Όταν αναζητούνται τρόποι για την αύξηση της αποδοτικότητας των επιχειρήσεων του ενεργειακού τομέα, καθώς και άλλων βιομηχανικών εγκαταστάσεων που χρησιμοποιούν εξοπλισμό που καίει ορυκτά καύσιμα (ατμός, λέβητες ζεστού νερού, φούρνοι επεξεργασίας κ.λπ.), το ζήτημα της χρήσης του δυναμικού των καυσαερίων είναι δεν τέθηκε εξαρχής.
Εν τω μεταξύ, βασιζόμενοι στα υπάρχοντα πρότυπα υπολογισμού που αναπτύχθηκαν πριν από δεκαετίες και καθιερώθηκαν πρότυπα για την επιλογή βασικών δεικτών απόδοσης τέτοιου εξοπλισμού, οι επιχειρησιακοί οργανισμοί χάνουν χρήματα, κυριολεκτικά ρίχνοντάς τα στον αγωγό, επιδεινώνοντας ταυτόχρονα την περιβαλλοντική κατάσταση σε παγκόσμια κλίμακα.
Αν, όπως η εντολή "", πιστεύετε ότι είναι λάθος να χάσετε την ευκαιρία να φροντίσετε το περιβάλλον και την υγεία των κατοίκων της πόλης σας με οφέλη για τον προϋπολογισμό της επιχείρησης, διαβάστε το άρθρο σχετικά με το πώς να μετατρέψετε τα καυσαέρια σε ενεργειακό πόρο.
Μελέτη προτύπων
Η βασική παράμετρος που καθορίζει την απόδοση μιας μονάδας λέβητα είναι η θερμοκρασία των καυσαερίων. Η θερμότητα που χάνεται με τα καυσαέρια αποτελεί σημαντικό μέρος όλων των απωλειών θερμότητας (μαζί με απώλειες θερμότητας από χημική και μηχανική υποκαύση του καυσίμου, απώλειες με φυσική θερμότητα από σκωρίες, καθώς και διαρροές θερμότητας στο περιβάλλον λόγω εξωτερικής ψύξης). Αυτές οι απώλειες έχουν καθοριστικό αντίκτυπο στην απόδοση του λέβητα, μειώνοντας την απόδοσή του. Έτσι, καταλαβαίνουμε ότι όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία των καυσαερίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση του λέβητα.
Η βέλτιστη θερμοκρασία καυσαερίων για διαφορετικούς τύπους καυσίμου και οι παράμετροι λειτουργίας του λέβητα καθορίζονται με βάση τεχνικούς και οικονομικούς υπολογισμούς στο πολύ πρώιμο στάδιο της δημιουργίας του. Ταυτόχρονα, η μέγιστη χρήσιμη χρήση της θερμότητας των καυσαερίων επιτυγχάνεται παραδοσιακά με την αύξηση του μεγέθους των επιφανειών θέρμανσης με συναγωγή, καθώς και με την ανάπτυξη επιφανειών ουράς - εξοικονομητές νερού, θερμαντήρες αέρα αναγέννησης.
Ωστόσο, ακόμη και παρά την εισαγωγή τεχνολογιών και εξοπλισμού για την πληρέστερη ανάκτηση θερμότητας, η θερμοκρασία των καυσαερίων, σύμφωνα με την τρέχουσα κανονιστική τεκμηρίωση, πρέπει να είναι στο εύρος:
- 120-180 °C για λέβητες στερεών καυσίμων (ανάλογα με την περιεκτικότητα σε υγρασία του καυσίμου και τις παραμέτρους λειτουργίας του λέβητα),
- 120-160 °C για λέβητες που χρησιμοποιούν μαζούτ (ανάλογα με την περιεκτικότητα σε θείο),
- 120-130 °C για λέβητες φυσικού αερίου.
Οι ενδεικνυόμενες τιμές καθορίζονται λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες περιβαλλοντικής ασφάλειας, αλλά κυρίως με βάση τις απαιτήσεις για την απόδοση και την ανθεκτικότητα του εξοπλισμού.
Έτσι, το ελάχιστο όριο ρυθμίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε να εξαλείφεται ο κίνδυνος συμπύκνωσης στο συναγωγικό τμήμα του λέβητα και περαιτέρω κατά μήκος του αγωγού (στις καπνοδόχους και την καμινάδα). Ωστόσο, για να αποφευχθεί η διάβρωση δεν είναι καθόλου απαραίτητο να θυσιάσουμε τη θερμότητα, η οποία απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα αντί να κάνει χρήσιμη εργασία.
Διάβρωση. Εξαλείψτε τους κινδύνους
Δεν υποστηρίζουμε ότι η διάβρωση είναι ένα δυσάρεστο φαινόμενο που μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την ασφαλή λειτουργία μιας εγκατάστασης λέβητα και να μειώσει σημαντικά την προβλεπόμενη διάρκεια ζωής του.
Όταν τα καυσαέρια ψύχονται στη θερμοκρασία του σημείου δρόσου και κάτω, συμβαίνει συμπύκνωση υδρατμών, μαζί με την οποία οι ενώσεις NOx και SOx περνούν σε υγρή κατάσταση, τα οποία, όταν αντιδρούν με το νερό, σχηματίζουν οξέα που έχουν καταστροφική επίδραση στο εσωτερικό επιφάνειες του λέβητα. Ανάλογα με τον τύπο του καυσίμου που καίγεται, η θερμοκρασία του σημείου δρόσου οξέος μπορεί να ποικίλλει, καθώς και η σύνθεση των οξέων που κατακρημνίζονται ως συμπύκνωμα. Το αποτέλεσμα, ωστόσο, είναι το ίδιο - διάβρωση.
Τα καυσαέρια των λεβήτων που λειτουργούν με φυσικό αέριο αποτελούνται κυρίως από τα ακόλουθα προϊόντα καύσης: υδρατμούς (H2O), διοξείδιο του άνθρακα (CO2), μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και άκαυστοι εύφλεκτοι υδρογονάνθρακες CnHm (οι δύο τελευταίοι εμφανίζονται κατά την ατελή καύση του καυσίμου όταν ο τρόπος καύσης δεν ρυθμίζεται).
Δεδομένου ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει μεγάλη ποσότητα αζώτου, μεταξύ άλλων, τα οξείδια του αζώτου NO και NO2, που ονομάζονται συλλογικά NOx, εμφανίζονται στα προϊόντα καύσης, τα οποία έχουν επιζήμια επίδραση στο περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία. Όταν συνδυάζονται με νερό, τα οξείδια του αζώτου σχηματίζουν διαβρωτικό νιτρικό οξύ.
Όταν καίγονται το μαζούτ και ο άνθρακας, τα οξείδια του θείου που ονομάζονται SOx εμφανίζονται στα προϊόντα καύσης. Ο αρνητικός αντίκτυπός τους στο περιβάλλον έχει επίσης ερευνηθεί ευρέως και δεν αμφισβητείται. Το όξινο συμπύκνωμα που σχηματίζεται όταν αλληλεπιδρά με το νερό προκαλεί θείο διάβρωση των θερμαντικών επιφανειών.
Παραδοσιακά, η θερμοκρασία των καυσαερίων, όπως φαίνεται παραπάνω, επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε να προστατεύεται ο εξοπλισμός από την καθίζηση οξέος στις θερμαντικές επιφάνειες του λέβητα. Επιπλέον, η θερμοκρασία των αερίων πρέπει να εξασφαλίζει συμπύκνωση NOx και SOx εκτός της διαδρομής του αερίου, ώστε να προστατεύεται όχι μόνο ο ίδιος ο λέβητας, αλλά και οι καπνοδόχοι με την καμινάδα από διεργασίες διάβρωσης. Φυσικά, υπάρχουν ορισμένα πρότυπα που περιορίζουν τις επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις εκπομπών αζώτου και οξειδίων του θείου, αλλά αυτό δεν αναιρεί σε καμία περίπτωση το γεγονός ότι αυτά τα προϊόντα καύσης συσσωρεύονται στην ατμόσφαιρα της Γης και πέφτουν με τη μορφή όξινης κατακρήμνισης στην επιφάνειά της .
Το θείο που περιέχεται στο μαζούτ και ο άνθρακας, καθώς και η συμπαράσταση άκαυτων σωματιδίων στερεού καυσίμου (συμπεριλαμβανομένης της τέφρας) επιβάλλουν πρόσθετους όρους για τον καθαρισμό των καυσαερίων. Η χρήση συστημάτων καθαρισμού αερίου αυξάνει σημαντικά το κόστος και την πολυπλοκότητα της διαδικασίας χρήσης θερμότητας από καυσαέρια, καθιστώντας τέτοια μέτρα ελάχιστα ελκυστικά από οικονομική άποψη και συχνά πρακτικά μη επικερδή.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι τοπικές αρχές ορίζουν μια ελάχιστη θερμοκρασία καυσαερίων στο στόμιο της στοίβας για να εξασφαλίσουν επαρκή διασπορά των καυσαερίων και χωρίς λοφίο. Επιπλέον, ορισμένες επιχειρήσεις ενδέχεται να υιοθετήσουν οικειοθελώς τέτοιες πρακτικές για να βελτιώσουν την εικόνα τους, καθώς το ευρύ κοινό συχνά ερμηνεύει την παρουσία ενός ορατού νέφους καπνού ως ένδειξη περιβαλλοντικής ρύπανσης, ενώ η απουσία καπνού μπορεί να θεωρηθεί ως ένδειξη καθαρότητας. παραγωγή.
Όλα αυτά οδηγούν στο γεγονός ότι, υπό ορισμένες καιρικές συνθήκες, οι επιχειρήσεις μπορούν να θερμάνουν ειδικά τα καυσαέρια πριν τα απελευθερώσουν στην ατμόσφαιρα. Αν και, κατανοώντας τη σύνθεση των καυσαερίων ενός λέβητα που λειτουργεί με φυσικό αέριο (αναλύεται λεπτομερώς παραπάνω), γίνεται προφανές ότι ο λευκός «καπνός» που προέρχεται από την καμινάδα (αν ο τρόπος καύσης είναι σωστά διαμορφωμένος) είναι κυρίως υδρατμοί που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης καύσης φυσικού αερίου στον κλίβανο του λέβητα.
Η καταπολέμηση της διάβρωσης απαιτεί τη χρήση υλικών που είναι ανθεκτικά στις αρνητικές επιπτώσεις της (τέτοια υλικά υπάρχουν και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν αέριο, προϊόντα πετρελαίου ακόμη και απόβλητα ως καύσιμο), καθώς και οργάνωση συλλογής, επεξεργασίας όξινων συμπύκνωμα και τη διάθεσή του.
Технология
Η εισαγωγή ενός συνόλου μέτρων για τη μείωση της θερμοκρασίας των καυσαερίων πίσω από τον λέβητα σε μια υπάρχουσα επιχείρηση εξασφαλίζει αύξηση της απόδοσης ολόκληρης της εγκατάστασης, η οποία περιλαμβάνει τη μονάδα λέβητα, χρησιμοποιώντας, πρώτα απ 'όλα, τον ίδιο τον λέβητα (τη θερμότητα που δημιουργείται σε αυτό).
Η ιδέα τέτοιων λύσεων ουσιαστικά συνοψίζεται σε ένα πράγμα: ένας εναλλάκτης θερμότητας είναι εγκατεστημένος στο τμήμα του καπναγωγού μέχρι την καμινάδα, ο οποίος απορροφά τη θερμότητα των καυσαερίων με ένα ψυκτικό μέσο (για παράδειγμα, νερό). Αυτό το νερό μπορεί να είναι είτε απευθείας το τελικό ψυκτικό που πρέπει να θερμανθεί, είτε ένας ενδιάμεσος παράγοντας που μεταφέρει θερμότητα μέσω πρόσθετου εξοπλισμού ανταλλαγής θερμότητας σε άλλο κύκλωμα.
Το σχηματικό διάγραμμα φαίνεται στο σχήμα:
Το συμπύκνωμα που προκύπτει συλλέγεται απευθείας στον όγκο του νέου εναλλάκτη θερμότητας, ο οποίος είναι κατασκευασμένος από ανθεκτικά στη διάβρωση υλικά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το όριο θερμοκρασίας σημείου δρόσου για την υγρασία που περιέχεται στον όγκο των καυσαερίων ξεπερνιέται ακριβώς μέσα στον εναλλάκτη θερμότητας. Έτσι, δεν χρησιμοποιείται ωφέλιμα μόνο η φυσική θερμότητα των καυσαερίων, αλλά και η λανθάνουσα θερμότητα συμπύκνωσης των υδρατμών που περιέχονται σε αυτά. Η ίδια η συσκευή πρέπει να είναι σχεδιασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε ο σχεδιασμός της να μην παρέχει υπερβολική αεροδυναμική αντίσταση και, ως εκ τούτου, να επιδεινώνει τις συνθήκες λειτουργίας της μονάδας λέβητα.
Ο σχεδιασμός του εναλλάκτη θερμότητας μπορεί να είναι είτε ένας συμβατικός εναλλάκτης θερμότητας ανάκτησης, όπου η μεταφορά θερμότητας από τα αέρια στο υγρό πραγματοποιείται μέσω ενός διαχωριστικού τοιχώματος, είτε ένας εναλλάκτης θερμότητας επαφής, στον οποίο τα καυσαέρια έρχονται απευθείας σε επαφή με το νερό, το οποίο ψεκάζεται με ακροφύσια στη ροή τους.
Για έναν εναλλάκτη θερμότητας ανάκτησης, η επίλυση του ζητήματος του όξινου συμπυκνώματος καταλήγει στην οργάνωση της συλλογής και της εξουδετέρωσής του. Στην περίπτωση ενός εναλλάκτη θερμότητας επαφής, χρησιμοποιείται μια ελαφρώς διαφορετική προσέγγιση, κάπως παρόμοια με τον περιοδικό καθαρισμό του κυκλοφορούντος συστήματος παροχής νερού: καθώς αυξάνεται η οξύτητα του κυκλοφορούντος υγρού, μια ορισμένη ποσότητα του μεταφέρεται στη δεξαμενή αποθήκευσης, όπου επεξεργάζεται με αντιδραστήρια με επακόλουθη απόρριψη νερού στο σύστημα αποχέτευσης ή κατευθύνοντάς το στον τεχνολογικό κύκλο.
Ορισμένες εφαρμογές της ενέργειας των καυσαερίων ενδέχεται να είναι περιορισμένες λόγω διαφορών μεταξύ της θερμοκρασίας των αερίων και των ειδικών απαιτήσεων θερμοκρασίας στην είσοδο της διαδικασίας που καταναλώνει ενέργεια. Ωστόσο, ακόμη και για τέτοιες φαινομενικά αδιέξοδες καταστάσεις, έχει αναπτυχθεί μια προσέγγιση που βασίζεται σε ποιοτικά νέες τεχνολογίες και εξοπλισμό.
Προκειμένου να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας ανάκτησης θερμότητας καυσαερίων, καινοτόμες λύσεις που βασίζονται σε αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στην παγκόσμια πρακτική ως βασικό στοιχείο του συστήματος. Σε ορισμένους βιομηχανικούς τομείς (π.χ. βιοενέργεια), τέτοιες λύσεις χρησιμοποιούνται στην πλειονότητα των λεβήτων που έχουν τεθεί σε λειτουργία. Πρόσθετη εξοικονόμηση πόρων πρωτογενούς ενέργειας σε αυτήν την περίπτωση επιτυγχάνεται με τη χρήση όχι παραδοσιακών ηλεκτρικών μηχανών συμπίεσης ατμών, αλλά πιο αξιόπιστων και τεχνολογικά προηγμένων αντλιών θερμότητας βρωμιούχου λιθίου (ABTH), οι οποίες απαιτούν θερμότητα και όχι ηλεκτρισμό για να λειτουργήσουν (συχνά αυτό μπορεί να είναι αχρησιμοποίητη απορριπτόμενη θερμότητα, η οποία υπάρχει σε αφθονία σχεδόν σε οποιαδήποτε επιχείρηση). Αυτή η θερμότητα από μια πηγή θέρμανσης τρίτου κατασκευαστή ενεργοποιεί τον εσωτερικό κύκλο ABTH, ο οποίος σας επιτρέπει να μετατρέψετε το διαθέσιμο δυναμικό θερμοκρασίας των καυσαερίων και να το μεταφέρετε σε πιο θερμαινόμενα περιβάλλοντα.
Αποτέλεσμα
Η ψύξη των καυσαερίων του λέβητα με τη χρήση τέτοιων διαλυμάτων μπορεί να είναι αρκετά βαθιά - έως 30 έως και 20 °C από τους αρχικούς 120-130 °C. Η θερμότητα που προκύπτει είναι αρκετή για τη θέρμανση του νερού για τις ανάγκες χημικής επεξεργασίας νερού, μακιγιάζ, παροχής ζεστού νερού ακόμα και του δικτύου θέρμανσης.
Σε αυτή την περίπτωση, η εξοικονόμηση καυσίμου μπορεί να φτάσει το 5÷10%, και η αύξηση της απόδοσης της μονάδας λέβητα μπορεί να φτάσει το 2÷3%.
Έτσι, η εφαρμογή της περιγραφόμενης τεχνολογίας επιτρέπει την επίλυση πολλών προβλημάτων ταυτόχρονα. Αυτό:
- την πληρέστερη και ευεργετική χρήση της θερμότητας των καυσαερίων (καθώς και της λανθάνουσας θερμότητας συμπύκνωσης των υδρατμών),
- μείωση των εκπομπών NOx και SOx στην ατμόσφαιρα,
- απόκτηση πρόσθετου πόρου - καθαρισμένου νερού (το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί χρήσιμα σε οποιαδήποτε επιχείρηση, για παράδειγμα, ως τροφοδοσία για δίκτυα θέρμανσης και άλλα κυκλώματα νερού),
- εξάλειψη του νέφους καπνού (γίνεται ελάχιστα ορατό ή εξαφανίζεται τελείως).
Η πρακτική δείχνει ότι η σκοπιμότητα χρήσης τέτοιων λύσεων εξαρτάται κυρίως από:
- τη δυνατότητα χρήσιμης χρήσης της διαθέσιμης θερμότητας από τα καυσαέρια,
- διάρκεια χρήσης της λαμβανόμενης θερμικής ενέργειας ανά έτος,
- το κόστος των ενεργειακών πόρων στην επιχείρηση,
- η παρουσία υπέρβασης της μέγιστης επιτρεπόμενης συγκέντρωσης εκπομπών NOx και SOx (καθώς και η αυστηρότητα της τοπικής περιβαλλοντικής νομοθεσίας),
- μια μέθοδος εξουδετέρωσης του συμπυκνώματος και επιλογές για περαιτέρω χρήση του.
Πηγή: www.habr.com
