Вторичные энергоресурсы и энергосбережение

Москва  2020

МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

Кафедра энергоэффективных ресурсосберегающих 

промышленных технологий

Л.А. Полулях 
А.Ю. Терехова

ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ  
И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Курс лекций для магистерской программы 
«Логистика технологических процессов  
и производств»

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3991

УДК 669.1.004.18 
 
П53

Р е ц е н з е н т 

д-р техн. наук, проф., академик РАН,  

профессор кафедры ЭРПТ НИТУ «МИСиС» Л.И. Леонтьев

Полулях Л.А.

П53  
Вторичные энергоресурсы и энергосбережение : курс 

лекций для магистерской программы «Логистика технологических процессов и производств» / Л.А. Полулях, А.Ю. Терехова. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 
2020. – 82 с.

ISBN  978-5-907227-32-3

Дисциплина «Вторичные энергоресурсы и энергосбережение» за
нимает важное место в подготовке магистров, поскольку знакомит 
обучающихся с современными подходами к вопросам энергосберегающих промышленных технологий. В процессе освоения курса 
студенты получают представление о применяемом при этом оборудовании и протекающих физико-химических процессах. Особое внимание уделяется ознакомлению с возможностями и перспективами 
использования вторичных и техногенных материалов при создании 
энергосберегающих технологических схем.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся в ма
гистратуре по направлению подготовки «Металлургия», основная образовательная программа – «Логистика производственных процессов 
и технологий».

УДК 669.1.004.18 

©Полулях Л.А., Терехова А.Ю., 

2020

ISBN 978-5-907227-32-3
©НИТУ «МИСиС», 2020

Содержание

Введение ........................................................................... 5
1. Классификация вторичных энергоресурсов ...................... 10
2. Источники образования вторичных энергоресурсов  
и способы их утилизации .................................................. 13

2.1. Черная металлургия ............................................... 13

2.1.1. Вторичные энергоресурсы в черной металлургии. 
Общие сведения ......................................................... 13
2.1.2. Агломерационное производство .......................... 18
2.1.3. Коксохимическое производство .......................... 19
2.1.4. Доменное производство ...................................... 21
2.1.5. Сталеплавильное производство ........................... 23

2.2. Цветная металлургия .............................................. 28
2.3. Химическая, нефтехимическая,  
нефтеперерабатывающая промышленность ...................... 30
2.4. Вторичные энергоресурсы гидро-  
и теплоэлектростанций .................................................. 31
2.5. Промышленность строительных материалов  .............. 33

3. Определение параметров вторичных  
энергетических ресурсов ................................................... 35
4. Современные отечественные и зарубежные технологии 
утилизации ВЭР .............................................................. 38

4.1. Система утилизации отходящих газов  
агломерационной установки ........................................... 38
4.2. Утилизация ВЭР коксохимического производства ....... 42

4.2.1. Установки сухого тушения кокса (УСТК) ............. 42
4.2.2. Использование коксового газа как ВЭР ................ 43

4.3. Возможности утилизации доменного газа на 
металлургическом комбинате ......................................... 47
4.4. Процесс выплавки электростали с непрерывной  
загрузкой горячей шихты и использованием теплоты 
отходящих газов (процесс Consteel) ................................. 51
4.5. Энергетические теплоиспользующие установки  ......... 54

5. Использование ВЭР на металлургических  
комбинатах России .......................................................... 61

5.1. Состояние и перспективы утилизации вторичных 
энергоресурсов на ПАО «Северсталь» ............................... 61
5.2. Управление использованием вторичных  
топливных газов на Магнитогорском металлургическом 
комбинате .................................................................... 71

Заключение .................................................................... 78
Библиографический список  .............................................. 79

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших проблем, стоящих в настоящее время 

перед отраслями черной и цветной металлургии, а также и перед 
другими промышленными сферами, является снижение удельных расходов исходных материалов и энергии на единицу производимой продукции, т.е. проблема создания и интенсивного развития энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Вторичные энергоресурсы, или ВЭР, могут быть востребова
ны непосредственно без изменения вида энергоносителя (для 
удовлетворения потребности в теплоте и топливе) или с изменением вида энергоносителя путем выработки тепла, электроэнергии, холода или механической работы в утилизационных установках. 

Многие отрасли народного хозяйства располагают значитель
ным резервом топливных и тепловых ВЭР, занимающих значительное место в их топливно-энергетическом балансе. Наибольшими тепловыми ВЭР располагают предприятия черной и 
цветной металлургии, химической, нефтеперерабатывающей и 
нефтехимической промышленности, промышленности строительных материалов, газовой промышленности, тяжелого машиностроения [1].

Именно в этих отраслях широко используется теплота вы
сокого, среднего и низкого потенциалов. Из почти 90 % теплоты высокого потенциала (> 623 К) около 33 % идет на плавку, 
40 % – на нагрев и около 20 % – на обжиг руд и минерального 
сырья. Получение большей части теплоты высокого потенциала 
обеспечивается за счет сжигания различных видов топлива непосредственно в технологических установках.

Теплота среднего (373–622 К) и низкого (323–423 К) потенци
ала применяется для теплоснабжения потребителей, требующих 
повышенных значений температуры и давления. 

Принципиальная схема использования ВЭР, представленная 

на рисунке, иллюстрирует отдельные потоки и сечения, по которым определяются их количественные показатели.

Таким образом, использование вторичных энергоресурсов, 

неизбежно возникающих в различных технологических процессах, является одним из существенных резервов энергосбе

режения. Выход вторичных энергоресурсов зависит от целого 
ряда факторов: параметров, при которых протекает процесс, его 
режима, конструктивного исполнения технологического оборудования и др. В общем случае суточный (и сезонный) выход 
ВЭР характеризуется значительной неравномерностью, поэтому 
различают показатели удельного и общего выхода ВЭР – максимальный, средний и минимальный (гарантированный), как в суточном, так и сезонном разрезе. В любом случае утилизации ВЭР 
эффективность их использования определяется достигаемой 
экономией первичного топлива и обеспечиваемой за счет этого 
экономией затрат на добычу, транспортирование и распределение топлива (энергии). Поэтому важное условие экономической 
эффективности ВЭР – правильное определение вида и количества топлива, которое экономится при их утилизации.

Каждая технологическая установка характеризуется опреде
ленным энергетическим КПД, показывающим, какая величина 
подведенной к процессу энергии теряется. На практике происходит постоянная борьба с потерями, используются самые различные способы их сокращения, в том числе организационнотехнические, связанные с наладкой технологических процессов 
и режимов работы агрегатов, улучшением изоляции технологического оборудования, трубопроводов горячей воды, пара и пр.

Современная схема использования ВЭР представлена на ри
сунке [2]. 

Один из путей снижения потерь – использование возмож
ности возвращения части потерь энергии непосредственно в тот 
процесс, в котором они образуются. Многочисленные исследования подтверждают энергетическую и экономическую эффективность регенерации и рекуперации энергии. После этого остаются 
только потери, которых по данной технологии при существующем уровне развития техники уменьшить и избежать нельзя. 
Эту часть энергетических потерь и принято считать вторичными 
энергоресурсами, которые обычно подразделяют на горючие, тепловые и избыточного давления.

В целом следует заметить, что использование ВЭР во многих 

случаях экономически эффективно, поскольку удельные капитальные вложения в установку по утилизации тепловых ВЭР, 
отнесенные к 1 т сэкономленного топлива, ниже, чем цена то

плива с учетом его транспортировки. Поэтому важное значение 
имеют планирование и стимулирование использования ВЭР.

Схема использования ВЭР

Для наиболее полного выявления и эффективного использо
вания ВЭР на каждом действующем предприятии, в объединении при разработке паспорта предприятия обеспечивается учет 
всех образующихся ВЭР, возможных направлений использования и способов их утилизации. Все включаемые в план мероприятия по повышению уровня использования ВЭР должны быть 
экономически обоснованы. При ограниченности капиталовложений в первую очередь следует предусматривать мероприятия, 
осуществление которых обеспечивает наибольший экономический эффект.

Экономия топлива зависит от направления использования 

ВЭР и схем топливо- и энергоснабжения предприятия. При тепловом направлении использования ВЭР экономия топлива 
определяется путем сопоставления количества тепла, полученного от использования ВЭР, с технико-экономическими показателями выработки того же количества и тех же параметров 
тепла в основных энергетических установках. При силовом направлении использования ВЭР выработка электроэнергии (или 
механической энергии) сопоставляется с затратами топлива 
на выработку электроэнергии (или механической энергии) в основных энергоустановках.

При определении экономической эффективности использо
вания ВЭР сопоставляют варианты энергоснабжения, которые 
удовлетворяют потребности данного производства во всех видах 
энергии с учетом использования ВЭР, удовлетворяют те же потребности и без учета использования ВЭР. Основными показателями сопоставимости этих вариантов служат создание оптимальных (для каждого из вариантов) условий их реализации, 
обеспечение одинаковой надежности энергосбережения, достижение необходимых санитарно-гигиенических условий и безопасности труда, а также наименьшее загрязнение окружающей 
среды.

Одно из основных направлений повышения эффективности 

производства и использования энергетических ресурсов в промышленности – увеличение единичной мощности агрегатов, 
концентрация производства и создание укрупненных комбинированных технологических процессов. Особенно это эффективно 
для технологических процессов с большим выходом тепловых 

ВЭР, т.е. для предприятий химической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и металлургической промышленности. Создание крупных комбинированных производств позволяет использовать ВЭР одних процессов для нужд других, 
входящих в общий комбинированный комплекс [2].

Развитие энерго- и ресурсосберегающих технологий помимо 

улучшения экономических и технических показателей работы 
агрегатов будут также способствовать снижению экологической 
нагрузки на окружающую среду. Использование вторичных 
энергоресурсов стало одной из перспективных энергосберегающих технологий, получивших наиболее широкое развитие.