Блог - Энергетика будущего: получение энергии из отходящего тепла. Как это делают в Китае?

Кликните на фото для увеличения

О мировой энергетике. Через эволюцию и революцию

Самая важная составляющая жизни человека - это энергия, без которой не возможно существование. Любое движение живого существа сопряжено с энергозатратами. Соответственно, энергия выполняет важную роль в жизни. Тысячелетняя история человеческой цивилизации указывает на то, что люди стремились найти разные способы получения энергии из окружающей среды. Источником энергии пещерного человека служил огонь. Дальнейшее эволюционное совершенствование человека привело к использованию энергии ветра и воды. Ветряные и водяные мельницы были изобретены в результате использования энергии этих стихий.

Во время перехода от мануфактуры к фабрике, всецело меняются отношения в обществе. Общественный прогресс располагает развитию науки и техники. Между тем появляется паровая машина - тепловой двигатель, в котором энергия водяного пара преобразовывалась в механическую работу.

С XIX веком приходит эпоха электричества.

Эксперименты с электроэнергией привели ученых к созданию электродуги,  вслед за этим электрического освещения, электродвигателя и электрогенератора.

Приходит XX век - эпоха глобальной индустриализации. Прогрессивное человечество вершит научно-техническую революцию в освоении и применении электрической энергии: возводятся мощные тепловые, атомные и гидравлические электростанции, возвышаются линии передачи электроэнергии различных мощностей, строятся энергосистемы-гиганты.

Середина XX столетия ознаменовывается строительством первых Атомных Энергетических Станций. Итак, зарождается новая отрасль энергетики - атомная энергия.

Невысокая цена на электроэнергию до середины 1970-х гг. привела к росту ее потребления и неэкономному использованию.

Исходя из этого, в 1973 году наступает мировой энергетический кризис, установивший последующее развитие этой промышленной отрасли. Создавая основательную и современную систему энергетики, нужно было преодолевать последствия кризиса. В мировой энергетике обозначились следующие тенденции:

Понижение темпов роста энергетической промышленности;

Повышение цен на энергоресурсы и организация мероприятий по экономии энергии;

Поиск других источников энергии.

Вполне возможно, что дальнейшее совершенствование человечества приведет к переменам в развитии мировой энергетики и зарождению сверхновой энергетической эпохи.

Поиск и исследование возобновляемых источников энергии уже давно волнует умы людей.

К примеру, продвинутая технология сбережения энергии, под названием "зеленая" энергия, вырабатываемая неисчерпаемыми источниками. К ним относятся природные стихии - ветер, солнечный свет, дождь, тепло земли.

Первостепенные правила "зеленой" энергии:

Беречь экологию на Земле, уменьшая количество потребляемых ресурсов;

Снизить промышленные выбросы способом их абсолютного возврата в производство с помощью переработки;

Реорганизовывать вредные производства, заменяя их более экологичными;

Производить продукцию по замкнутому циклу: производство - утилизация - новое производство.

"Зеленые" технологии представляют собой концепцию природо- и энергосбережения.

Это экологически чистое сырье, безопасные технологические процессы на производстве и, как следствие, экопродукты.

Цивилизация Ци: Альтернативные источники энергии в китайской промышленности

Долгое время считалось, что Китай преимущественно сельскохозяйственная страна.

Как бы то ни было мировая научно-техническая революция не обошла стороной страны Восточной Азии. К середине XX столетия Китай стал стремительно превращаться в индустриальную державу, особенно уделяя внимание развитию тяжелой промышленности. В северной части страны, где сосредоточены месторождения полезных ископаемых, разместились промышленные центры. С 1950 года до сегодняшнего дня население Китая возросло примерно на 800 млн. человек. В 1970-е годах в стране наблюдается небывалый расцвет экономики. Развивается процесс урбанизации. Города-миллионники растут с невероятной скоростью.

Все перечисленное способствовало тому, что Китайская Народная Республика становится главным мировым потребителем электроэнергии.

Поэтому в стране акцентируют особое внимание на изучении и внедрении альтернативных источников энергии.

На сегодняшний день Китай интересен инвесторам, которые готовы вложить средства в возобновляемые источники энергии.

Для чего утилизировать отходящее тепло?

Перед нами один из видов альтернативных источников энергии - отходящее тепло.

Примерно половина тепловой и электрической энергии, расходуемой в промышленной сфере, выбрасывается в виде отходящего тепла в окружающую среду.  Температура отходящего тепла может варьироваться от самого высокого показателя 650 °С до самого низкого 230 °С. Отходящее тепло высокотемпературное и среднетемпературное перерабатывается для производства технологического пара, электроэнергии, сушки, подогрева воздуха. В то время, как низкотемпературное тепло применяют для бытовых нужд: отопления зданий, нагрева воды.

Переработка отходящего тепла. Выгодно?

Экономия прежде всего. Расходы на электроэнергию возрастают, использование отходящего тепла помогает сэкономить затраты на производстве.

Сбережение полезных ископаемых. Утилизация тепла сокращает потребность в невозобновляемых энергоресурсах.

Переработка отходящего тепла уменьшает негативное влияние на окружающую среду.

Способ получения энергии из отходящего тепла в китайской цементной промышленности

Методику извлечения энергии из отходящего тепла с применением линии производства цементного клинкера (далее-линия), китайцы стали внедрять в 1953 году.

Более, чем за 50 лет совершенствования данная разработка проходила через ряд последовательных периодов:

Анализ

Разработка

Распространение

Практическое применение

Разберем каждый момент отдельно.

В период с 1953 по 1988 год китайские ученые занимались изучением проблемы получения энергии из отходящего тепла.

С 1990 по 1996 год проектировалась техническая часть на основе применения дополнительного котла для нагрева топлива и схема получения энергии из отходящего тепла при весьма низкой температуре, исследуемая на примере установок начального нагрева и сжигания.

С 1997 по 2005 год совершается продвижение технологии получения энергии из отходящего тепла в печи для обжига цементного клинкера (далее-печь) при невысокой температуре.

С 2005 года до текущего времени методика получения энергии из отходящего тепла с использованием печи развита и находится на этапе растущего развития.

Промышленное оборудование для получения энергии отходящего тепла на примере линии производства цементного клинкера

1. Силовая установка, используемая для получения отходящего тепла, не должна оказывать большого влияния на функционал линии.

2. Китайское производственное оборудование, используемое для работы силовой установки при получении отходящего тепла доказало свою надежность.

3. Производственное оборудование, технические средства и отходящее тепло эксплуатируются полностью.

4. Отходящее тепло из охладителя у выпускного отверстия и предварительный нагрев у входного отверстия печи используется в полной мере.

5. Первичная обратноосмотическая очистка применяется для эффективного использования воды в котлах.

6. Вентиляторная градирня установлена для системы оборотного водоснабжения.

7. Термический деаэратор установлен для подачи воды в процессе дезоксидации (выделении кислорода из тепла) с помощью нерегулируемого пара.

8. Для секции термодинамической обработки требуется электрогидравлическая система.

Подсоединение котла к линии

1. Котел запечного циклонного теплообменника (ЗЦТ) устанавливается вертикально у входного отверстия установки предварительного нагрева печи.

2. Котел колосникового охладителя (КО) помещается вертикально рядом с охладителем у выпускного отверстия печи.

Что представляет собой отходящее тепло, полученное при работе линии?

1.Утилизированный газ из охладителя у выпускного отверстия печи при температуре от 380-500°С до 90-110°С.

2.Отработанный газ устройства предварительного нагрева у входного отверстия печи при температуре 300-350°С до 175-220°С. Газ годится для сушки сырьевой мельницы. Пыль и грязь, скопленная в котлах, будет повторно перерабатываться для производства цемента, во избежание отходов и загрязнения.

Параметры термодинамической системы

На определённый период в Китае имеются три вида термодинамических установок.

1. Одноступенчатая термодинамическая система состоит из одной турбины и одноконтурного парового котла. Если для сушки сырьевой мельницы необходима высокая температура, около 210°С, то одноконтурный паровой котел организует достаточное поглощение отходящего тепла.

2. Двухступенчатая система с дополнительной турбиной для подачи пара (одноконтурный паровой котел КО или котел ЗЦТ, или оба котла в одно и то же время образуют разное давление пара). Один котел дает свежий пар, в то время как второй - подает пар низкого давления. Если, температура газа из охладителя у выпускного отверстия печи меняется, то двухступенчатая система обеспечит снижение температуры газа, проходящего через паровой котел КО, поэтому отходящее тепло может поглощаться в полной мере.

3. Дополнительная система перегрева с котлом ЗЦТ, который входит в перегреватель котла КО.

Главное оборудование для получения энергии отходящего тепла

1. Котел запечного циклонного теплообменника (ЗЦТ): котел-утилизатор на входе печи.

2. Котел колосникового охладителя (КО): котел-утилизатор на выходе печи.

3. Паровая турбина и генератор.