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

Энергия. История через эволюцию и революцию

Любой человек никак не может находиться в мире полностью без энергии - чудодейственной силы, заставляющей жить. Любое движение живого существа связано с затратой  энергии. Поэтому, энергия играет важную роль в жизни. За всю историю бытия, люди учились извлекать энергию, подаренною вселенной. С энергией огня пещерный человек сдружился в каменном веке. Идея об использовании энергии воды и ветра пришла к человеку в процессе эволюции. Ветряные и водяные мельницы были изобретены в результате использования энергии этих стихий.

С наступлением промышленной революции, быстрыми темпами развивается человеческое общество. Прогрессивный мир приумножает научный, технический и творческий потенциал. Изобретение паровой машины (теплового двигателя, в котором энергия водяного пара преобразовывалась в механическую работу), совершило технический переворот в то время.

XIX век по праву можно назвать эрой электричества.

Опыты с электроэнергией привели ученых к созданию электродуги,  затем электрического освещения, электродвигателя и электрогенератора.

Наступает XX век - период глобальной индустриализации. Человечество совершает научно-техническую революцию в освоении и использовании энергии: возводятся мощные тепловые, гидравлические, атомные электростанции, выстраиваются линии передачи электроэнергии высокого, сверх- и ультравысокого напряжения, создаются гигантские энергосистемы.

Середина XX столетия ознаменовывается строительством первых АЭС. В энергетической промышленности появляется новая составляющая - атомная энергия.

Последующие десятилетия потребительское отношение и неэкономное использование электроэнергии возрастает, в то время, как цена на нее снижается.

Исходя из этого, в 1973 году наступает мировой энергетический кризис, обусловивший дальнейшее развитие этой промышленной отрасли. Организация надежной системы энергетики помогла справиться с негативными последствиями мирового кризиса. В мировой энергетике обозначились следующие направления:

Спад темпов роста энергетической промышленности;

Подъём цен на энергоресурсы и реализация мероприятий по энергосбережению;

Поиск других источников энергии.

Скорее всего, последующий рост цивилизации, будет сопряжен сменой направлений развития мировой энергетики и приведет к становлению новой энергетической эпохи.

Человечество уже озаботилось поиском и исследованием новых, экологических, возобновляемых источников энергии.

Например, так называемая, "зеленая" энергия, которая вырабатывается возобновляемыми источниками.  Это стихии,  находящиеся вокруг нас:  солнце, ветер, вода, тепло, исходящее от земли.

Основополагающие правила "зеленой" энергии:

Сохранять экологию на Земле, сокращая количество потребляемых ресурсов;

Сократить промышленные выбросы путем их абсолютного возврата в производство с помощью переработки;

По возможности модернизировать вредные производства, превращая их в более экологичные;

Использовать программу замкнутого цикла: производство - переработка - новое производство.

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

Это экологически чистый сырьевой материал, безопасные технологические процессы на производстве и, как результат, экопродукты.

Энергетика Китая: акцент на альтернативные источники энергии

С давних времен Китай являлся главным образом аграрной страной.

Но мировой научно-технический переворот затронул страны Восточной Азии. К середине XX века Китай стал стремительными темпами перерастать в индустриальную державу, особенно уделяя внимание развитию тяжелой промышленности. В северной части страны, где сосредоточены месторождения полезных ископаемых, разместились промышленные центры. С 1950 года население Китая стремительно растет. Затем, в 1970-х годах в стране начинается мощный экономический подъем. Стремительно растут и развиваются города, превращаясь в миллионники.

Вышеперечисленные аспекты содействовали тому, что КНР становится самым крупным потребителем электроэнергии в мире.

Поэтому в государстве особое место уделяется изучению и внедрению альтернативных источников энергии.

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

Переработка  отходящего тепла. Что это?

Вы что-нибудь слышали про отходящее тепло-возобновляемый источник энергии.

В промышленной сфере около половины расходуемой тепловой энергии выбрасывается в воздух в виде отходящего тепла. Отходящее тепло имеет различные температурные режимы: высокотемпературный - выше 650 °С; среднетемпературный - 230-650°С; низкотемпературный - менее 230 °С. К примеру, тепло более высоких температур используют для выработки технологичного пара, электроэнергии и т.д. А для обогрева помещений, подогрева воды, применимо тепло с более низкими температурами.

Выгода от утилизации отходящего тепла

Это экономно. Расходы на электроэнергию возрастают, использование отходящего тепла помогает сэкономить затраты на производстве.

Сохранение природных богатств. Утилизация тепла уменьшает потребность в невозобновляемых энергоресурсах.

Регенерация отходящего тепла уменьшает губительное воздействие на окружающую среду.

Методика получения энергии из отходящего тепла цементной промышленности Китая

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

Более, чем за 50 лет формирования представленная разработка проходила через несколько последовательных ступеней:

Исследование

Разработка

Распространение

Непосредственное прменение

Разберем каждый момент в отдельности.

С 1953 по 1988 год китайские ученые-технологи сконцентрировали внимание на открытии, технологии получения энергии из отходящего тепла.

С 1990 по 1996 год проектировалась техническая часть на базе применения дополнительного котла для нагрева топлива и методика извлечения энергии из отходящего тепла при очень низкой температуре, изучаемая на примере установок начального нагрева и сжигания.

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

С 2005 года до сегодняшнего времени метод получения энергии из отходящего тепла с использованием печи развита и находится на этапе перспективного совершенствования.

 Техническое оснащение для получения энергии отходящего тепла на примере линии производства цементного клинкера

1. Силовая установка, при использовании которой получают отходящее тепло, не должна оказывать большого воздействия на функционал линии.
2. Китайское оборудование, применяемое для работы силовой установки при получении отходящего тепла подтвердило свою надежность.
3. Производственное оборудование, технические средства и отходящее тепло эксплуатируются полностью.
4. Отходящее тепло из охладителя у выпускного отверстия обжигательной печи и предварительный нагрев у входного отверстия печи линии производства цемента будет использоваться в полной мере.
5. Первичная обратноосмотическая очистка употребляется для рационального использования воды в котлах.
6. Для системы оборотного водоснабжения предусмотрена установка вентиляторной градирни.
7. Термический деаэратор поставлен 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 производства цементного клинкера

1. Котел запечного циклонного теплообменника (ЗЦТ) устанавливается вертикально у входного отверстия установки предварительного нагрева печи.
2. Котел колосникового охладителя (КО) помещается вертикально поблизости с охладителем у выпускного отверстия печи.

Отходящее тепло, полученное в результате работы линии

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

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

Характеристики термодинамической системы

На определённый момент времени в Китае получили распространение три вида термодинамических систем.

1. Одна турбина и одноконтурный паровой котел представляют собой одноступенчатую систему. Если для сушки сырьевой мельницы необходима высокая температура, около 210°С, то одноконтурный паровой котел может обеспечить необходимое 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 отдает свежий пар, в то время как второй - подает пар низкого давления. Если, температура газа из охладителя у выпускного отверстия печи изменяется, то двухступенчатая система обеспечит снижение температуры газа, проходящего через паровой котел КО, следовательно отходящее тепло может поглощаться в полной мере.
3. Вспомогательная система перегрева с котлом ЗЦТ, который входит в перегреватель котла КО.

Первостепенное промышленное 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.