Комплексний огляд методів теплової інтеграції вторинних енергоресурсів у технологічні процеси для оптимізації природоємності промислової продукції

Abstract

У статті представлено комплексний системний огляд методів теплоенергетичної інтеграції у хіміко-технологічних процесах з акцентом на підвищення енергоефективності, зниження викидів парникових газів та раціональне використання вторинних ресурсів, які виступають джерелами теплоти. Досліджено основні напрями утилізації відпрацьованого тепла, зокрема використання димових газів, гострої пари, вторинної пари, тепла побутових та промислових стоків, а також енергії надлишкового тиску в газорозподільних системах. Окрему увагу приділено технологіям когенерації, рекуперації, використанню теплових насосів та теплообмінного обладнання у різних галузях промисловості. Показано, що димові гази можуть бути ефективним джерелом повторного теплового використання завдяки високій температурі та поширеності у більшості теплових процесів. Водночас описано обмеження, пов’язані з нерівномірністю впливу їхнього теплового поля та високими витратами на транспортування. Розглянуто переваги та недоліки використання вторинної пари у процесах випарювання, дистиляції, сушіння, опалення та генерації електроенергії. Проаналізовано перспективи інтеграції у стічних і промислово-каналізаційних системах, що дозволяє зменшити екологічне навантаження та частково компенсувати втрати тепла. The article presents a systematic review of heat-and-power integration methods into chemical-technological processes, focusing on enhancing energy efficiency, reducing green-house gas emissions and optimizing thermal resource utilization. The study investigates key directions for waste heat recovery, including the use of flue gases, superheated and secondary steam, heat from domestic and industrial wastewater, and the energy of excess pressure in gas distribution systems. Special attention is given to technologies of cogeneration, heat recovery, and the application of the heat pumps and exchangers across various industrial sectors. It is shown that flue gases offer high potential for thermal reuse due to their elevated temperatures and prevalence in heat-intensive operations. At the same time, limitations such as uneven heating and high transport costs are noted. The study discusses the advantages and shortcomings of secondary steam in processes like evaporation, distillation, drying, heating, and electricity generation. It further explores the integration potential in sewage systems, highlighting how thermal recovery at component, building, network and treatment plant levels can reduce environmental impact and reclaim energy losses. However, challenges such as heat exchanger fouling present significant barriers to implementation.