Pri hľadaní spôsobov zvýšenia efektívnosti podnikov v energetike, ako aj iných priemyselných zariadení, ktoré využívajú zariadenia spaľujúce fosílne palivá (parné, teplovodné kotly, procesné pece a pod.), sa rieši otázka využitia potenciálu spalín. plyny sa nezvýšia.
Medzitým, spoliehajúc sa na existujúce výpočtové štandardy vyvinuté pred desiatkami rokov a zavedené štandardy pre výber kľúčových ukazovateľov výkonu takýchto zariadení, prevádzkové organizácie strácajú peniaze, doslova ich vyhodia do odpadu, čím súčasne zhoršujú environmentálnu situáciu v globálnom meradle.
Ak sa vám páči príkaz "“, myslíte si, že je nesprávne premeškať príležitosť postarať sa o životné prostredie a zdravie obyvateľov vášho mesta s výhodami pre rozpočet podniku, prečítajte si článok o tom, ako premeniť spaliny na zdroj energie.
Študijné štandardy
Kľúčovým parametrom, ktorý určuje účinnosť kotlovej jednotky, je teplota spalín. Teplo stratené výfukovými plynmi tvorí významnú časť všetkých tepelných strát (spolu s tepelnými stratami chemickým a mechanickým nedohorením paliva, stratami fyzikálnym teplom z trosiek, ako aj únikmi tepla do okolia vonkajším chladením). Tieto straty majú rozhodujúci vplyv na účinnosť kotla a znižujú jeho účinnosť. Chápeme teda, že čím nižšia je teplota spalín, tým vyššia je účinnosť kotla.
Optimálna teplota spalín pre rôzne druhy paliva a prevádzkové parametre kotla je stanovená na základe technicko-ekonomických výpočtov už v ranom štádiu jeho vzniku. Maximálne užitočné využitie tepla výfukových plynov sa zároveň tradične dosahuje zväčšovaním konvekčných výhrevných plôch, ako aj vývojom chvostových plôch – ekonomizérov vody, regeneračných ohrievačov vzduchu.
Ale aj napriek zavedeniu technológií a zariadení na čo najúplnejšie spätné získavanie tepla musí byť teplota spalín podľa aktuálnej regulačnej dokumentácie v rozmedzí:
- 120-180 °C pre kotly na tuhé palivá (v závislosti od vlhkosti paliva a prevádzkových parametrov kotla),
- 120-160 °C pre kotly na vykurovací olej (v závislosti od obsahu síry v ňom),
- 120-130 °C pre kotly na zemný plyn.
Uvedené hodnoty sú stanovené s prihliadnutím na faktory environmentálnej bezpečnosti, ale predovšetkým na základe požiadaviek na výkon a životnosť zariadenia.
Minimálny prah je teda nastavený tak, aby sa eliminovalo riziko kondenzácie v konvekčnej časti kotla a ďalej pozdĺž potrubia (v dymovode a komíne). Na zabránenie korózie však vôbec nie je potrebné obetovať teplo, ktoré sa namiesto užitočnej práce uvoľňuje do atmosféry.
Korózia. Eliminovať riziká
Netvrdíme, že korózia je nepríjemný jav, ktorý môže ohroziť bezpečnú prevádzku kotla a výrazne skrátiť jeho predpokladanú životnosť.
Pri ochladzovaní spalín na teplotu rosného bodu a nižšiu dochádza ku kondenzácii vodnej pary, spolu s ktorou prechádzajú zlúčeniny NOx a SOx do kvapalného stavu, ktoré pri reakcii s vodou vytvárajú kyseliny, ktoré majú deštruktívny účinok na vnútorné povrchy kotla. V závislosti od typu spaľovaného paliva sa môže meniť teplota rosného bodu kyseliny, ako aj zloženie kyselín vyzrážaných ako kondenzát. Výsledok je však rovnaký – korózia.
Spaliny kotlov na zemný plyn pozostávajú najmä z nasledujúcich produktov spaľovania: vodná para (H2O), oxid uhličitý (CO2), oxid uhoľnatý (CO) a nespálené horľavé uhľovodíky CnHm (posledné dva sa objavujú pri nedokonalom spaľovaní paliva, keď režim spaľovania nie je nastavený).
Keďže atmosférický vzduch obsahuje veľké množstvo dusíka, v splodinách horenia sa okrem iného objavujú oxidy dusíka NO a NO2, súhrnne nazývané NOx, ktoré majú škodlivý vplyv na životné prostredie a ľudské zdravie. V kombinácii s vodou tvoria oxidy dusíka korozívnu kyselinu dusičnú.
Pri spaľovaní vykurovacieho oleja a uhlia sa v produktoch spaľovania objavujú oxidy síry nazývané SOx. Ich negatívny vplyv na životné prostredie bol tiež široko skúmaný a nie je spochybnený. Kyslý kondenzát vznikajúci pri interakcii s vodou spôsobuje sírovú koróziu vykurovacích plôch.
Tradične sa teplota spalín, ako je uvedené vyššie, volí tak, aby sa zariadenie chránilo pred kyslým zrážaním na vykurovacích plochách kotla. Okrem toho musí teplota plynov zabezpečiť kondenzáciu NOx a SOx mimo cesty plynu, aby sa ochránil nielen samotný kotol, ale aj dymovody s komínom pred koróznymi procesmi. Samozrejme, existujú určité normy obmedzujúce prípustné koncentrácie emisií oxidov dusíka a síry, ale to nijako nevyvracia skutočnosť, že tieto splodiny horenia sa hromadia v zemskej atmosfére a vypadávajú vo forme kyslých zrážok na jej povrchu. .
Síra obsiahnutá v vykurovacom oleji a uhlí, ako aj unášanie nespálených častíc tuhého paliva (vrátane popola) kladie dodatočné podmienky na čistenie spalín. Použitie systémov čistenia plynu výrazne zvyšuje náklady a zložitosť procesu využitia tepla zo spalín, čím sa takéto opatrenia stávajú z ekonomického hľadiska málo atraktívne a často prakticky nerentabilné.
V niektorých prípadoch miestne úrady stanovujú minimálnu teplotu spalín pri ústí komína, aby sa zabezpečilo primerané rozptýlenie spalín a žiadny dym. Okrem toho niektoré podniky môžu dobrovoľne prijať takéto praktiky, aby zlepšili svoj imidž, pretože široká verejnosť často interpretuje prítomnosť viditeľného dymového vleku ako znak znečistenia životného prostredia, zatiaľ čo neprítomnosť dymového vleku môže byť vnímaná ako znak čistoty. výroby.
To všetko vedie k tomu, že za určitých poveternostných podmienok môžu podniky špeciálne ohrievať spaliny pred ich vypustením do atmosféry. Hoci po pochopení zloženia výfukových plynov kotla na zemný plyn (podrobne sa o tom hovorí vyššie), je zrejmé, že biely „dym“, ktorý vychádza z komína (ak je režim spaľovania správne nakonfigurovaný), je väčšinou vodná para vznikajúca v dôsledku spaľovacej reakcie zemného plynu v kotli.
Boj proti korózii si vyžaduje použitie materiálov, ktoré sú odolné voči jej negatívnym účinkom (takéto materiály existujú a môžu sa použiť v zariadeniach, ktoré používajú ako palivo plyn, ropné produkty a dokonca aj odpad), ako aj organizáciu zberu, spracovania kyslých látok. kondenzát a jeho likvidácia.
Технология
Zavedením súboru opatrení na zníženie teploty spalín za kotlom v existujúcom podniku sa zabezpečí zvýšenie účinnosti celej inštalácie, ktorá zahŕňa kotolnú jednotku, využívajúcu predovšetkým samotný kotol (teplo generované v ňom).
Koncepcia takýchto riešení v podstate spočíva v jednom: v úseku dymovodu až po komín je inštalovaný výmenník tepla, ktorý odoberá teplo spalín s chladiacim médiom (napríklad vodou). Táto voda môže byť buď priamo konečným chladivom, ktoré je potrebné zohriať, alebo medzičlánkom, ktorý prenáša teplo cez prídavné zariadenie na výmenu tepla do iného okruhu.
Schematický diagram je znázornený na obrázku:
Vzniknutý kondenzát sa zhromažďuje priamo v objeme nového výmenníka tepla, ktorý je vyrobený z materiálov odolných voči korózii. Je to spôsobené tým, že prah teploty rosného bodu pre vlhkosť obsiahnutú v objeme výfukových plynov je prekonaný presne vo vnútri výmenníka tepla. Účelne sa tak využíva nielen fyzikálne teplo spalín, ale aj latentné teplo kondenzácie vodnej pary v nich obsiahnutej. Samotné zariadenie musí byť navrhnuté tak, aby jeho konštrukcia neposkytovala nadmerný aerodynamický odpor a v dôsledku toho nezhoršovala prevádzkové podmienky kotlovej jednotky.
Konštrukcia výmenníka tepla môže byť buď klasický rekuperačný výmenník tepla, kde k prenosu tepla z plynov do kvapaliny dochádza cez deliacu stenu, alebo kontaktný výmenník, v ktorom sa spaliny priamo dostávajú do kontaktu s vodou, ktorá je rozprašovaná napr. trysky v ich prúde.
V prípade rekuperačného výmenníka tepla sa riešenie problému kyslého kondenzátu týka organizácie jeho zberu a neutralizácie. V prípade kontaktného výmenníka tepla sa používa trochu iný prístup, trochu podobný periodickému preplachovaniu cirkulačného systému zásobovania vodou: so zvyšujúcou sa kyslosťou cirkulujúcej kvapaliny sa jej určité množstvo odoberá do akumulačnej nádrže, kde upravuje sa reagenciami s následnou likvidáciou vody do drenážneho systému, prípadne jej nasmerovaním do technologického cyklu.
Niektoré aplikácie energie spalín môžu byť obmedzené v dôsledku rozdielov medzi teplotou plynov a špecifickými teplotnými požiadavkami na vstupe procesu spotrebúvajúceho energiu. Avšak aj pre takéto zdanlivo slepé situácie bol vyvinutý prístup, ktorý sa spolieha na kvalitatívne nové technológie a vybavenie.
Za účelom zvýšenia efektivity procesu spätného získavania tepla spalín sa vo svetovej praxi stále viac využívajú inovatívne riešenia na báze tepelných čerpadiel ako kľúčový prvok systému. V určitých priemyselných odvetviach (napr. bioenergia) sa takéto riešenia používajú na väčšine kotlov uvádzaných do prevádzky. Dodatočné úspory primárnych energetických zdrojov sa v tomto prípade dosahujú použitím nie tradičných elektrických strojov na kompresiu pár, ale pomocou spoľahlivejších a technologicky vyspelejších absorpčných tepelných čerpadiel s bromidom lítnym (ABTH), ktoré na svoju prevádzku vyžadujú skôr teplo ako elektrinu (často toto môže byť nevyužité odpadové teplo, ktoré je hojne prítomné takmer v každom podniku). Toto teplo z cudzieho zdroja vykurovania aktivuje vnútorný cyklus ABTH, ktorý umožňuje transformovať dostupný teplotný potenciál spalín a preniesť ho do vykurovanejšieho prostredia.
Výsledok
Ochladzovanie spalín kotla pomocou takýchto riešení môže byť dosť hlboké - až 30 až 20 °C z počiatočných 120-130 °C. Výsledné teplo stačí na ohrev vody pre potreby chemickej úpravy vody, doplňovania, zásobovania teplou vodou a dokonca aj vykurovacej siete.
V tomto prípade môže úspora paliva dosiahnuť 5÷10% a zvýšenie účinnosti kotlovej jednotky môže dosiahnuť 2÷3%.
Implementácia opísanej technológie teda umožňuje riešiť niekoľko problémov naraz. toto:
- čo najúplnejšie a najvýhodnejšie využitie tepla spalín (ako aj latentného tepla kondenzácie vodnej pary),
- zníženie emisií NOx a SOx do atmosféry,
- získanie dodatočného zdroja - vyčistená voda (ktorá môže byť užitočná v akomkoľvek podniku, napríklad ako zdroj pre vykurovacie siete a iné vodné okruhy),
- odstránenie oblaku dymu (sotva viditeľný alebo úplne zmizne).
Prax ukazuje, že uskutočniteľnosť použitia takýchto riešení závisí predovšetkým od:
- možnosť užitočného využitia dostupného tepla zo spalín,
- doba využívania odobratej tepelnej energie za rok,
- náklady na energetické zdroje v podniku,
- prítomnosť prekročenia maximálnej povolenej koncentrácie emisií NOx a SOx (ako aj prísnosť miestnej environmentálnej legislatívy),
- spôsob neutralizácie kondenzátu a možnosti jeho ďalšieho využitia.
Zdroj: hab.com