Каков наиболее экономичный и эффективный способ использования тепла, выделяющегося при сжигании дымовых газов? 

Наиболее экономичным и эффективным способом утилизации отходящего тепла от отработавших газов, образующихся при сжигании кокса, является котел—утилизатор, вырабатывающий пар для выработки электроэнергии (паротурбинная генераторная установка), дополненный каскадной утилизацией – высокотемпературная секция для выработки электроэнергии, среднетемпературная секция для получения пара для использования в технологических процессах или отопления, и низкотемпературная секция для предварительного нагрева воздуха для горения.

Почему это наиболее экономично и эффективно:

Во-первых, температура дымовых газов при кальцинации чрезвычайно высока. Температура дымовых газов на входе в кальцинатор жестяного типа обычно превышает 950°C, и даже после рекуперации отработанного тепла она остается на уровне около 600°C, что делает его высококачественным источником тепла. Прежде всего, для производства электроэнергии следует использовать высококачественную тепловую энергию, следуя принципу “соответствия энергетической категории и температурному режиму”. Преобразование высокотемпературных дымовых газов непосредственно в электроэнергию, преобразование тепловой энергии в электрическую является гораздо более экономически выгодным, чем производство пара низкого давления для купания или обогрева. Выручка за киловатт-час электроэнергии намного выше, чем выручка за тонну пара, а срок окупаемости инвестиций самый короткий.

Во-вторых, каскадное использование позволяет выжать все до последней капли тепла. В реальной технике дымовые газы сначала поступают в котел-утилизатор для получения пара среднего и высокого давления, который приводит в действие паровую турбину для выработки электроэнергии. Отработанный пар после выработки электроэнергии используется для обогрева помещений, горячего водоснабжения и т.д. Температура отходящих дымовых газов может быть снижена до 150°C или даже ниже. Это на порядок эффективнее в использовании, чем более ранний подход к простому использованию термомасляного нагревателя (при котором температура выхлопных газов после нагрева остается на уровне 300°C) или котла-утилизатора низкого давления (который вырабатывает пар низкого давления только для отопления и купания). обеспечение каскадного и рационального использования тепла.

В-третьих, выработка энергии на основе отработанного тепла может значительно повысить самообеспеченность предприятия электроэнергией. Если взять в качестве примера углеродную промышленность, то после оснащения кальцинатора жестяного типа системой выработки энергии на основе отработанного тепла коэффициент выработки электроэнергии предприятием может быть значительно увеличен. Экономия электроэнергии – это чистая прибыль. Согласно отраслевой практике, 100-тонная электрическая печь с рекуперацией отработанного тепла может вырабатывать до 80 000 кВт*ч в день, что дает очень значительные экономические выгоды.

Почему другие методы не так эффективны:

Термомасляный нагреватель: Оборудование простое, но энергетическая ценность тепловой энергии “понижена”. После того, как высокотемпературные дымовые газы нагревают термомасло, температура выхлопных газов остается на уровне 300°C, и большое количество отходящего тепла расходуется впустую. Изначально это был относительно низкоуровневый подход.

Котел-утилизатор низкого давления, вырабатывающий пар для отопления/купания: качество пара низкое, и его можно использовать только локально для малозатратных применений. Каскадное использование тепловой энергии невозможно.

Предварительный подогрев воздуха для горения: хотя это позволяет сэкономить от 4% до 18% топлива, это дополнительная мера по энергосбережению, и отдача от нее намного меньше, чем от выработки электроэнергии.

Низкотемпературная генерация электроэнергии ORC: Подходит для среднетемпературных и низкотемпературных дымовых газов, но для высокотемпературных дымовых газов при температуре 950°C это все равно что “расколоть орех кувалдой” – она не так эффективна, как традиционная генерация электроэнергии по циклу Ренкина.

Вывод: Для получения высокотемпературных дымовых газов, образующихся, например, при обжиге, наиболее экономичным и эффективным способом получения энергии является “котел-утилизатор + паровая турбина”, при этом среднетемпературное и низкотемпературное отходящее тепло затем используется для нагрева и подогрева воздуха, обеспечивая каскадное использование. Это признанное оптимальное решение в углеродной промышленности и цветной металлургии, а также в настоящее время является основным выбором для крупных предприятий по обжигу.