Při hledání způsobů, jak zvýšit efektivitu podniků v energetice, ale i dalších průmyslových zařízeních, která využívají zařízení spalující fosilní paliva (parní, horkovodní kotle, procesní pece atd.), se řeší problematika využití potenciálu spalinových cest. plyny nejsou primárně zvýšeny.
Mezitím, spoléhajíce se na existující výpočetní standardy vyvinuté před desítkami let a zavedené standardy pro výběr klíčových ukazatelů výkonu takového zařízení, provozní organizace ztrácejí peníze, doslova je vyhazují do odpadu a současně zhoršují situaci životního prostředí v celosvětovém měřítku.
Pokud jako příkaz "“, myslíte si, že je špatné nechat si ujít příležitost postarat se o životní prostředí a zdraví obyvatel vašeho města s výhodami pro rozpočet podniku, přečtěte si článek o tom, jak proměnit spaliny ve zdroj energie.
Studium standardů
Klíčovým parametrem, který určuje účinnost kotlové jednotky, je teplota spalin. Teplo ztracené výfukovými plyny tvoří významnou část všech tepelných ztrát (spolu s tepelnými ztrátami chemickým a mechanickým nedopalováním paliva, ztrátami fyzikálním teplem ze strusek a také úniky tepla do okolí vnějším chlazením). Tyto ztráty mají rozhodující vliv na účinnost kotle a snižují jeho účinnost. Chápeme tedy, že čím nižší je teplota spalin, tím vyšší je účinnost kotle.
Optimální teplota spalin pro různé druhy paliva a provozní parametry kotle je stanovena na základě technických a ekonomických výpočtů již ve velmi rané fázi jeho vzniku. Maximálního užitečného využití tepla výfukových plynů se přitom tradičně dosahuje zvětšováním konvekčních topných ploch a také rozvojem ocasních ploch – ekonomizérů vody, regeneračních ohřívačů vzduchu.
Ale i přes zavedení technologií a zařízení pro co nejúplnější rekuperaci tepla musí být teplota spalin podle aktuální regulační dokumentace v rozmezí:
- 120-180 °C pro kotle na tuhá paliva (v závislosti na vlhkosti paliva a provozních 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 jsou stanoveny s ohledem na faktory environmentální bezpečnosti, ale především na základě požadavků na výkon a životnost zařízení.
Minimální práh je tedy nastaven tak, aby se eliminovalo riziko kondenzace v konvekční části kotle a dále v potrubí (v kouřovodech a komíně). Pro zamezení koroze však není vůbec nutné obětovat teplo, které se místo užitečné práce uvolňuje do atmosféry.
Koroze. Eliminovat rizika
Netvrdíme, že koroze je nepříjemný jev, který může ohrozit bezpečný provoz instalace kotle a výrazně zkrátit jeho předpokládanou životnost.
Při ochlazení spalin na teplotu rosného bodu a nižší dochází ke kondenzaci vodní páry, spolu s ní přecházejí sloučeniny NOx a SOx do kapalného stavu, které při reakci s vodou tvoří kyseliny, které mají destruktivní vliv na vnitřní povrchy kotle. V závislosti na typu spalovaného paliva se může lišit teplota rosného bodu kyseliny a také složení kyselin vysrážených jako kondenzát. Výsledek je však stejný – koroze.
Výfukové plyny kotlů na zemní plyn se skládají především z následujících produktů spalování: vodní pára (H2O), oxid uhličitý (CO2), oxid uhelnatý (CO) a nespálené hořlavé uhlovodíky CnHm (poslední dva se objevují při nedokonalém spalování paliva, když režim spalování není nastaven).
Vzhledem k tomu, že atmosférický vzduch obsahuje velké množství dusíku, objevují se ve zplodinách spalování mimo jiné oxidy dusíku NO a NO2, souhrnně nazývané NOx, které mají škodlivý vliv na životní prostředí a lidské zdraví. V kombinaci s vodou tvoří oxidy dusíku korozivní kyselinu dusičnou.
Při spalování topného oleje a uhlí se ve spalinách objevují oxidy síry zvané SOx. Jejich negativní dopad na životní prostředí byl také široce zkoumán a není pochyb. Kyselý kondenzát vznikající při interakci s vodou způsobuje sirnou korozi topných ploch.
Tradičně se teplota spalin, jak je uvedeno výše, volí tak, aby chránila zařízení před kyselým srážením na topných plochách kotle. Kromě toho musí teplota plynů zajistit kondenzaci NOx a SOx mimo cestu plynu, aby byl chráněn před korozními procesy nejen samotný kotel, ale i kouřovody s komínem. Samozřejmě existují určité normy omezující přípustné koncentrace emisí oxidů dusíku a síry, ale to nijak nevyvrací skutečnost, že tyto zplodiny hoření se hromadí v zemské atmosféře a vypadávají ve formě kyselých srážek na jejím povrchu. .
Síra obsažená v topném oleji a uhlí, jakož i strhávání nespálených částic tuhého paliva (včetně popela) kladou další podmínky pro čištění spalin. Použití systémů čištění plynu výrazně zvyšuje náklady a složitost procesu využití tepla ze spalin, takže taková opatření jsou z ekonomického hlediska málo atraktivní a často prakticky nerentabilní.
V některých případech místní úřady nastavily minimální teplotu spalin u ústí komína, aby zajistily adekvátní rozptyl spalin a žádný kouř. Některé podniky mohou navíc dobrovolně přijmout takové praktiky, aby zlepšily svou image, protože široká veřejnost často interpretuje přítomnost viditelného kouřového vlečku jako známku znečištění životního prostředí, zatímco nepřítomnost kouřového vlečku může být považována za známku čistoty. Výroba.
To vše vede k tomu, že za určitých povětrnostních podmínek mohou podniky spaliny před vypuštěním do atmosféry speciálně ohřívat. Ačkoli po pochopení složení výfukových plynů kotle na zemní plyn (podrobně popsáno výše), je zřejmé, že bílý „kouř“, který vychází z komína (pokud je režim spalování správně nakonfigurován), je většinou vodní pára vznikající v důsledku spalovací reakce zemního plynu v topeništi kotle.
Boj proti korozi vyžaduje použití materiálů, které jsou odolné vůči jejím negativním účinkům (takové materiály existují a lze je použít v zařízeních, která používají jako palivo plyn, ropné produkty a dokonce i odpad), stejně jako organizaci sběru, zpracování kyselých látek. kondenzátu a jeho likvidaci.
Технология
Zavedením souboru opatření ke snížení teploty spalin za kotlem u stávajícího podniku je zajištěno zvýšení účinnosti celé instalace, která zahrnuje kotel, využívající především samotného kotle (tepl. v něm vytvořené).
Koncept takového řešení se v podstatě scvrkává na jediné: v úseku kouřovodu až ke komínu je instalován výměník tepla, který odebírá teplo spalin s chladicím médiem (např. vodou). Tato voda může být buď přímo konečným chladivem, které je třeba ohřát, nebo meziproduktem, který přenáší teplo přes přídavné teplosměnné zařízení do jiného okruhu.
Schematický diagram je znázorněn na obrázku:
Vzniklý kondenzát se shromažďuje přímo v objemu nového výměníku tepla, který je vyroben z korozivzdorných materiálů. To je způsobeno tím, že práh teploty rosného bodu pro vlhkost obsaženou v objemu výfukových plynů je překonán přesně uvnitř výměníku tepla. Smysluplně se tak využívá nejen fyzikální teplo spalin, ale také latentní teplo kondenzace vodní páry v nich obsažené. Vlastní aparatura musí být navržena tak, aby její konstrukce nekladla nadměrný aerodynamický odpor a v důsledku toho nezhoršovala provozní podmínky kotelní jednotky.
Konstrukce výměníku může být buď klasický rekuperační výměník, kde k přenosu tepla z plynů do kapaliny dochází přes dělicí stěnu, nebo kontaktní výměník, ve kterém se spaliny přímo dostávají do kontaktu s vodou, která je rozstřikována trysky v jejich toku.
U rekuperačního výměníku tepla spočívá řešení problému kyselého kondenzátu na organizaci jeho sběru a neutralizace. V případě kontaktního výměníku tepla se používá poněkud odlišný přístup, poněkud podobný periodickému proplachování systému zásobování cirkulační vodou: s rostoucí kyselostí cirkulující kapaliny se určité množství této kapaliny odebírá do akumulační nádrže, kde je ošetřena činidly s následnou likvidací vody do drenážního systému, případně jejím nasměrováním do technologického cyklu.
Některé aplikace energie spalin mohou být omezeny v důsledku rozdílů mezi teplotou plynů a specifickými požadavky na teplotu na vstupu do procesu spotřebovávajícího energii. Avšak i pro takovéto zdánlivě slepé situace byl vyvinut přístup, který se opírá o kvalitativně nové technologie a vybavení.
Za účelem zvýšení efektivity procesu zpětného získávání tepla spalin se ve světové praxi stále častěji uplatňují inovativní řešení založená na tepelných čerpadlech jako klíčový prvek systému. V určitých průmyslových odvětvích (např. bioenergie) se tato řešení používají u většiny kotlů uváděných do provozu. Dalších úspor primárních energetických zdrojů je v tomto případě dosaženo použitím nikoli tradičních elektrických strojů s kompresí páry, ale spolehlivějších a technologicky vyspělejších absorpčních tepelných čerpadel s bromidem lithným (ABTH), která ke svému provozu vyžadují spíše teplo než elektřinu (často toto může být nevyužité odpadní teplo, které je hojně zastoupeno téměř v každém podniku). Toto teplo z cizího zdroje vytápění aktivuje vnitřní cyklus ABTH, který umožňuje transformovat dostupný teplotní potenciál spalin a přenášet jej do vytápěnějších prostředí.
Výsledek
Ochlazování spalin kotle pomocí takových řešení může být poměrně hluboké - až 30 a dokonce 20 °C z počátečních 120-130 °C. Vzniklé teplo stačí na ohřev vody pro potřeby chemické úpravy vody, doplňování, zásobování teplou vodou a dokonce i topné sítě.
V tomto případě může úspora paliva dosáhnout 5÷10% a zvýšení účinnosti kotelny může dosáhnout 2÷3%.
Implementace popsané technologie tedy umožňuje řešit několik problémů najednou. Tento:
- nejúplnější a nejvýhodnější využití tepla spalin (a také latentního tepla kondenzace vodní páry),
- snížení emisí NOx a SOx do atmosféry,
- získání dalšího zdroje - vyčištěná voda (která může být užitečně použita v jakémkoli podniku, například jako zdroj pro topné sítě a jiné vodní okruhy),
- eliminace kouřového oblaku (stěží viditelný nebo úplně zmizí).
Praxe ukazuje, že proveditelnost použití takových řešení závisí především na:
- možnost užitečného využití dostupného tepla ze spalin,
- doba využití odebrané tepelné energie za rok,
- náklady na energetické zdroje v podniku,
- přítomnost překročení maximální přípustné koncentrace emisí pro NOx a SOx (stejně jako přísnost místní legislativy v oblasti životního prostředí),
- způsob neutralizace kondenzátu a možnosti jeho dalšího využití.
Zdroj: www.habr.com