Hledání způsobů, jak zvýšit efektivitu podniků v energetickém sektoru a dalších průmyslových objektech, kde se používá zařízení spalující fosilní paliva (parní, vodní kotle, technologické pece atd.), otázka využití potenciálu spalin není na prvním místě.
Mezitím, opírajíc se o stávající normy výpočtů vyvinuté před desítkami let a ustálené standardy výběru klíčových ukazatelů výkonu takového zařízení, provozovatelé organizace přicházejí o peníze, doslova je vypouštějí do komína, přičemž nepříznivě ovlivňují ekologickou situaci na globální úrovni.
Pokud, stejně jako tým „“, máte pocit, že je nesprávné nevyužít příležitost postarat se o životní prostředí a zdraví obyvatel vašeho města s prospěchem pro rozpočet podniku, přečtěte si článek o tom, jak přeměnit spalin na energetický zdroj.
Zkoumá se standardy
Klíčovým parametrem určujícím účinnost kotlového zařízení je teplota odcházejících plynů. Teplo ztracené s odcházejícími plyny představuje značnou část všech tepelných ztrát (spolu se ztrátami tepla z chemického a mechanického nedohoření paliva, ztrátami fyzického tepla ze strusky, a také úniky tepla do okolního prostředí v důsledku vnějšího chlazení). Tyto ztráty mají rozhodující vliv na hospodárnost provozu kotle, snižují jeho účinnost. Takto chápeme, že čím nižší je teplota spalin, tím vyšší je účinnost kotle.
Optimální teplota odcházejících plynů pro různé druhy paliva a pracovní parametry kotle se určuje na základě technicko-ekonomických výpočtů v nejranější fázi jeho vývoje. Přičemž maximálně účinné využití tepla odcházejících plynů se tradičně dosahuje zvětšením rozměrů konvekčních topných ploch a rovněž rozvojem koncových ploch – vodních ekonomizérů, regeneračních ohřívačů vzduchu.
Ale i přes zavedení technologií a zařízení pro co nejúplnější využití tepla, by měla být teplota odcházejících plynů podle platné normativní dokumentace v rozmezí:
- 120-180 °C pro kotle na pevná paliva (v závislosti na vlhkosti paliva a pracovních parametrech kotle),
- 120-160 °C pro kotle na topný olej (v závislosti na obsahu síry v něm),
- 120-130 °C pro kotle na zemní plyn.
Uvedené hodnoty byly určeny s ohledem na faktory ekologické bezpečnosti, ale především z požadavků na funkčnost a životnost zařízení.
Tak minimální práh je nastaven tak, aby se vyloučilo riziko vzniku kondenzátu v konvekční části kotle a dále v potrubí (v kouřovodech a komíně). Nicméně aby se předešlo korozi, není nutné obětovat teplo, které je vypouštěno do atmosféry místo toho, aby bylo využito k užitečné práci.
Koroze. Vyloučení rizik
Nesvažujeme, koroze je nepříjemný jev, který může ohrozit bezpečný provoz kotelního zařízení a značně zkrátit jeho stanovenou životnost.
Při ochlazování spalin na teplotu rosných bodů a níže dochází ke kondenzaci vodních par, spolu s nimi přecházejí do kapalného stavu i sloučeniny NOx, SOx, které při reakci s vodou vytvářejí kyseliny, destruktivně působící na vnitřní povrchy kotle. V závislosti na typu spalovaného paliva může mít teplota kyselého rosný bod různé hodnoty, stejně jako složení kyselin, které se vylučují ve formě kondenzátu. Výsledek však zůstává stejný – koroze.
Odcházející plyny kotlů, které pracují na zemní plyn, se většinou skládají z následujících spalin: vodních par (H2O), oxidu uhličitého (CO2), oxidu uhelnatého (CO) a nespálených hořlavých uhlovodíků CnHm (poslední dva se objevují při nedokonalém spalování paliva, když není režim hoření nastaven).
Jelikož v atmosférickém vzduchu je obsaženo velké množství dusíku, objevují se mezi jiným v produktech spalování oxidy dusíku NO a NO2, souhrnně nazývané NOx, které negativně působí na životní prostředí a zdraví člověka. Spojením s vodou vytvářejí oxidy dusíku korozně aktivní kyselinu dusičnou.
Při spalování těžkého paliva a uhlí se ve spalovacích produktech objevují oxidy síry označované jako SOx. Jejich negativní vliv na životní prostředí je široce zkoumán a není zpochybňován. Kyselý kondenzát vznikající při interakci s vodou způsobuje sírovou korozi povrchů výměníků tepla.
Tradičně je teplota odcházejících plynů, jak bylo uvedeno výše, nastavena tak, aby chránila zařízení před kondenzací kyseliny na površích výměníků tepla kotle. Navíc, teplota plynů musí zajistit kondenzaci NOx a SOx mimo plynový trakt, aby chránila nejen samotný kotel, ale také kouřovody a komíny před korozními procesy. Samozřejmě existují určitá pravidla, která omezují přípustné koncentrace emisí oxidů dusíku a síry, ale to vůbec neumožňuje ignorovat akumulaci těchto spalovacích produktů v atmosféře Země a jejich srážení ve formě kyselých srážek na její povrch.
Síra obsažená v těžkém palivu a uhlí, spolu s odnášením nespálených částic tuhého paliva (včetně popela), ukládá další podmínky pro čištění spalin. Použití čisticích systémů zvyšuje náklady a zkomplikuje proces využití tepla spalin, což dělá takové opatření ekonomicky méně výhodné a často prakticky neuskutečnitelné.
V některých případech místní úřady stanovují minimální teplotu spalin na ústí komína s cílem zajistit adekvátní rozptyl odcházejících plynů a zabránit vzniku kouřového ocas. Kromě toho mohou některé podniky podle vlastní iniciativy uplatňovat tuto praxi k zlepšení svého image, protože široká veřejnost často interpretuje přítomnost viditelného kouřového ocasu jako znak znečištění životního prostředí, zatímco absence kouřového ocasu může být vnímána jako znak čisté výroby.
Tohoto všeho dochází k tomu, že za určitých povětrnostních podmínek mohou podniky záměrně ohřívat spalin před jejich vypuštěním do atmosféry. I když, s ohledem na složení odcházejících plynů z kotle pracujícího na zemní plyn (ten byl podrobně popsán výše), se stává jasné, že bílá "pára", která vychází z komína (při správném nastavení procesu spalování), je většinou vodní pára, která vzniká reakcí spalování zemního plynu v kotlové komoře.
Boj proti korozi vyžaduje použití materiálů, které jsou odolné vůči jejím negativním účinkům (takové materiály existují a mohou být použity v zařízeních, která používají jako palivo plyn, produkty z rafinace ropy a dokonce i odpady), a také organizaci sběru, zpracování kyselého kondenzátu a jeho likvidaci.
Technologie
Zavedení souboru opatření ke snížení teploty spalin za kotlem v existujícím podniku zajišťuje zvýšení účinnosti celého zařízení, do kterého je kotlový agregát zahrnut, přičemž se především využívá samotný kotel (teplo, které se v něm vyrábí).
Koncept takových řešení spočívá v tom, že na úseku plynovodu před komínem je instalováno tepelné výměníky, které absorbují teplo ze spalin chladícími médii (například vodou). Tato voda může být nejen konečným teplonosným médiem, které je třeba ohřát, ale také mezilehlým médiem, které předává teplo prostřednictvím dalšího tepelného výměníku jinému okruhu.
Základní schéma je znázorněno na obrázku:
Sběr vznikajícího kondenzátu probíhá přímo v objemu nového výměníku tepla, který je vyroben z materiálů odolných vůči korozi. To je způsobeno tím, že prahová teplota rosného bodu pro vlhkost obsaženou v objemu odcházejících plynů je překročena právě uvnitř tepelného výměníku. Tímto způsobem se efektivně využívá nejen fyzické teplo spalin, ale také skrytá energie kondenzace obsažených ve vodních párech. Samotný přístroj by měl být navržen tak, aby jeho konstrukce nezpůsobovala nadměrný aerodynamický odpor a tím pádem nezhoršovala pracovní podmínky kotlového agregátu.
Struktura tepelného výměníku může představovat buď běžný rekuperační výměník, kde přenos tepla z plynů na kapalinu probíhá přes oddělovací stěnu, nebo kontaktní výměník, ve kterém spalinové plyny přicházejí do přímého kontaktu s vodou, která je rozprášena tryskami do jejich toku.
V případě rekuperačního výměníku se otázka kyselého kondenzátu týká organizace jeho sběru a neutralizace. V případě kontaktního výměníku se používá odlišný přístup, něco podobného jako periodické proplachování okruhu cirkulační vody: jak se zvyšuje kyselost cirkulující kapaliny, určité množství je odebíráno do akumulační nádrže, kde probíhá zpracování reagenty s následnou likvidací vody do drenážní kanalizace, nebo je směřována do technologického cyklu.
Jednotlivé aplikace energie spalin mohou být omezeny v důsledku rozdílu mezi teplotou plynů a požadavky na určitou teplotu na vstupu energetického procesu. Nicméně i pro takové, na první pohled bezvýchodné situace byl vyvinut přístup, který se opírá o kvalitativně nové technologie a zařízení.
S cílem zvýšit efektivitu procesu využívání tepla ze spalin se v celosvětové praxi jako klíčový prvek systému stále častěji využívají inovativní řešení na bázi tepelných čerpadel. V některých průmyslových sektorech (například v bioenergetice) se taková řešení používají u většiny uváděných do provozu kotlů. Další úspora primárních energetických zdrojů je v tomto případě dosažena použitím nikoli tradičních parokomprese elektrických strojů, ale spolehlivějších a technologičtějších absorbčních bromid-lithiových tepelných čerpadel (ABTN), které ke své činnosti potřebují teplo (často to může být nevyužité odpadní teplo, které je v dostatečném množství přítomno téměř v každém podniku). Takové teplo z externího zdroje aktivuje vnitřní cyklus ABTN, který umožňuje přeměnu dostupného teplotního potenciálu odcházejících plynů a jeho předání více ohřátým médiím.
Výsledek
Chlazení spalin z kotle pomocí podobných řešení může být dostatečně účinné – až 30 a dokonce 20 °C z původních 120-130 °C. Získané teplo je zcela dostatečné k ohřevu vody pro potřeby chemické úpravy vody, doplňování, dodávky teplé vody a dokonce i teplárenské sítě.
Úspora paliva může v tomto případě dosáhnout 5÷10 %, a zvýšení účinnosti kotlového zařízení – 2÷3 %.
Takže zavedení popsané technologie umožňuje řešit několik úloh najednou. Tímto jsou:
- maximálně kompletní a užitečné využití tepla spalin (a také skryté tepelné energie kondenzace vodní páry),
- snížení objemu emisí NOx a SOx do atmosféry,
- získání dodatečného zdroje – vyčištěné vody (která najde užitečné využití v každém podniku, například jako doplnění teplárenské sítě a dalších vodních okruhů),
- eliminace kouřového pramene (ten se stává sotva viditelným nebo zcela mizí).
Praxe ukazuje, že účelnost použití podobných řešení primárně závisí na:
- možnosti užitečného využití dostupného tepla spalin,
- době použití získané tepelné energie během roku,
- cena energetických zdrojů v podniku,
- přítomnosti překročení maximálně přípustné koncentrace emisí NOx a SOx (a také na přísnosti místních ekologických předpisů),
- způsobu neutralizace kondenzátu a možnostech jeho dalšího využití.
Zdroj: habr.com
