Az energetikai szektor vállalatainak, valamint más ipari létesítmények, amelyek fosszilis tüzelőanyagot égető berendezéseket (gőzkazánok, vízmelegítő kazánok, technológiai kemencék stb.) használnak, hatékonyságának növelésének módjait keresve a füstgázok potenciáljának kihasználásának kérdése nem elsődleges.
Ugyanakkor, a több évtizeddel ezelőtt kidolgozott meglévő számítási normák és a hasonló berendezések működési mutatói alapján kialakult standardok figyelembevételével a üzemeltető szervezetek pénzt veszítenek, szó szerint a kéménybe engedve, miközben globális szinten rontják a környezeti helyzetet.
Ha, akárcsak a „„ csapata, Ön is helytelennek tartja, hogy elmulasztja a lehetőséget, hogy gondoskodjon a környezetről és a város lakóinak egészségéről a vállalat költségvetésének javára, olvassa el azt a cikket, amely arról szól, hogyan lehet a füstgázokat energiaforrássá alakítani.
A szabványokat tanulmányozva
A kazángép hatékonyságát meghatározó kulcsparaméter a távozó gázok hőmérséklete. A távozó gázokkal elvesztett hő jelentős részét képezi az összes hőveszteségnek (a tüzelőanyag kémiai és mechanikai elégetéséből származó hőveszteségek, a hamu fizikai hővel kapcsolatos veszteségei, valamint a környezetbe történő hőszivárgás veszteségei mellett). Ezek a veszteségek alapvető hatással vannak a kazán gazdaságos működésére, csökkentve annak hatékonyságát. Így tehát megértjük, hogy minél alacsonyabb a füstgázok hőmérséklete, annál magasabb a kazán hatékonysága.
A távozó gázok optimális hőmérséklete különböző tüzelőanyagok és a kazán munkaparaméterei esetén a legkorábbi tervezési fázisban műszaki-gazdasági számítások alapján kerül meghatározásra. Éppen ezért a távozó gázok hőjének maximálisan hasznos kihasználása hagyományosan a hőátadó konvektív felületek méretének növelésével, valamint a vízemezerek és regeneratív levegőfűtők elágazó felületeinek fejlesztésével érhető el.
De még a hő maximális hasznosítását célzó technológiák és berendezések bevezetése ellenére is a hatályos normatív dokumentáció szerint a távozó gázok hőmérsékletének az alábbi tartományban kell lennie:
- 120-180 °C szilárd tüzelésű kazánokhoz (a tüzelőanyag nedvességtartalmától és a kazán munkaparamétereitől függően),
- 120-160 °C olajkazánokhoz (a kéntartalmától függően),
- 120-130 °C földgázos kazánokhoz.
A megadott értékek az ökológiai biztonsági tényezőkkel figyelembe véve, de elsősorban a berendezés működőképességi és tartóssági követelményei alapján lettek meghatározva.
A minimális küszöb úgy van megállapítva, hogy kizárja a kondenzátum képződésének kockázatát a kazán konvektív részében és a további szakaszokban (a füstcsövekben és a kéményben). Azonban a korrózió megakadályozásához nem szükséges lemondani az atmoszférába kibocsátott hőmennyiségről, ami a hasznos munkavégzés helyett történik.
Korrózió. Kockázatok kizárása
Nem vitatjuk, hogy a korrózió kellemetlen jelenség, amely veszélyeztetheti a kazán biztonságos működését, és jelentősen lerövidítheti a tervezett üzemidőt.
A füstgázok hőmérsékletének a harmatpontig és alá történő lehűlésekor a vízgőz kondenzálódik, miközben a NOx és SOx vegyületek, amelyek vízzel reagálva savakat képeznek, folyékony állapotba kerülnek, ami romboló hatással van a kazán belső felületeire. A használt tüzelőanyag típusától függően a savas harmatpont hőmérséklete változó lehet, ahogyan a kondenzátumban kicsapódó savak összetétele is. Az eredmény azonban mindig az – korrózió.
A földgáz üzemű kazánok égéstermékei zömében a következő égéstermékekből állnak: vízgőzből (H2O), szén-dioxidból (CO2), szén-monoxidból (CO) és nem elégetett szénhidrogénekből CnHm (az utóbbi kettő akkor jelentkezik, ha a tüzelés nem megfelelően van beállítva).
Mivel a légkörben jelentős mennyiségű nitrogén található, az égéstermékekben nitrogén-oxidok (NO és NO2) keletkeznek, amelyeket összefoglaló néven NOx-nek hívunk, és amelyek káros hatással vannak a környezetre és az emberi egészségre. A vízzel reagálva a nitrogén-oxidok korrozív hatású salétromsavat képeznek.
A nehézolaj és szén elégetésekor a füstgázokban kén-oxidok keletkeznek, amelyeket SOx-nak neveznek. Ezek környezetre gyakorolt negatív hatása széles körben kutatott, és nem kétséges. A vízzel való kölcsönhatás során keletkező savas kondenzátum kénes korróziót okoz a hőfelszínekben.
Hagyományosan, a füstgázok hőmérsékletét, ahogyan azt fentebb bemutattuk, úgy választják meg, hogy megvédjék a berendezéseket a savkiválás következményeitől a kazán hőfelszínein. Ráadásul, a gázok hőmérséklete biztosítania kell, hogy a NOx és SOx kondenzálódjon a gáztraktuson kívül, védve ezzel nemcsak a kazánt, hanem a füstcsöveket is a korróziós folyamatoktól. Természetesen léteznek bizonyos normák, amelyek korlátozzák a nitrogén- és kén-oxidok kibocsátásának megengedett koncentrációját, de ez nem változtat a tényen, hogy ezek a füstgáz-termékek felhalmozódnak a Föld légkörében, és savas csapadékként hullanak a felsínre.
A nehézolajban és szénben található kén, valamint az elégetlen szilárd tüzelőanyag-részecskék (beleértve a hamut is) további követelményeket támasztanak a füstgázok tisztítására. A füstgáz-tisztító rendszerek alkalmazása jelentősen megdrágítja és bonyolítja a füstgázok hőhasznosítási folyamatát, így ezek a tevékenységek gazdasági szempontból vonzótlanná válnak, sok esetben pedig gyakorlatilag nem térülnek meg.
Egyes esetekben a helyi hatóságok minimális hőmérsékletet írnak elő a kémény kimeneti füstgázaira, hogy biztosítsák a távozó gázok megfelelő eloszlását, és elkerüljék a füsttüzet. Ezen kívül, egyes vállalatok saját kezdeményezésük alapján alkalmazhatják ezt a gyakorlatot a saját imázsuk javítása érdekében, mivel a nagyközönség gyakran úgy értelmezi a látható füsttüzet, mint a környezetszennyezés jele, míg a füsttűz hiánya a tiszta gyártás jeleként értékelhető.
Mindez oda vezet, hogy bizonyos időjárási körülmények között a vállalatok kifejezetten előmelegíthetik a füstgázokat, mielőtt azokat a légkörbe bocsátják. Bár, ha megérti a földgázzal működő kazán távozó gázainak összetételét (amely részletesen fel van tárgyalva fent), egyértelművé válik, hogy a kéményből távozó fehér "füst" (a megfelelő égési beállításnál) nagyrészt vízpára, amely a földgáz égési reakciója során jön létre a kazán égőterében.
A korrózió ellenállásához olyan anyagok alkalmazására van szükség, amelyek ellenállnak a negatív hatásoknak (az ilyen anyagok léteznek, és felhasználhatók olyan berendezéseknél, amelyekben üzemanyagként gáz, finomított olajtermékek és akár hulladékok is szerepelnek), valamint szervezni kell a savas kondenzátum gyűjtését, újrahasznosítását és ártalmatlanítását.
Technológia
A kémény után a füstgázok hőmérsékletének csökkentésére irányuló intézkedések komplexumának bevezetése a meglévő vállalatnál a kazánberendezés teljes hatásfokának növekedését biztosítja, amelynek része maga a kazán (a benne termelt hő).
Ezeknek a megoldásoknak a koncepciója lényegében egy dologra redukálódik: a füstelvezetőn a kémény előtt hőcserélőt szerelnek fel, amely felveszi a füstgázok hőjét a hűtőközeggel (például víz). Ez a víz lehet a végső hőhordozó, amelyet fel kell melegíteni, vagy egy közbenső közeg, amely más hőcserélő berendezésen keresztül adja át a hőt egy másik rendszernek.
A problémás séma a következő ábrán látható:
A keletkező kondenzátum gyűjtése közvetlenül az új hőcserélő berendezés térfogatában történik, amely korrózióálló anyagokból készül. Ez azért van, mert a távozó gázokban lévő nedvesség harmatpontjának hőmérsékleti küszöbét a hőcserélőn belül lépik át. Így nemcsak a füstgázok fizikális hőjét használjuk ki hasznosan, hanem a benne lévő vízgőzök kondenzációjának rejtett hőjét is. Maga a berendezés úgy legyen megtervezve, hogy konstrukciója ne okozzon túlzott aerodinamikai ellenállást, következésképpen ne rontsa a kazán aggregátum működési feltételeit.
A hőcserélő berendezés felépítése lehet vagy egy hagyományos rekuperatív hőcserélő, ahol a hőátadás a gázok és a folyadék között egy elválasztó falon keresztül történik, vagy egy kontakt hőcserélő, ahol a füstgázok közvetlenül érintkeznek a vízzel, amelyet fúvókák spriccelnek az áramlásukba.
A rekuperatív hőcserélő esetében a savas kondenzátum problémájának megoldása a gyűjtésének és semlegesítésének megszervezésére vonatkozik. A kontakt hőcserélő esetén azonban kissé eltérő megközelítést alkalmaznak, ami részben hasonlít a zártkörű vízellátó rendszer időszakos fúvatására: ahogy a keringő folyadék savassága növekszik, annak egy bizonyos mennyisége egy tárolótartályba kerül, ahol reagensekkel kezelik, majd a víz hasznosítása a lefolyóba történik, vagy technológiai ciklusba irányítják.
A füstgázok energiájának egyes alkalmazásai korlátozottak lehetnek a gázok hőmérséklete és az energiatápláló folyamat hőmérsékleti igénye közötti különbség miatt. Azonban ilyen, látszólag zsákutcás helyzetekre is kidolgoztak egy megközelítést, amely új, minőségi technológiákra és berendezésekre támaszkodik.
A füstgázok hőjének hasznosítási folyamatának hatékonyságának növelése érdekében a globális gyakorlatban egyre gyakrabban alkalmaznak innovatív megoldásokat hőszivattyúkkal, mint a rendszer kulcsfontosságú elemét. Egyes ipari szektorokban (például a bioenergetikában) ezek a megoldások az üzembe helyezett kazánok többségében használatosak. További elsődleges energiaforrások megtakarítása érhető el ebben az esetben nem hagyományos gőzkompressziós elektromos gépek, hanem megbízhatóbb és technológikusabb bróm-lítium abszorpciós hőszivattyúk (ABLH) alkalmazásával, amelyek működéséhez nem elektromos energiára, hanem hőre van szükség (ez gyakran olyan kihasználatlan elhanyagolt hő, amely szinte bármely vállalatnál bőségesen jelen van). Az ilyen külső hőforrás aktiválja az ABLH belső ciklusát, amely lehetővé teszi a távozó gázok rendelkezésre álló hőpotenciáljának átalakítását és átadását magasabb hőmérsékletű közegnek.
Eredmény
A füstgázok hűtése ilyen megoldásokkal elég mély lehet – akár 30, sőt, 20 °C-ra is az eredeti 120-130 °C-ról. Az így nyert hő elegendő ahhoz, hogy vízet melegítsenek a vegyi vízbóvításhoz, pótoláshoz, meleg vízszolgáltatáshoz, sőt, még távfűtéshez is.
Ennek során az üzemanyag-megtakarítás elérheti az 5-10%-ot, míg a kazán hatásfokának növekedése 2-3% lehet.
Így a leírt technológia bevezetése egyszerre több problémát is megold.
- a füstgázok hőjének maximális és hasznos kihasználása (valamint a vízgőz kondenzációs rejtett hőmennyiségének),
- a NOx és SOx kibocsátás csökkentése a légkörbe,
- további erőforrás megszerzése – megtisztított víz (amely hasznos alkalmazásra találhat bármilyen vállalaton belül, például a távfűtés és más víz körök pótlásaként),
- a füstlámpa megszüntetése (majdnem észrevehetetlenné válik vagy teljesen eltűnik).
A gyakorlat azt mutatja, hogy az ilyen megoldások alkalmazásának ésszerűsége elsősorban a következőktől függ:
- a füstgázok hőjének hasznos újrahasznosításának lehetőségétől,
- a nyert hőenergia egy évben való felhasználásának időtartamától,
- az energiaköltségektől a vállalaton belül,
- a NOx és SOx kibocsátási határértékek túllépésétől (valamint a helyi környezetvédelmi törvények szigorúságától),
- a kondenzátum semlegesítési módjától és további felhasználási lehetőségeitől.
Forrás: habr.com
