Обновување на топлина од димни гасови: екологија со придобивки

Кога се бараат начини за зголемување на ефикасноста на претпријатијата во енергетскиот сектор, како и другите индустриски капацитети кои користат опрема што согорува фосилни горива (пареа, котли за топла вода, процесни печки итн.), прашањето за користење на потенцијалот на димните гасовите не се подигнуваат на прво место.

Во меѓувреме, потпирајќи се на постоечките стандарди за пресметување развиени пред неколку децении и воспоставени стандарди за избор на клучни индикатори за перформанси на таквата опрема, оперативните организации губат пари, буквално ги фрлаат во одводот, истовремено влошувајќи ја еколошката состојба на глобално ниво.

Ако, како командата "Првиот инженер„, мислите дека е погрешно да ја пропуштите можноста да се грижите за животната средина и здравјето на жителите на вашиот град со бенефиции за буџетот на претпријатието, прочитајте ја статијата за тоа како да ги претворите димните гасови во енергетски ресурс.  

Проучување стандарди

Клучниот параметар кој ја одредува ефикасноста на котелската единица е температурата на димните гасови. Топлината изгубена со издувните гасови сочинува значителен дел од сите топлински загуби (заедно со загубите на топлина од хемиско и механичко прегорување на горивото, загуби со физичка топлина од згура, како и истекување на топлина во околината поради надворешно ладење). Овие загуби имаат одлучувачко влијание врз ефикасноста на котелот, намалувајќи ја неговата ефикасност. Така, разбираме дека колку е помала температурата на димните гасови, толку е поголема ефикасноста на котелот.

Оптималната температура на димните гасови за различни видови гориво и работните параметри на котелот се одредува врз основа на технички и економски пресметки во многу рана фаза на неговото создавање. Во исто време, максималната корисна употреба на топлината на издувните гасови традиционално се постигнува со зголемување на големината на конвективните грејни површини, како и со развој на опашки површини - економајзери за вода, регенеративни грејачи на воздух.

Но, дури и покрај воведувањето технологии и опрема за најцелосно обновување на топлината, температурата на димните гасови, според сегашната регулаторна документација, мора да биде во опсегот:

• 120-180 °C за котли на цврсто гориво (во зависност од содржината на влага во горивото и работните параметри на котелот),
• 120-160 °C за котли кои користат мазут (во зависност од содржината на сулфур во него),
• 120-130 °C за котли на природен гас.

Посочените вредности се одредуваат земајќи ги предвид безбедносните фактори на животната средина, но првенствено врз основа на барањата за перформанси и издржливост на опремата.

Така, минималниот праг е поставен на таков начин што ќе го елиминира ризикот од кондензација во конвективниот дел на котелот и понатаму долж каналот (во каналите за чад и оџакот). Меѓутоа, за да се спречи корозија, воопшто не е неопходно да се жртвува топлината, која се ослободува во атмосферата наместо да врши корисна работа.

Корозија. Елиминирајте ги ризиците

Ние не тврдиме дека корозијата е непријатен феномен што може да го загрози безбедното работење на инсталацијата на котелот и значително да го скрати неговиот предвиден век на употреба.

Кога димните гасови се ладат до температурата на точката на росење и подолу, водената пареа се кондензира, заедно со која соединенијата NOx, SOx исто така се претвораат во течна состојба, кои, кога реагираат со вода, формираат киселини кои имаат деструктивен ефект врз внатрешните површини. на котелот. Во зависност од видот на изгореното гориво, температурата на киселинската точка на росење може да варира, како и составот на киселините што се таложат како кондензат. Резултатот, сепак, е ист - корозија.

Издувните гасови на котлите кои работат на природен гас главно се состојат од следниве производи на согорување: водена пареа (H2O), јаглерод диоксид (CO2), јаглерод моноксид (CO) и неизгорени запаливи јаглеводороди CnHm (последниве два се појавуваат при нецелосно согорување на горивото кога режимот на согорување не е прилагоден).

Бидејќи атмосферскиот воздух содржи големо количество азот, меѓу другото, во производите од согорувањето се појавуваат азотни оксиди NO и NO2, колективно наречени NOx, кои имаат штетно влијание врз животната средина и здравјето на луѓето. Кога се комбинираат со вода, азотните оксиди формираат корозивна азотна киселина.

Кога се согоруваат мазутот и јагленот, во производите од согорувањето се појавуваат сулфурни оксиди наречени SOx. Нивното негативно влијание врз животната средина исто така е нашироко истражувано и не е сомнеж. Киселиот кондензат формиран при интеракција со вода предизвикува сулфурна корозија на грејните површини.

Традиционално, температурата на димните гасови, како што е прикажано погоре, се избира на таков начин што ќе ја заштити опремата од киселински врнежи на грејните површини на котелот. Покрај тоа, температурата на гасовите мора да обезбеди кондензација на NOx и SOx надвор од патеката на гасот за да се заштити не само самиот котел, туку и каналите со оџакот од процеси на корозија. Се разбира, постојат одредени стандарди кои ги ограничуваат дозволените концентрации на емисиите на азот и сулфур оксиди, но тоа на ниту еден начин не го негира фактот дека овие производи на согорување се акумулираат во атмосферата на Земјата и паѓаат во форма на киселински врнежи на нејзината површина. .

Сулфурот содржан во мазутот и јагленот, како и внесувањето на неизгорени честички од цврстото гориво (вклучувајќи ја и пепелта) наметнуваат дополнителни услови за прочистување на димните гасови. Употребата на системи за прочистување на гас значително ги зголемува трошоците и сложеноста на процесот на искористување на топлината од димните гасови, што ги прави таквите мерки слабо привлечни од економска гледна точка и честопати практично не профитабилни.

Во некои случаи, локалните власти поставуваат минимална температура на димните гасови на устието на оџакот за да се обезбеди соодветна дисперзија на димните гасови и без столб. Дополнително, некои бизниси може доброволно да усвојат такви практики за да го подобрат својот имиџ, бидејќи пошироката јавност често го толкува присуството на видлив чад како знак за загадување на животната средина, додека отсуството на чад може да се смета како знак за чист производство.

Сето ова води до фактот дека, под одредени временски услови, претпријатијата можат специјално да ги загреваат димните гасови пред да ги испуштат во атмосферата. Иако, разбирајќи го составот на издувните гасови на котелот што работи на природен гас (погоре е дискутирано подетално), станува очигледно дека белиот „чад“ што доаѓа од оџакот (ако режимот на согорување е правилно конфигуриран) е претежно водена пареа формирана како резултат на реакцијата на согорување на природниот гас во котелската печка.

Борбата против корозија бара употреба на материјали кои се отпорни на нејзините негативни ефекти (такви материјали постојат и можат да се користат во инсталации кои користат гас, нафтени продукти, па дури и отпад како гориво), како и организација на собирање, преработка на киселински кондензатот и неговото отстранување.

Технология

Воведувањето на сет мерки за намалување на температурата на димните гасови зад котелот во постоечко претпријатие обезбедува зголемување на ефикасноста на целата инсталација, која ја вклучува котелската единица, користејќи, пред сè, самиот котел (топлината генерирани во него).

Концептот на таквите решенија во суштина се сведува на една работа: во делот на каналот за чад до оџакот е инсталиран разменувач на топлина, кој ја апсорбира топлината на димните гасови со средство за ладење (на пример, вода). Оваа вода може да биде или директно финалната течност за ладење што треба да се загрее, или средно средство што ја пренесува топлината преку дополнителна опрема за размена на топлина во друго коло.

Шематскиот дијаграм е прикажан на сликата:

Добиениот кондензат се собира директно во волуменот на новиот разменувач на топлина, кој е направен од материјали отпорни на корозија. Ова се должи на фактот дека прагот на температурата на точката на росење за влага содржана во волуменот на издувните гасови се надминува токму во внатрешноста на разменувачот на топлина. Така, не се користи само физичката топлина на димните гасови, туку и латентната топлина на кондензација на водената пареа содржана во нив. Самиот апарат мора да биде дизајниран на таков начин што неговиот дизајн не обезбедува прекумерен аеродинамичен отпор и, како резултат на тоа, не ги влошува работните услови на единицата на котелот.

Дизајнот на разменувачот на топлина може да биде или конвенционален рекуперативен разменувач на топлина, каде што преносот на топлина од гасови во течност се случува преку ѕид на поделба, или контактен разменувач на топлина, во кој димните гасови директно доаѓаат во контакт со вода, која се прска со млазници во нивниот тек.

За рекуперативен разменувач на топлина, решавањето на проблемот со киселинскиот кондензат се сведува на организирање на неговото собирање и неутрализација. Во случај на контактен разменувач на топлина, се користи малку поинаков пристап, нешто сличен на периодично чистење на системот за водоснабдување со циркулирачка вода: како што се зголемува киселоста на циркулирачката течност, одредена количина од неа се внесува во резервоарот за складирање, каде што се третира со реагенси со последователно одлагање на водата во системот за одводнување или со нејзино насочување во технолошкиот циклус.

Одредени примени на енергијата на димните гасови може да бидат ограничени поради разликите помеѓу температурата на гасовите и специфичните барања за влезна температура на процесот што троши енергија. Сепак, дури и за такви навидум ќор-сокак ситуации, развиен е пристап кој се потпира на квалитативно нови технологии и опрема.

Со цел да се зголеми ефикасноста на процесот на обновување на топлината од димните гасови, во светската практика се повеќе се користат иновативни решенија базирани на топлински пумпи како клучен елемент на системот. Во одредени индустриски сектори (на пр. биоенергија), ваквите решенија се користат на повеќето котли кои се пуштени во употреба. Дополнителни заштеди во примарните енергетски ресурси во овој случај се постигнуваат преку употреба не на традиционални електрични машини за компресија на пареа, туку на посигурни и технолошки понапредни топлински пумпи со апсорпција на литиум бромид (ABTH), кои бараат топлина наместо електрична енергија за да работат (често ова може да биде неискористена отпадна топлина, која е присутна во изобилство во речиси секое претпријатие). Оваа топлина од извор на греење од трета страна го активира внатрешниот циклус на ABTH, кој ви овозможува да го трансформирате достапниот температурен потенцијал на димните гасови и да го пренесете во позагреани средини.

Резултира

Ладењето на димните гасови од котелот со користење на такви раствори може да биде доста длабоко - до 30, па дури и 20 °C од почетните 120-130 °C. Добиената топлина е сосема доволна за загревање на водата за потребите на хемиски третман на вода, шминка, снабдување со топла вода, па дури и за топлинска мрежа.

Во овој случај, заштедата на гориво може да достигне 5÷10%, а зголемувањето на ефикасноста на единицата на котелот може да достигне 2÷3%.

Така, имплементацијата на опишаната технологија овозможува решавање на неколку проблеми одеднаш. Ова:

• најцелосна и најкорисна употреба на топлината на димните гасови (како и латентната топлина на кондензација на водена пареа),
• намалување на емисиите на NOx и SOx во атмосферата,
• добивање на дополнителен ресурс - прочистена вода (која може корисно да се користи во секое претпријатие, на пример, како храна за мрежи за греење и други кола за вода),
• елиминација на чадот (тоа станува едвај видливо или целосно исчезнува).

Практиката покажува дека изводливоста за користење на такви решенија првенствено зависи од:

• можноста за корисно искористување на достапната топлина од димните гасови,
• времетраење на користење на добиената топлинска енергија годишно,
• трошоците за енергетски ресурси во претпријатието,
• присуство на надминување на максималната дозволена концентрација на емисии за NOx и SOx (како и сериозноста на локалното законодавство за животна средина),
• метод за неутрализирање на кондензатот и опции за негова понатамошна употреба.

Извор: www.habr.com