Ao procurar formas de aumentar a eficiência das empresas do setor energético, bem como de outras instalações industriais que utilizam equipamentos que queimam combustíveis fósseis (vapor, caldeiras de água quente, fornos de processo, etc.), a questão do aproveitamento do potencial da combustão os gases não são elevados em primeiro lugar.
Entretanto, confiando nos padrões de cálculo existentes desenvolvidos há décadas e nos padrões estabelecidos para a selecção dos principais indicadores de desempenho de tais equipamentos, as organizações operadoras perdem dinheiro, literalmente atirando-os pelo ralo, agravando simultaneamente a situação ambiental à escala global.
Se, como o comando "“, você acha errado perder a oportunidade de cuidar do meio ambiente e da saúde dos moradores de sua cidade com benefícios para o orçamento do empreendimento, leia a matéria sobre como transformar gases de combustão em recurso energético.
Padrões de estudo
O parâmetro chave que determina a eficiência de uma unidade de caldeira é a temperatura dos gases de combustão. O calor perdido com os gases de exaustão representa uma parte significativa de todas as perdas de calor (juntamente com as perdas de calor por subqueima química e mecânica do combustível, perdas com calor físico de escórias, bem como vazamentos de calor para o ambiente devido ao resfriamento externo). Estas perdas têm um impacto decisivo na eficiência da caldeira, reduzindo a sua eficiência. Assim, entendemos que quanto menor for a temperatura dos gases de combustão, maior será o rendimento da caldeira.
A temperatura ideal dos gases de combustão para diferentes tipos de combustível e parâmetros de funcionamento da caldeira é determinada com base em cálculos técnicos e económicos na fase inicial da sua criação. Ao mesmo tempo, o uso útil máximo do calor dos gases de escape é tradicionalmente alcançado aumentando o tamanho das superfícies de aquecimento convectivo, bem como o desenvolvimento de superfícies traseiras - economizadores de água, aquecedores de ar regenerativos.
Mas mesmo apesar da introdução de tecnologias e equipamentos para a mais completa recuperação de calor, a temperatura dos gases de combustão, conforme documentação normativa vigente, deve estar na faixa:
- 120-180 °C para caldeiras de combustível sólido (dependendo do teor de umidade do combustível e dos parâmetros operacionais da caldeira),
- 120-160 °C para caldeiras que utilizam óleo combustível (dependendo do teor de enxofre nele contido),
- 120-130 °C para caldeiras a gás natural.
Os valores indicados são determinados tendo em conta fatores de segurança ambiental, mas principalmente com base nos requisitos de desempenho e durabilidade do equipamento.
Assim, o limite mínimo é definido de forma a eliminar o risco de condensação na parte convectiva da caldeira e mais ao longo da conduta (nas condutas de fumos e na chaminé). Contudo, para evitar a corrosão não é de todo necessário sacrificar o calor, que é libertado para a atmosfera, em vez de realizar trabalho útil.
Corrosão. Elimine riscos
Não argumentamos que a corrosão é um fenómeno desagradável que pode comprometer o funcionamento seguro de uma instalação de caldeira e reduzir significativamente a sua vida útil pretendida.
Quando os gases de combustão são resfriados até a temperatura do ponto de orvalho e abaixo, ocorre a condensação do vapor d'água, junto com a qual os compostos NOx e SOx passam para o estado líquido, que, ao reagir com a água, formam ácidos que têm efeito destrutivo no interior superfícies da caldeira. Dependendo do tipo de combustível queimado, a temperatura do ponto de orvalho ácido pode variar, bem como a composição dos ácidos precipitados como condensado. O resultado, porém, é o mesmo: corrosão.
Os gases de exaustão das caldeiras que funcionam com gás natural consistem principalmente nos seguintes produtos de combustão: vapor de água (H2O), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos inflamáveis não queimados CnHm (os dois últimos aparecem durante a combustão incompleta de combustível quando o modo combustão não está ajustado).
Como o ar atmosférico contém uma grande quantidade de nitrogênio, entre outras coisas, os óxidos de nitrogênio NO e NO2, chamados coletivamente de NOx, aparecem nos produtos de combustão, que têm um efeito prejudicial ao meio ambiente e à saúde humana. Quando combinados com água, os óxidos de nitrogênio formam ácido nítrico corrosivo.
Quando o óleo combustível e o carvão são queimados, óxidos de enxofre chamados SOx aparecem nos produtos da combustão. O seu impacto negativo no meio ambiente também foi amplamente pesquisado e não há dúvidas. O condensado ácido formado ao interagir com a água causa corrosão por enxofre nas superfícies de aquecimento.
Tradicionalmente, a temperatura dos gases de combustão, conforme mostrado acima, é selecionada de forma a proteger o equipamento da precipitação ácida nas superfícies de aquecimento da caldeira. Além disso, a temperatura dos gases deve garantir a condensação de NOx e SOx fora do percurso do gás, a fim de proteger não só a própria caldeira, mas também os fumos com a chaminé dos processos de corrosão. É claro que existem certos padrões que limitam as concentrações permitidas de emissões de óxidos de nitrogênio e enxofre, mas isso não nega de forma alguma o fato de que esses produtos de combustão se acumulam na atmosfera terrestre e caem na forma de precipitação ácida em sua superfície. .
O enxofre contido no óleo combustível e no carvão, bem como o arrastamento de partículas não queimadas de combustível sólido (incluindo cinzas) impõem condições adicionais para a purificação dos gases de combustão. A utilização de sistemas de purificação de gases aumenta significativamente o custo e a complexidade do processo de utilização do calor dos gases de combustão, tornando tais medidas pouco atractivas do ponto de vista económico e muitas vezes praticamente não lucrativas.
Em alguns casos, as autoridades locais estabelecem uma temperatura mínima dos gases de combustão na boca da chaminé para garantir a dispersão adequada dos gases de combustão e a ausência de pluma. Além disso, algumas empresas podem adoptar voluntariamente tais práticas para melhorar a sua imagem, uma vez que o público em geral interpreta frequentemente a presença de uma nuvem de fumo visível como um sinal de poluição ambiental, enquanto a ausência de uma nuvem de fumo pode ser vista como um sinal de limpeza. Produção.
Tudo isso leva ao fato de que, sob certas condições climáticas, as empresas podem aquecer especialmente os gases de combustão antes de liberá-los na atmosfera. Porém, entendendo a composição dos gases de exaustão de uma caldeira operando a gás natural (discutida detalhadamente acima), torna-se óbvio que a “fumaça” branca que sai da chaminé (se o modo de combustão estiver configurado corretamente) é principalmente vapor de água formado como resultado da reação de combustão do gás natural na fornalha da caldeira.
O combate à corrosão exige a utilização de materiais resistentes aos seus efeitos negativos (tais materiais existem e podem ser utilizados em instalações que utilizam gás, derivados de petróleo e até resíduos como combustível), bem como a organização da recolha, processamento de ácidos condensado e sua eliminação.
Технология
A introdução de um conjunto de medidas de redução da temperatura dos gases de combustão atrás da caldeira num empreendimento existente garante um aumento da eficiência de toda a instalação, que inclui a unidade caldeira, utilizando, em primeiro lugar, a própria caldeira (o calor gerado nele).
O conceito de tais soluções resume-se essencialmente a uma coisa: no troço da chaminé até à chaminé é instalado um permutador de calor que absorve o calor dos gases de combustão com um meio de refrigeração (por exemplo, água). Esta água pode ser diretamente o refrigerante final que precisa ser aquecido ou um agente intermediário que transfere calor através de equipamento adicional de troca de calor para outro circuito.
O diagrama esquemático é mostrado na figura:
O condensado resultante é coletado diretamente no volume do novo trocador de calor, feito de materiais resistentes à corrosão. Isso se deve ao fato de que o limite de temperatura do ponto de orvalho para a umidade contida no volume dos gases de exaustão é superado precisamente dentro do trocador de calor. Assim, não só o calor físico dos gases de combustão é aproveitado de forma útil, mas também o calor latente de condensação do vapor de água neles contido. O próprio aparelho deve ser concebido de forma a que o seu desenho não proporcione resistência aerodinâmica excessiva e, consequentemente, deteriore as condições de funcionamento da unidade caldeira.
O projeto do trocador de calor pode ser um trocador de calor recuperativo convencional, onde a transferência de calor dos gases para o líquido ocorre através de uma parede divisória, ou um trocador de calor de contato, no qual os gases de combustão entram em contato direto com a água, que é pulverizada por bicos em seu fluxo.
Para um trocador de calor recuperativo, resolver o problema do condensado ácido se resume a organizar sua coleta e neutralização. No caso de um trocador de calor de contato, é usada uma abordagem ligeiramente diferente, algo semelhante à purga periódica do sistema de abastecimento de água circulante: à medida que a acidez do líquido circulante aumenta, uma certa quantidade dele é levada para o tanque de armazenamento, onde é tratado com reagentes com posterior descarte da água na rede de drenagem ou direcionamento para o ciclo tecnológico.
Certas aplicações da energia dos gases de combustão podem ser limitadas devido às diferenças entre a temperatura dos gases e os requisitos específicos de temperatura na entrada do processo que consome energia. No entanto, mesmo para situações aparentemente sem saída, foi desenvolvida uma abordagem que se baseia em tecnologias e equipamentos qualitativamente novos.
A fim de aumentar a eficiência do processo de recuperação de calor dos gases de combustão, soluções inovadoras baseadas em bombas de calor são cada vez mais utilizadas na prática mundial como um elemento chave do sistema. Em certos setores industriais (por exemplo, bioenergia), tais soluções são utilizadas na maioria das caldeiras comissionadas. Economias adicionais em recursos de energia primária, neste caso, são alcançadas através do uso não de máquinas elétricas tradicionais de compressão de vapor, mas de bombas de calor de absorção de brometo de lítio (ABTH) mais confiáveis e tecnologicamente avançadas, que requerem calor em vez de eletricidade para funcionar (muitas vezes isso pode ser calor residual não utilizado, que está presente em abundância em quase todas as empresas). Este calor proveniente de uma fonte de aquecimento externa ativa o ciclo ABTH interno, que permite transformar o potencial de temperatura disponível dos gases de combustão e transferi-lo para ambientes mais aquecidos.
resultado
O resfriamento dos gases de combustão da caldeira usando tais soluções pode ser bastante profundo - até 30 e até 20 °C dos 120-130 °C iniciais. O calor resultante é suficiente para aquecer água para as necessidades de tratamento químico de água, reposição, abastecimento de água quente e até rede de aquecimento.
Neste caso, a economia de combustível pode chegar a 5÷10% e o aumento na eficiência da unidade caldeira pode chegar a 2÷3%.
Assim, a implementação da tecnologia descrita permite resolver vários problemas ao mesmo tempo. Esse:
- o aproveitamento mais completo e benéfico do calor dos gases de combustão (bem como do calor latente de condensação do vapor d'água),
- redução das emissões de NOx e SOx na atmosfera,
- obtenção de um recurso adicional - água purificada (que pode ser utilizada de forma útil em qualquer empreendimento, por exemplo, como alimentação de redes de aquecimento e outros circuitos de água),
- eliminação da nuvem de fumo (torna-se pouco visível ou desaparece completamente).
A prática mostra que a viabilidade de usar tais soluções depende principalmente de:
- a possibilidade de utilização útil do calor disponível dos gases de combustão,
- duração do uso da energia térmica recebida por ano,
- o custo dos recursos energéticos da empresa,
- a presença de excesso da concentração máxima permitida de emissões de NOx e SOx (bem como a severidade da legislação ambiental local),
- um método para neutralizar o condensado e opções para seu uso posterior.
Fonte: habr.com