos através dechaminé. A água aquecida pode ser usada de diferentes maneiras. Geralmente é utilizado no próprio processo de produção como fluido técnico ou como recurso para abastecimento de água quente.
A eficiência do uso de tais tecnologias de aquecimento é baixa e atinge apenas 10-12%, mas devido à ausência de custos de matéria-prima, essa abordagem se justifica. Outra coisa é que o uso de recursos energéticos secundários por si só requer a organização inicial das condições de geração de calor e a posterior distribuição dos produtos da combustão através de redes de troca de calor. Também pode ser necessário equipar as linhas de produção com unidades para remover suspensões indesejadas e sistemas básicos de limpeza.
Aquecimento de áreas externas com VER
A criação de espaços de trabalho ao ar livre com equipamentos tecnológicos, segundo várias estimativas, economiza de 10 a 20% dos custos estimados de organização dos processos produtivos. Obviamente, não se fala em uma saída completa das oficinas, mas minimizar o volume de estruturas de construção ao criar esses sites reduz significativamente o custo dos projetos. Mas, ao mesmo tempo, a operação do equipamento será difícil devido à presença de neve e gelo nas áreas. Assim, há a necessidade de organizar um sistema de fornecimento de calor em uma área aberta. A escolha de uma instalação específica e do tipo de recurso energético secundário dependerá também da direção do empreendimento e do seu desperdício tecnológico. Via de regra, emcomo transportador de calor, a água é utilizada, circulando no anular com retorno inverso para a fonte de aquecimento. Para manter os parâmetros ideais do líquido, é adicionalmente utilizado anticongelante e a regulação dos fluxos é realizada por automação com tanques de expansão de buffer.
A transferência de calor dependerá do volume do recurso, do projeto da tubulação e das condições microclimáticas externas. Para manter a segurança durante a operação do sistema no inverno, é recomendável organizar revestimentos especiais em base de concreto. Além disso, no interesse de aumentar a condutividade térmica, os tecnólogos aconselham cobrir a estrutura com soluções baseadas em concreto pesado, cavacos de bas alto e inclusões de granito. Se estamos falando de regiões frias com geadas severas, é melhor escolher um recurso de energia secundária à base de água com a adição de usinas de derretimento de neve à infraestrutura de trabalho. A quantidade estimada de calor gerado para o derretimento de massas de neve e gelo deve ser de aproximadamente 630 kJ/kg. Se o projeto do sistema não permitir o acúmulo de neve na área de trabalho, o consumo de energia para seu derretimento no momento da precipitação aumentará para 1250 kJ/kg.
Benefícios de usar VER
O uso de fontes alternativas de energia geralmente é impulsionado por fatores econômicos, técnicos e ambientais. Nesse caso, todos esses fatores funcionam, mas o econômico é dominante. Com um projeto bem executado para implantação do usuário no empreendimento, você pode contar com a redução do custo de fornecimento de calor, por exemplo, em até 25-30%. Um indicador de economia específico é determinado pelas condições de produção e uso de recursos energéticos secundários, mas haverá um benefício em qualquer caso. Especialmente se materiais de processamento locais e próprios forem usados na planta alvo.
Outro benefício vem do alto potencial energético dos resíduos. Gases, líquidos técnicos e matérias-primas de produção em estado sólido são inicialmente selecionados de acordo com os princípios de maximizar a extração de grandes volumes de calor. Além disso, diferentemente da operação dos principais transportadores de energia tradicionais, os recursos secundários no momento do uso já estão em estado ótimo de agregação e temperatura para processamento.
Desvantagens do uso de VER
A ampla disseminação desse conceito de fornecimento de energia é dificultada por diversos fatores, sendo o principal deles a complexidade do aparato tecnológico desses sistemas. Mesmo não levando em consideração o custo dos equipamentos na forma de usuários, a organização técnica do processo inevitavelmente exigirá a reorganização do local de operação, pois o sistema funcionará em conjunto com diferentes unidades de engenharia.
Outra desvantagem do uso de recursos secundários pode ser vista como baixo retorno de energia. Mais uma vez, tendo em conta a natureza livre desta matéria-prima, a viabilidade económica será positiva, no entanto, uma percentagem modesta de transferência de calor, em particular, não permitirá, em princípio, contar com o arranjo de estações geradoras para a manutenção de indústrias e outras instalações de consumo. Via de regra, isso sófonte de alimentação auxiliar.
Conclusão
Os recursos para processamento para fins de recuperação de energia secundária são fundamentalmente diferentes das fontes tradicionais e naturais de fornecimento de energia. Eles se devem em parte à própria origem dessa matéria-prima, mas em maior medida - às especificidades das tecnologias para sua aplicação. Ao mesmo tempo, o consumo de recursos primários e secundários pode ocorrer dentro do mesmo processo produtivo. Por exemplo, se as conexões são fabricadas na planta e os produtos da combustão dos altos-fornos são enviados para trocadores de calor residual que atendem a outras operações tecnológicas. É implementado um ciclo de produção completo, mais eficiente, economizador de recursos e amigo do ambiente, pois os resíduos são reciclados.
