Bei der Suche nach Möglichkeiten zur Steigerung der Effizienz von Unternehmen im Energiesektor sowie anderen Industrieanlagen, die Geräte verwenden, die fossile Brennstoffe verbrennen (Dampf, Warmwasserkessel, Prozessöfen usw.), stellt sich die Frage nach der Nutzung des Potenzials von Abgasen Gase entstehen erst gar nicht.
Unterdessen verlieren Betreiber, die sich auf bestehende, vor Jahrzehnten entwickelte Berechnungsstandards und etablierte Standards für die Auswahl wichtiger Leistungsindikatoren solcher Geräte verlassen, Geld, werfen sie buchstäblich in den Abfluss und verschlechtern gleichzeitig die Umweltsituation auf globaler Ebene.
Wenn, wie der Befehl „„Wenn Sie der Meinung sind, dass es falsch ist, die Gelegenheit zu verpassen, sich um die Umwelt und die Gesundheit der Einwohner Ihrer Stadt zu kümmern und gleichzeitig das Budget des Unternehmens zu schonen, lesen Sie den Artikel über die Umwandlung von Rauchgasen in eine Energieressource.“
Standards studieren
Der entscheidende Parameter, der den Wirkungsgrad einer Kesselanlage bestimmt, ist die Temperatur der Rauchgase. Die mit den Abgasen verlorene Wärme macht einen erheblichen Teil aller Wärmeverluste aus (zusammen mit Wärmeverlusten durch chemische und mechanische Unterverbrennung von Brennstoffen, Verlusten durch physikalische Wärme durch Schlacken sowie Wärmelecks an die Umgebung aufgrund externer Kühlung). Diese Verluste wirken sich entscheidend auf den Wirkungsgrad des Kessels aus und verringern dessen Wirkungsgrad. Daher verstehen wir, dass der Wirkungsgrad des Kessels umso höher ist, je niedriger die Rauchgastemperatur ist.
Die optimale Rauchgastemperatur für verschiedene Brennstoffarten und Betriebsparameter des Kessels wird auf der Grundlage technischer und wirtschaftlicher Berechnungen bereits in einem sehr frühen Stadium seiner Entstehung ermittelt. Gleichzeitig wird die maximale Nutznutzung der Abgaswärme traditionell durch die Vergrößerung konvektiver Heizflächen sowie die Entwicklung von Heckflächen – Wassersparer, regenerative Lufterhitzer – erreicht.
Aber auch trotz der Einführung von Technologien und Geräten zur möglichst vollständigen Wärmerückgewinnung muss die Temperatur der Rauchgase laut aktueller behördlicher Dokumentation im Bereich liegen:
- 120–180 °C für Festbrennstoffkessel (abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt des Brennstoffs und den Betriebsparametern des Kessels),
- 120-160 °C für Kessel, die Heizöl verwenden (abhängig vom darin enthaltenen Schwefelgehalt),
- 120–130 °C für Erdgaskessel.
Die angegebenen Werte werden unter Berücksichtigung von Umweltsicherheitsfaktoren ermittelt, basieren jedoch in erster Linie auf den Anforderungen an die Leistung und Haltbarkeit der Geräte.
Daher wird der Mindestschwellenwert so festgelegt, dass die Gefahr einer Kondensation im Konvektionsteil des Kessels und im weiteren Verlauf des Kanals (in den Rauchzügen und im Schornstein) ausgeschlossen wird. Um Korrosion zu verhindern, ist es jedoch keineswegs notwendig, Wärme zu opfern, die an die Atmosphäre abgegeben wird, anstatt nützliche Arbeit zu leisten.
Korrosion. Beseitigen Sie Risiken
Wir behaupten nicht, dass Korrosion ein unangenehmes Phänomen ist, das den sicheren Betrieb einer Kesselanlage gefährden und deren vorgesehene Lebensdauer erheblich verkürzen kann.
Beim Abkühlen der Rauchgase auf die Taupunkttemperatur und darunter kommt es zur Kondensation von Wasserdampf, wobei NOx- und SOx-Verbindungen in einen flüssigen Zustand übergehen, die bei Reaktion mit Wasser Säuren bilden, die eine zerstörende Wirkung auf das Innere haben Oberflächen des Kessels. Abhängig von der Art des verbrannten Brennstoffs kann die Säuretaupunkttemperatur variieren, ebenso wie die Zusammensetzung der als Kondensat ausfallenden Säuren. Das Ergebnis ist jedoch dasselbe: Korrosion.
Die Abgase von mit Erdgas betriebenen Kesseln bestehen hauptsächlich aus folgenden Verbrennungsprodukten: Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten brennbaren Kohlenwasserstoffen CnHm (die beiden letzteren entstehen bei unvollständiger Verbrennung des Brennstoffs). der Verbrennungsmodus ist nicht eingestellt).
Da atmosphärische Luft eine große Menge Stickstoff enthält, entstehen in Verbrennungsprodukten unter anderem die Stickoxide NO und NO2, zusammen NOx genannt, die sich schädlich auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit auswirken. Stickoxide bilden in Verbindung mit Wasser ätzende Salpetersäure.
Bei der Verbrennung von Heizöl und Kohle entstehen in den Verbrennungsprodukten Schwefeloxide, sogenannte SOx. Auch ihre negativen Auswirkungen auf die Umwelt sind umfassend erforscht und stehen außer Zweifel. Das bei der Wechselwirkung mit Wasser entstehende saure Kondensat führt zu Schwefelkorrosion an Heizflächen.
Traditionell wird die Rauchgastemperatur, wie oben gezeigt, so gewählt, dass die Anlage vor saurem Niederschlag auf den Heizflächen des Kessels geschützt wird. Darüber hinaus muss die Temperatur der Gase die Kondensation von NOx und SOx außerhalb des Gasweges gewährleisten, um nicht nur den Kessel selbst, sondern auch die Schornsteine mit dem Schornstein vor Korrosionsprozessen zu schützen. Natürlich gibt es bestimmte Normen, die die zulässigen Emissionskonzentrationen von Stick- und Schwefeloxiden begrenzen, was jedoch keineswegs die Tatsache negiert, dass sich diese Verbrennungsprodukte in der Erdatmosphäre ansammeln und in Form von sauren Niederschlägen auf der Erdoberfläche austreten .
Der in Heizöl und Kohle enthaltene Schwefel sowie der Mitriss unverbrannter Partikel fester Brennstoffe (einschließlich Asche) stellen zusätzliche Bedingungen für die Reinigung von Rauchgasen dar. Der Einsatz von Gasreinigungssystemen erhöht die Kosten und Komplexität des Prozesses der Wärmenutzung aus Rauchgasen erheblich, wodurch solche Maßnahmen aus wirtschaftlicher Sicht wenig attraktiv und oft praktisch nicht rentabel sind.
In einigen Fällen legen die örtlichen Behörden eine Mindestrauchgastemperatur an der Schornsteinmündung fest, um eine ausreichende Rauchgasverteilung und keine Rauchfahne zu gewährleisten. Darüber hinaus wenden einige Unternehmen solche Praktiken möglicherweise freiwillig an, um ihr Image zu verbessern, da die breite Öffentlichkeit das Vorhandensein einer sichtbaren Rauchfahne häufig als Zeichen von Umweltverschmutzung interpretiert, während das Fehlen einer Rauchfahne möglicherweise als Zeichen von Sauberkeit gewertet wird Produktion.
All dies führt dazu, dass Unternehmen unter bestimmten Wetterbedingungen Rauchgase gezielt erhitzen können, bevor sie in die Atmosphäre gelangen. Wenn man jedoch die Zusammensetzung der Abgase eines mit Erdgas betriebenen Kessels versteht (wird oben ausführlich besprochen), wird deutlich, dass der weiße „Rauch“, der aus dem Schornstein kommt (wenn der Verbrennungsmodus richtig konfiguriert ist), größtenteils vorhanden ist Wasserdampf, der durch die Verbrennungsreaktion von Erdgas im Kesselofen entsteht.
Der Kampf gegen Korrosion erfordert die Verwendung von Materialien, die gegen ihre negativen Auswirkungen beständig sind (solche Materialien gibt es und können in Anlagen verwendet werden, die Gas, Erdölprodukte und sogar Abfälle als Brennstoff verwenden) sowie die Organisation der Sammlung und Verarbeitung von Säuren Kondensat und dessen Entsorgung.
Технология
Die Einführung einer Reihe von Maßnahmen zur Reduzierung der Temperatur der Rauchgase hinter dem Kessel in einem bestehenden Betrieb gewährleistet eine Steigerung der Effizienz der gesamten Anlage, einschließlich der Kesseleinheit, wobei vor allem der Kessel selbst (die Wärme) genutzt wird darin generiert).
Das Konzept solcher Lösungen läuft im Wesentlichen auf eines hinaus: Im Bereich des Schornsteins bis zum Schornstein wird ein Wärmetauscher eingebaut, der mit einem Kühlmedium (z. B. Wasser) die Wärme der Rauchgase aufnimmt. Dieses Wasser kann entweder direkt das Endkühlmittel sein, das erhitzt werden muss, oder ein Zwischenmedium, das Wärme über zusätzliche Wärmetauschergeräte an einen anderen Kreislauf überträgt.
Das schematische Diagramm ist in der Abbildung dargestellt:
Das entstehende Kondensat wird direkt im Volumen des neuen Wärmetauschers gesammelt, der aus korrosionsbeständigen Materialien besteht. Dies liegt daran, dass die Taupunkttemperaturschwelle für die im Abgasvolumen enthaltene Feuchtigkeit genau im Wärmetauscher überschritten wird. Somit wird nicht nur die physikalische Wärme der Rauchgase sinnvoll genutzt, sondern auch die latente Kondensationswärme des darin enthaltenen Wasserdampfes. Das Gerät selbst muss so konstruiert sein, dass seine Konstruktion keinen übermäßigen aerodynamischen Widerstand bietet und dadurch die Betriebsbedingungen der Kesseleinheit verschlechtert.
Die Bauart des Wärmetauschers kann entweder ein herkömmlicher rekuperativer Wärmetauscher sein, bei dem die Wärmeübertragung von Gasen auf Flüssigkeit durch eine Trennwand erfolgt, oder ein Kontaktwärmetauscher, bei dem die Rauchgase direkt mit versprühtem Wasser in Kontakt kommen Düsen in ihrem Fluss.
Bei einem rekuperativen Wärmetauscher besteht die Lösung des Säurekondensatproblems darin, dessen Sammlung und Neutralisierung zu organisieren. Im Falle eines Kontaktwärmetauschers wird ein etwas anderer Ansatz verwendet, der dem periodischen Spülen des Umlaufwasserversorgungssystems ähnelt: Wenn der Säuregehalt der Umlaufflüssigkeit zunimmt, wird eine bestimmte Menge davon in den Lagertank geleitet, wo Es wird mit Reagenzien behandelt und anschließend in das Abwassersystem eingeleitet oder in den technologischen Kreislauf eingeleitet.
Bestimmte Anwendungen der Rauchgasenergie können aufgrund von Unterschieden zwischen der Temperatur der Gase und den spezifischen Temperaturanforderungen am Eingang des energieverbrauchenden Prozesses eingeschränkt sein. Aber auch für solche scheinbar ausweglosen Situationen wurde ein Ansatz entwickelt, der auf qualitativ neue Technologien und Geräte setzt.
Um die Effizienz des Rauchgaswärmerückgewinnungsprozesses zu steigern, werden in der weltweiten Praxis zunehmend innovative Lösungen auf Basis von Wärmepumpen als Schlüsselelement des Systems eingesetzt. In bestimmten Industriezweigen (z. B. Bioenergie) werden solche Lösungen bei den meisten in Betrieb genommenen Kesseln eingesetzt. Zusätzliche Einsparungen bei den Primärenergieressourcen werden in diesem Fall durch den Einsatz nicht herkömmlicher elektrischer Dampfkompressionsmaschinen, sondern durch zuverlässigere und technologisch fortschrittlichere Absorptions-Lithiumbromid-Wärmepumpen (ABTH) erzielt, die zum Betrieb Wärme statt Strom benötigen (häufig dies). kann ungenutzte Abwärme sein, die in fast jedem Unternehmen im Überfluss vorhanden ist). Diese Wärme von einer externen Heizquelle aktiviert den internen ABTH-Zyklus, der es Ihnen ermöglicht, das verfügbare Temperaturpotential der Rauchgase umzuwandeln und in stärker beheizte Umgebungen zu übertragen.
Erlebe die Kraft effektiver Ergebnisse
Die Abkühlung der Kesselrauchgase mit solchen Lösungen kann recht tiefgreifend sein – bis zu 30 und sogar 20 °C von den anfänglichen 120–130 °C. Die entstehende Wärme reicht völlig aus, um Wasser für den Bedarf der chemischen Wasseraufbereitung, Nachspeisung, Warmwasserversorgung und sogar des Wärmenetzes zu erhitzen.
In diesem Fall kann die Brennstoffeinsparung 5–10 % erreichen und die Effizienzsteigerung der Kesseleinheit kann 2–3 % erreichen.
Somit ermöglicht die Implementierung der beschriebenen Technologie die gleichzeitige Lösung mehrerer Probleme. Das:
- die vollständigste und vorteilhafteste Nutzung der Wärme der Rauchgase (sowie der latenten Kondensationswärme des Wasserdampfs),
- Reduzierung der NOx- und SOx-Emissionen in die Atmosphäre,
- Gewinnung einer zusätzlichen Ressource – gereinigtes Wasser (das in jedem Unternehmen sinnvoll genutzt werden kann, beispielsweise als Zufuhr für Heizungsnetze und andere Wasserkreisläufe),
- Beseitigung der Rauchfahne (sie wird kaum noch sichtbar oder verschwindet ganz).
Die Praxis zeigt, dass die Machbarkeit des Einsatzes solcher Lösungen in erster Linie abhängt von:
- die Möglichkeit einer sinnvollen Nutzung der verfügbaren Wärme aus Rauchgasen,
- Nutzungsdauer der empfangenen Wärmeenergie pro Jahr,
- die Kosten für Energieressourcen im Unternehmen,
- das Vorliegen einer Überschreitung der maximal zulässigen Emissionskonzentration für NOx und SOx (sowie die Strenge der örtlichen Umweltgesetze),
- ein Verfahren zur Neutralisierung von Kondensat und Möglichkeiten zu seiner weiteren Verwendung.
Source: habr.com