A l'hora de buscar maneres d'augmentar l'eficiència de les empreses del sector energètic, així com d'altres instal·lacions industrials que utilitzen equips que cremen combustibles fòssils (vapor, calderes d'aigua calenta, forns de procés, etc.), es planteja la qüestió de l'ús del potencial de la combustió. els gasos no s'eleven en primer lloc.
Mentrestant, basant-se en els estàndards de càlcul existents desenvolupats fa dècades i els estàndards establerts per seleccionar els indicadors clau de rendiment d'aquests equips, les organitzacions operatives perden diners, literalment llençant-los al desguàs, empitjorant simultàniament la situació ambiental a escala global.
Si, com l'ordre "“, creus que és un error perdre l'oportunitat de cuidar el medi ambient i la salut dels residents de la teva ciutat amb beneficis per al pressupost de l'empresa, llegeix l'article sobre com convertir els gasos de combustió en un recurs energètic.
Estàndards d'estudi
El paràmetre clau que determina l'eficiència d'una unitat de caldera és la temperatura dels gasos de combustió. La calor perduda amb els gasos d'escapament constitueix una part important de totes les pèrdues de calor (juntament amb les pèrdues de calor per la subcombustió química i mecànica del combustible, les pèrdues amb la calor física de les escòries, així com les fuites de calor a l'entorn a causa del refredament extern). Aquestes pèrdues tenen un impacte decisiu en l'eficiència de la caldera, reduint-ne el rendiment. Així, entenem que com més baixa sigui la temperatura dels gasos de combustió, major serà l'eficiència de la caldera.
La temperatura òptima dels gasos de combustió per als diferents tipus de combustible i els paràmetres de funcionament de la caldera es determina sobre la base de càlculs tècnics i econòmics en l'etapa molt inicial de la seva creació. Al mateix temps, l'ús màxim útil de la calor dels gasos d'escapament s'aconsegueix tradicionalment augmentant la mida de les superfícies de calefacció per convecció, així com el desenvolupament de les superfícies de la cua: economitzadors d'aigua, escalfadors d'aire regeneratiu.
Però tot i la introducció de tecnologies i equips per a la recuperació de calor més completa, la temperatura dels gasos de combustió, segons la documentació normativa vigent, ha d'estar en el rang:
- 120-180 °C per a calderes de combustible sòlid (depenent del contingut d'humitat del combustible i dels paràmetres de funcionament de la caldera),
- 120-160 °C per a calderes que utilitzen fuel (segons el contingut de sofre),
- 120-130 °C per a calderes de gas natural.
Els valors indicats es determinen tenint en compte els factors de seguretat ambiental, però principalment en funció dels requisits de rendiment i durabilitat de l'equip.
Així, el llindar mínim es fixa de manera que s'elimini el risc de condensació a la part convectiva de la caldera i més al llarg del conducte (en els conductes de fum i xemeneia). No obstant això, per evitar la corrosió no cal en absolut sacrificar la calor, que s'allibera a l'atmosfera en lloc de fer un treball útil.
Corrosió. Eliminar riscos
No argumentem que la corrosió sigui un fenomen desagradable que pugui posar en perill el funcionament segur d'una instal·lació de caldera i escurçar significativament la vida útil prevista.
Quan els gasos de combustió es refreden fins a la temperatura del punt de rosada i per sota, el vapor d'aigua es condensa, juntament amb el qual els compostos NOx i SOx també es converteixen en estat líquid, que, en reaccionar amb l'aigua, formen àcids que tenen un efecte destructiu a les superfícies internes. de la caldera. Segons el tipus de combustible cremat, la temperatura del punt de rosada àcid pot variar, així com la composició dels àcids precipitats com a condensat. El resultat, però, és el mateix: corrosió.
Els gasos d'escapament de les calderes que funcionen amb gas natural estan formats principalment pels següents productes de combustió: vapor d'aigua (H2O), diòxid de carboni (CO2), monòxid de carboni (CO) i hidrocarburs inflamables no cremats CnHm (aquests dos últims apareixen durant la combustió incompleta del combustible quan el mode de combustió no està ajustat).
Com que l'aire atmosfèric conté una gran quantitat de nitrogen, entre altres coses, els òxids de nitrogen NO i NO2, anomenats col·lectivament NOx, apareixen en els productes de combustió, que tenen un efecte perjudicial sobre el medi ambient i la salut humana. Quan es combinen amb aigua, els òxids de nitrogen formen àcid nítric corrosiu.
Quan es crema el fuel i el carbó, en els productes de la combustió apareixen òxids de sofre anomenats SOx. El seu impacte negatiu sobre el medi ambient també ha estat àmpliament investigat i no se'n dubta. El condensat àcid format en interaccionar amb l'aigua provoca la corrosió del sofre de les superfícies de calefacció.
Tradicionalment, la temperatura dels gasos de combustió, tal com es mostra anteriorment, es selecciona de manera que es protegeixi l'equip de la precipitació àcida a les superfícies de calefacció de la caldera. A més, la temperatura dels gasos ha d'assegurar la condensació de NOx i SOx fora del recorregut del gas per tal de protegir no només la pròpia caldera, sinó també els conductes de fum amb la xemeneia dels processos de corrosió. Per descomptat, hi ha certs estàndards que limiten les concentracions permeses d'emissions d'òxids de nitrogen i sofre, però això no nega de cap manera el fet que aquests productes de combustió s'acumulin a l'atmosfera terrestre i cauen en forma de precipitació àcida a la seva superfície. .
El sofre contingut en el fuel i el carbó, així com l'arrossegament de partícules no cremades de combustible sòlid (incloses les cendres) imposen condicions addicionals per a la purificació dels gasos de combustió. L'ús de sistemes de purificació de gasos augmenta significativament el cost i la complexitat del procés d'aprofitament de la calor dels gasos de combustió, fent que aquestes mesures siguin poc atractives des del punt de vista econòmic i, sovint, pràcticament poc rendibles.
En alguns casos, les autoritats locals estableixen una temperatura mínima dels gasos de combustió a la boca de la chimenea per garantir una dispersió adequada dels gasos de combustió i no hi ha plomes. A més, algunes empreses poden adoptar voluntàriament aquestes pràctiques per millorar la seva imatge, ja que el públic en general interpreta sovint la presència d'un plomall de fum visible com un signe de contaminació ambiental, mentre que l'absència d'un plomall de fum pot ser vist com un signe de neteja. producció.
Tot això porta al fet que, sota determinades condicions meteorològiques, les empreses poden escalfar especialment els gasos de combustió abans d'alliberar-los a l'atmosfera. Tot i que, entenent la composició dels gasos d'escapament d'una caldera que funciona amb gas natural (es comenta amb detall més amunt), es fa obvi que el "fum" blanc que prové de la xemeneia (si el mode de combustió està configurat correctament) és majoritàriament vapor d'aigua format com a resultat de la reacció de combustió del gas natural al forn de la caldera.
La lluita contra la corrosió requereix l'ús de materials que siguin resistents als seus efectes negatius (aquests materials existeixen i es poden utilitzar en instal·lacions que utilitzen gas, derivats del petroli i fins i tot residus com a combustible), així com l'organització de la recollida, processament d'àcids. condensats i la seva eliminació.
Технология
La introducció d'un conjunt de mesures per reduir la temperatura dels gasos de combustió darrere de la caldera en una empresa existent garanteix un augment de l'eficiència de tota la instal·lació, que inclou la unitat de la caldera, utilitzant, en primer lloc, la pròpia caldera (la calor generada en ella).
El concepte d'aquestes solucions es redueix essencialment a una cosa: s'instal·la un intercanviador de calor a la secció de la fumeta fins a la xemeneia, que absorbeix la calor dels gasos de combustió amb un medi de refrigeració (per exemple, aigua). Aquesta aigua pot ser directament el refrigerant final que s'ha d'escalfar o un agent intermedi que transfereix calor a través d'equips d'intercanvi de calor addicionals a un altre circuit.
El diagrama esquemàtic es mostra a la figura:
El condensat resultant es recull directament en el volum del nou intercanviador de calor, que està fet de materials resistents a la corrosió. Això es deu al fet que el llindar de temperatura del punt de rosada per a la humitat continguda en el volum dels gasos d'escapament es supera precisament dins de l'intercanviador de calor. Així, no només s'utilitza útilment la calor física dels gasos de combustió, sinó també la calor latent de condensació del vapor d'aigua contingut en ells. El propi aparell s'ha de dissenyar de manera que el seu disseny no proporcioni una resistència aerodinàmica excessiva i, com a conseqüència, deteriori les condicions de funcionament de la unitat de la caldera.
El disseny de l'intercanviador de calor pot ser un intercanviador de calor recuperador convencional, on la transferència de calor dels gasos al líquid es produeix a través d'una paret divisòria, o un intercanviador de calor de contacte, en el qual els gasos de combustió entren en contacte directament amb l'aigua, que és ruixada per broquets en el seu flux.
Per a un intercanviador de calor recuperador, resoldre el problema del condensat àcid es redueix a organitzar la seva recollida i neutralització. En el cas d'un intercanviador de calor de contacte, s'utilitza un enfocament lleugerament diferent, una mica similar a la purga periòdica del sistema de subministrament d'aigua circulant: a mesura que augmenta l'acidesa del líquid circulant, una certa quantitat s'introdueix al dipòsit d'emmagatzematge, on es tracta amb reactius amb posterior abocament de l'aigua al sistema de drenatge, o bé dirigint-la al cicle tecnològic.
Algunes aplicacions de l'energia dels gasos de combustió poden estar limitades a causa de les diferències entre la temperatura dels gasos i els requisits específics de temperatura a l'entrada del procés que consumeix energia. Tanmateix, fins i tot per a aquestes situacions aparentment sense sortida, s'ha desenvolupat un enfocament que es basa en tecnologies i equips qualitativament nous.
Per tal d'augmentar l'eficiència del procés de recuperació de la calor dels gasos de combustió, les solucions innovadores basades en bombes de calor s'utilitzen cada cop més a la pràctica mundial com a element clau del sistema. En determinats sectors industrials (per exemple, la bioenergia), aquestes solucions s'utilitzen en la majoria de les calderes posades en marxa. En aquest cas, s'aconsegueix un estalvi addicional en recursos energètics primaris mitjançant l'ús no de màquines elèctriques tradicionals de compressió de vapor, sinó de bombes de calor de bromur de liti d'absorció (ABTH) més fiables i tecnològicament avançades, que requereixen calor en lloc d'electricitat per funcionar (sovint això pot ser calor residual no utilitzat, que és present en abundància en gairebé qualsevol empresa). Aquesta calor d'una font de calefacció de tercers activa el cicle intern ABTH, que permet transformar el potencial de temperatura disponible dels gasos de combustió i transferir-lo a ambients més escalfats.
Resultat
El refredament dels gasos de combustió de la caldera amb aquestes solucions pot ser bastant profund: fins a 30 i fins i tot 20 °C des dels 120-130 °C inicials. La calor resultant és suficient per escalfar l'aigua per a les necessitats de tractament químic de l'aigua, maquillatge, subministrament d'aigua calenta i fins i tot la xarxa de calefacció.
En aquest cas, l'estalvi de combustible pot arribar al 5÷10%, i un augment de l'eficiència de la unitat de la caldera pot arribar al 2÷3%.
Així, la implementació de la tecnologia descrita permet resoldre diversos problemes alhora. Això:
- l'ús més complet i beneficiós de la calor dels gasos de combustió (així com de la calor latent de condensació del vapor d'aigua),
- reducció de les emissions de NOx i SOx a l'atmosfera,
- obtenir un recurs addicional: aigua purificada (que es pot utilitzar de manera útil en qualsevol empresa, per exemple, com a font d'alimentació per a xarxes de calefacció i altres circuits d'aigua),
- eliminació del plomall de fum (es fa poc visible o desapareix completament).
La pràctica demostra que la viabilitat d'utilitzar aquestes solucions depèn principalment de:
- la possibilitat d'aprofitament útil de la calor disponible dels gasos de combustió,
- durada d'ús de l'energia tèrmica rebuda per any,
- el cost dels recursos energètics a l'empresa,
- la presència d'excedir la concentració màxima permesa d'emissions de NOx i SOx (així com la severitat de la legislació ambiental local),
- un mètode per neutralitzar el condensat i opcions per al seu ús posterior.
Font: www.habr.com