Pri hľadaní spôsobov, ako zvýšiť efektivitu podnikov energetického sektora, ako aj iných priemyselných objektov, na ktorých sa využívajú zariadenia spaľujúce fosílne palivá (parné, vodné kotly, technologické pece a pod.), otázka využitia potenciálu spalin sa nezohľadňuje na prvom mieste.
Medzitým, opierajúc sa o existujúce normy výpočtu, vyvinuté pred desiatkami rokov, a ustálené štandardy voľby kľúčových ukazovateľov výkonu takýchto zariadení, prevádzkové organizácie strácajú peniaze, doslova odosielajúc ich do komína a súčasne zhoršujúce ekologickú situáciu na globálnej úrovni.
Ak, ako tím „“, považujete za nesprávne nevyužiť možnosť postarať sa o životné prostredie a zdravie obyvateľov vášho mesta so ziskom pre rozpočet podniku, čítajte článok o tom, ako zmeniť spaliny na energetický zdroj.
Skúmame štandardy
Kľúčovým parametrom, ktorý určuje účinnosť kotlového zariadenia, je teplota odchádzajúcich plynov. Teplo stratené s odchádzajúcimi plynami je významnou časťou všetkých tepelne strát (spolu so stratami tepla z chemického a mechanického nedopálenia paliva, stratami s fyzickým teplom strusky, ako aj únikmi tepla do okolia v dôsledku vonkajšieho chladenia). Tieto straty majú rozhodujúci vplyv na hospodárnosť prevádzky kotla a znižujú jeho účinnosť. Takže chápeme, že čím je teplota spalin nižšia, tým je účinnosť kotla vyššia.
Optimálna teplota odchádzajúcich plynov pre rôzne druhy paliva a prevádzkové parametre kotla sa určuje na základe technicko-ekonomických výpočtov už na najskorších etapách jeho vytvorenia. Pri tom sa maximálne užitočné využitie tepla odchádzajúcich plynov tradične dosahuje zvýšením veľkostí konvekčných vykurovacích plôch, ako aj rozvojom zadných plôch – vodných ekonomizérov, regeneračných vzduchových ohrievačov.
Ale aj napriek implementácii technológií a zariadení na čo najúplnejšie využitie tepla, teplota odchádzajúcich plynov podľa platnej normatívnej dokumentácie by mala byť v rozmedzí:
- 120-180 °C pre kotly na pevné palivo (v závislosti od vlhkosti paliva a pracovných parametrov kotla),
- 120-160 °C pre kotly na naftu (v závislosti od obsahu síry),
- 120-130 °C pre kotly na zemný plyn.
Uvedené hodnoty boli stanovené so zohľadnením faktorov ekologickej bezpečnosti, ale predovšetkým sú založené na požiadavkách na funkčnosť a životnosť zariadenia.
Minimálny prah je nastavený tak, aby sa vylúčil riziko kondenzácie v konvekčnej časti kotla a ďalej v potrubí (v plynovodoch a komíne). Avšak na prevenciu korózie nie je nevyhnutné obetovať teplo, ktoré uniká do atmosféry namiesto toho, aby sa využívalo na užitočnú prácu.
Korózia. Vylučujeme riziká
Nehovoríme, korózia je nepríjemný jav, ktorý môže ohroziť bezpečnú prevádzku kotlovej jednotky a výrazne skrátiť jej životnosť.
Pri ochladzovaní spalin na teplotu rosného bodu a nižšie dochádza ku kondenzácii vodných pár, spolu s ktorými prechádzajú do tekutého stavu aj zlúčeniny NOx, SOx, ktoré reagovaním s vodou tvoria kyseliny, pôsobiace destruktívne na vnútorné povrchy kotla. V závislosti od typu spaľovaného paliva môže byť teplota kyslého rosného bodu rôzna, podobne aj zloženie kyselín, ktoré sa uvoľňujú vo forme kondenzátu. Výsledok je však rovnaký - korózia.
Odchádzajúce plyny kotlov pracujúcich na zemný plyn sa prevažne skladajú z nasledujúcich produktov spaľovania: vodných pár (H2O), oxidu uhličitého (CO2), oxidu uhoľnatého (CO) a nespálených horľavých uhľovodíkov CnHm (dva posledné sa objavujú pri neúplnom spaľovaní paliva, keď režim spaľovania nie je optimalizovaný).
Keďže v atmosférickom vzduchu sa nachádza veľké množstvo dusíka, medzi inými, v produktoch spaľovania sa objavujú oxidy dusíka NO a NO2, celkovo nazývané NOx, ktoré majú škodlivý vplyv na životné prostredie a zdravie človeka. Spojením s vodou oxidy dusíka vytvárajú korózne aktívnu kyselinu dusičnú.
Pri spaľovaní ťažkého oleja a uhlia sa v spálených produktoch tvoria oxidy síry, známe ako SOx. Ich negatívny vplyv na životné prostredie je široko skúmaný a nepochybne potvrdený. Kyslý kondenzát, ktorý vzniká pri kontakte s vodou, spôsobuje sírovú koróziu vykurovacích plôch.
Tradične sa teplota odchádzajúcich plynov, ako bolo uvedené vyššie, volí tak, aby chránila zariadenia pred kyslými výparmi na vykurovacích plochách kotla. Okrem toho by mala teplota plynov zabezpečiť kondenzáciu NOx a SOx mimo plynového traktu, aby chránila pred koróznymi procesmi nielen samotný kotol, ale aj komíny a potrubia. Samozrejme, existujú určité normy, ktoré obmedzujú prípustné koncentrácie emisií oxidov dusíka a síry, avšak to nijako neodstráni fakt akumulácie týchto spálených produktov v atmosfére Zeme a ich usadenie vo forme kyselinových zrážok na jej povrchu.
Síra obsiahnutá v ťažkom oleji a uhlí, ako aj únik nespaľovaných častíc pevných palív (vrátane popola), vytvárajú ďalšie podmienky pre čistenie spalinových plynov. Použitie systémov na čistenie plynov značne zvyšuje náklady a komplikuje proces využitia tepla z spalinových plynov, čo robí také opatrenia ekonomicky menej atraktívnymi a často prakticky neoplatnými.
V niektorých prípadoch miestne úrady stanovujú minimálnu teplotu spalinových plynov na ústí komína s cieľom zabezpečiť adekvátne rozptylovanie odchádzajúcich plynov a absenciu dymového prúdu. Okrem toho niektoré podniky môžu z vlastnej iniciatívy zaviesť podobnú prax na zlepšenie svojho imidžu, keďže široká verejnosť často chápe prítomnosť viditeľného dymového prúdu ako znak znečistenia životného prostredia, zatiaľ čo jeho absencia môže byť považovaná za znak ekologickejšieho výroby.
Všetko to vedie k tomu, že za určitých poveternostných podmienok môžu podniky špeciálne ohrievať odpadové plyny pred ich vypustením do atmosféry. Hoci, pochopením zloženia spalin, ktoré vychádzajú z kotla fungujúceho na zemný plyn (ktoré bolo podrobne rozobrané vyššie), sa stáva zrejmým, že biely „dym“, ktorý vychádza z komína (pri správnom nastavení režimu spaľovania), je prevažne vodná para, ktorá vzniká v dôsledku reakcie spaľovania zemného plynu v kotlovom tubuse.
Boj proti korózii si vyžaduje použitie materiálov odolných voči jej negatívnym účinkom (takéto materiály existujú a môžu sa používať na zariadeniach, ktoré používajú ako palivo plyn, produkty petrochemického priemyslu a dokonca aj odpady), ako aj organizovanie zberu, spracovania kyslého kondenzátu a jeho likvidácie.
Technológia
Zavedenie komplexu opatrení na zníženie teploty spalin za kotlom na existujúcom podniku zaisťuje zvýšenie účinnosti celej jednotky, ktorej súčasťou je kotlový agregát, pričom sa predovšetkým využíva samotný kotol (teplo, ktoré je v ňom produkované).
Koncept takýchto riešení spočíva v jednom: na úseku plynovodu pred komínom sa inštaluje teplovodný výmenník, ktorý prijíma teplo z odpadových plynov chladivom (napríklad vodou). Táto voda môže byť ako priamo konečným teplonosným médiom, ktoré je potrebné ohriať, tak aj medzistupňovým agentom, ktorý prenáša teplo prostredníctvom dodatočného tepelného výmenníka do iného okruhu.
Základná schéma je znázornená na obrázku:
Zber vytvoreného kondenzátu prebieha priamo v objeme nového teplovodného zariadenia, ktoré je vyrobené z korózii odolných materiálov. To je spôsobené tým, že prahová teplota rosný bod pre vlhkosť obsiahnutú v objeme odpadových plynov je prekročená práve vnútri teplovodného výmenníka. Týmto spôsobom sa efektívne využíva nielen fyzické teplo odpadových plynov, ale aj skrytá tepelná energia kondenzácie obsiahnutých vo vodných parách. Samé zariadenie musí byť navrhnuté tak, aby jeho konštrukcia nezvyšovala nadmerný aerodynamický odpor a, ako dôsledok, nezhoršovala podmienky prevádzky kotlového agregátu.
Konštrukcia teplo výmennej aparatúry môže predstavovať buď obyčajný rekuperačný teplo výmenník, kde dochádza k prenosu tepla z plynov na kvapalinu cez rozdeľovaciu stenu, alebo kontaktový teplo výmenník, v ktorom spalinové plyny priamo prichádzajú do kontaktu s vodou, ktorá je rozprášená tryskami vo svojom prúdení.
Pre rekuperačný teplo výmenník sa riešenie otázky kyslého kondenzátu sústreďuje na organizáciu jeho zberu a neutralizácie. V prípade kontaktového teplo výmenníka sa uplatňuje odlišný prístup, ktorý je v niečom podobný periodickému preplachovaniu systémov obehovej vodovodnej sústavy: s rastúcou kyslosťou obiehajúcej kvapaliny sa určité množstvo odoberá do akumulačnej nádrže, kde prebieha spracovanie činidlami a následná likvidácia vody do drenážneho systému, alebo jej smerovanie do technologického cyklu.
Samostatné aplikácie energie spalinových plynov môžu byť obmedzené v dôsledku rozdielu medzi teplotou plynov a potrebami na určitej teplote na vstupe energeticky spotrebovávajúceho procesu. Avšak aj pre takéto, na prvý pohľad beznádejne situácie, bol vyvinutý prístup, ktorý sa opiera o kvalitne nové technológie a zariadenia.
S cieľom zvýšiť efektívnosť procesu využívania tepla spalinových plynov sa v celosvetovej praxi čoraz častejšie uplatňujú inovatívne riešenia založené na teplovodných čerpadlách ako kľúčový element systému. V niektorých sektoroch priemyslu (napríklad v bioenergetike) sa takéto riešenia uplatňujú na väčšine uvádzaných do prevádzky kotlov. Dodatočná úspora primárnych energetických zdrojov v tomto prípade sa dosahuje použitím netradičných parokompresných elektrických strojov, ale spoľahlivejších a technologických absorpčných bróm-lítiových teplovodných čerpadiel (AČT), ktorým na prácu potrebné teplo, pričom to môže byť často nevyužité odpadové teplo, ktoré je v nadbytku prítomné prakticky v každom podniku. Toto teplo od externého zdroja tepla aktivuje vnútorný cyklus AČT, ktorý umožňuje transformovať dostupný teplotný potenciál odchádzajúcich plynov a prenášať ho do teplejších médií.
Výsledok
Chladenie odpadových plynov kotla pomocou takýchto riešení môže byť dostatočne hlboké – až do 20 a 30 °C z pôvodných 120-130 °C. Získané teplo je viac než dostatočné na ohrev vody pre potreby chemickej úpravy vody, dopĺňania, teplej vody a dokonca aj tepelnej siete.
Úspora paliva pritom môže dosiahnuť 5-10 %, pričom zvýšenie účinnosti kotlového zariadenia sa pohybuje od 2 do 3 %.
Týmto spôsobom zavedenie popísanej technológie umožňuje riešiť niekoľko úloh naraz. Ide o:
- maximálne úplné a užitočné využitie tepla spalin (ako aj skrytej teploty kondenzácie vodnej pary),
- znižovanie objemu emisií NOx a SOx do atmosféry,
- získanie dodatočného zdroja - čistej vody (ktorá nájde užitočné využitie v každom podniku, napríklad na dopĺňanie tepelnej siete a iných vodných okruhov),
- eliminácia dymového plameňa (ten sa stáva len ťažko rozpoznateľným alebo úplne zmizne).
Prax ukazuje, že účelnosť aplikácie takýchto riešení predovšetkým závisí od:
- možnosti užitočnej recyklácie existujúceho tepla spalin,
- dĺžky využívania získanej tepelnej energie počas roka,
- nákladov na energetické zdroje v podniku,
- existencie prekročenia maximálne povolenej koncentrácie emisií podľa NOx a SOx (ako aj od prísnosti miestnych ekologických predpisov),
- spôsobu neutralizácie kondenzátu a možností jeho ďalšieho využitia.
Zdroj: habr.com
