عند البحث عن طرق لزيادة كفاءة المؤسسات في قطاع الطاقة، وكذلك المنشآت الصناعية الأخرى التي تستخدم المعدات التي تحرق الوقود الأحفوري (البخار، مراجل الماء الساخن، أفران المعالجة، وما إلى ذلك)، فإن مسألة استخدام إمكانات المداخن الغازات لا تثار أصلا.
وفي الوقت نفسه، بالاعتماد على معايير الحساب الحالية التي تم تطويرها منذ عقود والمعايير الموضوعة لاختيار مؤشرات الأداء الرئيسية لهذه المعدات، تخسر المنظمات العاملة الأموال، مما يؤدي حرفيًا إلى هدرها، مما يؤدي في الوقت نفسه إلى تفاقم الوضع البيئي على نطاق عالمي.
إذا، مثل الأمر ""، تعتقد أنه من الخطأ تفويت فرصة الاهتمام بالبيئة وصحة سكان مدينتك بما يعود بالنفع على ميزانية المؤسسة، اقرأ المقال حول كيفية تحويل غازات المداخن إلى مصدر للطاقة.
دراسة المعايير
المعلمة الرئيسية التي تحدد كفاءة وحدة الغلاية هي درجة حرارة غازات المداخن. تشكل الحرارة المفقودة مع غازات العادم جزءًا كبيرًا من جميع فقدان الحرارة (إلى جانب فقدان الحرارة الناتج عن الاحتراق الكيميائي والميكانيكي للوقود، وفقدان الحرارة الفيزيائية من الخبث، وكذلك تسرب الحرارة إلى البيئة بسبب التبريد الخارجي). هذه الخسائر لها تأثير حاسم على كفاءة المرجل، مما يقلل من كفاءته. وهكذا، فإننا نفهم أنه كلما انخفضت درجة حرارة غاز المداخن، زادت كفاءة المرجل.
يتم تحديد درجة الحرارة المثلى لغاز المداخن لأنواع مختلفة من الوقود ومعايير تشغيل الغلاية على أساس الحسابات الفنية والاقتصادية في المرحلة المبكرة جدًا من إنشائها. في الوقت نفسه، يتم تحقيق أقصى استفادة مفيدة من حرارة غاز العادم تقليديا من خلال زيادة حجم أسطح التسخين الحراري، وكذلك تطوير أسطح الذيل - اقتصاديات المياه، وسخانات الهواء المتجددة.
ولكن حتى على الرغم من إدخال التقنيات والمعدات اللازمة لاستعادة الحرارة بشكل كامل، فإن درجة حرارة غازات المداخن، وفقًا للوثائق التنظيمية الحالية، يجب أن تكون في النطاق:
- 120-180 درجة مئوية لغلايات الوقود الصلب (اعتمادًا على محتوى الرطوبة في الوقود ومعايير تشغيل الغلاية)،
- 120-160 درجة مئوية للغلايات التي تستخدم زيت الوقود (حسب محتوى الكبريت فيه)،
- 120-130 درجة مئوية لغلايات الغاز الطبيعي.
يتم تحديد القيم المشار إليها مع الأخذ بعين الاعتبار عوامل السلامة البيئية، ولكن في المقام الأول على أساس متطلبات أداء ومتانة المعدات.
وبالتالي، يتم تعيين الحد الأدنى بطريقة تقضي على خطر التكثيف في الجزء الحراري من المرجل وعلى طول القناة (في المداخن والمدخنة). ومع ذلك، لمنع التآكل، ليس من الضروري على الإطلاق التضحية بالحرارة التي يتم إطلاقها في الغلاف الجوي بدلاً من القيام بعمل مفيد.
تآكل. القضاء على المخاطر
نحن لا نقول إن التآكل هو ظاهرة غير سارة يمكن أن تعرض التشغيل الآمن لتركيب الغلاية للخطر وتقلل بشكل كبير من عمر الخدمة المقصود.
عندما يتم تبريد غازات المداخن إلى درجة حرارة نقطة الندى وما دونها، يتكثف بخار الماء، وتتحول معه مركبات أكاسيد النيتروجين وأكسيد الكبريت أيضًا إلى حالة سائلة، والتي عند تفاعلها مع الماء تشكل أحماضًا لها تأثير مدمر على الأسطح الداخلية من المرجل. اعتمادًا على نوع الوقود المحترق، قد تختلف درجة حرارة نقطة الندى الحمضية، وكذلك تكوين الأحماض المترسبة كمكثفات. لكن النتيجة واحدة وهي التآكل.
تتكون غازات عادم الغلايات العاملة بالغاز الطبيعي بشكل أساسي من منتجات الاحتراق التالية: بخار الماء (H2O)، ثاني أكسيد الكربون (CO2)، أول أكسيد الكربون (CO) والهيدروكربونات غير المحترقة القابلة للاشتعال CnHm (يظهر الأخيران أثناء الاحتراق غير الكامل للوقود عندما لم يتم ضبط وضع الاحتراق).
نظرًا لأن الهواء الجوي يحتوي على كمية كبيرة من النيتروجين، من بين أشياء أخرى، تظهر أكاسيد النيتروجين NO وNO2، المعروفة مجتمعة بأكاسيد النيتروجين، في منتجات الاحتراق، والتي لها تأثير ضار على البيئة وصحة الإنسان. عند دمجها مع الماء، تشكل أكاسيد النيتروجين حمض النيتريك المسبب للتآكل.
عندما يتم حرق زيت الوقود والفحم، تظهر أكاسيد الكبريت التي تسمى SOx في منتجات الاحتراق. كما تم أيضًا بحث تأثيرها السلبي على البيئة على نطاق واسع ولم يكن موضع شك. تتسبب المكثفات الحمضية المتكونة عند التفاعل مع الماء في تآكل أسطح التسخين بالكبريت.
تقليديا، يتم تحديد درجة حرارة غاز المداخن، كما هو موضح أعلاه، بطريقة تحمي المعدات من الترسيب الحمضي على أسطح تسخين المرجل. علاوة على ذلك، يجب أن تضمن درجة حرارة الغازات تكثيف أكاسيد النيتروجين وأكسيد الكبريت خارج مسار الغاز من أجل حماية ليس فقط المرجل نفسه، ولكن أيضًا المداخن الموجودة بالمدخنة من عمليات التآكل. وبطبيعة الحال، هناك معايير معينة تحد من التركيزات المسموح بها لانبعاثات أكاسيد النيتروجين والكبريت، ولكن هذا لا ينفي بأي حال من الأحوال حقيقة أن منتجات الاحتراق هذه تتراكم في الغلاف الجوي للأرض وتتساقط على شكل هطول حمضي على سطحها .
الكبريت الموجود في زيت الوقود والفحم، وكذلك احتجاز جزيئات الوقود الصلب غير المحترقة (بما في ذلك الرماد) يفرض شروطًا إضافية لتنقية غازات المداخن. يؤدي استخدام أنظمة تنقية الغاز إلى زيادة تكلفة وتعقيد عملية استخدام الحرارة الناتجة عن غازات المداخن بشكل كبير، مما يجعل هذه التدابير غير جذابة من الناحية الاقتصادية، وغالبًا ما تكون غير مربحة من الناحية العملية.
في بعض الحالات، تحدد السلطات المحلية الحد الأدنى لدرجة حرارة غاز المداخن عند فتحة المدخنة لضمان تشتت غاز المداخن بشكل مناسب وعدم وجود عمود. بالإضافة إلى ذلك، قد تتبنى بعض الشركات طوعًا مثل هذه الممارسات لتحسين صورتها، نظرًا لأن عامة الناس غالبًا ما يفسرون وجود عمود دخان مرئي على أنه علامة على التلوث البيئي، في حين أن عدم وجود عمود دخان قد يُنظر إليه على أنه علامة على نظافة البيئة. إنتاج.
كل هذا يؤدي إلى حقيقة أنه في ظل ظروف جوية معينة، يمكن للمؤسسات تسخين غازات المداخن بشكل خاص قبل إطلاقها في الغلاف الجوي. على الرغم من فهم تركيبة غازات عادم الغلاية التي تعمل بالغاز الطبيعي (تمت مناقشتها بالتفصيل أعلاه)، يصبح من الواضح أن "الدخان" الأبيض الذي يأتي من المدخنة (إذا تم تكوين وضع الاحتراق بشكل صحيح) هو في الغالب بخار الماء المتكون نتيجة تفاعل احتراق الغاز الطبيعي في فرن الغلاية.
تتطلب مكافحة التآكل استخدام مواد مقاومة لآثاره السلبية (مثل هذه المواد موجودة ويمكن استخدامها في المنشآت التي تستخدم الغاز والمنتجات البترولية وحتى النفايات كوقود)، وكذلك تنظيم جمع ومعالجة المواد الحمضية. المكثفات والتخلص منها.
Технология
إن إدخال مجموعة من التدابير لخفض درجة حرارة غازات المداخن خلف المرجل في مؤسسة قائمة يضمن زيادة كفاءة التركيب بأكمله، والذي يشمل وحدة المرجل، وذلك باستخدام المرجل نفسه في المقام الأول (الحرارة تولد فيه).
يتلخص مفهوم هذه الحلول بشكل أساسي في شيء واحد: يتم تركيب مبادل حراري في قسم المداخن حتى المدخنة، والذي يمتص حرارة غازات المداخن بوسط تبريد (على سبيل المثال، الماء). يمكن أن يكون هذا الماء إما المبرد النهائي الذي يحتاج إلى التسخين مباشرة، أو عامل وسيط ينقل الحرارة من خلال معدات التبادل الحراري الإضافية إلى دائرة أخرى.
يظهر الرسم التخطيطي في الشكل:
يتم جمع المكثفات الناتجة مباشرة في حجم المبادل الحراري الجديد، المصنوع من مواد مقاومة للتآكل. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن عتبة درجة حرارة نقطة الندى للرطوبة الموجودة في حجم غازات العادم يتم التغلب عليها بدقة داخل المبادل الحراري. وبالتالي، لا يتم استخدام الحرارة الفيزيائية لغازات المداخن بشكل مفيد فحسب، بل يتم أيضًا استخدام الحرارة الكامنة لتكثيف بخار الماء الموجود فيها. يجب تصميم الجهاز نفسه بحيث لا يوفر تصميمه مقاومة هوائية مفرطة، ونتيجة لذلك، يؤدي إلى تدهور ظروف تشغيل وحدة المرجل.
يمكن أن يكون تصميم المبادل الحراري إما مبادل حراري استرجاعي تقليدي، حيث يحدث نقل الحرارة من الغازات إلى السائل من خلال جدار فاصل، أو مبادل حراري ملامس، حيث تتلامس غازات المداخن مباشرة مع الماء، والذي يتم رشه بواسطة الفوهات في تدفقها.
بالنسبة لمبادل الحرارة الاسترجاعي، فإن حل مشكلة المكثفات الحمضية يتلخص في تنظيم جمعها وتحييدها. في حالة المبادل الحراري الملامس، يتم استخدام نهج مختلف قليلاً، يشبه إلى حد ما التطهير الدوري لنظام إمداد المياه المتداول: مع زيادة حموضة السائل المتداول، يتم أخذ كمية معينة منه إلى خزان التخزين، حيث يتم معالجتها بالكواشف مع التخلص اللاحق من المياه في نظام الصرف الصحي، أو عن طريق توجيهها إلى الدورة التكنولوجية.
قد تكون بعض تطبيقات طاقة غاز المداخن محدودة بسبب الاختلافات بين درجة حرارة الغازات ومتطلبات درجة الحرارة المحددة عند مدخل العملية المستهلكة للطاقة. ومع ذلك، حتى في مثل هذه المواقف التي تبدو وكأنها طريق مسدود، تم تطوير نهج يعتمد على التقنيات والمعدات الجديدة نوعيًا.
من أجل زيادة كفاءة عملية استرداد حرارة غاز المداخن، يتم استخدام الحلول المبتكرة المعتمدة على المضخات الحرارية بشكل متزايد في الممارسة العالمية كعنصر أساسي في النظام. في بعض القطاعات الصناعية (مثل الطاقة الحيوية)، يتم استخدام هذه الحلول في غالبية الغلايات المستخدمة. يتم تحقيق وفورات إضافية في موارد الطاقة الأولية في هذه الحالة من خلال استخدام ليس الآلات الكهربائية التقليدية لضغط البخار، ولكن المضخات الحرارية لبروميد الليثيوم ذات الامتصاص الأكثر موثوقية وتقدمًا من الناحية التكنولوجية (ABTH)، والتي تتطلب الحرارة بدلاً من الكهرباء لتشغيلها (غالبًا ما تكون هذه قد تكون الحرارة المهدرة غير المستخدمة موجودة بكثرة في أي مؤسسة تقريبًا). تعمل هذه الحرارة الصادرة من مصدر تسخين خارجي على تنشيط دورة ABTH الداخلية، والتي تسمح لك بتحويل إمكانات درجة الحرارة المتاحة لغازات المداخن ونقلها إلى بيئات أكثر سخونة.
نتيجة
يمكن أن يكون تبريد غازات مداخن الغلايات باستخدام مثل هذه المحاليل عميقًا جدًا - ما يصل إلى 30 وحتى 20 درجة مئوية من 120-130 درجة مئوية الأولية. الحرارة الناتجة كافية لتسخين المياه لتلبية احتياجات معالجة المياه الكيميائية، والمكياج، وإمدادات المياه الساخنة وحتى شبكة التدفئة.
في هذه الحالة، يمكن أن يصل توفير الوقود إلى 5÷10%، ويمكن أن تصل زيادة كفاءة وحدة الغلاية إلى 2÷3%.
وبالتالي، فإن تنفيذ التكنولوجيا الموصوفة يسمح لك بحل العديد من المشاكل في وقت واحد. هذا:
- الاستخدام الأكثر اكتمالا وإفادة لحرارة غازات المداخن (وكذلك الحرارة الكامنة لتكثيف بخار الماء)،
- الحد من انبعاثات أكاسيد النيتروجين وأكسيد الكبريت في الغلاف الجوي،
- الحصول على مورد إضافي - المياه النقية (والتي يمكن استخدامها بشكل مفيد في أي مؤسسة، على سبيل المثال، كتغذية لشبكات التدفئة ودوائر المياه الأخرى)،
- القضاء على عمود الدخان (يصبح بالكاد مرئيًا أو يختفي تمامًا).
تظهر الممارسة أن جدوى استخدام مثل هذه الحلول تعتمد في المقام الأول على:
- إمكانية الاستخدام المفيد للحرارة المتوفرة من غازات المداخن،
- مدة استخدام الطاقة الحرارية المستلمة سنويا،
- تكلفة موارد الطاقة في المؤسسة ،
- وجود تجاوز الحد الأقصى المسموح به لتركيز انبعاثات أكاسيد النيتروجين وأكسيد الكبريت (وكذلك مدى خطورة التشريعات البيئية المحلية)،
- طريقة لتحييد المكثفات وخيارات لاستخدامها مرة أخرى.
المصدر: www.habr.com