Los problemas de ahorro de energía se agudizan a medida que aumenta el potencial energético de los consumidores modernos. Tanto en el ámbito doméstico como en el industrial, los medios técnicos, equipos y redes de comunicación utilizados requieren cantidades crecientes de recursos energéticos. Esto nos obliga a buscar nuevas fuentes alternativas de calor, electricidad y otras formas de generación de energía. A pesar del activo desarrollo de los portadores de energía natural, este segmento aún no nos permite contar con la sustitución completa de las centrales generadoras tradicionales. Al mismo tiempo, existe un interés considerable en los recursos energéticos secundarios (SER), que son en gran medida gratuitos, pero requieren menos inversión en la creación de una infraestructura de servicios. Sin embargo, las características del producto energético secundario no acaban ahí.
Definición de VER
Hay dos formas fundamentalmente diferentes de generar energía: natural e industrial(artificial). En el primer caso, se utiliza la energía de los fenómenos y procesos naturales, por ejemplo, el flujo de agua, la radiación solar, el viento, etc. La complejidad del uso de tales recursos se debe a problemas técnicos de naturaleza organizativa, en particular, la inestabilidad de la acumulación de energía. La generación de energía industrial en este sentido es más controlable, pero requiere de materias primas para asegurar las reacciones, durante las cuales se genera calor, electricidad, gas, etc.. La combinación de recursos energéticos primarios y secundarios sólo se da dentro del ciclo de operación de las centrales generadoras.. El hecho es que los principales recursos no se aprovechan en su totalidad, y sus restos se desechan o reciclan posteriormente. Las estaciones de generación de energía secundaria operan sobre la misma base.
Al considerar los principios del uso de VER, no será superfluo referirse al concepto de energía potencial. Es la cantidad de energía que teóricamente se puede generar durante el tratamiento de residuos, subproductos de producción y materias primas intermedias no consumidas en el ciclo primario. En este caso, la expresión del potencial en forma de energía puede ser diferente. Las existencias de varios desechos se representan como calor ligado física o químicamente, exceso de presión, energía cinética o presión de fluido.
Entonces, la definición de recursos secundarios para la operación de centrales eléctricas es la siguiente: es el potencial energético que puede generarse como resultado del proceso tecnológico de procesamiento de residuos o productos infrautilizados de la producción principal. Al mismo tiempo, tanto los desechos en sí como los métodos para su procesamiento posterior pueden ser diferentes.
Características VER
Vale la pena señalar que durante mucho tiempo este concepto de generación de energía no fue considerado por los grandes consumidores debido a la f alta de métodos precisos para calcular la eficiencia y los potenciales energéticos. Hoy en día, el reciclaje de recursos se basa en un análisis exhaustivo de una amplia gama de indicadores, lo que permite extraer el máximo beneficio de los mismos residuos industriales. Las características de diseño más comunes de este tipo de recursos incluyen las siguientes:
- Coeficiente de energía de salida: la relación entre el potencial de generación y el volumen térmico que ingresó al generador con recursos primarios.
- Coeficiente de consumo de energía: la relación entre la cantidad de calor consumido de la producción secundaria y la energía recibida en el grupo electrógeno. Este indicador refleja la eficiencia del uso de un esquema energético específico de la empresa. Además, existen diferentes formas de evaluar los volúmenes de consumo óptimos, con énfasis en valores económicamente factibles, indicadores de consumo reales y planificados.
- Las oportunidades de ahorro de combustible son la cantidad de recursos primarios que no se consumen por el uso de desechos industriales. Además, los ahorros también se pueden calcular según el esquema inverso, cuando los recursos primarios y secundarios se reemplazan entre sí, dependiendo de las condiciones actuales para generar calor o electricidad.
- Coeficiente de utilización: la relación entre el volumen de calor generado y el potencial energético del recurso suministrado a la caldera de procesamiento.
- Factor de generación de energía: la cantidad de energía que se genera directamente mediante el uso de materiales reciclados en una unidad de reciclaje. Cabe señalar que el coeficiente de generación difiere de la energía de salida por la cantidad de pérdida de calor en la instalación en funcionamiento.
- El factor de servicio es un valor que determina la diferencia entre la producción de energía planificada y la producción real generada a través de la relación.
Elección del modelo VER óptimo
En cada caso, al desarrollar un proyecto de suministro de energía a través de recursos secundarios, se pone de relieve una tarea económica, cuya esencia es utilizar las materias primas más eficientes. Para ello, se realiza una certificación preliminar de todas las fuentes disponibles de recursos secundarios, indicando sus reservas, contaminación, temperatura y modo de recepción. También define los requisitos para garantizar los procesos tecnológicos de utilización de VER. Dependiendo de las condiciones operativas de la empresa y el método de procesamiento de materias primas, estos pueden ser sistemas de suministro de calefacción, ventilación, gas y agua.
En la etapa final de creación del proyecto, también se realizan los siguientes procedimientos:
- Se selecciona el método de eliminación más rentable para una o varias fuentes seleccionadas de materias primas secundarias.
- Se determina el efecto económico de cada evento de procesamiento de recursos.
- El esquema operativo de la planta de reciclaje se está desarrollando de acuerdo con las necesidades de la empresa. Además, el proceso tecnológico principal puede complementarse con operaciones auxiliares como plantas de cogeneración, por ejemplo, si se requiere la conversión de varios tipos de combustible.
Fuentes de recursos secundarios
En sentido general, las fuentes SER se entienden como un conjunto de procesos tecnológicos y materias primas procesadas en el marco de la operación de generadores de energía primaria. Además, diferentes áreas de producción pueden actuar como fuentes de material para la posterior generación y conversión de calor o electricidad. ¿Qué son los recursos energéticos secundarios? Los tipos específicos de materiales están determinados por el alcance de la producción primaria de materias primas. Por ejemplo, las empresas metalúrgicas proporcionan chatarra, desechos de metales ferrosos y no ferrosos, compuestos de caucho y aditivos de aleación no utilizados.
Si estamos hablando de consumidores de suministro de calor, entonces las fábricas de muebles y papel, así como las empresas de carpintería de construcción que proporcionan materiales combustibles para combustible, pasarán a primer plano. Se pueden dar los siguientes ejemplos de recursos energéticos secundarios de este tipo:
- Briquetas de turba.
- Astillas de madera y corteza.
- Cenizas de calderas de secado a alta temperatura.
- Lignina.
- Papel usado.
- Residuos de madera maciza.
- Cartón y productos de papel no reclamados.
Según la medidaA medida que los procesos tecnológicos de producción se vuelven más complejos, la estructura de los residuos con emisiones también está cambiando. Junto con las materias primas tradicionales, los desechos de múltiples componentes complejos y de alta calidad se utilizan cada vez más en los ciclos de procesamiento secundario. Estos incluyen los siguientes materiales:
- Elementos termoplásticos poliméricos.
- Aglomerados de aleación sintética.
- Productos de caucho industrial y regenerados.
- Residuos de halita.
- Escoria de alto horno.
- Fosfoyeso.
Al mismo tiempo, el nivel de amenazas ambientales también está aumentando. Si una de las ventajas más importantes de las fuentes de energía natural es la limpieza ecológica de los procesos de generación, entonces la alta eficiencia de VER está garantizada en gran medida por sustancias contaminadas y químicamente agresivas que no son susceptibles de procesamiento primario. Estos incluyen productos derivados del petróleo, sedimentos y lodos, llantas desgastadas, desechos que contienen mercurio, etc.
Clasificación por instrucciones de uso
Una de las clasificaciones clave de los recursos secundarios, que determina el alcance de las materias primas valiosas para la energía. Como regla general, se distinguen las siguientes áreas de uso de VER:
- Combustión de combustibles en unidades utilizando materias primas listas para el tratamiento térmico. Se implementa un esquema simple de generación de calor sin etapas intermedias de procesamiento y conversión.
- Uso térmico. Generación en unidades de recuperación térmica. A diferencia de la forma anterior de utilizar los recursos, el principio de cogeneración de generación de energía se puede implementar, pero también sin operaciones.transformaciones. Por ejemplo, en diferentes líneas de una central generadora, el uso de recursos energéticos secundarios permite obtener calor, agua caliente o vapor.
- Uso térmico y combinado. Junto con la generación de calor, también existe la conversión en electricidad. Por ejemplo, las unidades de turbina generan electricidad en forma de cogeneración o condensación de energía.
- Electricidad. La electricidad se genera con la ayuda de una unidad de turbina de gas que utiliza.
Clasificación por tipo de medio
Bajo portador se entiende la forma del recurso energético, así como su condición agrotécnica, bajo las cuales se seleccionará la planta de aprovechamiento. Sobre esta base, se distinguen los siguientes recursos reciclados:
- Residuos líquidos, sólidos y gaseosos.
- Parejas - trabajadas y pasando.
- Gases de escape.
- Productos intermedios y terminados.
- Agua de refrigeración técnica.
- Gases con aumento de presión.
Clasificación por principales tipos de FER
Los más comunes son los recursos secundarios combustibles y térmicos para su procesamiento en las subestaciones usuarias de energía. Por ejemplo, los SER combustibles suelen ser desechos industriales que se utilizan como combustible terminado para otros fines industriales. En este caso, se aplica la siguiente clasificación de recursos energéticos secundarios:
- Gases de alto horno metalúrgicos.
- Residuos de madera en forma de astillas, aserrín y virutas.
- Residuos líquidos o sólidos utilizados en las industrias químicas y de refinación de petróleo.
Thermal VER proporciona calor físico sin conversión. En esta capacidad, se pueden usar gases de proceso de desecho, subproductos de producción, escoria y ceniza, calor directo de unidades y aparatos operativos, vapor y agua caliente. Es importante destacar que los recursos térmicos pueden utilizarse tanto directamente como fuente de calor como materias primas, cuyo procesamiento contribuirá a la producción de electricidad.
Los recursos se utilizan con menos frecuencia, cuya energía potencial se genera a partir de fuentes de exceso de presión. Estos son tipos de recursos energéticos secundarios emitidos, que pueden ser mezclas de vapor y gas que salen de las instalaciones en funcionamiento a la atmósfera. Dichos recursos se dividen de acuerdo con el nivel de concentración de energía y los indicadores de temperatura. Ahora puede considerar cada uno de los tipos mencionados de VER por separado.
Recursos secundarios combustibles
En la parte del uso mundial de VER, el combustible combustible ocupa alrededor del 70-80%. El tipo principal de estos desechos es la madera y los productos de su procesamiento. El equipo objetivo para la utilización de recursos suele ser unidades de calderas y hornos que proporcionan procesos de combustión tecnológicos con eliminación de calor. En Rusia, también hay plantas especializadas para procesar tipos combustibles de recursos secundarios; por ejemplo, la lignina se procesa en plantas de hidrólisis, pero debido a la complejidad del mantenimiento.productos, tales enfoques tecnológicos son raros.
Relacionado con los residuos combustibles secundarios y neumáticos de automóviles, que se reciclan con liberación de energía de tres maneras:
- Con la conexión de una cascada de trituradoras para pretrituración.
- Uso de sistemas de compresión continua de volumen cerrado en extrusoras especiales.
- Con tecnología de molienda criogénica utilizando nitrógeno líquido.
Los métodos combinados para quemar productos combustibles también son populares. Luego de clasificar las materias primas de acuerdo a ciertas características (fracción, grado de contaminación, composición química y estructural), se lleva a cabo el reciclaje de recursos del mismo tipo. Por lo tanto, junto con los residuos de madera, se puede quemar carbón y caucho en polvo, si se ajusta a las características tecnológicas dadas. En algunas estaciones de reciclaje, los desechos combustibles también se preparan para su posterior producción. En particular, los materiales de construcción como mangueras, masillas, rellenos para diversas mezclas y pinturas y barnices están hechos de carbón activado, elementos de ingeniería de radio y materiales compuestos después del procesamiento energético.
Recursos energéticos secundarios térmicos
El potencial energético de este tipo de VER también les permite ser ampliamente utilizados en una variedad de industrias e industrias. Los recursos térmicos más valiosos en términos de productividad son los gases residuales liberados como resultado de reacciones químicas, pirólisis y combustión de básicos.productos combustibles También se utiliza calor condensado, aunque debido a la complejidad tecnológica de los procesos de extracción de energía, esta fuente se utiliza únicamente en grandes empresas multifuncionales con plantas de cogeneración. Teóricamente, el calor se puede generar a partir de las emisiones de ventilación y otras redes de ingeniería con flujos de agua y aire caliente, pero su participación en el volumen total del procesamiento de energía secundaria es solo del 2 al 3%.
También existen restricciones en el uso de fuentes de calor de recursos energéticos secundarios, que se imponen a los sistemas de calefacción de aire de suministro. En particular, no se permite el uso tecnológico de los siguientes medios aéreos:
- Flujos extraídos de salas que contienen sustancias inflamables o explosivas. Incluso si el sitio de entrada está conectado indirectamente a gases o vapores combustibles a través de conductos de ventilación, este aire no puede utilizarse en unidades de recuperación de calor.
- Corrientes que pueden convertirse en portadores de sustancias nocivas. Esto suele suceder cuando el aire circulante recoge partículas condensadas o sedimentadas del procesamiento de materias primas peligrosas de los intercambiadores de calor.
- Streams que pueden contener virus, bacterias y hongos que causan enfermedades. La contaminación biológica del ambiente del aire también está determinada por las características específicas de una producción en particular o las condiciones de operación de un sistema de ingeniería.
Un rasgo característico del uso de recursos secundarios con el fin de generar calor es el modo estacionaloperación de plantas de reciclaje. Esto se debe a que una parte importante de las salas de calderas de proceso se activan durante los períodos de calefacción con aporte directo de energía térmica. Esto es especialmente cierto para los servicios públicos, pero en las condiciones de producción industrial, el apoyo térmico para las operaciones tecnológicas se lleva a cabo al ritmo del programa local.
Recursos secundarios bajo sobrepresión
Principalmente son los residuos de producción recibidos como resultado de procesos tecnológicos de procesamiento primario. Estos pueden ser gases, líquidos e incluso sólidos. Su característica principal es estar bajo sobrepresión al salir de la instalación de trabajo o sistema de ingeniería. Son los requisitos de regulación de presión los que dificultan el uso de este tipo de recursos secundarios, así como sus derivados. Como mínimo, el ciclo de reciclaje debe incluir una operación de despresurización antes de la liberación. Para ello, se utilizan reguladores especiales con cajas de cambios, que normalizan automáticamente el estado de las carrocerías para un rendimiento óptimo.
Equipo de mantenimiento VER
Las plantas de utilización se utilizan para extraer energía de recursos secundarios, que pueden proporcionar varios procesos de procesamiento y producción. Hay unidades especializadas y universales. Dado que los recursos secundarios incluyen medios como el vapor con gas y agua, las calderas universales y las plantas de calderas pueden considerarse como cogeneración.equipo. El producto objetivo de estos sistemas suele ser la electricidad generada en grandes volúmenes.
Si hablamos de instalaciones especiales de enfoque limitado, entonces incluyen lo siguiente:
- Calderas de recuperación de agua.
- Economizadores.
- Bombas de calor.
- Intercambiadores de calor.
- Sistemas de refrigeración por absorción.
- Calentadores de agua.
- Unidades de refrigeración por evaporación.
- Generadores de turbinas, etc.
Por supuesto, para el pleno funcionamiento de tales unidades, se requiere una amplia gama de dispositivos auxiliares, por lo que el sistema está conectado a las fuentes de combustible. Por lo tanto, para dar servicio a los recursos de energía secundarios en un solo complejo con un gasoducto, es posible que se requiera una unidad de recuperación de calor con una estación de compresión separada. Dependiendo de las características del propio recurso, también se pueden utilizar sistemas de refrigeración, filtración, calefacción, regulación de presión, etc.
Uso de FER para calefacción
En muchas empresas, la posibilidad de calentar espacios y calentar equipos utilizando la energía generada por los desechos locales se incluye directamente en los procesos tecnológicos de producción. Por ejemplo, las calderas y los hornos térmicos emiten recursos energéticos secundarios en forma de gas durante su funcionamiento. El sistema de eliminación de residuos funciona con la ayuda de calentadores de agua, que primero ajustan la temperatura de las mezclas de gases a unos 250 °C y luego distribuyen la energía a través de los circuitos de intercambio de calor. Después de eso, los vapores restantes del proceso se eliminan a través deChimenea. El agua caliente se puede utilizar de diferentes maneras. Suele utilizarse en el propio proceso productivo como fluido técnico o como recurso para el abastecimiento de agua caliente.
La eficiencia del uso de tales tecnologías de calefacción es baja y alcanza solo el 10-12%, pero dada la ausencia de costos de materia prima, este enfoque se justifica. Otra cosa es que el uso de recursos energéticos secundarios en sí mismo requiere la organización inicial de condiciones para generar calor y la posterior distribución de productos de combustión a través de redes de intercambio de calor. También puede ser necesario equipar adicionalmente las líneas de producción con unidades para eliminar suspensiones no deseadas y sistemas básicos de limpieza.
Calefacción de zonas exteriores con VER
La creación de espacios de trabajo al aire libre con equipamiento tecnológico, según diversas estimaciones, ahorra entre un 10 y un 20% de los costes estimados de organización de los procesos productivos. Por supuesto, no se habla de una salida completa de los talleres, pero minimizar el volumen de estructuras de construcción al crear dichos sitios reduce significativamente el costo de los proyectos. Pero al mismo tiempo, la operación de los equipos será difícil debido a la presencia de nieve y hielo en las áreas. En consecuencia, existe la necesidad de organizar un sistema de suministro de calor en un área abierta. La elección de una instalación específica y el tipo de recurso energético secundario también dependerán de la dirección de la empresa y su desperdicio tecnológico. Como regla, encomo portador de calor, se utiliza agua, que circula en el espacio anular con un retorno inverso a la fuente de calor. Para mantener los parámetros óptimos del líquido, se utiliza adicionalmente anticongelante y la regulación de los caudales se realiza mediante automatización con depósitos de expansión de inercia.
La transferencia de calor dependerá del volumen del recurso, el diseño de la tubería y las condiciones microclimáticas externas. Para mantener la seguridad durante el funcionamiento del sistema en invierno, se recomienda disponer revestimientos especiales sobre una base de hormigón. Además, en aras de aumentar la conductividad térmica, los tecnólogos aconsejan cubrir la estructura con soluciones a base de hormigón pesado, virutas de bas alto e inclusiones de granito. Si estamos hablando de regiones frías con heladas severas, es mejor elegir un recurso de energía secundario a base de agua con la adición de plantas de derretimiento de nieve a la infraestructura de trabajo. La cantidad estimada de calor generado por el derretimiento de las masas de nieve y la formación de hielo debe ser de aproximadamente 630 kJ/kg. Si el diseño del sistema no permite la acumulación de nieve en el área de trabajo, entonces el consumo de energía para su fusión en el momento de la precipitación aumentará a 1250 kJ/kg.
Beneficios de usar VER
El uso de fuentes de energía alternativas suele estar impulsado por factores económicos, técnicos y ambientales. En este caso, todos estos factores funcionan, pero el económico es el dominante. Con un proyecto bien ejecutado para la implementación del utilizador en la empresa, puede contar con reducir el costo del suministro de calor, por ejemplo, hasta un 25-30%. Un indicador de ahorro específico está determinado por las condiciones para la producción y uso de recursos energéticos secundarios, pero habrá un beneficio en cualquier caso. Especialmente si se utilizan materiales de procesamiento locales y propios en la planta de destino.
Otro beneficio proviene del alto potencial energético de los residuos. Los gases, los líquidos técnicos y las materias primas de producción en estado sólido se seleccionan inicialmente de acuerdo con los principios de maximizar la extracción de grandes volúmenes de calor. Además, a diferencia del funcionamiento de los principales vectores energéticos tradicionales, los recursos secundarios en el momento de su uso ya se encuentran en el estado óptimo de agregación y temperatura para su procesamiento.
Desventajas de usar VER
La amplia difusión de este concepto de suministro de energía se ve obstaculizada por varios factores, el principal de los cuales es la complejidad del dispositivo tecnológico de dichos sistemas. Incluso si no tomamos en cuenta el costo del equipo en forma de usuarios, la organización técnica del proceso inevitablemente requerirá la reorganización del sitio de operación, ya que el sistema trabajará en conjunto con diferentes unidades de ingeniería.
Otra desventaja del uso de recursos secundarios puede verse como bajos retornos de energía. De nuevo, teniendo en cuenta el carácter gratuito de esta materia prima, la viabilidad económica será positiva, sin embargo, un modesto porcentaje de transferencia de calor, en particular, no permitirá, en principio, confiar en la disposición de centrales generadoras para la completa mantenimiento de industrias y otras instalaciones de consumo. Por regla general, esto es sólofuente de alimentación auxiliar.
Conclusión
Los recursos para el procesamiento con fines de recuperación de energía secundaria son fundamentalmente diferentes de las fuentes de suministro de energía tanto tradicionales como naturales. Se deben en parte al origen mismo de esta materia prima, pero en mayor medida, a los detalles de las tecnologías para su aplicación. Al mismo tiempo, el consumo de recursos primarios y secundarios puede ocurrir dentro del mismo proceso de producción. Por ejemplo, si los accesorios se fabrican en la planta y los productos de combustión de los altos hornos se envían a intercambiadores de calor residual que sirven a otras operaciones tecnológicas. Se implementa un ciclo de producción completo, que es más eficiente, ahorrador de recursos y respetuoso con el medio ambiente, ya que los residuos se reciclan.
