В различных отраслях промышленности имеются резервы ВЭР в виде теплоты высокотемпературных технологических продуктов и отходов (например, шлаков металлургии). Эта теплота частично используется для регенеративного нагрева дутьевого воздуха. Так, в многотоннажном производстве цементного клинкера, извести, керамзита и других строительных материалов во вращающихся обжиговых печах непрерывно выдается сыпучий горячий продукт с температурой 800-1100°С. В последующем холодильнике, например, в виде вращающегося барабана, нагревается движущийся противоточно дутьевой воздух (см. рис. 4.6).
Рисунок 4.6 – Схема теплоиспользования при обжиге клинкера
1 – барабанная вращающаяся печь; 2 – холодильник клинкера; 3 – очистка газов; 4 – подача сырья; 5 – горячий клинкер; 6 – охлажденный клинкер; 7 – холодный воздух; 8 – горячий воздух; 9 – топливо; 10 – уходящие газы
Подобные схемы применяются также на предприятиях химической промышленности, в частности, при среднетемпературном (700-800°С) обжиге серного колчедана на сернистый газ. Отходом в этом процессе является твердый огарок, состоящий в основном из оксидов железа.
В черной металлургии широко применяются установки сухого тушения кокса инертными газами (см. рис. 4.7), т.е. азотом с примесями углекислоты.
Азот получают как отход производства кислорода, необходимого доменным и сталелитейным цехам металлургического комбината. Температура выдаваемого кокса составляет 1100-1150°С, пригодная к использованию теплота килограмма топлива равна примерно 1 МДж, что эквивалентно возможной экономии условного топлива около 35 кг на тонну кокса. Один коксохимический завод выдает в год 5-6 млн т продукции, соответственно при использовании этого ВЭР экономия условного топлива составит 200-240 тыс. т.
Установка состоит из тушильного бункера, змеевикового котла типа МПЦ, вырабатывающего до 20 т/ч пара давлением 4 МПа при 450°С, и дымососа производительностью 60-70 тыс. м3/ч. Раскаленный кокс подается с температурой около 1000°С и охлаждается до 250°С. Инертные газы противоточно нагреваются в тушильном бункере до 800-850°С, направляются в паровой котел и охлаждаются в нем до 170°С. При этом пару передается до 65% теплоты кокса.
Рисунок 4.7 – Схема установки сухого тушения кокса инертными газами
При сухом тушении кокса предотвращается выброс в атмосферу громадного количества водяного пара, который имеет место при мокром гашении. Кроме того, пар мокрого тушения содержит фенолы и вызывает коррозию металлоконструкций и загрязнение атмосферы. Поэтому на современных металлургических заводах повсеместно внедряется сухое тушение кокса.
Следует отметить и некоторые недостатки использования теплоты сухого тушения кокса. К ним относится усложнение и повышение стоимости оборудования. Трудно обеспечивать и сохранять в условиях эксплуатации инертность газов из-за присосов воздуха. Тушильные газы содержат значительное количество (до 15 г/м3) коксовой пыли, которая истирает трубные поверхности нагрева, ротор и кожух дымососа. Необходимо применять износоустойчивые дымососы, работающие при меньших скоростях газового потока.
Черная и цветная металлургия поставляет огромное количество жидких шлаков с температурой 1200-1500°С. Потери теплоты со шлаками составляют до 30% теплового баланса предприятия. Отвальные шлаки доменного процесса выдаются периодически, с интервалом в несколько часов, что затрудняет их использование. Они имеют силикатный характер и состоят, в основном, из 
, 
, 
. Шлаки цветной металлургии выдаются равномерно и содержат оксиды железа. Плотность шлаков находится в пределах 3,2-4,2 кг/м3. Вязкость шлаков понижается с повышением их температуры. Температура плавления находится в растянутом интервале перехода от пластического к жидкому состоянию, с повышением содержания этот интервал достигает 300°С. Теплосодержание шлаков различного состава при температуре 1250°С находится в пределах 1600-2200 кДж/кг, т.е. экономия условного топлива при утилизации этого ВЭР может составить 55-75 кг на тонну шлака.
Отвальные шлаки используются для производства различных строительных материалов: гранулированного щебня, литой брусчатки, строительной пемзы, шлаковаты, цементного клинкера. Теплотехническое использование шлаков сначала развивалось в целях теплофикации в водогрейных установках. Гранулированный шлак отдавал теплоту воде первого контура, вода теплофикационной сети нагревалась в водоводяном поверхностном теплообменнике. Недостатками таких установок являлись интенсивная коррозия металла в контуре загрязненной воды, эрозия насосов и трубопроводов, загрязнение поверхности нагрева теплообменника мелкими частицами шлака.
При решении задачи комплексного энерготехнологического использования теплоты отвальных шлаков оптимальным является воздушное охлаждение гранулированного шлака. Горячий воздух может использоваться для нагрева дутьевого воздуха, необходимого для металлургической технологии, и для получения перегретого пара на ТЭС. На рис. 4.8 представлена схема энерготехнологической установки воздушного гранулирования шлака с выработкой пара энергетических параметров.
Оценивая тепловой КПД шлакогранулятора в 70%, паротурбинная установка будет вырабатывать около 100 кВт·ч на одну тонну шлака. ТЭЦ, использующая теплоту отвальных шлаков, может иметь мощность в десятки МВт.
Рисунок 4.8 – Схема энерготехнологического использования шлака
1 – воздушный шлакогранулятор; 2 – КУ типа МПЦ; 3 – паровая турбина; 4 – система регенеративного подогрева питательной воды; 5 – питательный насос; 6 – воздуходувка; 7 – вода на теплофикацию; 8 – пар от топочных котлов заводской ТЭЦ
Контрольные вопросы
1. Причины, вызвавшие широкое использования вторичных энрегетических ресурсов в западных странах.
2. Причины отставания России в использовании вторичных энерегтических ресурсов и снижении энергоемкости производимой продукции.
3. Что понимаеться под вторичными энергетическими ресурсами.
4. Чем определяется целесообразность использования вторичных энергоресурсов?
5. Присос воздуха в газоход и его влияние.
6. Теплообменники для отработавших газов: изготовление, вид.
7. Схема паротурбинной установки на теплоте отходящих газов.
8. Принцип работы котла-утилизатора с многократной принудительной циркуляцией.
9. Особенности применения котлов-утилизаторов в различных отраслях промышленности.
10. Схема использования теплоты испарительного охлаждения.
11. Обеспечение безнакипного режима работы теплообменника.
12. Что такое низкопотенциальные энергетические ресурсы?
13. Принцип работы теплового насова.
14. Олтличие теплового насова от охладительной установки.
15. Применение водорода в качестве энергоносителоя в различных отраслях промышленности.
16. Принцип работы водородно-кислородного топливного элемента.
17. Схема теплоиспользования при обжиге клинкера.
18. Принцип работы установки сухого гашения кокса инертными газами.
19. Энерготехнологическое использование шлака.
5. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ