Bij het zoeken naar manieren om de efficiëntie van ondernemingen in de energiesector te vergroten, evenals van andere industriële faciliteiten die apparatuur gebruiken die fossiele brandstoffen verbrandt (stoomketels, warmwaterketels, procesovens, enz.), is de kwestie van het benutten van het potentieel van rookgasafvoer Er worden in de eerste plaats geen gassen opgewekt.
Ondertussen verliezen operationele organisaties, door te vertrouwen op bestaande berekeningsstandaarden die tientallen jaren geleden zijn ontwikkeld en gevestigde standaarden voor het selecteren van belangrijke prestatie-indicatoren van dergelijke apparatuur, geld en gooien ze dit letterlijk in de put, terwijl ze tegelijkertijd de milieusituatie op wereldschaal verslechteren.
Als, zoals het commando "“Als je denkt dat het verkeerd is om de kans te missen om voor het milieu en de gezondheid van de inwoners van je stad te zorgen, met voordelen voor het bedrijfsbudget, lees dan het artikel over hoe je rookgassen in een energiebron kunt veranderen.
Normen bestuderen
De belangrijkste parameter die het rendement van een ketelunit bepaalt, is de temperatuur van de rookgassen. De warmte die verloren gaat door uitlaatgassen vormt een aanzienlijk deel van alle warmteverliezen (samen met warmteverliezen door chemische en mechanische onderverbranding van brandstof, verliezen door fysieke warmte door slakken, evenals warmtelekken in de omgeving als gevolg van externe koeling). Deze verliezen hebben een beslissende invloed op het rendement van de ketel, waardoor het rendement ervan afneemt. We begrijpen dus dat hoe lager de rookgastemperatuur, hoe hoger het rendement van de ketel.
De optimale rookgastemperatuur voor verschillende soorten brandstof en bedrijfsparameters van de ketel worden bepaald op basis van technische en economische berekeningen in een zeer vroeg stadium van de creatie ervan. Tegelijkertijd wordt het maximale nuttige gebruik van uitlaatgaswarmte traditioneel bereikt door de omvang van convectieve verwarmingsoppervlakken te vergroten, evenals de ontwikkeling van staartoppervlakken - watereconomisers, regeneratieve luchtverwarmers.
Maar ondanks de introductie van technologieën en apparatuur voor de meest complete warmteterugwinning moet de temperatuur van de rookgassen volgens de huidige regelgevingsdocumentatie binnen het bereik liggen van:
- 120-180 °C voor ketels met vaste brandstoffen (afhankelijk van het vochtgehalte van de brandstof en de bedrijfsparameters van de ketel),
- 120-160 °C voor ketels die stookolie gebruiken (afhankelijk van het zwavelgehalte daarin),
- 120-130 °C voor aardgasketels.
De aangegeven waarden worden bepaald rekening houdend met milieuveiligheidsfactoren, maar in de eerste plaats op basis van de vereisten voor de prestaties en duurzaamheid van de apparatuur.
De minimumdrempel wordt dus zo ingesteld dat het risico op condensatie in het convectieve deel van de ketel en verder langs het kanaal (in de rookkanalen en de schoorsteen) wordt geëlimineerd. Om corrosie te voorkomen is het echter helemaal niet nodig om warmte op te offeren, die vrijkomt in de atmosfeer in plaats van nuttig werk te doen.
Corrosie. Elimineer risico's
Wij beweren niet dat corrosie een onaangenaam fenomeen is dat de veilige werking van een ketelinstallatie in gevaar kan brengen en de beoogde levensduur ervan aanzienlijk kan verkorten.
Wanneer de rookgassen worden afgekoeld tot de dauwpunttemperatuur en lager, vindt condensatie van waterdamp plaats, waarbij NOx- en SOx-verbindingen in vloeibare toestand overgaan, die bij reactie met water zuren vormen die een destructief effect hebben op de interne luchtwegen. oppervlakken van de ketel. Afhankelijk van het type brandstof dat wordt verbrand, kan de zuurdauwpunttemperatuur variëren, evenals de samenstelling van de als condensaat neergeslagen zuren. Het resultaat is echter hetzelfde: corrosie.
De uitlaatgassen van ketels op aardgas bestaan hoofdzakelijk uit de volgende verbrandingsproducten: waterdamp (H2O), kooldioxide (CO2), koolmonoxide (CO) en onverbrande brandbare koolwaterstoffen CnHm (deze laatste twee verschijnen bij onvolledige verbranding van brandstof bij de verbrandingsmodus wordt niet aangepast).
Omdat de atmosferische lucht onder andere een grote hoeveelheid stikstof bevat, verschijnen in verbrandingsproducten de stikstofoxiden NO en NO2, gezamenlijk NOx genoemd, die een schadelijk effect hebben op het milieu en de menselijke gezondheid. In combinatie met water vormen stikstofoxiden corrosief salpeterzuur.
Wanneer stookolie en steenkool worden verbrand, verschijnen zwaveloxiden, SOx genaamd, in de verbrandingsproducten. Hun negatieve impact op het milieu is ook uitgebreid onderzocht en er bestaat geen twijfel over. Het zure condensaat dat wordt gevormd bij interactie met water veroorzaakt zwavelcorrosie van verwarmingsoppervlakken.
Traditioneel wordt de rookgastemperatuur, zoals hierboven weergegeven, zodanig gekozen dat de apparatuur wordt beschermd tegen zure neerslag op de verwarmingsoppervlakken van de ketel. Bovendien moet de temperatuur van de gassen zorgen voor condensatie van NOx en SOx buiten het gastraject om niet alleen de ketel zelf, maar ook de rookkanalen met de schoorsteen te beschermen tegen corrosieprocessen. Natuurlijk zijn er bepaalde normen die de toegestane concentraties van emissies van stikstof- en zwaveloxiden beperken, maar dit neemt op geen enkele manier het feit weg dat deze verbrandingsproducten zich ophopen in de atmosfeer van de aarde en in de vorm van zure neerslag op het oppervlak terechtkomen. .
De zwavel in stookolie en steenkool, evenals het meesleuren van onverbrande deeltjes vaste brandstof (inclusief as), stellen aanvullende voorwaarden voor de zuivering van rookgassen. Het gebruik van gaszuiveringssystemen verhoogt de kosten en complexiteit van het proces van het benutten van warmte uit rookgassen aanzienlijk, waardoor dergelijke maatregelen vanuit economisch oogpunt weinig aantrekkelijk en vaak praktisch niet winstgevend zijn.
In sommige gevallen stellen lokale autoriteiten een minimale rookgastemperatuur vast aan de monding van de schoorsteen om te zorgen voor voldoende rookgasverspreiding en geen pluim. Bovendien kunnen sommige bedrijven dergelijke praktijken vrijwillig overnemen om hun imago te verbeteren, aangezien het grote publiek de aanwezigheid van een zichtbare rookpluim vaak interpreteert als een teken van milieuvervuiling, terwijl de afwezigheid van een rookpluim kan worden gezien als een teken van schone lucht. productie.
Dit alles leidt ertoe dat bedrijven onder bepaalde weersomstandigheden rookgassen speciaal kunnen verwarmen voordat ze in de atmosfeer terechtkomen. Hoewel het begrijpen van de samenstelling van de uitlaatgassen van een ketel die op aardgas werkt (het wordt hierboven in detail besproken), wordt het duidelijk dat de witte “rook” die uit de schoorsteen komt (als de verbrandingsmodus correct is geconfigureerd) grotendeels waterdamp gevormd als gevolg van de verbrandingsreactie van aardgas in de keteloven.
De strijd tegen corrosie vereist het gebruik van materialen die bestand zijn tegen de negatieve effecten ervan (dergelijke materialen bestaan en kunnen worden gebruikt in installaties die gas, aardolieproducten en zelfs afval als brandstof gebruiken), evenals de organisatie van de inzameling en verwerking van zuurhoudende stoffen. condensaat en de afvoer ervan.
Технология
De introductie van een reeks maatregelen om de temperatuur van de rookgassen achter de ketel bij een bestaand bedrijf te verlagen, zorgt voor een verhoging van het rendement van de gehele installatie, inclusief de keteleenheid, waarbij in de eerste plaats gebruik wordt gemaakt van de ketel zelf (de warmtebron). daarin gegenereerd).
Het concept van dergelijke oplossingen komt in wezen op één ding neer: in het gedeelte van het rookkanaal tot aan de schoorsteen wordt een warmtewisselaar geïnstalleerd, die de warmte van de rookgassen absorbeert met een koelmedium (bijvoorbeeld water). Dit water kan rechtstreeks het laatste koelmiddel zijn dat moet worden verwarmd, of een tussenproduct dat warmte via extra warmtewisselingsapparatuur naar een ander circuit overbrengt.
Het schematische diagram wordt weergegeven in de figuur:
Het resulterende condensaat wordt direct opgevangen in het volume van de nieuwe warmtewisselaar, die is gemaakt van corrosiebestendige materialen. Dit komt door het feit dat de dauwpunttemperatuurdrempel voor vocht in het volume uitlaatgassen precies in de warmtewisselaar wordt overschreden. Zo wordt niet alleen de fysieke warmte van de rookgassen nuttig gebruikt, maar ook de latente condensatiewarmte van de daarin aanwezige waterdamp. Het apparaat zelf moet zo worden ontworpen dat het ontwerp ervan geen overmatige aerodynamische weerstand biedt en als gevolg daarvan de bedrijfsomstandigheden van de keteleenheid verslechtert.
Het ontwerp van de warmtewisselaar kan een conventionele recuperatieve warmtewisselaar zijn, waarbij warmteoverdracht van gassen naar vloeistof plaatsvindt via een scheidingswand, of een contactwarmtewisselaar, waarbij de rookgassen direct in contact komen met water, dat wordt versproeid door sproeiers in hun stroom.
Voor een recuperatieve warmtewisselaar komt het oplossen van het probleem van zuurcondensaat neer op het organiseren van de opvang en neutralisatie ervan. In het geval van een contactwarmtewisselaar wordt een iets andere aanpak gebruikt, enigszins vergelijkbaar met het periodiek spoelen van het circulerende watertoevoersysteem: naarmate de zuurgraad van de circulerende vloeistof toeneemt, wordt een bepaalde hoeveelheid ervan in de opslagtank gebracht, waar het wordt behandeld met reagentia, waarna het water in het afvoersysteem wordt geloosd, of door het in de technologische cyclus te sturen.
Bepaalde toepassingen van rookgasenergie kunnen beperkt zijn vanwege verschillen tussen de temperatuur van de gassen en de specifieke temperatuurvereisten aan de inlaat van het energieverbruikende proces. Maar zelfs voor zulke ogenschijnlijk doodlopende situaties is er een aanpak ontwikkeld die steunt op kwalitatief nieuwe technologieën en apparatuur.
Om de efficiëntie van het rookgaswarmteterugwinningsproces te vergroten, worden innovatieve oplossingen op basis van warmtepompen in de wereldpraktijk steeds vaker gebruikt als sleutelelement van het systeem. In bepaalde industriële sectoren (bijvoorbeeld bio-energie) worden dergelijke oplossingen gebruikt bij de meeste ketels die in gebruik worden genomen. Extra besparingen op de primaire energiebronnen worden in dit geval bereikt door niet het gebruik van traditionele elektrische machines met dampcompressie, maar van betrouwbaardere en technologisch geavanceerdere absorptie-lithiumbromide-warmtepompen (ABTH), die voor hun werking warmte nodig hebben in plaats van elektriciteit (vaak is dit kan ongebruikte restwarmte zijn, die in vrijwel elk bedrijf in overvloed aanwezig is). Deze warmte van een externe verwarmingsbron activeert de interne ABTH-cyclus, waardoor u het beschikbare temperatuurpotentieel van de rookgassen kunt transformeren en naar meer verwarmde omgevingen kunt overbrengen.
Resultaat
Het koelen van de rookgassen van ketels met behulp van dergelijke oplossingen kan behoorlijk diep zijn - tot 30 en zelfs 20 °C vanaf de aanvankelijke 120-130 °C. De resulterende warmte is voldoende om water te verwarmen voor de behoeften van chemische waterbehandeling, suppletie, warmwatervoorziening en zelfs het verwarmingsnetwerk.
In dit geval kan de brandstofbesparing 5 tot 10% bedragen en kan een verhoging van de efficiëntie van de keteleenheid 2 tot 3% bereiken.
De implementatie van de beschreven technologie maakt het dus mogelijk om meerdere problemen tegelijk op te lossen. Dit:
- het meest volledige en nuttige gebruik van de warmte van rookgassen (evenals de latente condensatiewarmte van waterdamp),
- vermindering van NOx- en SOx-emissies in de atmosfeer,
- het verkrijgen van een extra hulpbron - gezuiverd water (dat in elke onderneming nuttig kan worden gebruikt, bijvoorbeeld als voeding voor verwarmingsnetwerken en andere watercircuits),
- eliminatie van de rookpluim (deze wordt nauwelijks zichtbaar of verdwijnt volledig).
De praktijk leert dat de haalbaarheid van het gebruik van dergelijke oplossingen vooral afhangt van:
- de mogelijkheid tot nuttig gebruik van de beschikbare warmte uit rookgassen,
- gebruiksduur van de ontvangen thermische energie per jaar,
- de kosten van energiebronnen in de onderneming,
- de aanwezigheid van overschrijding van de maximaal toegestane concentratie van emissies voor NOx en SOx (evenals de ernst van de lokale milieuwetgeving),
- een methode om condensaat te neutraliseren en mogelijkheden voor verder gebruik ervan.
Bron: www.habr.com