Quando si cercano modi per aumentare l'efficienza delle imprese del settore energetico, così come di altri impianti industriali che utilizzano apparecchiature che bruciano combustibili fossili (vapore, caldaie ad acqua calda, forni di processo, ecc.), la questione dell'utilizzo del potenziale dei gas di scarico è non sollevato in primo luogo.
Nel frattempo, basandosi su standard di calcolo esistenti sviluppati decenni fa e standard stabiliti per la selezione degli indicatori chiave di prestazione di tali apparecchiature, le organizzazioni operative perdono denaro, letteralmente buttandolo in malora, peggiorando contemporaneamente la situazione ambientale su scala globale.
Se, come il comando "“, pensi che sia sbagliato perdere l’occasione di prendersi cura dell’ambiente e della salute degli abitanti della tua città con benefici per il bilancio dell’impresa, leggi l’articolo su come trasformare i gas di scarico in una risorsa energetica.
Studiare gli standard
Il parametro chiave che determina il rendimento di una caldaia è la temperatura dei fumi. Il calore perso con i gas di scarico costituisce una parte significativa di tutte le perdite di calore (insieme alle perdite di calore dovute alla combustione chimica e meccanica del carburante, alle perdite di calore fisico derivanti dalle scorie, nonché alle perdite di calore nell'ambiente dovute al raffreddamento esterno). Queste perdite influiscono in modo decisivo sul rendimento della caldaia, riducendone il rendimento. Pertanto comprendiamo che minore è la temperatura dei fumi, maggiore è l'efficienza della caldaia.
La temperatura ottimale dei fumi per i diversi tipi di combustibile e parametri di funzionamento della caldaia viene determinata sulla base di calcoli tecnici ed economici nella primissima fase della sua creazione. Allo stesso tempo, il massimo utilizzo utile del calore dei gas di scarico si ottiene tradizionalmente aumentando le dimensioni delle superfici di riscaldamento convettivo, nonché lo sviluppo delle superfici di coda: economizzatori d'acqua, riscaldatori d'aria rigenerativi.
Ma nonostante l'introduzione di tecnologie e apparecchiature per il recupero del calore più completo, la temperatura dei fumi, secondo la documentazione normativa vigente, deve essere compresa nell'intervallo:
- 120-180 °C per caldaie a combustibile solido (a seconda del contenuto di umidità del combustibile e dei parametri di funzionamento della caldaia),
- 120-160 °C per caldaie a gasolio (a seconda del contenuto di zolfo in esso contenuto),
- 120-130 °C per caldaie a gas naturale.
I valori indicati sono determinati tenendo conto dei fattori di sicurezza ambientale, ma principalmente in base ai requisiti di prestazione e durata dell'apparecchiatura.
Pertanto, la soglia minima è impostata in modo tale da eliminare il rischio di condensa nella parte convettiva della caldaia e successivamente lungo il condotto (nelle canne fumarie e nel camino). Tuttavia, per prevenire la corrosione non è affatto necessario sacrificare il calore, che viene rilasciato nell’atmosfera invece di svolgere lavoro utile.
Corrosione. Eliminare i rischi
Non sosteniamo che la corrosione sia un fenomeno spiacevole che può mettere a repentaglio il funzionamento sicuro di un impianto di caldaia e ridurne significativamente la durata prevista.
Quando i gas di scarico vengono raffreddati alla temperatura del punto di rugiada e al di sotto, si verifica la condensazione del vapore acqueo, insieme al quale i composti NOx e SOx passano allo stato liquido e, quando reagiscono con l'acqua, formano acidi che hanno un effetto distruttivo sull'interno superfici della caldaia. A seconda del tipo di combustibile bruciato, la temperatura del punto di rugiada acido può variare, così come la composizione degli acidi precipitati come condensa. Il risultato, tuttavia, è lo stesso: corrosione.
I gas di scarico delle caldaie funzionanti a gas naturale sono costituiti principalmente dai seguenti prodotti della combustione: vapore acqueo (H2O), anidride carbonica (CO2), monossido di carbonio (CO) e idrocarburi infiammabili incombusti CnHm (gli ultimi due compaiono durante la combustione incompleta del combustibile quando la modalità combustione non viene regolata).
Poiché l'aria atmosferica contiene una grande quantità di azoto, nei prodotti della combustione compaiono tra le altre cose gli ossidi di azoto NO e NO2, collettivamente chiamati NOx, che hanno un effetto dannoso sull'ambiente e sulla salute umana. Se combinati con l'acqua, gli ossidi di azoto formano acido nitrico corrosivo.
Quando si bruciano olio combustibile e carbone, nei prodotti della combustione compaiono ossidi di zolfo chiamati SOx. Anche il loro impatto negativo sull’ambiente è stato ampiamente studiato e non vi sono dubbi. La condensa acida che si forma durante l'interazione con l'acqua provoca la corrosione da zolfo delle superfici riscaldanti.
Tradizionalmente la temperatura dei fumi, come sopra riportato, viene scelta in modo tale da proteggere l'apparecchio dalle precipitazioni acide sulle superfici scaldanti della caldaia. Inoltre la temperatura dei gas deve garantire la condensazione di NOx e SOx all'esterno del percorso del gas in modo da proteggere non solo la caldaia stessa, ma anche le canne fumarie con il camino da processi di corrosione. Naturalmente, esistono alcune norme che limitano le concentrazioni ammissibili di emissioni di ossidi di azoto e di zolfo, ma ciò non nega in alcun modo il fatto che questi prodotti della combustione si accumulano nell'atmosfera terrestre e cadono sotto forma di precipitazioni acide sulla sua superficie .
Lo zolfo contenuto nell'olio combustibile e nel carbone, nonché il trascinamento di particelle incombuste di combustibile solido (comprese le ceneri) impongono condizioni aggiuntive per la purificazione dei gas di combustione. L'uso di sistemi di purificazione del gas aumenta significativamente il costo e la complessità del processo di utilizzo del calore dei gas di scarico, rendendo tali misure poco attraenti dal punto di vista economico e spesso praticamente non redditizie.
In alcuni casi, le autorità locali fissano una temperatura minima dei fumi all'imbocco del camino per garantire un'adeguata dispersione dei fumi e l'assenza di pennacchi. Inoltre, alcune aziende potrebbero adottare volontariamente tali pratiche per migliorare la propria immagine, poiché il grande pubblico spesso interpreta la presenza di una colonna di fumo visibile come un segno di inquinamento ambientale, mentre l'assenza di una colonna di fumo può essere vista come un segno di pulizia. produzione.
Tutto ciò porta al fatto che, in determinate condizioni meteorologiche, le imprese possono riscaldare appositamente i gas di scarico prima di rilasciarli nell'atmosfera. Tuttavia, comprendendo la composizione dei gas di scarico di una caldaia funzionante a gas naturale (è discusso in dettaglio sopra), diventa ovvio che il “fumo” bianco che esce dal camino (se la modalità di combustione è configurata correttamente) è per lo più vapore acqueo formatosi a seguito della reazione di combustione del gas naturale nel forno della caldaia.
La lotta contro la corrosione richiede l'uso di materiali resistenti ai suoi effetti negativi (tali materiali esistono e possono essere utilizzati in impianti che utilizzano gas, prodotti petroliferi e persino rifiuti come combustibile), nonché l'organizzazione della raccolta, del trattamento degli acidi condensa e suo smaltimento.
Технология
L'introduzione di una serie di misure per ridurre la temperatura dei gas di scarico dietro la caldaia in un'impresa esistente garantisce un aumento dell'efficienza dell'intero impianto, che comprende la caldaia, utilizzando, innanzitutto, la caldaia stessa (il calore generato in esso).
Il concetto di tali soluzioni si riduce essenzialmente a una cosa: nel tratto della canna fumaria fino al camino è installato uno scambiatore di calore che assorbe il calore dei fumi con un mezzo di raffreddamento (ad esempio acqua). Quest'acqua può essere direttamente il liquido di raffreddamento finale che deve essere riscaldato o un agente intermedio che trasferisce il calore attraverso un'ulteriore apparecchiatura di scambio termico a un altro circuito.
Lo schema schematico è mostrato in figura:
La condensa risultante viene raccolta direttamente nel volume del nuovo scambiatore di calore, realizzato con materiali resistenti alla corrosione. Ciò è dovuto al fatto che la soglia della temperatura di rugiada per l'umidità contenuta nel volume dei gas di scarico viene superata proprio all'interno dello scambiatore di calore. In questo modo viene utilmente utilizzato non solo il calore fisico dei fumi, ma anche il calore latente di condensazione del vapore acqueo in essi contenuto. L'apparecchio stesso deve essere progettato in modo tale che la sua progettazione non offra un'eccessiva resistenza aerodinamica e, di conseguenza, deteriori le condizioni di funzionamento della caldaia.
La struttura dello scambiatore di calore può essere uno scambiatore di calore recuperativo convenzionale, in cui il trasferimento di calore dal gas al liquido avviene attraverso una parete divisoria, o uno scambiatore di calore a contatto, in cui i gas di scarico entrano direttamente in contatto con l'acqua, che viene spruzzata da ugelli nel loro flusso.
Per uno scambiatore di calore recuperativo, risolvere il problema della condensa acida si riduce all'organizzazione della sua raccolta e neutralizzazione. Nel caso di uno scambiatore di calore a contatto viene utilizzato un approccio leggermente diverso, in qualche modo simile allo spurgo periodico del sistema di approvvigionamento idrico circolante: all'aumentare dell'acidità del liquido circolante, una certa quantità di esso viene aspirata nel serbatoio di accumulo, dove viene trattato con reagenti con successivo smaltimento dell'acqua nella rete fognaria, oppure indirizzandola nel ciclo tecnologico.
Alcune applicazioni dell'energia dei gas di combustione possono essere limitate a causa delle differenze tra la temperatura dei gas e i requisiti di temperatura specifici all'ingresso del processo che consuma energia. Tuttavia, anche per situazioni apparentemente senza uscita, è stato sviluppato un approccio che si basa su tecnologie e attrezzature qualitativamente nuove.
Al fine di aumentare l'efficienza del processo di recupero del calore dei fumi, nella pratica mondiale vengono sempre più utilizzate soluzioni innovative basate su pompe di calore come elemento chiave del sistema. In alcuni settori industriali (es. bioenergia), tali soluzioni vengono utilizzate sulla maggior parte delle caldaie messe in servizio. Ulteriori risparmi in risorse energetiche primarie in questo caso si ottengono attraverso l’uso non delle tradizionali macchine elettriche a compressione di vapore, ma di pompe di calore ad assorbimento al bromuro di litio (ABTH) più affidabili e tecnologicamente avanzate, che richiedono calore anziché elettricità per funzionare (spesso questo può essere calore di scarto inutilizzato, presente in abbondanza in quasi tutte le imprese). Questo calore proveniente da una fonte termica terza attiva il ciclo interno ABTH, che consente di trasformare il potenziale di temperatura disponibile dei fumi e trasferirlo in ambienti più riscaldati.
risultato
Il raffreddamento dei gas di combustione delle caldaie utilizzando tali soluzioni può essere piuttosto profondo, fino a 30 e persino 20 °C rispetto ai 120-130 °C iniziali. Il calore risultante è sufficiente per riscaldare l'acqua per le esigenze di trattamento chimico dell'acqua, reintegro, fornitura di acqua calda e persino per la rete di riscaldamento.
In questo caso il risparmio di combustibile può arrivare al 5÷10%, mentre l'aumento del rendimento della caldaia può arrivare al 2÷3%.
Pertanto, l'implementazione della tecnologia descritta consente di risolvere diversi problemi contemporaneamente. Questo:
- l'utilizzo più completo e vantaggioso del calore dei fumi (nonché del calore latente di condensazione del vapore acqueo),
- riduzione delle emissioni di NOx e SOx in atmosfera,
- ottenere una risorsa aggiuntiva: acqua purificata (che può essere utilmente utilizzata in qualsiasi impresa, ad esempio, come alimentazione per reti di riscaldamento e altri circuiti idrici),
- eliminazione della colonna di fumo (diventa appena visibile o scompare del tutto).
La pratica dimostra che la fattibilità dell’utilizzo di tali soluzioni dipende principalmente da:
- la possibilità di utilizzo utile del calore disponibile dai gas di scarico,
- durata di utilizzo dell'energia termica ricevuta all'anno,
- il costo delle risorse energetiche nell’impresa,
- la presenza del superamento della concentrazione massima consentita di emissioni di NOx e SOx (nonché la severità della legislazione ambientale locale),
- un metodo per neutralizzare la condensa e opzioni per il suo ulteriore utilizzo.
Fonte: habr.com