Как в металлургии Китая получают энергию из отходящего тепла?

Краткий обзор развития мировой энергетики
Любой человек никак не может находиться в мире полностью без энергии - чудодейственной силы, нужной для жизни. Каждое движение всего живого энергозатратно. Исходя из этого, энергия имеет важное значение в жизни. Человек был не утомим в поисках возможностей извлечения энергии окружающей среды на протяжении многих тысячелетий. В первобытной эре - это была сила огня. Мысль об использовании энергии воды и ветра пришла к человеку в процессе эволюции. Используя силу этих стихий, человек создал ветряные и водяные мельницы, парусные суда
Промышленная революция несет огоромные перемены в социальном строе. Социальный рост располагает формированию науки и техники. Изобретение паровой машины (теплового двигателя, в котором энергия водяного пара преобразовывалась в механическую работу), совершило революцию в то время.
В XIX веке зарождается эра электричества.
Испытания, проводимые учеными с энергией электромагнитного поля, позволили изобрести электродугу, электроосвещение, электрический двигатель и генератор.

Наступает XX век - эра глобальной индустриализации. Мировое сообщество 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.
С середины XX века возводятся первые Атомные Энергетические Станции (АЭС). В энергетической промышленности появляется новая составляющая - атомная энергия.
Низкая цена на электроэнергию до середины 1970-х гг. привела к увеличению ее потребления и неэкономному использованию.
Как результат, в 1973 г. в мире наступает энергетический кризис, навсегда поменявший формирование этой отрасли. Последствия кризиса нужно было преодолевать, создавая надежную и современную систему энергетической отрасли. В мировой энергетике обозначились следующие направления:
Падение темпов роста энергетической промышленности;
Подъём цен на энергоресурсы и реализация мероприятий по сбережению энергии;
Поиск других источников энергии.
Возможно, последующий рост цивилизации, будет связан сменой направлений развития мировой энергетики и приведет к становлению новой энергетической эры.
Человечество уже озаботилось поиском и исследованием новых, экологических, возобновляемых источников энергии.
Например, продвинутая технология сохранения энергии, под названием "зеленая" энергия, вырабатываемая неисчерпаемыми источниками. К ним относятся природные стихии - ветер, солнечный свет, дождь, тепло земли.
Важнейшие принципы "зеленой" технологии:
Не растрачивать бездумно природные ресурсы, оберегать все живое вокруг нас;
Снизить промышленные выбросы способом их абсолютного возврата в производство методом переработки;
Преобразовывать вредные производства, заменяя их более экологичными;
Применять схему замкнутого цикла: изготовление - переработка - новое производство.
"Зеленые" технологии представляют собой концепцию природо- и энергосбережения.
Это экологически чистое сырье, безопасные технологические процессы на производстве и, как следствие, экопродукты.
Энергетика Китая: акцент на альтернативные источники энергии
Китай с давних времен был широко известен как аграрная страна.
Тем не менее, мировой научно-технический прогресс не обошел стороной страны Восточной Азии. К середине XX столетия Китай стал ускоренными темпами 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. К 1970-м годам в стране начинается мощный скачок экономики. В процессе динамичной урбанизации, города разрастаются и превращаются в агломерации.
Эти аспекты привели к тому, что Китай стал мировым лидером в сфере потребления электроэнергии.
Поэтому в стране акцентируют особое внимание на изучении и внедрении альтернативных источников энергии.
В последние годы Китайская Народная Республика становится перспективной для привлечения финансовых вложений в возобновляемые источники энергии.
Для чего утилизировать отходящее тепло?
Отходящее тепло - это один из видов альтернативных источников энергии.
Около половины тепловой энергии, использованной на производстве, выбрасывается в окружающую среду в виде отходящего тепла. Температура отходящего тепла может варьироваться от самого высокого показателя 650 °С до самого низкого 230 °С. К примеру, тепло более высоких температур можно использовать для выработки технологичного пара, электроэнергии и т.д. А для обогрева помещений, подогрева воды, применимо тепло с более низкими температурами.
Почему необходимо утилизировать отходящее тепло?
Экономия прежде всего. Электроэнергия становится более дорогостоящей, используя отходящее тепло, можно достаточно уменьшить издержки производства.
Сбережение природных богатств. Грамотная переработка тепла позволяет спасти невозобновляемые энергетические ресурсы.
Регенерация отходящего тепла уменьшает негативное воздействие на экологию.
Схема получения энергии из отходящего тепла цементной промышленности Китая
Способ получения энергии из отходящего тепла с использованием линии изготовления цементного клинкера (далее-линия), китайцы стали внедрять в 1953 году.
Более, чем за 50 лет развития настоящая разработка проходила через несколько важных последовательных моментов:
Исследование
Разработка
Распространение
Применение на практике
Поговорим о каждом пункте в отдельности.
В период с 1953 по 1988 год китайские ученые занимались изучением проблемы получения энергии из отходящего тепла.
С 1990 по 1996 год разрабатывалась техническая часть на основе использования дополнительного котла для нагрева топлива и методика получения энергии из отходящего тепла при довольно низкой температуре, исследуемая на примере систем начального нагрева и сжигания.
С 1997 по 2005 год производится повышение качества технологии получения энергии из отходящего тепла в печи для обжига цементного клинкера (далее-печь) при невысокой температуре.
С 2005 года до настоящего времени методика получения энергии из отходящего тепла с применением печи развита и находится на этапе многообещающего совершенствования.
Оборудование для получения энергии отходящего тепла на примере линии производства цементного клинкера
1. Силовая установка, применяемая для получения отходящего тепла, не должна оказывать большого влияния на функциональность линии.
2. Китайское промышленное оборудование, применяемое для работы силовой установки при получении отходящего тепла подтвердило свою надежность.
3. Существующее оборудование, технические средства и отходящее тепло используются в максимально возможном объеме.
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. Начальная обратноосмотическая очистка применяется для оптимального использования воды в котлах.
6. Установка вентиляторной градирни необходима для системы оборотного водоснабжения.
7. Термический деаэратор установлен для подачи воды в процессе дезоксидации (выделении кислорода из тепла) с помощью нерегулируемого пара.
8. Электрогидравлическая система необходима для секции термодинамической обработки.
Присоединение котла к линии производства цементного клинкера
1. Котел запечного циклонного теплообменника (ЗЦТ) ставится вертикально у входного отверстия устройства предварительного нагрева печи.
2. Котел колосникового охладителя (КО) помещается вертикально возле охладителя у выпускного отверстия печи.
Что представляет собой отходящее тепло, полученное при работе линии?
1.Отработанный 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 пригоден для сушки сырьевой мельницы. Пыль, сконцентрированная в котлах, будет повторно перерабатываться для выпуска цемента, во избежание отходов и загрязнения.
Свойства термодинамической системы
На этот период в Китае имеются три модели термодинамических систем.
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 осуществляет 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 вырабатывает свежий пар, в то время как второй - подает пар низкого давления. В случае если, температура газа из охладителя у выпускного отверстия печи меняется, то двухступенчатая система обеспечит снижение температуры газа, проходящего через паровой котел КО, следовательно отходящее тепло может поглощаться в полной мере.
3. Дополнительная система перегрева с котлом ЗЦТ, который входит в перегреватель котла КО.
Основное оснащение 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.