Освоенные в промышленности установки для использования вторичных энергетических ресурсов в зависимости от их вида и принципиальной схемы разделяются на две группы:
- Установки, в которых вторичные энергетические ресурсы используются непосредственно в качестве теплоносителя для теплоснабжения и выработки электроэнергии. К ним относятся установки для использования отработавшего пара и горячей воды.
- Установки, в которых вторичные энергетические ресурсы используются для получения промежуточного теплоносителя, направляемого для теплоснабжения и выработки электроэнергии. К этой группе относятся установки для использования тепла отходящих газов, тепла технологической продукции и отходов производства.
Установки для использования отработавшего пара и горячей воды На заводах черной металлургии, машиностроительных, нефтеперегонных и химических имеется большое количество отработавшего пара от паровых молотов, прессов и насосов. Энергетический к. п. д. паровых машин этих агрегатов составляет 6—8%:, и потери тепла с отработавшим паром при свободном выхлопе достигают 80 %.
Отработавший пар с учетом дальнейшего использования имеет давление 1,3—2 ата, температуру 105—120° С и загрязнен частицами сальниковой набивки и масла.
Рис. 4-3. Схема установки для использования отработавшего пара.
1 — паровой котел; 2— силовые потребители пара; 3 — устройство для очистки пара; 4 — аккумулятор; 5 — потребители пара; 6 — водоподогреватель; 7 — бак конденсата; 8 — насос; 9 — устройство для очистки конденсата; 10 — деаэратор; 11— питательный насос; 12 — потребители горячей воды; 13 — турбина низкого давления.
Для сохранения полезной мощности парового привода при таком повышенном противодавлении по сравнению с свободным выхлопом увеличивают на 1—2 ата начальное давление пара и его расход. Так, при противодавлении в молотах 2 ата расход пара увеличивается на 20—30%. Дальнейшее повышение противодавления оказывается практически нецелесообразным. В черной металлургии имеется значительное количество пара с давлением 2—3 ата от систем испарительного охлаждения элементов рабочих камер плавильных и нагревательных печей. Применение испарительного охлаждения дает возможность резко уменьшить расход воды, повысить надежность работы охлаждаемых элементов одновременно использовать передаваемое им тепло, теряемое при проточном охлаждении с водой, подогретой ДО 30—40° С.
На ряде предприятий при выпарке различных водных растворов получается вторичный пар с давлением, близким к атмосферному, который не используется в технологическом процессе.
Наиболее распространены установки, в которых пар низкого давления используется на теплофикацию или мистично также на выработку электроэнергии, что обеспечивает круглогодовое его потребление. Схемы таких установок показаны на рис. 4-3.
При использовании отработавшего пара необходимы устройства для очистки пара и конденсата от загрязнений и в случаях неравномерного графика его поступления, например от молотов и прессов, аккумуляторы переменного давления. При паровой системе теплофикации пар подается непосредственно к потребителям.
При водяной системе пар используется для подогрева обратной сетевой воды или направляется к подогревателям, обслуживающим группу выделенных потребителей. В этих случаях установка дополняется пароводяными теплообменниками смешивающего или преимущественно поверхностного типа. Различные мало отличающиеся друг от друга схемы оформления указанных способов использования отработавшего пара при водяной теплофикационной системе теплотехнически равноценны, и выбор одной из них производится путем технико-экономического сопоставления возможных вариантов с учетом местных условий.
Использование пара низкого давления для теплоснабжения большинства технологических потребителей возможно только при повышении его давления, что наиболее часто осуществляется за счет пара более высокого давления в пароструйных компрессорах. Практически такие компрессоры применимы при малой степени сжатия (отношении конечного давления пара рс к начальному
и большом отношении давления сжимающего пара pр к сжимаемому рн.
В этих условиях коэффициент инжекции отношение количества сжимаемого пара к расходу свежего имеет достаточно большое значение. Так, при повышений давления пара с 2 до 6 ата сжимающим паром 16 ата расход его составляет 30%.
При повышении р и уменьшении
необходимое количество сжимающего пара возрастает и возможная доля использования отработавшего резко уменьшается.
Выработка электроэнергии за счет отработавшего пара осуществляется в конденсационных турбинах низкого давления, устанавливаемых на ТЭЦ. Установка турбин оказывается целесообразной при необходимости использования большого количества пара и отсутствии потребления его в летний период. Удельный расход пара 2 ата в такой турбине составляет 30 кг/кВт-ч, и практически установка ее оправдывается при использовании более 30—40 т/ч пара.
С целью увеличения мощности и числа часов использования устанавливают преимущественно турбины двух давлений, у которых номинальная нагрузка может поддерживаться вне зависимости от поступающего количества отработавшего пара за счет пропуска свежего пара через предвключенные ступени более высокого давления. Отработавший пар может использоваться также в ступенях низкого давления обычных конденсационных турбин с отбором пара при соответствующем изменении системы их регулирования.
На многих предприятиях необходимо производство холода для технологических процессов и кондиционирования воздуха в горячих цехах. Получение холода за счет тепловой энергии пара низкого давления наиболее просто может быть осуществлено в пароэжекторных установках, в которых в качестве хладоагента применяется вода. Такие установки часто применяются для кондиционирования воздуха и дают охлаждение до 8—12°С при термическом к. п. д. 12—15%.
Количество отработавшего пара, которое может быть использовано с учетом его конденсации в паровых машинах и паропроводах, при установке теплоиспользующего оборудования на 
среднюю нагрузку будет:
где Dcp — количество пара, расходуемого потребителями в среднем по графику, кг/ч;
К — коэффициент, учитывающий конденсацию пара в паровой. машине и паропроводах, обычно равный 0,7 — 0,8.
При неравномерном графике выхода отработавшего пара для обеспечения более полного использования его устанавливаются паровые аккумуляторы переменного давления.
Рис. 4-4. Определение аккумуляторной способности аккумулятора.
При допустимых колебаниях давления в аккумуляторе р~±0,5 ата, определяемых условиями работы технологических агрегатов и теплоиспользующих установок, q=27 кг/м3. В этих условиях аккумулирующая способность аккумулятора, например с объемом V = 30 м3, составляет всего 800 кг, и во избежание сооружения; громоздких установок в периоды пик графика приходится идти на выброс части пара в атмосферу.
На ряде заводов имеется значительное количество подогретой до 50—60° С воды, получаемой при проточном охлаждении элементов высокотемпературных печей или технологической продукции, а также воды с температурой 15—30° С от конденсаторов турбин.
Рис. 4-5. Схема установки для использования горячей воды. 1 — охлаждаемые элементы агрегата; 2 — пароводяной подогреватель; 3 — потребители тепла; 4 — потребители горячей воды; 5 — сборный бак; 6 — охладитель воды; 7 — насос; 8 — сетевой насос.
Тепло подогретой воды может использоваться непосредственно в системе водоподготовки ТЭЦ или котельной, что наиболее просто и рационально, для теплофикации и сельскохозяйственного производства. На рис. 4-5 показана схема использования тепла воды, подогретой в охлаждаемых элементах, для водяной системы теплофикации. В этой установке создается замкнутый контур циркуляции химически очищенной воды с повышением начальной и конечной ее температур соответственно до 50—60 и 80—90° С. Дополнительный подогрев воды до температуры 130—150° С производится паром из отбора турбин в пароводяном поверхностном теплообменнике. В периоды пониженной тепловой нагрузки часть воды направляется в охладитель. Эффективность применения таких установок ограничивается сезонным потреблением тепла, и поэтому наиболее целесообразным является переход на испарительную систему охлаждения, при которой возможно получение пара повышенных параметров, использование которого не вызывает затруднений вне зависимости от времени года.
Использование тепла воды, подогретой до низкой температуры (30—40°С), возможно и целесообразно для развития парникового овощеводства. Потребление тепла теплицами имеет место большую часть года и еще в мае составляет 20% максимального зимнего.
