שחזור חום גז פליטה: אקולוגיה עם יתרונות

כאשר מחפשים דרכים להגביר את היעילות של מפעלים בענף האנרגיה, כמו גם מתקנים תעשייתיים אחרים המשתמשים בציוד השורף דלקים מאובנים (קיטור, דודי מים חמים, תנורי תהליכים וכו'), נושא ניצול פוטנציאל הגזייה. גזים לא מועלים מלכתחילה.

בינתיים, בהסתמך על תקני חישוב קיימים שפותחו לפני עשרות שנים וקבעו תקנים לבחירת מדדי ביצועים מרכזיים של ציוד כזה, ארגונים מפעילים מפסידים כסף, ממש זורקים אותם לטמיון, ובמקביל מחמירים את המצב הסביבתי בקנה מידה עולמי.

אם, כמו הפקודה "מהנדס ראשון", אתה חושב שזה לא נכון להחמיץ את ההזדמנות לדאוג לאיכות הסביבה ולבריאות של תושבי העיר שלך עם הטבות לתקציב המיזם, קרא את המאמר כיצד להפוך גזי פליטה למשאב אנרגיה.  

לימוד סטנדרטים

הפרמטר המרכזי שקובע את יעילות יחידת הדוד הוא הטמפרטורה של גזי הפליטה. החום שאבד עם גזי הפליטה מהווה חלק ניכר מכלל הפסדי החום (לצד הפסדי חום מתת שריפה כימית ומכאנית של דלק, הפסדים עם חום פיזי מסיגים, וכן נזילות חום לסביבה עקב קירור חיצוני). להפסדים אלה יש השפעה מכרעת על יעילות הדוד, ומפחיתים את יעילותו. לפיכך, אנו מבינים שככל שטמפרטורת גז הפליטה נמוכה יותר, כך יעילות הדוד גבוהה יותר.

טמפרטורת גז הפליטה האופטימלית עבור סוגים שונים של דלק ופרמטרים תפעוליים של הדוד נקבעת על בסיס חישובים טכניים וכלכליים בשלב מוקדם מאוד של יצירתו. במקביל, השימוש השימושי המרבי בחום גזי הפליטה מושג באופן מסורתי על ידי הגדלת גודלם של משטחי חימום הסעה, כמו גם פיתוח משטחי זנב - חסכוני מים, מחממי אוויר רגנרטיביים.

אבל למרות כניסת טכנולוגיות וציוד להתאוששות החום המלאה ביותר, הטמפרטורה של גזי הפליטה, על פי תיעוד רגולטורי עדכני, חייבת להיות בטווח:

• 120-180 מעלות צלזיוס עבור דודי דלק מוצק (בהתאם לתכולת הלחות של הדלק ופרמטרי הפעולה של הדוד),
• 120-160 מעלות צלזיוס עבור דוודים המשתמשים במזוט (בהתאם לתכולת הגופרית בו),
• 120-130 מעלות צלזיוס לדודי גז טבעי.

הערכים המצוינים נקבעים תוך התחשבות בגורמי בטיחות סביבתיים, אך בעיקר על סמך הדרישות לביצועים ועמידות הציוד.

לפיכך, סף המינימום נקבע באופן שיבטל את הסיכון של עיבוי בחלק ההסעה של הדוד ובהמשך לאורך התעלה (בצינורות והארובה). עם זאת, כדי למנוע קורוזיה אין צורך בכלל להקריב חום, המשתחרר לאטמוספירה במקום לעשות עבודה מועילה.

קורוזיה. הסר סיכונים

איננו טוענים כי קורוזיה היא תופעה לא נעימה שעלולה לסכן את הפעולה הבטוחה של התקנת הדוד ולקצר משמעותית את חיי השירות המיועדים לה.

כאשר גזי הפליטה מקוררים לטמפרטורת נקודת הטל ומטה, מתעבים אדי מים, יחד איתם הופכות גם תרכובות NOx, SOx למצב נוזלי, אשר בעת תגובה עם מים יוצרות חומצות בעלות השפעה הרסנית על המשטחים הפנימיים. של הדוד. בהתאם לסוג הדלק הנשרף, טמפרטורת נקודת הטל החומצית עשויה להשתנות, כמו גם הרכב החומצות המושקעות כעיבוי. התוצאה, לעומת זאת, זהה - קורוזיה.

גזי הפליטה של ​​דוודים הפועלים על גז טבעי מורכבים בעיקר ממוצרי הבעירה הבאים: אדי מים (H2O), פחמן דו חמצני (CO2), פחמן חד חמצני (CO) ופחמימנים דליקים לא שרופים CnHm (שני האחרונים מופיעים במהלך שריפה לא מלאה של דלק כאשר מצב הבעירה אינו מותאם).

מכיוון שאוויר אטמוספרי מכיל כמות גדולה של חנקן, בין היתר, מופיעות תחמוצות חנקן NO ו-NO2, הנקראות ביחד NOx, במוצרי בעירה, המשפיעים לרעה על הסביבה ועל בריאות האדם. בשילוב עם מים, תחמוצות חנקן יוצרות חומצה חנקתית קורוזיבית.

כאשר שורפים מזוט ופחם, מופיעות תחמוצות גופרית הנקראות SOx בתוצרי הבעירה. גם השפעתם השלילית על הסביבה נחקרה בהרחבה ואינה מוטלת בספק. הקונדנסט החומצי הנוצר בעת אינטראקציה עם מים גורם לקורוזיה גופריתית של משטחי חימום.

באופן מסורתי, טמפרטורת גז הפליטה, כפי שמוצג לעיל, נבחרת בצורה כזו שתגן על הציוד מפני משקעים חומציים על משטחי החימום של הדוד. יתרה מכך, טמפרטורת הגזים חייבת להבטיח עיבוי של NOx ו-SOx מחוץ לנתיב הגז על מנת להגן לא רק על הדוד עצמו, אלא גם על הצינורות עם הארובה מפני תהליכי קורוזיה. כמובן, ישנם תקנים מסוימים המגבילים את הריכוזים המותרים של פליטת תחמוצות חנקן וגופרית, אבל זה לא שולל בשום אופן את העובדה שמוצרי בעירה אלו מצטברים באטמוספירה של כדור הארץ ונושרים בצורה של משקעים חומציים על פניו. .

הגופרית הכלולה במזוט ובפחם, כמו גם הסחף של חלקיקים לא שרופים של דלק מוצק (כולל אפר) מציבים תנאים נוספים לטיהור גזי הפליטה. השימוש במערכות טיהור גז מגדיל באופן משמעותי את העלות והמורכבות של תהליך ניצול החום מגזי הפליטה, מה שהופך אמצעים כאלה לאטרקטיביים מנקודת מבט כלכלית, ולעתים קרובות כמעט בלתי רווחיים.

במקרים מסוימים, הרשויות המקומיות קובעות טמפרטורת גזי פליטה מינימלית בפתח הערימה כדי להבטיח פיזור נאות של גזי הפליטה וללא פלומה. בנוסף, עסקים מסוימים עשויים לאמץ מרצונם שיטות כאלה כדי לשפר את תדמיתם, מכיוון שהציבור הרחב מפרש לעתים קרובות את נוכחותה של פלומת עשן גלויה כסימן לזיהום סביבתי, בעוד שהיעדר פלומת עשן עשוי להיראות כסימן של נקיון. הפקה.

כל זה מוביל לעובדה שבתנאי מזג אוויר מסוימים, ארגונים יכולים לחמם במיוחד גזי פליטה לפני שחרורם לאטמוספירה. אמנם, הבנת הרכב גזי הפליטה של ​​דוד הפועל על גז טבעי (נדון בהרחבה לעיל), ברור שה"עשן" הלבן שמגיע מהארובה (אם מצב הבעירה מוגדר נכון) הוא בעיקרו אדי מים נוצרים כתוצאה מתגובת הבעירה של גז טבעי בתנור הדוד.

המאבק בקורוזיה מצריך שימוש בחומרים עמידים להשפעותיה השליליות (חומרים כאלה קיימים וניתן להשתמש בהם במתקנים המשתמשים בגז, מוצרי נפט ואפילו פסולת כדלק), וכן ארגון איסוף, עיבוד של חומציות. עיבוי וסילוקו.

Технология

הכנסת מערך אמצעים להפחתת טמפרטורת גזי הפליטה מאחורי הדוד במפעל קיים מבטיחה עלייה ביעילות של המתקן כולו, הכולל את יחידת הדוד, תוך שימוש קודם כל בדוד עצמו (החום). שנוצר בו).

הרעיון של פתרונות כאלה מסתכם בעצם בדבר אחד: בקטע של הארובה עד הארובה מותקן מחליף חום, אשר סופג את חום גזי הפליטה באמצעות מצע קירור (למשל מים). מים אלה יכולים להיות ישירות נוזל הקירור הסופי שצריך לחמם, או סוכן ביניים המעביר חום דרך ציוד חילופי חום נוסף למעגל אחר.

התרשים הסכמטי מוצג באיור:

הקונדנסט שנוצר נאסף ישירות בנפח מחליף החום החדש, העשוי מחומרים עמידים בפני קורוזיה. זאת בשל העובדה שסף טמפרטורת נקודת הטל ללחות הכלול בנפח גזי הפליטה מתגבר בדיוק בתוך מחליף החום. לפיכך, לא רק החום הפיזי של גזי הפליטה נעשה שימוש מועיל, אלא גם החום הסמוי של עיבוי אדי המים הכלולים בהם. המנגנון עצמו חייב להיות מתוכנן בצורה כזו שהעיצוב שלו לא יספק התנגדות אווירודינמית מוגזמת וכתוצאה מכך ידרדר את תנאי ההפעלה של יחידת הדוד.

העיצוב של מחליף החום יכול להיות מחליף חום שחזור קונבנציונלי, שבו העברת חום מגזים לנוזל מתרחשת דרך קיר מפריד, או מחליף חום מגע, שבו גזי הפליטה באים ישירות במגע עם מים, אשר מותזים על ידי חרירים בזרימתם.

עבור מחליף חום מתאושש, פתרון הבעיה של עיבוי חומצה מסתכם בארגון איסוף וניטרולו. במקרה של מחליף חום מגע, נעשה שימוש בגישה מעט שונה, הדומה במקצת לטיהור תקופתי של מערכת אספקת המים במחזור: כאשר החומציות של הנוזל במחזור עולה, כמות מסוימת שלו נלקחת למיכל האגירה, שם הוא מטופל עם ריאגנטים עם סילוק לאחר מכן של מים למערכת הניקוז, או על ידי הפנייתם ​​למחזור הטכנולוגי.

יישומים מסוימים של אנרגיית גז הפליטה עשויים להיות מוגבלים עקב הבדלים בין טמפרטורת הגזים לדרישות הטמפרטורה הספציפיות בכניסה של התהליך הצורך אנרגיה. עם זאת, אפילו במצבים כאלה שנראים ללא מוצא, פותחה גישה הנשענת על טכנולוגיות וציוד איכותיים חדשים.

על מנת להגביר את היעילות של תהליך שחזור החום של גז הפליטה, פתרונות חדשניים המבוססים על משאבות חום נמצאים בשימוש יותר ויותר בפרקטיקה העולמית כמרכיב מרכזי של המערכת. במגזרים תעשייתיים מסוימים (למשל ביו-אנרגיה), פתרונות כאלה משמשים ברוב הדוודים המוזמנים. חיסכון נוסף במשאבי אנרגיה ראשוניים במקרה זה מושג על ידי שימוש לא במכונות חשמליות מסורתיות לדחיסת אדים, אלא במשאבות חום ליטיום ברומיד ספיגה אמינות ומתקדמות יותר מבחינה טכנולוגית (ABTH), הדורשות חום ולא חשמל כדי לפעול (לעתים קרובות זה עשוי להיות פסולת חום לא בשימוש, הקיים בשפע כמעט בכל מפעל). חום זה ממקור חימום של צד שלישי מפעיל את מחזור ה-ABTH הפנימי, המאפשר להפוך את פוטנציאל הטמפרטורה הזמין של גזי הפליטה ולהעבירו לסביבות מחוממות יותר.

תוצאה

קירור גזי הפליטה של ​​הדוד באמצעות פתרונות כאלה יכול להיות עמוק למדי - עד 30 ואפילו 20 מעלות צלזיוס מה-120-130 מעלות צלזיוס הראשונית. החום המתקבל מספיק לחימום מים לצרכי טיפול במים כימיים, איפור, אספקת מים חמים ואפילו רשת החימום.

במקרה זה, החיסכון בדלק יכול להגיע ל-5÷10%, ועלייה ביעילות יחידת הדוד יכולה להגיע ל-2÷3%.

לפיכך, יישום הטכנולוגיה המתוארת מאפשר פתרון מספר בעיות בבת אחת. זֶה:

• השימוש השלם והמועיל ביותר בחום של גזי הפליטה (כמו גם בחום הסמוי של עיבוי אדי מים),
• הפחתת פליטת NOx ו-SOx לאטמוספירה,
• השגת משאב נוסף - מים מטוהרים (שיכולים לשמש באופן מועיל בכל מפעל, למשל, כהזנה לרשתות חימום ומעגלי מים אחרים),
• חיסול פלומת העשן (היא נראית בקושי או נעלמת לחלוטין).

התרגול מראה שהיתכנות השימוש בפתרונות כאלה תלויה בעיקר ב:

• האפשרות לניצול שימושי של החום הזמין מגזי הפליטה,
• משך השימוש באנרגיה התרמית המתקבלת בשנה,
• עלות משאבי האנרגיה בארגון,
• הנוכחות של חריגה מהריכוז המרבי המותר של פליטות עבור NOx ו-SOx (כמו גם את חומרת החקיקה הסביבתית המקומית),
• שיטה לנטרול קונדנסט ואפשרויות לשימוש נוסף בו.

מקור: www.habr.com