Auf der Suche nach Möglichkeiten zur Steigerung der Effizienz von Unternehmen im Energiesektor sowie anderen industriellen Objekten, die mit Geräten ausgestattet sind, die fossile Brennstoffe verbrennen (Dampfkessel, Heizkessel, technologischen Öfen usw.), stellt sich die Frage der Nutzung des Potenzials von Abgase nicht an erster Stelle.
Unterdessen verlieren Betreiberorganisationen, die sich auf bestehende Berechnungsnormen stütze, die vor Jahrzehnten entwickelt wurden, und auf die etablierten Standards zur Auswahl von Leistungskennzahlen für solche Geräte, buchstäblich Geld, indem sie es in die Luft blasen, während sie gleichzeitig die ökologische Situation im globalen Maßstab verschlechtern.
Wenn Sie, genauso wie das Team „“, es für falsch halten, die Gelegenheit ungenutzt zu lassen, sich um die Umwelt und die Gesundheit der Bürger Ihrer Stadt zu kümmern, während Sie gleichzeitig den Haushalt Ihres Unternehmens entlasten, lesen Sie den Artikel darüber, wie Sie Abgase in eine Energiequelle umwandeln können.
Wir untersuchen Standards
Ein entscheidender Parameter, der den Wirkungsgrad eines Kesselaggregats bestimmt, ist die Temperatur der Abgase. Die Wärme, die mit den abgehenden Gasen verloren geht, macht einen signifikanten Teil aller Wärmeverluste aus (neben den Wärmeverlusten durch chemische und mechanische unvollständige Verbrennung von Brennstoffen, Verlusten durch physikalische Wärme von Schlacken sowie Wärmeabflüssen in die Umwelt aufgrund externer Kühlung). Diese Verluste haben entscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Kesselbetriebs, da sie dessen Wirkungsgrad verringern. Somit verstehen wir, dass je niedriger die Temperatur der Abgase, desto höher die Effizienz des Kessels ist.
Die optimale Temperatur der abgehenden Gase für verschiedene Brennstoffe und Betriebsparameter des Kessels wird auf Basis technischer und wirtschaftlicher Berechnungen bereits in der frühesten Phase seiner Schaffung festgelegt. Dabei wird die maximal nützliche Nutzung der Wärme von abgehenden Gasen traditionell durch die Vergrößerung der konvektiven Heizelementflächen sowie durch die Entwicklung der Nachheizflächen – Wasservorwärmer und regenerativen Luftvorwärmer erreicht.
Aber selbst trotz der Implementierung von Technologien und Geräten zur maximalen Nutzung der Wärme muss die Temperatur der Abgase gemäß der geltenden Normativen in einem Bereich liegen:
- 120-180 °C für Feststoffkessel (abhängig von der Feuchtigkeit des Brennstoffs und den Betriebsparametern des Kessels),
- 120-160 °C für Ölkessel (abhängig vom Schwefelgehalt),
- 120-130 °C für Erdgas-Kessel.
Die angegebenen Werte wurden unter Berücksichtigung der Faktoren der ökologischen Sicherheit festgelegt, jedoch in erster Linie unter den Anforderungen an die Funktionalität und Langlebigkeit der Ausrüstung.
So wird die minimale Schwelle so festgelegt, dass das Risiko der Kondensatbildung im konvektiven Teil des Kessels und darüber im Trakt (in den Abgasleitungen und dem Schornstein) ausgeschlossen wird. Um Korrosion zu verhindern, ist es jedoch nicht notwendig, die Wärme aufzugeben, die in die Atmosphäre abgegeben wird, anstatt nützliche Arbeit zu leisten.
Korrosion. Risiken ausschließen.
Wir bestreiten nicht, dass Korrosion ein unangenehmes Phänomen ist, das die sichere Funktion der Kesselanlage gefährden und ihre Lebensdauer erheblich verkürzen kann.
Beim Abkühlen der Abgase auf Taupunkttemperaturen und darunter kommt es zur Kondensation von Wasserdampf, wobei auch NOx- und SOx-Verbindungen in den flüssigen Zustand übergehen, die in Reaktion mit Wasser Säuren bilden, die destruktiv auf die inneren Oberflächen des Kessels wirken. Abhängig von der Art des verbrannten Brennstoffs kann die Temperatur des sauren Taupunkts variieren, ebenso wie die Zusammensetzung der im Kondensat auftretenden Säuren. Das Ergebnis ist jedoch dasselbe – Korrosion.
Die Abgase von Kesseln, die mit Erdgas betrieben werden, bestehen hauptsächlich aus den folgenden Verbrennungsprodukten: Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten brennbaren Kohlenwasserstoffen CnHm (die letzten beiden entstehen bei unvollständiger Verbrennung des Brennstoffs, wenn der Verbrennungsmodus nicht eingestellt ist).
Da die Luft in der Atmosphäre eine große Menge Stickstoff enthält, treten unter anderem in den Verbrennungsprodukten Stickoxide NO und NO2 auf, die zusammenfassend als NOx bezeichnet werden und schädlich für die Umwelt und die menschliche Gesundheit sind. Sie reagieren mit Wasser und bilden die korrosiv aktive Salpetersäure.
Beim Verbrennen von Heizöl und Kohle entstehen in den Verbrennungsprodukten Schwefeloxide, die als SOx bezeichnet werden. Ihre negative Wirkung auf die Umwelt ist ebenfalls umfassend untersucht und unbestritten. Der durch die Wechselwirkung mit Wasser entstehende saure Kondensat verursacht sulfurelle Korrosion an den Heizflächen.
Traditionell wird die Temperatur der Abgase, wie oben erwähnt, so gewählt, dass die Anlage vor der Ausfall von Säure auf den Heizflächen des Dampfers geschützt wird. Darüber hinaus muss die Temperatur der Gase die Kondensation von NOx und SOx außerhalb des Gaswegs gewährleisten, um nicht nur den Kessel selbst, sondern auch die Abgasanlagen und den Schornstein vor Korrosionsprozessen zu schützen. Natürlich gibt es bestimmte Normen, die die zulässigen Konzentrationen von Stickoxiden und Schwefeloxid begrenzen, doch dies mindert nicht die Tatsache, dass diese Verbrennungsprodukte in der Atmosphäre der Erde akkumulieren und als saurer Niederschlag auf die Oberfläche fallen.
Der Schwefel, der im Heizöl und in der Kohle enthalten ist, sowie der Verlust von unverbrannten Partikeln fester Brennstoffe (einschließlich Asche) stellen zusätzliche Anforderungen an die Reinigung der Abgase. Der Einsatz von Abgasreinigungssystemen erhöht erheblich die Kosten und macht den Prozess der Wärmerückgewinnung aus den Abgasen komplizierter, wodurch solche Maßnahmen aus wirtschaftlicher Sicht kaum lukrativ sind und oft praktisch nicht rentabel.
In einigen Fällen legen die lokalen Behörden eine Mindesttemperatur der Abgase am Auslass des Schornsteins fest, um eine angemessene Verteilung der abgehenden Gase und das Fehlen eines Rauchfackels zu gewährleisten. Darüber hinaus können einige Unternehmen aus eigenem Antrieb eine solche Praxis anwenden, um ihr Image zu verbessern, da die breite Öffentlichkeit das Vorhandensein eines sichtbaren Rauchfackels häufig als Zeichen der Umweltverschmutzung interpretiert, während das Fehlen eines Rauchfackels als Zeichen einer sauberen Produktion angesehen werden kann.
All dies führt dazu, dass Unternehmen unter bestimmten Wetterbedingungen den Abgasstrom vor der Emission in die Atmosphäre gezielt erhitzen können. Obwohl es, angesichts der Zusammensetzung der Abgase eines mit Erdgas betriebenen Boilers (die oben ausführlich erläutert wird), offensichtlich ist, dass der weiße "Dampf", der aus dem Schornstein aufsteigt (bei richtig eingestelltem Betriebsmodus), größtenteils Wasserdampf ist, der aus der Verbrennung von Erdgas im Kesselresultiert.
Die Bekämpfung von Korrosion erfordert den Einsatz von Materialien, die resistent gegen ihre negativen Auswirkungen sind (solche Materialien existieren und können in Anlagen verwendet werden, die Gas, Produkte aus der Erdölverarbeitung und sogar Abfälle als Brennstoff nutzen), sowie die Organisation der Sammlung, Verarbeitung und Entsorgung von saurem Kondensat.
Technologie
Die Implementierung eines Maßnahmenpakets zur Senkung der Abgastemperatur am bestehenden Unternehmen sorgt für eine Steigerung der Effizienz der gesamten Anlage, zu der der Kesselaggregat gehört, indem in erster Linie der Kessel selbst (die Wärme, die darin erzeugt wird) genutzt wird.
Das Konzept solcher Lösungen reduziert sich im Wesentlichen auf Folgendes: In dem Gaszug bis zum Schornstein wird ein Wärmeübertrager installiert, der die Wärme der Abgase an ein Kühlmedium (zum Beispiel Wasser) abgibt. Dieses Wasser kann sowohl der endgültige Wärmeträger sein, der erhitzt werden muss, als auch ein Zwischenmedium, das die Wärme durch zusätzliches Wärmeübertragungsgerät an einen anderen Kreislauf weitergibt.
Das prinzipielle Schema ist im Bild dargestellt:
Die Sammlung des entstehenden Kondensats erfolgt direkt im Volumen des neuen Wärmeübertragungsgeräts, das aus korrosionsbeständigen Materialien gefertigt ist. Dies liegt daran, dass die Temperaturgrenze des Taupunktes für die Feuchtigkeit, die sich im Volumen der Abgase befindet, genau innerhalb des Wärmeübertragers überschritten wird. So wird nicht nur die physikalische Wärme der Abgase nützlich genutzt, sondern auch die latente Wärme der darin enthaltenen Wasserdämpfe. Das Gerät selbst muss so berechnet werden, dass seine Konstruktion keinen übermäßigen aerodynamischen Widerstand erzeugt und damit die Betriebsbedingungen des Kesselaggregats beeinträchtigt.
Die Konstruktion des Wärmeübertragungsgeräts kann entweder einen herkömmlichen rekuperativen Wärmeübertrager darstellen, bei dem der Wärmeübertrag von Gasen auf Flüssigkeiten durch eine trennende Wand erfolgt, oder einen Kontaktwärmeübertrager, bei dem die Abgase direkt mit Wasser in Kontakt kommen, das durch Düsen in ihren Strom gespritzt wird.
Für den rekuperativen Wärmeübertrager wird die Frage des Säurekonzentrats auf die Organisation der Sammlung und Neutralisation reduziert. Im Fall des Kontaktwärmeübertragers kommt ein etwas anderer Ansatz zur Anwendung, der in gewisser Weise mit der zeitweiligen Entleerung des Rückwassersystems vergleichbar ist: Mit zunehmender Säurekonzentration der zirkulierenden Flüssigkeit wird eine bestimmte Menge in einen Auffangbehälter abgezweigt, wo eine Behandlung mit Reagenzien sowie die anschließende Entsorgung des Wassers in die Entwässerungskanäle erfolgt, oder es wird in den technologischen Zyklus geleitet.
Einzelne Anwendungen der Energie der Abgase können aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen den Gasen und den Anforderungen an bestimmte Temperaturen am Eingang des energieverbrauchenden Prozesses begrenzt sein. Für solche scheinbar ausweglosen Situationen wurde jedoch ein Ansatz entwickelt, der auf qualitativ neuen Technologien und Geräten basiert.
Um die Effizienz des Prozesses zur Nutzung der Wärme der Abgase zu steigern, kommen in der weltweiten Praxis zunehmend innovative Lösungen auf Basis von Wärmepumpen als Schlüsselelement des Systems zum Einsatz. In bestimmten Sektoren der Industrie (zum Beispiel in der Bioenergie) werden solche Lösungen in den meisten neu in Betrieb genommenen Kesseln implementiert. Zusätzliche Einsparungen bei den primären Energieressourcen werden in diesem Fall durch den Einsatz nicht traditioneller Dampfkraftmaschinen erzielt, sondern durch zuverlässigere und technologisch fortschrittliche brom-Lithium-Absorptionswärmepumpen (ABTP), für die keine elektrische Energie, sondern Wärme benötigt wird (häufig kann dies ungenutzte Abwärme sein, die praktisch in jedem Unternehmen im Überfluss vorhanden ist). Diese Wärme einer externen Heizquelle aktiviert den internen Zyklus der ABTP, der es ermöglicht, das vorhandene Temperaturspektrum der Abgase zu nutzen und es auf heißere Medien zu übertragen.
Ergebnis
Die Kühlung der Abgase des Boilers mit Hilfe solcher Lösungen kann ziemlich tiefgreifend sein – bis zu 30 und sogar 20 °C von ursprünglich 120-130 °C. Die gewonnene Wärme reicht völlig aus, um Wasser für die chemische Wasseraufbereitung, Nachspeisung, die Trinkwasserversorgung und sogar für das Fernwärmenetz zu erhitzen.
Die Einsparung an Brennstoff kann hierbei 5-10 % erreichen, während die Effizienzsteigerung der Kesselanlage bei 2-3 % liegen kann.
Daher ermöglicht die Implementierung der beschriebenen Technologie die gleichzeitige Lösung mehrerer Aufgaben. Diese sind:
- die maximal vollständige und nützliche Nutzung der Wärme der Abgase (sowie der latenten Wärme der Kondensation von Wasserdampf),
- die Verringerung des NOx- und SOx-Ausstoßes in die Atmosphäre,
- die Gewinnung einer zusätzlichen Ressource – gereinigtes Wasser (das nützliche Verwendungen auf jedem Unternehmen finden wird, zum Beispiel zur Nachspeisung des Fernwärmenetzes und anderer Wasserkreisläufe),
- die Eliminierung der Rauchfahne (sie wird kaum wahrnehmbar oder verschwindet ganz).
Die Praxis zeigt, dass die Wirtschaftlichkeit der Anwendung solcher Lösungen in erster Linie von abhängt:
- den Möglichkeiten der nützlichen Verwertung der vorhandenen Wärme der Abgase,
- der Dauer der Nutzung der gewonnenen Wärmeenergie im Jahr,
- den Kosten von Energieressourcen im Unternehmen,
- der Überschreitung der maximal zulässigen Konzentration der Emissionen von NOx und SOx (sowie von der Strenge der lokalen Umweltschutzgesetze),
- der Methode zur Neutralisierung des Kondensats und den Möglichkeiten seiner weiteren Nutzung.
Quelle: habr.com
