Pemulihan panas gas buang: ekologi dengan manfaat

Ketika mencari cara untuk meningkatkan efisiensi perusahaan di sektor energi, serta fasilitas industri lainnya yang menggunakan peralatan yang membakar bahan bakar fosil (uap, ketel air panas, tungku proses, dll.), isu pemanfaatan potensi cerobong asap gas tidak dinaikkan terlebih dahulu.

Sementara itu, dengan mengandalkan standar penghitungan yang dikembangkan beberapa dekade lalu dan standar yang ditetapkan untuk memilih indikator kinerja utama peralatan tersebut, organisasi pengoperasi akan merugi, benar-benar membuangnya, dan sekaligus memperburuk situasi lingkungan dalam skala global.

Jika, seperti perintah "Insinyur pertama“, Anda merasa salah jika melewatkan kesempatan untuk menjaga lingkungan dan kesehatan penduduk kota Anda dengan manfaat bagi anggaran perusahaan, baca artikel tentang cara mengubah gas buang menjadi sumber energi.  

Mempelajari standar

Parameter kunci yang menentukan efisiensi unit boiler adalah suhu gas buang. Panas yang hilang melalui gas buang merupakan bagian penting dari semua kehilangan panas (bersama dengan kehilangan panas dari bahan bakar yang kurang terbakar secara kimia dan mekanis, kehilangan panas fisik dari terak, serta kebocoran panas ke lingkungan karena pendinginan eksternal). Kerugian-kerugian ini mempunyai dampak yang menentukan pada efisiensi boiler, sehingga mengurangi efisiensinya. Jadi, kita memahami bahwa semakin rendah suhu gas buang, semakin tinggi efisiensi boiler.

Suhu gas buang optimal untuk berbagai jenis bahan bakar dan parameter operasi boiler ditentukan berdasarkan perhitungan teknis dan ekonomi pada tahap awal pembuatannya. Pada saat yang sama, penggunaan panas gas buang secara maksimal secara tradisional dicapai dengan meningkatkan ukuran permukaan pemanas konvektif, serta pengembangan permukaan ekor - penghemat air, pemanas udara regeneratif.

Namun meskipun teknologi dan peralatan untuk pemulihan panas paling lengkap telah diperkenalkan, suhu gas buang, menurut dokumentasi peraturan saat ini, harus berada dalam kisaran:

• 120-180 °C untuk boiler bahan bakar padat (tergantung pada kadar air bahan bakar dan parameter pengoperasian boiler),
• 120-160 °C untuk boiler yang menggunakan bahan bakar minyak (tergantung kandungan sulfur di dalamnya),
• 120-130 °C untuk boiler gas alam.

Nilai yang ditunjukkan ditentukan dengan mempertimbangkan faktor keamanan lingkungan, tetapi terutama berdasarkan persyaratan kinerja dan daya tahan peralatan.

Dengan demikian, ambang batas minimum diatur sedemikian rupa untuk menghilangkan risiko kondensasi di bagian konvektif boiler dan selanjutnya di sepanjang saluran (di cerobong asap dan cerobong asap). Namun, untuk mencegah korosi, sama sekali tidak perlu mengorbankan panas yang dilepaskan ke atmosfer alih-alih melakukan pekerjaan yang bermanfaat.

Korosi. Hilangkan risiko

Kami tidak berpendapat bahwa korosi adalah fenomena tidak menyenangkan yang dapat membahayakan keselamatan pengoperasian instalasi boiler dan secara signifikan memperpendek masa pakainya.

Ketika gas buang didinginkan hingga suhu titik embun ke bawah, terjadi kondensasi uap air, bersamaan dengan itu senyawa NOx dan SOx berubah menjadi keadaan cair, yang bila bereaksi dengan air, membentuk asam yang memiliki efek merusak pada internal. permukaan ketel. Tergantung pada jenis bahan bakar yang dibakar, suhu titik embun asam dapat bervariasi, begitu pula komposisi asam yang diendapkan sebagai kondensat. Namun hasilnya sama – korosi.

Gas buang boiler yang menggunakan gas alam terutama terdiri dari produk pembakaran berikut: uap air (H2O), karbon dioksida (CO2), karbon monoksida (CO) dan hidrokarbon CnHm yang mudah terbakar dan tidak terbakar (dua yang terakhir muncul selama pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna ketika mode pembakaran tidak diatur).

Karena udara atmosfer mengandung nitrogen dalam jumlah besar, antara lain nitrogen oksida NO dan NO2, yang secara kolektif disebut NOx, muncul dalam produk pembakaran, yang berdampak buruk terhadap lingkungan dan kesehatan manusia. Ketika dikombinasikan dengan air, nitrogen oksida membentuk asam nitrat yang korosif.

Ketika bahan bakar minyak dan batu bara dibakar, oksida belerang yang disebut SOx muncul dalam produk pembakaran. Dampak negatifnya terhadap lingkungan juga telah banyak diteliti dan tidak diragukan lagi. Kondensat asam yang terbentuk ketika berinteraksi dengan air menyebabkan korosi belerang pada permukaan pemanas.

Secara tradisional, suhu gas buang, seperti yang ditunjukkan di atas, dipilih sedemikian rupa untuk melindungi peralatan dari pengendapan asam pada permukaan pemanas boiler. Selain itu, suhu gas harus memastikan kondensasi NOx dan SOx di luar jalur gas untuk melindungi tidak hanya boiler itu sendiri, tetapi juga cerobong asap dari proses korosi. Tentu saja, ada standar tertentu yang membatasi konsentrasi emisi nitrogen dan sulfur oksida yang diizinkan, tetapi hal ini sama sekali tidak meniadakan fakta bahwa produk pembakaran ini terakumulasi di atmosfer bumi dan jatuh dalam bentuk presipitasi asam di permukaannya. .

Belerang yang terkandung dalam bahan bakar minyak dan batu bara, serta masuknya partikel bahan bakar padat yang tidak terbakar (termasuk abu) memberikan kondisi tambahan untuk pemurnian gas buang. Penggunaan sistem pemurnian gas secara signifikan meningkatkan biaya dan kompleksitas proses pemanfaatan panas dari gas buang, sehingga tindakan tersebut menjadi kurang menarik dari sudut pandang ekonomi, dan seringkali praktis tidak menguntungkan.

Dalam beberapa kasus, otoritas setempat menetapkan suhu gas buang minimum di mulut cerobong untuk memastikan dispersi gas buang yang memadai dan tidak ada gumpalan. Selain itu, beberapa pelaku bisnis mungkin secara sukarela menerapkan praktik tersebut untuk meningkatkan citra mereka, karena masyarakat umum sering mengartikan adanya kepulan asap yang terlihat sebagai tanda pencemaran lingkungan, sedangkan tidak adanya kepulan asap dapat dilihat sebagai tanda kebersihan. produksi.

Semua ini mengarah pada fakta bahwa, dalam kondisi cuaca tertentu, perusahaan dapat secara khusus memanaskan gas buang sebelum melepaskannya ke atmosfer. Meskipun, dengan memahami komposisi gas buang dari boiler yang menggunakan gas alam (dibahas secara rinci di atas), menjadi jelas bahwa “asap” putih yang keluar dari cerobong asap (jika mode pembakaran dikonfigurasi dengan benar) sebagian besar adalah uap air yang terbentuk sebagai hasil reaksi pembakaran gas alam di dalam tungku boiler.

Perjuangan melawan korosi memerlukan penggunaan bahan yang tahan terhadap dampak negatifnya (bahan tersebut ada dan dapat digunakan dalam instalasi yang menggunakan gas, produk minyak bumi dan bahkan limbah sebagai bahan bakar), serta pengorganisasian pengumpulan, pengolahan asam. kondensat dan pembuangannya.

Технология

Pengenalan serangkaian tindakan untuk mengurangi suhu gas buang di belakang boiler di perusahaan yang ada memastikan peningkatan efisiensi seluruh instalasi, termasuk unit boiler, pertama-tama menggunakan boiler itu sendiri (panas dihasilkan di dalamnya).

Konsep solusi tersebut pada dasarnya bermuara pada satu hal: penukar panas dipasang di bagian cerobong asap hingga cerobong asap, yang menyerap panas gas buang dengan media pendingin (misalnya air). Air ini dapat langsung menjadi pendingin akhir yang perlu dipanaskan, atau sebagai zat perantara yang memindahkan panas melalui peralatan penukar panas tambahan ke sirkuit lain.

Diagram skema ditunjukkan pada gambar:

Kondensat yang dihasilkan dikumpulkan langsung ke volume penukar panas baru, yang terbuat dari bahan tahan korosi. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa ambang suhu titik embun untuk uap air yang terkandung dalam volume gas buang justru terlampaui di dalam penukar panas. Dengan demikian, tidak hanya panas fisik gas buang yang digunakan secara berguna, tetapi juga panas laten kondensasi uap air yang terkandung di dalamnya. Peralatan itu sendiri harus dirancang sedemikian rupa sehingga desainnya tidak memberikan hambatan aerodinamis yang berlebihan dan, sebagai akibatnya, memperburuk kondisi pengoperasian unit boiler.

Desain penukar panas dapat berupa penukar panas penyembuhan konvensional, dimana perpindahan panas dari gas ke cairan terjadi melalui dinding pemisah, atau penukar panas kontak, dimana gas buang bersentuhan langsung dengan air, yang disemprotkan oleh nozel dalam alirannya.

Untuk penukar panas penyembuhan, penyelesaian masalah kondensat asam dilakukan dengan mengatur pengumpulan dan netralisasinya. Dalam kasus penukar panas kontak, pendekatan yang sedikit berbeda digunakan, agak mirip dengan pembersihan berkala sistem pasokan air yang bersirkulasi: ketika keasaman cairan yang bersirkulasi meningkat, sejumlah cairan dimasukkan ke dalam tangki penyimpanan, di mana itu diolah dengan reagen dengan pembuangan air berikutnya ke sistem drainase, atau dengan mengarahkannya ke siklus teknologi.

Penerapan energi gas buang tertentu mungkin terbatas karena perbedaan antara suhu gas dan persyaratan suhu spesifik pada saluran masuk proses yang memakan energi. Namun, bahkan untuk situasi yang tampaknya buntu, sebuah pendekatan telah dikembangkan yang mengandalkan teknologi dan peralatan yang secara kualitatif baru.

Untuk meningkatkan efisiensi proses pemulihan panas gas buang, solusi inovatif berdasarkan pompa panas semakin banyak digunakan dalam praktik dunia sebagai elemen kunci dari sistem. Di sektor industri tertentu (misalnya bioenergi), solusi tersebut digunakan pada sebagian besar boiler yang ditugaskan. Penghematan tambahan dalam sumber daya energi primer dalam hal ini dicapai melalui penggunaan bukan mesin listrik kompresi uap tradisional, tetapi pompa panas litium bromida (ABTH) serapan yang lebih andal dan berteknologi maju, yang membutuhkan panas daripada listrik untuk beroperasi (seringkali ini adalah mungkin merupakan limbah panas yang tidak terpakai , yang melimpah di hampir semua perusahaan). Panas dari sumber pemanas pihak ketiga ini mengaktifkan siklus ABTH internal, yang memungkinkan Anda mengubah potensi suhu gas buang yang tersedia dan mentransfernya ke lingkungan yang lebih panas.

Hasil

Pendinginan gas buang boiler menggunakan larutan tersebut bisa sangat dalam - hingga 30 dan bahkan 20 °C dari awal 120-130 °C. Panas yang dihasilkan cukup untuk memanaskan air untuk kebutuhan pengolahan air kimia, make-up, penyediaan air panas bahkan jaringan pemanas.

Dalam hal ini penghematan bahan bakar bisa mencapai 5 10%, dan peningkatan efisiensi unit boiler bisa mencapai 2 3%.

Dengan demikian, penerapan teknologi yang dijelaskan memungkinkan penyelesaian beberapa masalah sekaligus. Ini:

• penggunaan panas gas buang yang paling lengkap dan bermanfaat (serta panas laten kondensasi uap air),
• pengurangan emisi NOx dan SOx ke atmosfer,
• memperoleh sumber daya tambahan - air murni (yang dapat digunakan secara bermanfaat di perusahaan mana pun, misalnya, sebagai pasokan untuk jaringan pemanas dan sirkuit air lainnya),
• penghapusan gumpalan asap (hampir tidak terlihat atau hilang sama sekali).

Praktek menunjukkan bahwa kelayakan penggunaan solusi tersebut terutama bergantung pada:

• kemungkinan pemanfaatan panas yang tersedia dari gas buang,
• durasi penggunaan energi panas yang diterima per tahun,
• biaya sumber daya energi di perusahaan,
• adanya kelebihan konsentrasi emisi NOx dan SOx maksimum yang diizinkan (serta beratnya undang-undang lingkungan setempat),
• metode untuk menetralkan kondensat dan pilihan untuk penggunaan lebih lanjut.

Sumber: www.habr.com