Les problèmes d'économie d'énergie deviennent plus aigus à mesure que le potentiel énergétique des consommateurs modernes augmente. Tant dans la sphère domestique que dans l'industrie, les moyens techniques, les unités et les réseaux de communication utilisés nécessitent de plus en plus de ressources énergétiques. Cela nous oblige à rechercher de nouvelles sources alternatives de chaleur, d'électricité et d'autres formes de production d'énergie. Malgré le développement actif des vecteurs énergétiques naturels, ce segment ne permet toujours pas de compter sur le remplacement complet des centrales traditionnelles. Dans le même temps, l'intérêt pour les ressources énergétiques secondaires (RSE), largement gratuites, nécessite moins d'investissements dans la création d'une infrastructure de service. Cependant, les caractéristiques du produit énergétique secondaire ne s'arrêtent pas là.
Définition de VER
Il existe deux manières fondamentalement différentes de produire de l'énergie - naturelle et industrielle(artificiel). Dans le premier cas, l'énergie des phénomènes et processus naturels est utilisée - par exemple, l'écoulement de l'eau, le rayonnement solaire, le vent, etc. La complexité de l'utilisation de ces ressources est due à des problèmes techniques de nature organisationnelle - en particulier, l'instabilité de l'accumulation d'énergie. La production d'énergie industrielle dans ce sens est plus contrôlable, mais elle nécessite des matières premières pour assurer les réactions, au cours desquelles de la chaleur, de l'électricité, du gaz, etc.. Le fait est que les principales ressources ne sont pas pleinement utilisées et que leurs restes sont ensuite éliminés ou recyclés. Les stations de production d'électricité secondaire fonctionnent sur la même base.
Lors de l'examen des principes d'utilisation du VER, il ne sera pas superflu de se référer au concept de potentiel énergétique. C'est la quantité d'énergie qui peut théoriquement être générée lors du traitement des déchets, sous-produits de production et matières premières intermédiaires non consommées dans le cycle primaire. Dans ce cas, l'expression du potentiel sous forme d'énergie peut être différente. Les stocks de divers déchets sont représentés sous forme de chaleur physique ou chimiquement liée, de surpression, d'énergie cinétique ou de pression de fluide.
Ainsi, la définition des ressources secondaires pour le fonctionnement des centrales électriques est la suivante: il s'agit du potentiel énergétique qui peut être généré à la suite du processus technologique de traitement des déchets ou des produits sous-utilisés de la production principale. Dans le même temps, les déchets eux-mêmes et les méthodes de leur traitement ultérieur peuvent être différents.
Caractéristiques VER
Il convient de noter que pendant longtemps, ce concept de production d'énergie n'a pas été pris en compte par les gros consommateurs en raison du manque de méthodes précises de calcul de l'efficacité et des potentiels énergétiques. Aujourd'hui, le recyclage des ressources repose sur une analyse complète d'un large éventail d'indicateurs, ce qui permet de tirer le meilleur parti d'un même déchet industriel. Les caractéristiques de conception les plus courantes de ce type de ressources sont les suivantes:
- Coefficient d'énergie de sortie - le rapport entre le potentiel de production et le volume thermique entré dans le générateur avec les ressources primaires.
- Coefficient de consommation d'énergie - le rapport entre la quantité de chaleur consommée par la production secondaire et l'énergie reçue dans le groupe électrogène. Cet indicateur reflète l'efficacité de l'utilisation d'un schéma énergétique spécifique de l'entreprise. De plus, il existe différentes manières d'évaluer les volumes de consommation optimaux - en mettant l'accent sur les valeurs économiquement réalisables, les indicateurs de consommation réelle et prévue.
- Les opportunités d'économies de carburant correspondent à la quantité de ressources primaires qui ne sont pas consommées par l'utilisation de déchets industriels. De plus, les économies peuvent également être calculées selon le schéma inverse, lorsque les ressources primaires et secondaires se remplacent, en fonction des conditions actuelles de production de chaleur ou d'électricité.
- Coefficient d'utilisation - le rapport du volume de chaleur générée au potentiel énergétique de la ressource fournie à la chaudière de traitement.
- Facteur de production d'énergie - la quantité d'énergie directement générée par l'utilisation de matériaux recyclés dans une unité de recyclage. Il convient de noter que le coefficient de génération diffère de l'énergie de sortie par la quantité de perte de chaleur dans l'installation de travail.
- Le facteur de service est une valeur qui détermine la différence entre la production d'énergie prévue et la production réelle générée par le ratio.
Choisir le modèle VER optimal
Dans chaque cas, lors du développement d'un projet d'approvisionnement énergétique par des ressources secondaires, une tâche économique est mise en avant, dont l'essence est d'utiliser les matières premières les plus efficaces. Pour ce faire, une certification préalable de toutes les sources disponibles de ressources secondaires est effectuée, indiquant leurs réserves, la pollution, la température et le mode de réception. Il définit également les exigences pour assurer les processus technologiques d'utilisation du VER. Selon les conditions d'exploitation de l'entreprise et la méthode de traitement des matières premières, il peut s'agir de systèmes de chauffage, de ventilation, de gaz et d'eau.
Au stade final de la création du projet, les procédures suivantes sont également effectuées:
- La méthode d'élimination la plus rentable est sélectionnée pour une ou plusieurs sources sélectionnées de matières premières secondaires.
- L'effet économique de chaque événement de traitement des ressources est déterminé.
- Le schéma de fonctionnement de l'usine de recyclage est en cours d'élaboration en fonction des besoins de l'entreprise. En outre, le processus technologique principal peut être complété par des opérations auxiliaires telles que des centrales de cogénération - par exemple, si la conversion de plusieurs types de combustibles est nécessaire.
Sources de ressources secondaires
De manière générale, les sources SER sont comprises comme un ensemble de processus technologiques et de matières premières transformées dans le cadre de l'exploitation de générateurs d'énergie primaire. En outre, différentes zones de production peuvent servir de sources de matériaux pour la génération et la conversion ultérieures de chaleur ou d'électricité. Qu'est-ce que les ressources énergétiques secondaires ? Les types spécifiques de matériaux sont déterminés par la portée de la production primaire de matières premières. Par exemple, les entreprises métallurgiques fournissent de la ferraille, des déchets de métaux non ferreux et ferreux, des composés de caoutchouc et des additifs d'alliage non utilisés.
Si nous parlons de consommateurs d'approvisionnement en chaleur, les usines de meubles et de papier, ainsi que les entreprises de construction de bois qui fournissent des matériaux combustibles, viendront au premier plan. Les exemples suivants de ressources énergétiques secondaires de ce type peuvent être donnés:
- Briquettes de tourbe.
- Copeaux de bois et écorce.
- Cendres des chaudières de séchage à haute température.
- Lignine.
- Déchets de papier.
- Déchets de bois solides.
- Produits en carton et en papier non réclamés.
Selon la mesureÀ mesure que les processus technologiques de production deviennent plus complexes, la structure des déchets avec émissions évolue également. Parallèlement aux matières premières traditionnelles, les déchets multi-composants complexes et de haute qualité sont de plus en plus utilisés dans les cycles de traitement secondaire. Ceux-ci incluent les matériaux suivants:
- Éléments polymères thermoplastiques.
- Agglomérés d'alliages synthétiques.
- Produits industriels en caoutchouc et régénère.
- Déchets halites.
- Laitier de haut-fourneau.
- Phosphogypse.
Dans le même temps, le niveau des menaces environnementales augmente également. Si l'un des avantages les plus importants des sources d'énergie naturelles est la propreté écologique des processus de production, le rendement élevé du VER est dans une large mesure assuré par des substances polluées et chimiquement agressives qui ne se prêtent pas à un traitement primaire. Il s'agit notamment des produits pétroliers, des sédiments et des boues, des pneus usés, des déchets contenant du mercure, etc.
Classement par mode d'emploi
L'une des principales classifications des ressources secondaires, qui détermine la portée des matières premières à valeur énergétique. En règle générale, les domaines d'utilisation suivants de VER sont distingués:
- Combustion de combustibles dans des unités utilisant des matières premières prêtes pour le traitement thermique. Un schéma de génération de chaleur simple est mis en œuvre sans étapes intermédiaires de traitement et de conversion.
- Utilisation thermique. Génération dans des unités de récupération thermique. Contrairement à la manière précédente d'utiliser les ressources, le principe de cogénération de la production d'énergie peut être mis en œuvre, mais aussi sans opérations.métamorphoses. Par exemple, sur différentes lignes d'une centrale, l'utilisation de ressources énergétiques secondaires permet d'obtenir de la chaleur, de l'eau chaude ou de la vapeur.
- Usage thermique et combiné. Parallèlement à la production de chaleur, il y a aussi la conversion en électricité. Par exemple, les turbines produisent de l'électricité sous forme de cogénération ou de condensation.
- Électricité. L'électricité est générée à l'aide d'une unité de turbine à gaz utilisant.
Classement par type de média
Sous le support, on entend la forme de la ressource énergétique, ainsi que son état agrotechnique, sous lequel l'installation d'utilisation sera sélectionnée. Sur cette base, les ressources recyclées suivantes sont distinguées:
- Déchets liquides, solides et gazeux.
- Paires - travail et passes.
- Gaz d'échappement.
- Produits intermédiaires et finis.
- Eau de refroidissement technique.
- Gaz à pression élevée.
Classification par principaux types de SER
Les plus courantes sont les ressources secondaires combustibles et thermiques pour le traitement dans les sous-stations énergétiques. Par exemple, les SER combustibles sont généralement des déchets industriels utilisés comme combustible fini à d'autres fins industrielles. Dans ce cas, la classification suivante des ressources énergétiques secondaires est applicable:
- Gaz de hauts fourneaux métallurgiques.
- Déchets de bois sous forme de copeaux, sciure et copeaux.
- Déchets liquides ou solides utilisés dans le raffinage du pétrole et les industries chimiques.
Thermal VER fournit de la chaleur physique sans conversion. À ce titre, les gaz de procédé résiduaires, les sous-produits de la production, les scories et les cendres, la chaleur directe des unités et appareils d'exploitation, la vapeur et l'eau chaude peuvent être utilisés. Il est important de souligner que les ressources thermiques peuvent être utilisées à la fois directement comme source de chaleur et comme matières premières dont la transformation contribuera à la production d'électricité.
Les ressources sont utilisées moins souvent, dont l'énergie potentielle est générée à partir de sources de surpression. Il s'agit de types de ressources énergétiques secondaires émises, qui peuvent être des mélanges de vapeur et de gaz qui quittent les installations en fonctionnement dans l'atmosphère. Ces ressources sont réparties en fonction du niveau de concentration énergétique et des indicateurs de température. Vous pouvez maintenant considérer chacun des types de VER mentionnés séparément.
Ressources secondaires combustibles
Dans la part de l'utilisation mondiale des VER, le combustible occupe environ 70 à 80 %. Le principal type de ces déchets est le bois et les produits de sa transformation. L'équipement cible pour l'utilisation des ressources est généralement des unités de chaudière-four qui fournissent des processus de combustion technologiques avec évacuation de la chaleur. En Russie, il existe également des usines spécialisées pour le traitement des types combustibles de ressources secondaires - par exemple, la lignine est traitée dans des usines d'hydrolyse, mais en raison de la complexité de la maintenanceproduits, de telles approches technologiques sont rares.
Lié aux déchets combustibles secondaires et aux pneus de voiture, qui sont recyclés avec libération d'énergie de trois manières:
- Avec le raccordement d'une cascade de concasseurs pour le pré-concassage.
- Utilisation de systèmes de compression continue à volume fermé dans des extrudeuses spéciales.
- Avec la technologie de broyage cryogénique utilisant de l'azote liquide.
Les méthodes combinées de combustion de produits combustibles sont également populaires. Après un tri des matières premières selon certaines caractéristiques (fraction, degré de contamination, composition chimique et structurale), le recyclage des ressources de même nature est réalisé. Ainsi, avec les déchets de bois, le charbon et les miettes de caoutchouc peuvent être brûlés, si cela convient aux caractéristiques technologiques données. Dans certaines stations de recyclage, les déchets combustibles sont également préparés pour une production ultérieure. En particulier, les matériaux de construction tels que les tuyaux, les mastics, les charges pour divers mélanges et les peintures et vernis sont fabriqués à partir de charbon actif, d'éléments d'ingénierie radio et de matériaux composites après traitement énergétique.
Ressources énergétiques secondaires thermiques
Le potentiel énergétique de ce type de VER leur permet également d'être largement utilisés dans une variété d'industries et d'industries. Les ressources thermiques les plus précieuses en termes de productivité sont les gaz résiduaires libérés à la suite de réactions chimiques, de pyrolyse et de combustion de matières basiques.produits pétroliers. La chaleur du condensat est également utilisée, bien qu'en raison de la complexité technologique des processus d'extraction d'énergie, cette source ne soit utilisée que dans les grandes entreprises multifonctionnelles dotées d'installations de cogénération. Théoriquement, la chaleur peut être générée à partir des émissions de ventilation et d'autres réseaux d'ingénierie avec des flux d'air chaud et d'eau, mais sa part dans le volume total de traitement de l'énergie secondaire n'est que de 2 à 3 %.
Il existe également des restrictions sur l'utilisation des sources de chaleur des ressources énergétiques secondaires, qui sont imposées aux systèmes de chauffage à air soufflé. En particulier, l'utilisation technologique des fluides aériens suivants n'est pas autorisée:
- Flux évacués des locaux contenant des substances inflammables ou explosives. Même si le site d'aspiration est indirectement relié aux gaz ou vapeurs combustibles par des conduits de ventilation, cet air ne peut pas être utilisé dans les unités de récupération de chaleur.
- Flux qui peuvent devenir porteurs de substances nocives. Cela se produit généralement lorsque l'air en circulation capte des particules de condensation ou de sédimentation provenant du traitement de matières premières dangereuses provenant des échangeurs de chaleur.
- Flux susceptibles de contenir des virus, des bactéries et des champignons pathogènes. La contamination biologique de l'environnement de l'air est également déterminée par les spécificités d'une production particulière ou les conditions de fonctionnement d'un système d'ingénierie.
Une caractéristique de l'utilisation des ressources secondaires à des fins de production de chaleur est le mode saisonnierexploitation d'installations de recyclage. Cela est dû au fait qu'une partie importante des chaufferies de traitement sont activées pendant les périodes de chauffage avec apport direct d'énergie thermique. C'est particulièrement vrai pour les utilités, mais dans les conditions de la production industrielle, l'accompagnement thermique des opérations technologiques s'effectue au rythme du planning local.
Ressources secondaires en surpression
Il s'agit principalement des déchets de production reçus à la suite de processus technologiques de traitement primaire. Ceux-ci peuvent être des gaz, des liquides et même des solides. Leur caractéristique principale est d'être sous une pression excessive lorsqu'ils quittent l'installation de travail ou le système d'ingénierie. Ce sont les exigences de régulation de la pression qui rendent difficile l'utilisation de ce type de ressources secondaires, ainsi que leurs dérivés. Au minimum, le cycle de recyclage doit inclure une opération de dépressurisation avant la libération. Pour cela, des régulateurs spéciaux avec boîtes de vitesses sont utilisés, qui normalisent automatiquement l'état des corps pour des performances optimales.
Équipement de maintenance VER
Les usines d'utilisation sont utilisées pour extraire l'énergie des ressources secondaires, qui peuvent fournir divers processus de traitement et de production. Il existe des unités spécialisées et universelles. Étant donné que les ressources secondaires comprennent des fluides tels que la vapeur avec du gaz et de l'eau, les chaudières universelles et les chaufferies peuvent être considérées comme de la cogénérationéquipement. Le produit cible de ces systèmes est généralement l'électricité générée en grandes quantités.
Si nous parlons d'installations spéciales étroitement ciblées, elles incluent les éléments suivants:
- Chaudières de récupération d'eau.
- Économiseurs.
- Pompes à chaleur.
- Échangeurs de chaleur.
- Systèmes de réfrigération à absorption.
- Chauffe-eau.
- Unités de refroidissement par évaporation.
- Générateurs à turbine, etc.
Bien sûr, pour le fonctionnement complet de ces unités, une large gamme de dispositifs auxiliaires est nécessaire, grâce à laquelle le système est connecté à des sources de carburant. Ainsi, pour desservir les ressources énergétiques secondaires dans un seul complexe avec un gazoduc, une unité de récupération de chaleur avec une station de compression séparée peut être nécessaire. Selon les caractéristiques de la ressource elle-même, des systèmes de refroidissement, de filtration, de chauffage, de régulation de pression, etc. peuvent également être utilisés.
Utilisation des SER pour le chauffage
Dans de nombreuses entreprises, la possibilité de chauffer les locaux et de chauffer les équipements à l'aide de l'énergie générée par les déchets locaux est intégrée directement dans les processus technologiques de production. Par exemple, les chaudières et fours thermiques émettent des ressources énergétiques secondaires sous forme de gaz lors de leur fonctionnement. Le système d'élimination des déchets fonctionne à l'aide de chauffe-eau, qui fixent d'abord la température des mélanges gazeux à environ 250 °C, puis distribuent l'énergie sur les circuits d'échange de chaleur. Après cela, les vapeurs de processus restantes sont éliminées parcheminée. L'eau chauffée peut être utilisée de différentes manières. Il est généralement utilisé dans le processus de production lui-même comme fluide technique ou comme ressource pour l'approvisionnement en eau chaude.
L'efficacité de l'utilisation de ces technologies de chauffage est faible et ne s'élève qu'à 10-12 %, mais compte tenu de l'absence de coûts de matières premières, cette approche se justifie. Une autre chose est que l'utilisation de ressources énergétiques secondaires en soi nécessite l'organisation initiale des conditions de génération de chaleur et la distribution ultérieure des produits de combustion à travers des réseaux d'échange de chaleur. Il peut également être nécessaire d'équiper en plus les lignes de production d'unités d'élimination des suspensions indésirables et de systèmes de nettoyage de base.
Chauffer les espaces extérieurs avec VER
La création d'espaces de travail extérieurs avec des équipements technologiques, selon diverses estimations, permet d'économiser de 10 à 20 % des coûts estimés d'organisation des processus de production. Bien sûr, on ne parle pas d'une sortie complète des ateliers, mais minimiser le volume des structures de construction lors de la création de tels sites réduit considérablement le coût des projets. Mais en même temps, le fonctionnement des équipements sera difficile en raison de la présence de neige et de glace dans les zones. En conséquence, il est nécessaire d'organiser un système d'alimentation en chaleur dans une zone ouverte. Le choix d'une installation spécifique et du type de ressource énergétique secondaire dépendra également de l'orientation de l'entreprise et de ses déchets technologiques. En règle générale, danscomme caloporteur, on utilise de l'eau qui circule dans l'espace annulaire avec un retour inverse vers la source de chaleur. Pour maintenir les paramètres optimaux du liquide, un antigel est également utilisé et la régulation des débits est effectuée par automatisation avec des vases d'expansion tampons.
Le transfert de chaleur dépendra du volume de la ressource, de la conception du pipeline et des conditions microclimatiques externes. Afin de maintenir la sécurité pendant le fonctionnement du système en hiver, il est recommandé de disposer des revêtements spéciaux sur une base en béton. Aussi, dans un souci d'augmentation de la conductivité thermique, les technologues conseillent de recouvrir la structure avec des solutions à base de béton lourd, de copeaux de bas alte et d'inclusions granitiques. Si nous parlons de régions froides avec de fortes gelées, il est préférable de choisir une source d'énergie secondaire à base d'eau avec l'ajout d'usines de fonte de neige à l'infrastructure de travail. La quantité estimée de chaleur générée pour la fonte des masses de neige et le givrage devrait être d'environ 630 kJ/kg. Si la conception du système ne permet pas l'accumulation de neige dans la zone de travail, la consommation d'énergie pour sa fonte au moment des précipitations passera à 1250 kJ/kg.
Avantages de l'utilisation de VER
L'utilisation de sources d'énergie alternatives est généralement motivée par des facteurs économiques, techniques et environnementaux. Dans ce cas, tous ces facteurs fonctionnent, mais le facteur économique est dominant. Avec un projet bien exécuté pour la mise en œuvre de l'utilisateur dans l'entreprise, vous pouvez compter sur une réduction du coût de l'approvisionnement en chaleur, par exemple, jusqu'à 25-30 %. Un indicateur d'économie spécifique est déterminé par les conditions de production et d'utilisation des ressources énergétiques secondaires, mais il y aura un avantage dans tous les cas. Surtout si des matériaux de traitement locaux et propres sont utilisés dans l'usine cible.
Un autre avantage provient du potentiel énergétique élevé des déchets. Les gaz, les liquides techniques et les matières premières de production à l'état solide sont initialement sélectionnés selon les principes de maximisation de l'extraction de grands volumes de chaleur. De plus, contrairement au fonctionnement des principaux vecteurs énergétiques traditionnels, les ressources secondaires au moment de leur utilisation sont déjà dans l'état optimal d'agrégation et de température pour le traitement.
Inconvénients de l'utilisation de VER
La large diffusion de ce concept d'approvisionnement énergétique est entravée par plusieurs facteurs, dont le principal est la complexité du dispositif technologique de tels systèmes. Même si l'on ne tient pas compte du coût des équipements sous forme d'utilisateurs, l'organisation technique du procédé nécessitera inévitablement la réorganisation du site d'exploitation, puisque le système fonctionnera en collaboration avec différentes unités d'ingénierie.
Un autre inconvénient de l'utilisation de ressources secondaires peut être considéré comme un faible rendement énergétique. Encore une fois, compte tenu de la nature gratuite de cette matière première, la faisabilité économique sera positive, cependant, un pourcentage modeste de transfert de chaleur, en particulier, ne permettra pas, en principe, de s'appuyer sur l'agencement des centrales pour la production complète entretien des industries et autres installations de consommation. En règle générale, ce n'est quesource d'alimentation auxiliaire.
Conclusion
Les ressources destinées au traitement aux fins de récupération d'énergie secondaire sont fondamentalement différentes des sources d'approvisionnement énergétique traditionnelles et naturelles. Ils sont en partie dus à l'origine même de cette matière première, mais dans une plus large mesure - aux spécificités des technologies pour leur application. Dans le même temps, la consommation de ressources primaires et secondaires peut se produire au sein du même processus de production. Par exemple, si les raccords sont fabriqués à l'usine et que les produits de combustion des hauts fourneaux sont envoyés vers des échangeurs de chaleur résiduaires qui servent à d'autres opérations technologiques. Un cycle de production complet est mis en œuvre, plus efficace, économe en ressources et respectueux de l'environnement, car les déchets sont recyclés.
