АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Утилизация тепловых отходов

Утилизация тепловых отходов — процесс сбора, преобразования и повторного использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) в виде тепловой энергии, которая образуется как побочный продукт в промышленных, энергетических и бытовых процессах. Тепловые отходы (или сбросное тепло) являются одним из основных источников потерь энергии в современной экономике — в некоторых производствах до 70–80 % подведённой энергии неизбежно переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающей среде[1].

Определение и терминология

Под тепловыми отходами понимается физическое тепло газов, жидкостей, твёрдых тел и излучение, которые образуются в технологических агрегатах, но не используются далее по прямому назначению. В российской научно-технической литературе для обозначения этого понятия чаще используется термин вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) теплового типа[1].

undefined

Основная причина образования тепловых отходов — термодинамическое несовершенство промышленных процессов. Согласно второму закону термодинамики, любое преобразование энергии сопровождается потерями части энергии в виде тепла, которое рассеивается в окружающей среде.

Классификация источников тепловых отходов

Все источники тепловых отходов можно классифицировать по типу теплоносителя и происхождению[1]:

Тепловые отходы с уходящими газами

Наиболее масштабный источник потерь, дающий, по разным оценкам, от 50 до 70 % общего объёма тепловых отходов[1]. Температура газов варьируется от 100 до 1000 °C, что определяет потенциал их использования. К таким источникам относятся:

  • печи всех типов: металлургические (доменные, мартеновские, конвертеры, нагревательные колодцы), обжиговые (цементные вращающиеся печи, кирпичные туннельные печи), термические и кузнечные;
  • котлы-утилизаторы и котельные установки: физическое тепло уходящих газов за паровыми и водогрейными котлами;
  • сушильные установки: камеры и барабаны для сушки древесины, сельхозпродуктов, текстиля, керамических заготовок;
  • газотурбинные установки (ГТУ) и двигатели внутреннего сгорания (ДВС): высокотемпературные (400–600 °C) выхлопные газы.

Тепловые отходы с продуктами производства

undefined

Тепло, накопленное в массе материала, который после высокотемпературной обработки необходимо охладить для дальнейшей транспортировки.

Примеры[1]:

  • охлаждение металлопродукции (слитков, слябов, заготовок, проката);
  • охлаждение клинкера в цементной промышленности;
  • охлаждение шлаков в чёрной и цветной металлургии;
  • охлаждение стекломассы и готовых стеклоизделий.

Тепловые отходы с охлаждающими средами

Тепло, отводимое для поддержания безопасного теплового режима оборудования. По объёму эти потери могут быть колоссальными, но их температурный потенциал обычно невысок (30–90 °C для воды и до 150 °C для масла)[1].

Включают:

  • системы охлаждения технологического оборудования: конвертеров, дуговых электропечей, мощных компрессоров, холодильных машин;
  • конденсаторы паровых турбин на ТЭЦ и промышленных ТЭЦ.

Технологии утилизации

Методы утилизации тепловых отходов зависят от температурного потенциала источника:

Высокотемпературная утилизация (выше 300 °C)

Наиболее эффективный с энергетической точки зрения способ. Тепло высокотемпературных газов используется для[1]:

  • выработки пара в котлах-утилизаторах с последующей выработкой электроэнергии на паровых турбинах;
  • подогрева воздуха для горения в рекуператорах и регенераторах;
  • нагрева технологических сред в производственных процессах (когенерация).

Среднетемпературная утилизация (150–300 °C)

Находит применение для:

  • производства горячей воды для отопления и горячего водоснабжения;
  • подогрева питательной воды в котельных;
  • использования в абсорбционных холодильных машинах для производства холода.

Низкотемпературная утилизация (ниже 150 °C)

Наиболее сложный в техническом отношении участок, так как низкий температурный потенциал ограничивает возможности использования. В России и за рубежом тепловые потоки низкого потенциала с температурой ниже 80–90 °C для жидких сред и ниже 150 °C для газообразных сред практически не находят применения[2].

undefined

Перспективным направлением является использование низкопотенциального тепла для:

  • работы тепловых двигателей на низкокипящих рабочих телах (органический цикл Ренкина — ОЦР)[3];
  • работы тепловых насосов, повышающих температурный потенциал источника до уровня, пригодного для отопления[1].

Одним из перспективных решений является использование сжиженного пропана (С₃Н₈) в качестве рабочего тела в органическом цикле Ренкина для утилизации тепловых отходов с температурой 45–90 °C. Установка работает следующим образом[2][3]:

  • сжиженный пропан сжимается насосом до высокого давления;
  • нагревается и испаряется в теплообменнике-испарителе за счёт тепла промышленных отходов; перегретый газ пропана расширяется в турбодетандере, приводя во вращение электрогенератор;
  • отработавший пар охлаждается и конденсируется в теплообменнике-конденсаторе;
  • сжиженный пропан возвращается в насос — цикл повторяется.

Энергетическая утилизация твёрдых коммунальных отходов

Отдельным направлением является утилизация тепловых отходов, образующихся при сжигании твёрдых коммунальных отходов (ТКО) на мусоросжигательных заводах с получением электро- и теплоэнергии. В России активно развиваются проекты ТЭС на ТКО с применением технологии слоевого сжигания на механической наклонно-переталкивающей колосниковой решётке, что позволяет достигать высокой энергоэффективности при соблюдении экологических норм[4]. Современные заводы используют пар с температурой 430 °C и давлением 7 МПа, что значительно повышает КПД выработки электроэнергии[4].

Экономический эффект

Комплексная утилизация тепловых отходов позволяет снизить потребление первичных энергоносителей на 15–30 %[1]. Экономический эффект достигается за счёт[5]:

  • замещения покупных энергоносителей (природного газа, угля, электроэнергии);
  • снижения эксплуатационных расходов на системы охлаждения;
  • сокращения экологических платежей.
  • Срок окупаемости утилизационных установок (котлов-утилизаторов, тепловых насосов) обычно составляет 2–7 лет[5].

Региональный аспект (Россия)

По данным Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, наиболее значимыми видами экономической деятельности по образованию тепловых вторичных энергоресурсов в Российской Федерации являются обрабатывающие производства и газопроводный транспорт. Лидером по полезному использованию тепловой энергии, полученной из тепловых отходов, являются химическая, металлургическая промышленность и производство нефтепродуктов[6].

Восточные регионы России (Сибирь и Дальний Восток), ориентированные на высокоэнергоёмкие производства, производят значительный объём тепловых отходов, однако полезное использование этих ресурсов в регионе остаётся недостаточным[6]. Реализация мер по снижению тепловых потерь и более полному использованию ВЭР позволит существенно повысить энергоэффективность как восточных регионов, так и страны в целом.

Экологическое значение

Утилизация тепловых отходов даёт значительный экологический эффект[5]:

  • сокращение выбросов парниковых газов (прежде всего CO₂) за счёт экономии ископаемого топлива — вклад в декарбонизацию промышленности;
  • снижение теплового загрязнения водоёмов за счёт уменьшения сброса нагретых сточных вод;
  • сокращение выбросов оксидов серы, азота и твёрдых частиц;
  • экономия свежей воды за счёт повторного использования в замкнутых циклах.
  • По оценкам, потенциал производства электроэнергии от теплоты промышленных отходов составляет: в США — 750 МВт, в Германии — 500 МВт, в Европе в целом — 3000 МВт[3].

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Об утилизации тепловых отходов. Журнал «Сантехника, Отопление, Кондиционирование». Дата обращения: 4 сентября 2026.
  2. ↑ 1 2 Способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой 45°С в летний период времени. КиберЛенинка. Дата обращения: 4 сентября 2026.
  3. ↑ 1 2 3 Использование сжиженного газа С3Н8 в качестве рабочего тела в тепловом двигателе для утилизации тепловых отходов промышленных предприятий. КиберЛенинка. Дата обращения: 4 сентября 2026.
  4. ↑ 1 2 Энергия из отходов: отечественные технологии выводят утилизацию ТКО на новый уровень. Всероссийский теплотехнический институт (17 сентября 2025). Дата обращения: 4 сентября 2026.
  5. ↑ 1 2 3 Об утилизации тепловых отходов (экономические аспекты). Журнал «Сантехника, Отопление, Кондиционирование». Дата обращения: 4 сентября 2026.
  6. ↑ 1 2 Тепловые отходы и их влияние на энергоэффективность Российской экономики: территориальный и отраслевой аспекты. КиберЛенинка. Дата обращения: 4 сентября 2026.

Литература

Категории

© Правообладателем данного материала является АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».
Использование данного материала на других сайтах возможно только с согласия АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».