연도가스 열회수: 이점이 있는 생태학

화석 연료를 연소하는 장비(증기, 온수 보일러, 공정로 등)를 사용하는 기타 산업 시설뿐만 아니라 에너지 부문 기업의 효율성을 높이는 방법을 모색할 때 연도의 잠재력 활용 문제 애초에 가스가 발생하지 않습니다.

한편, 수십 년 전에 개발된 기존 계산 표준과 해당 장비의 핵심 성과 지표를 선택하기 위해 확립된 표준에 의존하면 운영 조직은 돈을 잃고 문자 그대로 돈을 낭비하게 되며 동시에 전 세계적으로 환경 상황을 악화시킵니다.

"라는 명령과 같다면첫 번째 엔지니어“기업 예산에 대한 혜택으로 도시 주민들의 환경과 건강을 돌볼 기회를 놓치는 것이 잘못이라고 생각한다면 연도 가스를 에너지 자원으로 전환하는 방법에 대한 기사를 읽어보세요.  

표준 공부

보일러 장치의 효율을 결정하는 핵심 매개변수는 배기가스의 온도입니다. 배기 가스로 인해 손실된 열은 모든 열 손실의 상당 부분을 차지합니다(연료의 화학적 및 기계적 저연소로 인한 열 손실, 슬래그로 인한 물리적 열 손실, 외부 냉각으로 인한 환경으로의 열 누출과 함께). 이러한 손실은 보일러 효율에 결정적인 영향을 미쳐 효율성을 감소시킵니다. 따라서 우리는 배가스 온도가 낮을수록 보일러의 효율이 높아진다는 것을 이해합니다.

다양한 유형의 연료 및 보일러 작동 매개변수에 대한 최적의 배가스 온도는 생성 초기 단계의 기술 및 경제적 계산을 기반으로 결정됩니다. 동시에, 배기 가스 열의 최대 유용한 사용은 전통적으로 대류 가열 표면의 크기를 늘리고 꼬리 표면(절수기, 재생 공기 히터)을 개발함으로써 달성되었습니다.

그러나 가장 완벽한 열 회수를 위한 기술과 장비의 도입에도 불구하고 현재 규제 문서에 따르면 연도 가스의 온도는 다음 범위 내에 있어야 합니다.

• 고체 연료 보일러의 경우 120-180 °C(연료의 수분 함량과 보일러의 작동 매개변수에 따라 다름),
• 연료유를 사용하는 보일러의 경우 120-160°C(유황 함량에 따라 다름),
• 천연가스 보일러의 경우 120~130°C.

표시된 값은 환경 안전 요소를 고려하여 결정되지만 주로 장비의 성능 및 내구성 요구 사항을 기반으로 합니다.

따라서 최소 임계값은 보일러의 대류 부분과 덕트(연도 및 굴뚝)를 따라 응축의 위험을 제거하는 방식으로 설정됩니다. 그러나 부식을 방지하기 위해 유용한 작업을 수행하는 대신 대기로 방출되는 열을 희생할 필요는 전혀 없습니다.

부식. 위험 제거

우리는 부식이 보일러 설비의 안전한 작동을 위태롭게 하고 예정된 서비스 수명을 크게 단축할 수 있는 불쾌한 현상이라고 주장하지 않습니다.

연도 가스가 이슬점 온도 이하로 냉각되면 수증기 응축이 발생하고 NOx 및 SOx 화합물이 액체 상태로 전환되어 물과 반응하면 내부에 파괴적인 영향을 미치는 산이 형성됩니다. 보일러 표면. 연소되는 연료의 종류에 따라 산 이슬점 온도는 물론 응축수로 침전되는 산의 구성도 달라질 수 있습니다. 그러나 결과는 동일합니다. 즉 부식입니다.

천연 가스로 작동하는 보일러의 배기 가스는 주로 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 및 미연소 가연성 탄화수소 CnHm(후자의 두 개는 다음과 같은 연소 생성물로 구성됩니다. 모드 연소는 조정되지 않습니다).

대기에는 많은 양의 질소가 포함되어 있기 때문에, NOx라고 불리는 질소산화물(NOx)과 NO2가 연소 생성물에 나타나 환경과 인간의 건강에 해로운 영향을 미칩니다. 질소산화물은 물과 결합하면 부식성 질산을 형성합니다.

연료유와 석탄이 연소되면 SOx라는 황산화물이 연소 생성물에 나타납니다. 환경에 대한 부정적인 영향 또한 널리 연구되어 왔으며 의심의 여지가 없습니다. 물과 상호 작용할 때 형성된 산성 응축수는 가열 표면의 황 부식을 유발합니다.

전통적으로, 위에 표시된 것처럼 배기가스 온도는 보일러 가열 표면의 산 침전으로부터 장비를 보호하는 방식으로 선택됩니다. 더욱이, 가스 온도는 보일러 자체뿐만 아니라 굴뚝의 연통도 부식 과정으로부터 보호하기 위해 가스 경로 외부에 NOx 및 SOx의 응축을 보장해야 합니다. 물론 허용되는 질소 및 황산화물 배출 농도를 제한하는 특정 표준이 있지만 이것이 이러한 연소 생성물이 지구 대기에 축적되어 표면에 산성 강수 형태로 떨어진다는 사실을 결코 부정하지 않습니다. .

연료유와 석탄에 함유된 황뿐만 아니라 연소되지 않은 고체 연료 입자(재 포함)의 동반은 연도 가스 정화를 위한 추가 조건을 부과합니다. 가스 정화 시스템을 사용하면 연도 가스의 열을 활용하는 과정의 비용과 복잡성이 크게 증가하므로 이러한 조치는 경제적 관점에서 매력이 떨어지며 실제로 수익성이 떨어지는 경우가 많습니다.

어떤 경우에는 지방 당국이 적절한 연도 가스 분산과 연기 발생을 방지하기 위해 굴뚝 입구의 최소 연도 가스 온도를 설정했습니다. 또한, 일부 기업은 이미지 개선을 위해 자발적으로 그러한 관행을 채택할 수 있습니다. 왜냐하면 일반 대중은 종종 눈에 보이는 연기 기둥의 존재를 환경 오염의 징후로 해석하는 반면 연기 기둥이 없는 것은 깨끗한 환경의 징후로 볼 수 있기 때문입니다. 생산.

이 모든 것은 특정 기상 조건에서 기업이 연도 가스를 대기 중으로 방출하기 전에 특별히 가열할 수 있다는 사실로 이어집니다. 천연 가스로 작동하는 보일러의 배기 가스 구성을 이해하더라도 (위에서 자세히 설명) 굴뚝에서 나오는 흰색 "연기"(연소 모드가 올바르게 구성된 경우)는 대부분 보일러 노에서 천연가스의 연소 반응으로 인해 형성된 수증기.

부식 방지를 위해서는 부정적인 영향에 강한 재료(이러한 재료가 존재하며 가스, 석유 제품 및 폐기물을 연료로 사용하는 시설에 사용할 수 있음)를 사용해야 하며 산성 물질을 수집하고 처리해야 합니다. 응축수 및 그 처리.

Технология

기존 기업에서 보일러 뒤의 연도 가스 온도를 낮추기 위한 일련의 조치를 도입하면 우선 보일러 자체(열)를 사용하여 보일러 장치를 포함한 전체 설치의 효율성이 향상됩니다. 그 안에서 생성됨).

이러한 솔루션의 개념은 본질적으로 한 가지로 요약됩니다. 열 교환기는 굴뚝까지의 연도 부분에 설치되어 냉각 매체(예: 물)로 연도 가스의 열을 흡수합니다. 이 물은 직접 가열해야 하는 최종 냉각수일 수도 있고, 추가 열 교환 장비를 통해 열을 다른 회로로 전달하는 중간 매개체일 수도 있습니다.

개략도가 그림에 나와 있습니다.

생성된 응축수는 부식 방지 재료로 만들어진 새로운 열교환기의 부피에 직접 수집됩니다. 이는 배기 가스에 포함된 수분의 이슬점 온도 임계값이 열교환기 내부에서 정확하게 극복된다는 사실 때문입니다. 따라서, 연도 가스의 물리적 열뿐만 아니라 그 안에 포함된 수증기의 응축 ​​잠열도 유용하게 사용됩니다. 장치 자체는 그 설계가 과도한 공기역학적 저항을 제공하지 않고 결과적으로 보일러 장치의 작동 조건을 악화시키지 않도록 설계되어야 합니다.

열 교환기의 설계는 분리벽을 통해 가스에서 액체로의 열 전달이 일어나는 기존의 회복식 열 교환기 또는 연도 가스가 물과 직접 접촉하여 분사되는 접촉 열 교환기일 수 있습니다. 흐름에 노즐이 있습니다.

회복식 열 교환기의 경우 산성 응축수 문제 해결은 수집 및 중화 구성으로 귀결됩니다. 접촉식 열교환기의 경우 순환수 공급 시스템의 주기적 퍼지와 다소 유사한 약간 다른 접근 방식이 사용됩니다. 즉, 순환하는 액체의 산성도가 증가함에 따라 일정량의 액체가 저장 탱크로 유입됩니다. 물을 배수 시스템으로 처리하거나 기술 주기로 유도하여 시약으로 처리됩니다.

연소가스 에너지의 특정 적용은 가스 온도와 에너지 소비 공정 입구의 특정 온도 요구 사항 간의 차이로 인해 제한될 수 있습니다. 그러나 이렇게 막다른 골목에 있는 것처럼 보이는 상황에서도 질적으로 새로운 기술과 장비에 의존하는 접근 방식이 개발되었습니다.

배가스 열 회수 공정의 효율성을 높이기 위해 히트펌프를 기반으로 한 혁신적인 솔루션이 시스템의 핵심 요소로 세계적으로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 특정 산업 부문(예: 바이오에너지)에서는 이러한 솔루션이 시운전된 대부분의 보일러에 사용됩니다. 이 경우 XNUMX차 에너지 자원의 추가 절약은 전통적인 증기 압축 전기 기계가 아니라 작동하는 데 전기가 아닌 열이 필요한 보다 안정적이고 기술적으로 진보된 흡수 리튬 브로마이드 히트 펌프(ABTH)를 사용하여 달성됩니다. 거의 모든 기업에 풍부하게 존재하는 미사용 폐열일 수 있습니다. 타사 열원에서 발생하는 이 열은 내부 ABTH 사이클을 활성화하여 연도 가스의 사용 가능한 온도 잠재력을 변환하고 이를 더 가열된 환경으로 전달할 수 있습니다.

결과

이러한 솔루션을 사용한 보일러 배기가스 냉각은 초기 30~20°C에서 최대 120°C, 심지어 130°C까지 상당히 깊어질 수 있습니다. 생성된 열은 화학적 수처리, 보충, 온수 공급 및 난방 네트워크에 필요한 물을 가열하기에 충분합니다.

이 경우 연료 절감 효과는 5~10%, 보일러 효율 증가 효과는 2~3%에 달할 수 있습니다.

따라서 설명된 기술을 구현하면 여러 가지 문제를 한 번에 해결할 수 있습니다. 이것:

• 연도 가스 열 (및 수증기 응축 잠열)의 가장 완벽하고 유익한 사용,
• 대기로의 NOx 및 SOx 배출 감소,
• 추가 자원 획득 - 정제수(예를 들어 난방 네트워크 및 기타 수로의 공급원으로 모든 기업에서 유용하게 사용할 수 있음)
• 연기 기둥 제거(거의 눈에 띄지 않거나 완전히 사라짐)

실습에 따르면 이러한 솔루션 사용의 타당성은 주로 다음에 달려 있습니다.

• 연도 가스에서 나오는 열을 유용하게 활용할 가능성,
• 연간 수신된 열 에너지의 사용 기간,
• 기업의 에너지 자원 비용,
• NOx 및 SOx의 최대 허용 배출 농도를 초과하는 존재(및 현지 환경법의 심각성)
• 응축수를 중화하는 방법 및 추가 사용 옵션.

출처 : habr.com