I jagter efter måder at øge effektiviteten af virksomheder inden for energisektoren samt andre industrielle anlæg, der bruger udstyr, som forbrænder fossile brændstoffer (damp-, vandvarmere, procesovne osv.), bliver spørgsmålet om udnyttelse af potentiel røggas ikke hævet i første omgang.
Imidlertid, når man baserer sig på eksisterende beregningsstandarder udviklet for årtier siden og de etablerede standarder for valg af nøglepræstationsindikatorer for sådan udstyr, taber operatørerne penge ved bogstaveligt talt at udlede dem i røret, samtidig med at de forværrer den globale miljøsituation.
Hvis, ligesom teamet «», mener du, at det er forkert at miste muligheden for at tage sig af miljøet og sundheden for indbyggerne i din by med fordel for virksomhedens budget, læs artiklen om, hvordan man kan omdanne røggasser til en energikilde.
Vi undersøger standarderne
Den nøgleparameter, der bestemmer effektiviteten af kedelaggregatet, er temperaturen på de varmere gasser. Den varme, der går tabt med de udgående gasser, udgør en betydelig del af alle varmetab (sammen med tab af varme fra kemisk og mekanisk ufuldstændig forbrænding af brændstof, tab af varme fra den fysiske varme af slagger samt varmetab til omgivelserne som følge af udendørs afkøling). Disse tab har en afgørende indflydelse på økonomien ved kedlens drift og sænker dens effektivitet. Således forstår vi, at jo lavere temperaturen på røggasserne er, jo højere er effektiviteten af kedlen.
Den optimale temperatur for de udgående gasser for forskellige brændstoftypes og kedlens driftsegenskaber bestemmes på grundlag af teknisk-økonomiske beregninger allerede i de tidligste faser af dens oprettelse. Samtidig opnås maksimalt nyttig udnyttelse af varmen fra de udgående gasser traditionelt ved at øge størrelsen på de konvektionelle varmeoverflader samt udvikle bagoverfladerne – vandøkonomisere, regenerative luftopvarmere.
Men selv på trods af implementeringen af teknologier og udstyr til den mest effektive udnyttelse af varmen, skal temperaturen på de udgående gasser ifølge eksisterende normative dokumentation ligge i intervallet:
- 120-180 °C for solid fuel boilers (depending on the moisture content of the fuel and the operating parameters of the boiler),
- 120-160 °C for oil-fired boilers (depending on the sulfur content),
- 120-130 °C for natural gas boilers.
These values are determined with consideration for environmental safety factors but primarily based on the requirements for the functionality and longevity of the equipment.
Thus, the minimum threshold is set to eliminate the risk of condensate forming in the convective part of the boiler and further down the flue (in the flues and chimney). However, to prevent corrosion, it is not necessary to sacrifice the heat that is released into the atmosphere instead of doing useful work.
Corrosion. Eliminating risks
We cannot deny that corrosion is an unpleasant phenomenon that can jeopardize the safe operation of the boiler installation and significantly reduce its intended service life.
When the flue gases are cooled to the dew point temperature and below, condensation of water vapor occurs, along with which NOx, SOx compounds transition to a liquid state, which, when reacting with water, form acids that destructively affect the internal surfaces of the boiler. Depending on the type of fuel being burned, the acidic dew point temperature may vary, as well as the composition of the acids that precipitate as condensate. The result, however, is one: corrosion.
The exhaust gases from natural gas boilers mainly consist of the following combustion products: water vapor (H2O), carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), and unburned combustible hydrocarbons CnHm (the latter two appear during incomplete combustion of the fuel when the combustion mode is not optimized).
Since there is a large amount of nitrogen in atmospheric air, among other things, nitrogen oxides NO and NO2 appear in the combustion products, collectively referred to as NOx, which have a harmful effect on the environment and human health. When combined with water, nitrogen oxides form corrosively active nitric acid.
Når olie og kul brændes, dannes der svovloxider i forbrændingsprodukterne, betegnet som SOx. Deres negative indvirkning på miljøet er også grundigt undersøgt og er uden tvivl. Den syreholdige kondensat, der dannes ved interaktion med vand, forårsager svovlkorrosion på varmefladerne.
Traditionelt vælges temperaturen på de afgassede gasser, som nævnt ovenfor, således at udstyret beskyttes mod syreveksler på kedlens varmeflader. Desuden skal temperaturen på gasserne sikre kondensationen af NOx og SOx uden for gasvejen, for at beskytte mod korrosionsprocesser ikke kun i kedlen, men også i rørene og skorstenen. Selvfølgelig findes der bestemte normer, der begrænser de tilladte koncentrationer af kvælstofoxider og svovloxider, men dette annullerer ikke faktum, at disse forbrændingsprodukter akkumuleres i Jordens atmosfære og falder som syreregn på dens overflade.
Svovl, der findes i olie og kul, samt udledningen af uforbrændte faste brændselspartikler (herunder aske) stiller yderligere krav til rensningen af røggasserne. Anvendelsen af røggasrensningssystemer øger betydeligt omkostningerne og komplicerer processen med at genbruge varmen fra røggasserne, hvilket gør sådanne tiltag økonomisk unattractive og ofte praktisk talt uopnåelige.
I nogle tilfælde fastsætter lokale myndigheder en minimumstemperatur for røggasserne ved skorstenens udmunding for at sikre tilstrækkelig spredning af de afgassede gasser og fraværet af en røggasfakkel. Desuden kan nogle virksomheder af egen drift anvende en lignende praksis for at forbedre deres image, da offentligheden ofte tolker tilstedeværelsen af en synlig røggasfakkel som et tegn på forurening af miljøet, mens fraværet af en røggasfakkel kan ses som et tegn på ren produktion.
Alt dette fører til, at virksomheder under visse vejrforskel kan vælge at forvarme røggasserne, inden de udledes i atmosfæren. Men ved at forstå sammensætningen af de afgassede gasser fra kedlen, der kører på naturgas (som er detaljeret beskrevet ovenfor), bliver det tydeligt, at den hvide "røg", der kommer fra skorstenen (ved korrekt indstilling af forbrændingsprocessen), primært er vanddamp, der dannes som følge af forbrændingen af naturgas i kedelkammeret.
Bekæmpelse af korrosion kræver brugen af materialer, der er modstandsdygtige over for dens negative påvirkninger (sådanne materialer findes og kan anvendes i anlæg, der bruger gas, olieprodukter og endda affald som brændstof), samt organisation af opsamling, genanvendelse af svovlsyreholdig kondensat og dens bortskaffelse.
Technology
Implementeringen af foranstaltninger til at sænke temperaturen af røggasserne bag kedlen på den eksisterende virksomhed sikrer en stigning i den samlede effektivitet af hele anlægget, som kedelanlægget indgår i, idet man primært bruger kedlen selv (varme genereret i den).
Konceptet for sådanne løsninger går i bund og grund ud på ét: på gasvejen før skorstenen installeres en varmeveksler, der optager varmen fra røg- og gasstrømmen ved hjælp af et kølemiddel (for eksempel vand). Denne vand kan både være den endelige varmebærer, der skal opvarmes, såvel som et mellemprodukt, der overfører varme ved hjælp af ekstra varmevekslingsudstyr til en anden kreds.
Den principielle skema er præsenteret på figuren:
Opsamlingen af den dannede kondensat sker direkte i volumenet af den nye varmeveksler, som er fremstillet af korrosionsbestandige materialer. Dette skyldes, at tærskeltemperaturen for dugpunktet for fugten, der findes i de afgassede gasser, overvindes netop inden i varmeveksleren. Dermed anvendes ikke blot den fysiske varme fra røg- og gasmasserne, men også den skjulte varme fra kondensationen af de vanddampe, der er indeholdt i dem. Selve apparatet skal dimensioneres således, at dets design ikke skaber en overdreven aerodynamisk modstand og dermed forværrer driftsbetingelserne for kedelanlægget.
Konstruktionen af varmeveksleren kan være enten en almindelig recuperativ varmeveksler, hvor varmeoverførslen fra gasser til væske sker gennem en adskillelsesvæg, eller en kontakt varmeveksler, hvor røg gasser kommer direkte i kontakt med vand, der sprøjtes ud af dyser i strømmen af gas.
For den recuperative varmeveksler drejer løsningen på spørgsmålet om syre kondensat sig om at organisere opsamlingen og neutraliseringen. I tilfælde af kontakt varmeveksleren anvendes en lidt anderledes tilgang, der på nogle måder ligner den periodiske udluftning af cirkulationsvandssystemet: efterhånden som surhedsgraden af den cirkulerende væske stiger, opbevares en vis mængde så i en opsamlingsbeholder, hvor den behandles med reagenter inden den efterfølgende bortskaffelse af vandet i drænsystemet eller sendes videre til den teknologiske cyklus.
Nogle anvendelser af energien fra røggasserne kan være begrænsede på grund af forskellen mellem gasernes temperatur og behovene for en bestemt temperatur ved indgangen til energiforbrugende processen. Imidlertid er der også udviklet en tilgang til sådanne tilsyneladende håbløse situationer, som bygger på kvalitativt nye teknologier og udstyr.
For at øge effektiviteten af varmegenvindingen fra røggasser anvendes innovative løsninger baseret på varmepumper i stigende grad som et centralt element i systemet i den globale praksis. I bestemte sektorer af industrien (for eksempel inden for bioenergi) anvendes sådanne løsninger i de fleste kedler, der tages i brug. Den ekstra besparelse af primære energikilder opnås ved at anvende ikke traditionelle dampkompressions elektriske maskiner, men mere pålidelige og teknologiske absorptions bromid-litium varmepumper (ABTN), som ikke har brug for elektricitet, men varme til at fungere (ofte kan dette være overskuddet fra spildvarme, der findes i rigelige mængder næsten i enhver virksomhed). Denne varme fra en ekstern opvarmningskilde aktiverer den interne cyklus af ABTN, som gør det muligt at konvertere det tilgængelige temperaturpotentiale fra de udgående gasser og overføre det til varmere medier.
Resultat
Køling af de afgassende gasser fra kedlen ved brug af lignende løsninger kan være betydelig – ned til 30 og endda 20 °C fra de oprindelige 120-130 °C. Den opnåede varme er helt tilstrækkelig til at opvarme vand til kemisk vandbehandling, efterfyldning, varmtvandforsyning og endda fjernvarme.
Brændstofbesparelsen kan nå op til 5÷10 %, mens effektiviteten af kedelanlægget kan stige med 2÷3 %.
Således gør implementeringen af den beskrevne teknologi det muligt at løse flere opgaver samtidig. Disse er:
- maksimal udnyttelse af varmen fra røggasserne (samt den skjulte varme fra kondensationen af vanddamp),
- reduktion af emissionerne af NOx og SOx til atmosfæren,
- få et ekstra ressource – renset vand (som vil finde nyttig anvendelse på enhver virksomhed, f.eks. som efterfyldning til fjernvarmenettet og andre vandkredsløb),
- afskaffelse af røgfakkelen (den bliver knap synlig eller forsvinder helt).
Praksis viser, at det er hensigtsmæssigt at anvende sådanne løsninger, afhængigt af:
- muligheden for nyttig anvendelse af den eksisterende varme fra røggasserne,
- varigheden af anvendelsen af den opnåede varmeenergi i løbet af året,
- omkostningerne ved energikilder på virksomheden,
- tilstedeværelsen af overholdelse af de maksimalt tilladte koncentrationer af emissioner af NOx og SOx (samt strengheden af den lokale miljølovgivning),
- metoden til neutralisering af kondensatet og mulighederne for dets videre anvendelse.
Kilde: habr.com
