Otsides viise, kuidas tõhustada energiasektori ettevõtete ning teiste tööstuslike objektide, kus kasutatakse fossiilkütust põletavat seadmeid (auru-, veekateldid, tehnoloogilised ahjud jne), efektiivsust, tõusetub suitsugaaside potentsiaali kasutamine üha enam päevakorrale.
Kuid tuginedes olemasolevatele arvutusstandarditele, mis on välja töötatud aastakümneid tagasi, ning kehtestatud võtmeindikaatorite valikustandarditele, kaotavad kasutavad organisatsioonid raha, lastes selle sõna otseses mõttes torust välja, halvendades samal ajal globaalset ökoloogilist olukorda.
Kui, nagu ka "" meeskond, arvate, et on vale jätta kasutamata võimalus hoolitseda keskkonna ja teie linna elanike tervise eest ettevõtte eelarve kasuks, lugege artiklit, kuidas muuta suitsugaasid energiaressursiks.
Uurime standardeid
Peamine parameeter, mis määrab katla efektiivsuse, on väljuva gaasi temperatuur. Väljuvate gaasidega kaotatav soojus moodustab märkimisväärse osa kõigist soojuskadudest (koos kütuse keemilise ja mehhaanilise mittetäiendamise tõttu tekkivate soojuskadudega, füüsilise soojuse kadudega tahkete jäätmete tõttu ja soojuse leketega keskkonda seoses välise jahutamisega). Need kadud mõjutavad oluliselt katla ökonoomsust, vähendades selle efektiivsust. Nii et mõistame, et mida madalam on suitsugaaside temperatuur, seda kõrgem on katla efektiivsus.
Erinevat tüüpi kütuste ja katla tööparameetrite jaoks määratakse väljuva gaasi optimaalne temperatuur juba katla loomise varajases etapis tehnilis-majanduslike arvutuste alusel. Samas saavutatakse maksimaalne kasulik soojuse kasutamine väljuvatest gaasi traditsiooniliselt konvektiivsuuruste suurendamise ning tagasuundsete pindade, näiteks veesoojendite ja regeneratiivsete õhksoojendite arendamise kaudu.
Kuid isegi tehnoloogiate ja seadmete rakendamisest, mis tagavad suurima soojuse taaskasutuse, peab vastavalt kehtivale regulatiivsele dokumentatsioonile väljuva gaasi temperatuur olema järgmistes piirides:
- 120-180 °C puidu katelde jaoks (sõltuvalt kütuse niiskusest ja katla tööparameetritest),
- 120-160 °C diiselkatelde jaoks (sõltuvalt väävlisisaldusest),
- 120-130 °C maagaasikatelde jaoks.
Toodud väärtused on määratud ökoloogilise ohutuse tegureid arvesse võttes, kuid peamiselt lähtudes seadme töökindluse ja pikaealisuse nõuetest.
Minimaalne piir on paika pandud nii, et välistada kondensaadi teke katla konvektsiooniosas ja edaspidi kanalites (gaasikanalites ja suitsutorus). Siiski ei ole korrosiooni vältimiseks vajalik ohverdada soojust, mis paisatakse atmosfääri selle asemel, et tekitada kasulikku tööd.
Korrosioon. Välistame riskid
Ei saa vaielda, korrosioon on ebameeldiv nähtus, mis võib ohustada katlaohutust ja oluliselt lühendada selle tööiga.
Kui suitsugaasid jahenevad roosi punktini ja alla selle, toimub veeauru kondenseerumine, millega koos muutuvad vedelikuks ka NOx ja SOx ühendid, mis reageerides veega moodustavad hapet, mis kahjustab katla sisepindu. Sõltuvalt põletatavast kütusest võib happe roosi punktide temperatuur olla erinev, samuti happe koostis, mis sadestub kondensaadina. Tulemuseks on aga korrosioon.
Maagaasiga töötavate katelde heitgaasid koosnevad peamiselt järgmistest põlemisproduktidest: veeaurud (H2O), süsinikdioksiid (CO2), süsinikmonooksiid (CO) ja mittetäielikult põlevad süsivesinikud CnHm (kaks viimast tekivad kütuse mittetäieliku põlemise korral, kui põlemisrežiim pole seadistatud).
Kuna atmosfääriõhus on suur hulk lämmastikku, esinevad põlemisproduktides lämmastikku oksüdeerivad ühendid NO ja NO2, üldiselt tuntud kui NOx, mis kahjulikult mõjutavad keskkonda ja inimtervist. Koostöös veega moodustavad nad korrosiooniliselt aktiivset lämmastikhapet.
Kui raskete ôlide ja söe põletamisel tekivad põletustootes väävli oksüüdid, mida tuntakse kui SOx. Nende negatiivne mõju keskkonnale on samuti laialdaselt uuritud ja ei ole kahtluse alla seatud. Vesiga suheldes moodustav happeline kondensaat põhjustab kuumutuspindade sulfide korrosiooni.
Traditsiooniliselt valitakse väljuvate gaaside temperatuur nagu eelpool näidatud nii, et kaitsta seadmeid happe sadestumise eest katla kuumutuspindadel. Pealegi peab gaaside temperatuur tagama NOx ja SOx kondenseerumise gaasikanali väljaspool, et kaitsta mitte ainult katelt, vaid ka gaasijuhtmeid ning suitsutorusid korrosiooniprotsesside eest. Loomulikult on sätestatud teatud normid, mis piiravad lämmastiku ja väävli oksüidide heitkoguste lubatud kontsentratsioone, ent see ei muuda fakti, et need põlemisproduktid kogunevad Maa atmosfääri ja sadenevad pinnale happeliste sadestustena.
Raskeõlis ja söes sisalduv väävel ning põlemata tahke kütuse osakeste, sealhulgas tuhka, sisaldus seab täiendavad nõuded suitsugaaside puhastamiseks. Gaasipuhastussüsteemide kasutamine suurendab oluliselt suitsugaaside soojuse utiliseerimise protsessi kulukust ja keerukust, muutes sellised meetmed majanduslikus mõttes vähe atraktiivseks ning sageli praktiliselt tasuvuseks.
Mõnes olukorras kehtestavad kohalikud omavalitsused miinimumtemperatuuri suitsugaaside jaoks toru suudmes, et tagada väljaviidud gaaside piisav hajumine ja suitsukolonni puudumine. Lisaks võivad mõned ettevõtted oma algatusel rakendada sellist praktikat oma maine parandamiseks, kuna lai avalikkus tõlgendab sageli nähtava suitsukolonni olemasolu keskkonna saastamise märgiks, samas kui suitsukolonni puudumine võib olla näitaja puhtast tootmisest.
Kõik see viib selleni, et teatud ilmastikuoludes võivad ettevõtted spetsiaalselt kuumutada suitsugaase enne nende heitmist atmosfääri. Kuigi mõistes katlad, mis töötavad maagaasi pealt (see on põhjalikult analüüsitud üles), on selge, et valge "suits", mis tuleb korstnast (õige põletamisrežiimi korral), on peamiselt veeaurud, mis tekivad maagaasi põlemise reaktsiooni tulemusena katla ahjus.
Korrosioonivastane võitlus nõuab materjalide kasutamist, mis on vastupidavad selle negatiivsetele mõjudele (sellised materjalid eksisteerivad ja neid saab kasutada rajatistes, mis kasutavad kütusena gaasi, naftatoodete ja isegi jäätmeid), samuti happelise kondensaadi kogumise, töötlemise ja utiliseerimise korraldamist.
Tehnoloogia
Meetmete kogumi rakendamine suitsugaaside temperatuuri alandamiseks katla taga olemasolevas ettevõttes suurendab kogu süsteemi efektiivsust, kuhu kuulub katlavaru, kasutades eelkõige katelt ise (seal toodetud soojust).
Selliste lahenduste kontseptsioon on oma olemuselt ühtne: gaasi juhtme lõigus korstna enne paigaldatakse soojusvaheti, mis võtab suitsugaaside soojust jahutusvedelikult (näiteks veest). See vesi võib olla nii lõpp-juhtiv vedelik, mida on vaja kuumendada, kui ka vaheagent, mis edastab soojust koos täiendava soojusvahetusseadmest teisele ringile.
Põhimõtteline skeem on esitatud joonisel:
Kondensaadi kogumine toimub otse uue soojusvaheti mahtudes, mis on valmistatud korrosioonikindlatest materjalidest. See tuleneb sellest, et niiskuse, mis sisaldub lahkuvates gaasides, roosi punkti temperatuuri läve ületatakse just soojusvaheti sees. Seega kasutatakse kasulikult mitte ainult suitsugaaside füüsilist soojust, vaid ka kondenseeritud veeaurude varjatud soojust. Seade ise peaks olema projekteeritud nii, et selle konstruktsioon ei põhjustaks liialt aerodünaamilist vastupanu ja seega halvenenud töökeskkonda katla masin.
Soojusvahetusseadmestik võib olla kas tavaline taastav soojusvaheti, kus soojust edastatakse gaasidest vedelikku eraldava seina kaudu, või kontaktkatse soojusvaheti, kus suitsugaasid puutuvad vahetult kokku veega, mida pihustatakse nende voolu sisse.
Taastava soojusvaheti puhul seisneb happe kondensaatide küsimuse lahendamine nende kogumise ja neutraliseerimise korraldamises. Kontaktkatse soojusvaheti puhul rakendatakse aga veidi teistsugust lähenemist, mis sarnaneb ringlusseveesüsteemi perioodilise puhastamisega: kui ringluses oleva vedeliku happesus suureneb, võetakse osa sellest kasutamiseks kogumisse, kus toimub töötlus reaktiividega ja seejärel veetatakse vesi kanalisatsiooni või suunatakse tehnoloogilisse tsüklisse.
Suitsugaaside energia eraldi rakendused võivad olla piiratud gaaside temperatuuri ja energia tarvitamise protsessi sisenemine temperatuuri erinevuse tõttu. Kuid isegi sellistes, näiliselt ummikus olukordades on välja töötatud lähenemine, mis tugineb täiesti uutele tehnoloogiatele ja seadmetele.
Suitsugaaside soojuse utiliseerimise protsessi tõhususe tõstmiseks rakendatakse kogu maailmas üha enam innovatiivseid lahendusi, mis põhinevad soojuspumpadel. Teatud tööstusharudes (nt bioenergeetikas) rakendatakse neid lahendusi enamikul kasutusele võetud katlatest. Täiendavat esimeste energiaressursside kokkuhoidu saavutatakse selles osas mitte traditsiooniliste aurukompresseerivate elektrimasinate, vaid usaldusväärsemate ja tehnoloogilisemate broomlitiumsoojuspumpade (ABTN) kasutamisega, mis vajavad tööks mitte elektrit, vaid soojust (tihti võib see olla mittekasutatav jääksoojus, mida on praktiliselt igas ettevõttes rohkelt). Selline väline soojusallikas aktiveerib ABTN-i sisemise tsükli, mis võimaldab kasutada väljuvate gaaside temperatuuri potentsiaali ja edastada seda kuumematele keskkondadele.
Tulemus
Katla heitgaaside jahutamine sarnaste lahenduste abil võib olla piisavalt sügav – kuni 30 ja isegi 20 °C algsetelt 120-130 °C. Saadud soojus on piisav, et kuumutada vett keemilise veepuhastuse, täiendamise, sooja veevarustuse ja isegi soojusvõrgu vajaduste jaoks.
Kütuse kokkuhoid võib ulatuda 5-10%, samas kui katla seadme efektiivsus tõuseb 2-3%.
Seega võimaldab kirjeldatud tehnoloogia samaaegselt lahendada mitmeid ülesandeid. Need on:
- maksimaalselt täielik ja kasulik heitgaaside soojuse kasutamine (nagu ka varjatud kondenseerimise soojuse),
- NOx ja SOx heidete mahu vähendamine atmosfääri,
- lisaressurssi saamine – puhastatud vesi (millel on kasulik kasutus igas ettevõttes, näiteks soojusvõrgu ja muude veeringide täiendamiseks),
- suitsu tule likvideerimine (see muutub vaevu märgatavaks või kaob täielikult).
Praktika näitab, et sarnaste lahenduste rakendamise otstarbekus sõltub eelkõige järgmistest teguritest:
- heitgaaside soojuse kasulikust utiliseerimise võimalused,
- saadud soojusenergia kasutamise kestusest aastas,
- energiaressursside maksumusest ettevõttes,
- ületatud lubatavate NOx ja SOx heidete kontsentratsioonide olemasolust (nagu ka kohaliku keskkonnaseadusandluse rangusest),
- kondensaadi neutraliseerimise viisist ja selle edasisest kasutamisest.
Allikas: habr.com
