Cando se buscan formas de aumentar a eficiencia das empresas do sector enerxético, así como doutras instalacións industriais que utilizan equipos que queiman combustibles fósiles (vapor, caldeiras de auga quente, fornos de proceso, etc.), a cuestión do aproveitamento do potencial dos gases de combustión é. non criado en primeiro lugar.
Mentres tanto, baseándose nos estándares de cálculo existentes desenvolvidos hai décadas e os estándares establecidos para seleccionar indicadores clave de rendemento deste tipo de equipos, as organizacións operativas perden cartos, literalmente arroxándoos ao sumidoiro, empeorando simultaneamente a situación ambiental a escala global.
Se, como o comando "", pensas que é incorrecto perder a oportunidade de coidar o medio ambiente e a saúde dos veciños da túa cidade con beneficios para o orzamento da empresa, le o artigo sobre como converter os gases de combustión nun recurso enerxético.
Estudo de normas
O parámetro clave que determina a eficiencia dunha unidade de caldeira é a temperatura dos gases de combustión. A calor perdida cos gases de escape constitúe unha parte importante de todas as perdas de calor (xunto coas perdas de calor derivadas da combustión química e mecánica do combustible, as perdas de calor física das escouras, así como as fugas de calor ao ambiente debido ao arrefriamento externo). Estas perdas teñen un impacto decisivo na eficiencia da caldeira, reducindo a súa eficiencia. Así, entendemos que canto menor sexa a temperatura dos gases de combustión, maior será a eficiencia da caldeira.
A temperatura óptima dos gases de combustión para os diferentes tipos de combustible e os parámetros de funcionamento da caldeira determínase en base a cálculos técnicos e económicos na fase inicial da súa creación. Ao mesmo tempo, o uso máximo útil da calor dos gases de escape conséguese tradicionalmente aumentando o tamaño das superficies de calefacción convectiva, así como o desenvolvemento de superficies de cola: economizadores de auga, quentadores de aire rexenerativo.
Pero aínda a pesar da introdución de tecnoloxías e equipamentos para a recuperación de calor máis completa, a temperatura dos gases de combustión, segundo a documentación normativa vixente, debe estar dentro do rango:
- 120-180 °C para caldeiras de combustible sólido (dependendo do contido de humidade do combustible e dos parámetros de funcionamento da caldeira),
- 120-160 °C para caldeiras que usan fuel (dependendo do contido de xofre nel),
- 120-130 °C para caldeiras de gas natural.
Os valores indicados determínanse tendo en conta os factores de seguridade ambiental, pero principalmente en función dos requisitos de rendemento e durabilidade do equipo.
Así, o limiar mínimo establécese de forma que se elimine o risco de condensación na parte convectiva da caldeira e máis ao longo do conduto (na canle de fumes e cheminea). Non obstante, para evitar a corrosión non é necesario sacrificar a calor, que se libera á atmosfera en lugar de facer un traballo útil.
Corrosión. Eliminar riscos
Non argumentamos que a corrosión sexa un fenómeno desagradable que poida poñer en perigo o funcionamento seguro da instalación dunha caldeira e acurtar significativamente a súa vida útil prevista.
Cando os gases de combustión se arrefrían ata a temperatura do punto de orballo e por debaixo, prodúcese a condensación de vapor de auga, xunto coa cal os compostos de NOx e SOx pasan a un estado líquido que, ao reaccionar coa auga, forman ácidos que teñen un efecto destrutivo no interior. superficies da caldeira. Segundo o tipo de combustible queimado, a temperatura do punto de orballo ácido pode variar, así como a composición dos ácidos precipitados como condensado. O resultado, con todo, é o mesmo: corrosión.
Os gases de escape das caldeiras que funcionan con gas natural consisten principalmente nos seguintes produtos de combustión: vapor de auga (H2O), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos inflamables non queimados CnHm (estes dous últimos aparecen durante a combustión incompleta do combustible cando o modo de combustión non está axustado).
Dado que o aire atmosférico contén unha gran cantidade de nitróxeno, entre outras cousas, nos produtos da combustión aparecen óxidos de nitróxeno NO e NO2, denominados colectivamente NOx, que teñen un efecto prexudicial sobre o medio ambiente e a saúde humana. Cando se combinan con auga, os óxidos de nitróxeno forman ácido nítrico corrosivo.
Cando se queiman fuel oil e carbón, nos produtos da combustión aparecen óxidos de xofre chamados SOx. O seu impacto negativo no medio ambiente tamén foi amplamente investigado e non hai dúbida. O condensado ácido formado ao interactuar coa auga provoca a corrosión por xofre das superficies de calefacción.
Tradicionalmente, a temperatura dos gases de combustión, como se mostra arriba, elíxese de forma que se protexa o equipo da precipitación ácida nas superficies de calefacción da caldeira. Ademais, a temperatura dos gases debe garantir a condensación de NOx e SOx fóra da traxectoria do gas para protexer non só a propia caldeira, senón tamén os conductos coa cheminea dos procesos de corrosión. Por suposto, existen certas normas que limitan as concentracións admisibles de emisións de nitróxeno e óxidos de xofre, pero isto non anula de ningún xeito o feito de que estes produtos de combustión se acumulen na atmosfera terrestre e caian en forma de precipitación ácida na súa superficie. .
O xofre contido no fuel oil e o carbón, así como o arrastre de partículas de combustible sólido non queimados (incluídas as cinzas) impoñen condicións adicionais para a purificación dos gases de combustión. O uso de sistemas de purificación de gases aumenta significativamente o custo e a complexidade do proceso de utilización da calor dos gases de combustión, facendo que tales medidas sexan pouco atractivas desde o punto de vista económico e, a miúdo, practicamente pouco rendibles.
Nalgúns casos, as autoridades locais establecen unha temperatura mínima dos gases de combustión na boca da cheminea para garantir unha dispersión adecuada dos gases de combustión e sen penacho. Ademais, algunhas empresas poden adoptar voluntariamente este tipo de prácticas para mellorar a súa imaxe, xa que o público xeral adoita interpretar a presenza dun penacho de fume visible como un sinal de contaminación ambiental, mentres que a ausencia dun penacho de fume pode ser visto como un sinal de limpeza. produción.
Todo isto leva ao feito de que, en determinadas condicións climáticas, as empresas poden quentar especialmente os gases de combustión antes de liberalos á atmosfera. Aínda que, entendendo a composición dos gases de escape dunha caldeira que funciona con gas natural (discutido en detalle anteriormente), faise obvio que o "fume" branco que sae da cheminea (se o modo de combustión está configurado correctamente) é principalmente vapor de auga formado como resultado da reacción de combustión do gas natural no forno da caldeira.
A loita contra a corrosión require o uso de materiais resistentes aos seus efectos negativos (estes materiais existen e poden utilizarse en instalacións que utilizan gas, produtos petrolíferos e mesmo residuos como combustible), así como a organización da recollida, procesamento de ácidos. condensado e a súa eliminación.
Технология
A introdución dun conxunto de medidas para reducir a temperatura dos gases de combustión detrás da caldeira nunha empresa existente garante un aumento da eficiencia de toda a instalación, que inclúe a unidade da caldeira, utilizando, en primeiro lugar, a propia caldeira (a calor). xerado nel).
O concepto de tales solucións redúcese esencialmente a unha cousa: un intercambiador de calor está instalado na sección da cheminea ata a cheminea, que absorbe a calor dos gases de combustión cun medio de refrixeración (por exemplo, auga). Esta auga pode ser directamente o refrixerante final que precisa ser quentado ou un axente intermedio que transfire calor a través de equipos de intercambio de calor adicionais a outro circuíto.
O diagrama esquemático móstrase na figura:
O condensado resultante recóllese directamente no volume do novo intercambiador de calor, que está feito de materiais resistentes á corrosión. Isto débese ao feito de que o limiar de temperatura do punto de orballo para a humidade contida no volume dos gases de escape superouse precisamente dentro do intercambiador de calor. Así, non só se utiliza a calor física dos gases de combustión, senón tamén a calor latente de condensación do vapor de auga contido neles. O propio aparello debe deseñarse de forma que o seu deseño non proporcione unha resistencia aerodinámica excesiva e, como resultado, deteriore as condicións de funcionamento da unidade da caldeira.
O deseño do intercambiador de calor pode ser un intercambiador de calor de recuperación convencional, onde a transferencia de calor dos gases ao líquido ocorre a través dunha parede divisoria, ou un intercambiador de calor de contacto, no que os gases de combustión entran en contacto directamente coa auga, que é pulverizada por boquillas no seu caudal.
Para un intercambiador de calor recuperativo, resolver o problema do condensado ácido pasa por organizar a súa recollida e neutralización. No caso dun intercambiador de calor de contacto, úsase un enfoque lixeiramente diferente, algo similar á purga periódica do sistema de abastecemento de auga en circulación: a medida que aumenta a acidez do líquido circulante, lévase unha certa cantidade ao tanque de almacenamento, onde trátase con reactivos coa posterior eliminación da auga ao sistema de drenaxe, ou ben dirixíndoa ao ciclo tecnolóxico.
Algunhas aplicacións da enerxía dos gases de combustión poden verse limitadas debido ás diferenzas entre a temperatura dos gases e os requisitos específicos de temperatura na entrada do proceso consumidor de enerxía. Non obstante, mesmo para tales situacións aparentemente sen saída, desenvolveuse un enfoque que se basea en tecnoloxías e equipamentos cualitativamente novos.
Co fin de aumentar a eficiencia do proceso de recuperación de calor dos gases de combustión, as solucións innovadoras baseadas en bombas de calor están a ser utilizadas cada vez máis na práctica mundial como elemento clave do sistema. En certos sectores industriais (por exemplo, a bioenerxía), estas solucións utilízanse na maioría das caldeiras postas en servizo. Neste caso, conséguese un aforro adicional nos recursos enerxéticos primarios mediante o uso non de máquinas eléctricas de compresión de vapor tradicionais, senón de bombas de calor de bromuro de litio de absorción (ABTH) máis fiables e tecnoloxicamente avanzadas, que requiren calor en lugar de electricidade para funcionar (moitas veces isto é. pode ser calor residual non utilizado, que está presente en abundancia en case calquera empresa). Esta calor dunha fonte de calefacción de terceiros activa o ciclo interno ABTH, que permite transformar o potencial de temperatura dispoñible dos gases de combustión e transferilo a ambientes máis quentes.
Resultado
O arrefriamento dos gases de combustión da caldeira usando tales solucións pode ser bastante profundo: ata 30 e ata 20 °C desde os 120-130 °C iniciais. A calor resultante é suficiente para quentar auga para as necesidades de tratamento químico da auga, maquillaxe, abastecemento de auga quente e mesmo a rede de calefacción.
Neste caso, o aforro de combustible pode chegar ao 5÷10%, e un aumento da eficiencia da unidade da caldeira pode chegar ao 2÷3%.
Así, a implementación da tecnoloxía descrita permite resolver varios problemas á vez. Isto:
- o uso máis completo e beneficioso da calor dos gases de combustión (así como a calor latente de condensación do vapor de auga),
- redución das emisións de NOx e SOx á atmosfera,
- obtención dun recurso adicional: auga purificada (que pode ser útil en calquera empresa, por exemplo, como alimento para redes de calefacción e outros circuítos de auga),
- eliminación do penacho de fume (faise apenas visible ou desaparece por completo).
A práctica mostra que a viabilidade de usar tales solucións depende principalmente de:
- a posibilidade de aproveitamento útil da calor dispoñible dos gases de combustión,
- duración de uso da enerxía térmica recibida ao ano,
- o custo dos recursos enerxéticos na empresa,
- a presenza de exceder a concentración máxima admisible de emisións de NOx e SOx (así como a severidade da lexislación ambiental local),
- un método para neutralizar o condensado e opcións para o seu uso posterior.
Fonte: www.habr.com
