Pri iskanju načinov za povečanje učinkovitosti podjetij v energetskem sektorju, pa tudi drugih industrijskih objektov, ki uporabljajo opremo za izgorevanje fosilnih goriv (parni, toplovodni kotli, procesne peči itd.), se pojavlja vprašanje izrabe potenciala dimnih plinov. plini se sploh ne dvignejo.
Medtem, ko se zanašajo na obstoječe standarde izračuna, razvite pred desetletji, in uveljavljene standarde za izbiro ključnih kazalnikov delovanja takšne opreme, upravljavske organizacije izgubljajo denar in ga dobesedno mečejo v odtok, hkrati pa poslabšajo okoljske razmere v svetovnem merilu.
Če, kot ukaz "“, menite, da je napačno zamuditi priložnost, da poskrbite za okolje in zdravje prebivalcev vašega mesta s koristmi za proračun podjetja, preberite članek o tem, kako dimne pline spremeniti v energent.
Študij standardov
Ključni parameter, ki določa učinkovitost kotlovske enote, je temperatura dimnih plinov. Toplota, izgubljena z izpušnimi plini, predstavlja pomemben del vseh toplotnih izgub (skupaj s toplotnimi izgubami zaradi kemičnega in mehanskega pregorevanja goriva, izgubami s fizikalno toploto iz žlindre, pa tudi z uhajanjem toplote v okolje zaradi zunanjega hlajenja). Te izgube odločilno vplivajo na učinkovitost kotla in zmanjšujejo njegovo učinkovitost. Tako razumemo, da nižja kot je temperatura dimnih plinov, večji je izkoristek kotla.
Optimalna temperatura dimnih plinov za različne vrste goriva in obratovalne parametre kotla se določi na podlagi tehničnih in ekonomskih izračunov že v zelo zgodnji fazi njegovega nastanka. Hkrati se največja koristna uporaba toplote izpušnih plinov tradicionalno doseže s povečanjem velikosti konvektivnih ogrevalnih površin, pa tudi z razvojem repnih površin - vodnih ekonomizatorjev, regenerativnih grelnikov zraka.
Toda kljub uvedbi tehnologij in opreme za najbolj popolno rekuperacijo toplote mora biti temperatura dimnih plinov v skladu z veljavno regulativno dokumentacijo v območju:
- 120-180 °C za kotle na trda goriva (odvisno od vlažnosti goriva in obratovalnih parametrov kotla),
- 120-160 °C za kotle na kurilno olje (odvisno od vsebnosti žvepla v njem),
- 120-130 °C za kotle na zemeljski plin.
Navedene vrednosti so določene ob upoštevanju okoljskih varnostnih dejavnikov, vendar predvsem na podlagi zahtev glede zmogljivosti in trajnosti opreme.
Tako je minimalni prag nastavljen tako, da izniči nevarnost kondenzacije v konvekcijskem delu kotla in naprej po kanalu (v dimnih kanalih in dimniku). Vendar za preprečevanje korozije sploh ni treba žrtvovati toplote, ki se sprošča v ozračje, namesto da bi opravljala koristno delo.
korozija. Odpravite tveganja
Ne trdimo, da je korozija neprijeten pojav, ki lahko ogrozi varno delovanje kotlovne naprave in bistveno skrajša njeno predvideno življenjsko dobo.
Ko se dimni plini ohladijo na temperaturo rosišča in nižje, pride do kondenzacije vodne pare, pri čemer v tekoče stanje preidejo spojine NOx in SOx, ki pri reakciji z vodo tvorijo kisline, ki uničujejo notranje površine kotla. Temperatura kislega rosišča se lahko razlikuje glede na vrsto zagorelega goriva, pa tudi sestava kislin, ki se izločijo kot kondenzat. Rezultat pa je enak - korozija.
Izpušne pline kotlov, ki delujejo na zemeljski plin, sestavljajo predvsem naslednji produkti zgorevanja: vodna para (H2O), ogljikov dioksid (CO2), ogljikov monoksid (CO) in nezgoreli vnetljivi ogljikovodiki CnHm (zadnja dva se pojavita pri nepopolnem zgorevanju goriva, ko način zgorevanja ni nastavljen).
Ker atmosferski zrak med drugim vsebuje veliko količino dušika, se v produktih zgorevanja pojavljata dušikova oksida NO in NO2, s skupnim imenom NOx, ki škodljivo vplivata na okolje in zdravje ljudi. V kombinaciji z vodo dušikovi oksidi tvorijo jedko dušikovo kislino.
Pri zgorevanju kurilnega olja in premoga se v produktih zgorevanja pojavijo žveplovi oksidi, imenovani SOx. Tudi njihov negativen vpliv na okolje je bil zelo raziskan in ni dvomljiv. Kisli kondenzat, ki nastane pri interakciji z vodo, povzroča žveplovo korozijo grelnih površin.
Tradicionalno je temperatura dimnih plinov, kot je prikazano zgoraj, izbrana tako, da zaščiti opremo pred kislimi padavinami na grelnih površinah kotla. Poleg tega mora temperatura plinov zagotavljati kondenzacijo NOx in SOx izven plinske poti, da se zaščiti ne le sam kotel, ampak tudi dimne cevi z dimnikom pred korozijskimi procesi. Seveda obstajajo določeni standardi, ki omejujejo dovoljene koncentracije emisij dušikovih in žveplovih oksidov, vendar to nikakor ne zanika dejstva, da se ti produkti zgorevanja kopičijo v zemeljski atmosferi in izpadajo v obliki kislih padavin na njeno površino. .
Žveplo, ki ga vsebuje kurilno olje in premog, ter odnašanje nezgorelih delcev trdnega goriva (vključno s pepelom) postavljajo dodatne pogoje za čiščenje dimnih plinov. Uporaba sistemov za čiščenje plinov bistveno podraži in zaplete proces izkoriščanja toplote dimnih plinov, zaradi česar so takšni ukrepi ekonomsko slabo privlačni, pogosto pa tudi praktično nedonosni.
V nekaterih primerih lokalne oblasti določijo najnižjo temperaturo dimnih plinov na ustju dimnika, da zagotovijo ustrezno razpršitev dimnih plinov in brez oblakov. Poleg tega lahko nekatera podjetja prostovoljno sprejmejo takšne prakse, da izboljšajo svojo podobo, saj splošna javnost prisotnost vidnega dimnega oblaka pogosto razlaga kot znak onesnaženosti okolja, medtem ko se lahko odsotnost dimnega oblaka razume kot znak čistega proizvodnja.
Vse to vodi k dejstvu, da lahko podjetja pod določenimi vremenskimi pogoji posebej segrejejo dimne pline, preden jih spustijo v ozračje. Čeprav razumemo sestavo izpušnih plinov kotla, ki deluje na zemeljski plin (podrobno je opisano zgoraj), postane očitno, da je beli "dim", ki prihaja iz dimnika (če je način zgorevanja pravilno nastavljen), večinoma vodna para, ki nastane kot posledica reakcije zgorevanja zemeljskega plina v kurišču kotla.
Boj proti koroziji zahteva uporabo materialov, ki so odporni na njene negativne učinke (takšni materiali obstajajo in se lahko uporabljajo v napravah, ki kot gorivo uporabljajo plin, naftne derivate in celo odpadke), kot tudi organizacijo zbiranja, predelave kislih kondenzat in njegovo odstranjevanje.
Технология
Uvedba niza ukrepov za znižanje temperature dimnih plinov za kotlom v obstoječem podjetju zagotavlja povečanje učinkovitosti celotne naprave, ki vključuje kotlovsko enoto, pri čemer se najprej uporablja sam kotel (toplota ki nastane v njej).
Koncept tovrstnih rešitev se v bistvu zvede na eno: v odseku dimne cevi do dimnika je nameščen toplotni izmenjevalnik, ki s hladilnim medijem (na primer vodo) prevzema toploto dimnih plinov. Ta voda je lahko neposredno končna hladilna tekočina, ki jo je treba segreti, ali vmesno sredstvo, ki prenaša toploto prek dodatne opreme za izmenjavo toplote v drug tokokrog.
Shematski diagram je prikazan na sliki:
Nastali kondenzat se zbira neposredno v prostornini novega izmenjevalnika toplote, ki je izdelan iz materialov, odpornih proti koroziji. To je posledica dejstva, da je temperaturni prag rosišča za vlago v prostornini izpušnih plinov premagan ravno znotraj toplotnega izmenjevalnika. Tako se koristno ne uporablja samo fizikalna toplota dimnih plinov, temveč tudi latentna toplota kondenzacije vodne pare, ki je v njih. Sama naprava mora biti zasnovana tako, da njena zasnova ne povzroča prevelikega aerodinamičnega upora in posledično poslabša pogojev delovanja kotlovske enote.
Izvedba toplotnega izmenjevalnika je lahko bodisi običajen rekuperacijski toplotni izmenjevalnik, kjer poteka prenos toplote iz plinov v tekočino skozi ločilno steno, bodisi kontaktni toplotni izmenjevalnik, pri katerem dimni plini neposredno pridejo v stik z vodo, ki jo prši šob v njihovem toku.
Pri rekuperativnem izmenjevalniku toplote se reševanje problema kislega kondenzata zmanjša na organizacijo njegovega zbiranja in nevtralizacije. Pri kontaktnem toplotnem izmenjevalniku je uporabljen nekoliko drugačen pristop, ki je nekoliko podoben periodičnemu čiščenju obtočnega vodovoda: s povečanjem kislosti obtočne tekočine se določena količina le-te odvzame v zalogovnik, kjer obdelamo z reagenti z naknadnim odvajanjem vode v drenažni sistem ali z usmerjanjem v tehnološki cikel.
Nekatere uporabe energije dimnih plinov so lahko omejene zaradi razlik med temperaturo plinov in posebnimi temperaturnimi zahtevami na vstopu v proces, ki porablja energijo. Toda tudi za takšne na videz brezizhodne situacije je bil razvit pristop, ki se opira na kakovostno nove tehnologije in opremo.
Za povečanje učinkovitosti procesa rekuperacije toplote dimnih plinov se v svetovni praksi vse pogosteje uporabljajo inovativne rešitve na osnovi toplotnih črpalk kot ključni element sistema. V določenih industrijskih panogah (npr. bioenergija) se takšne rešitve uporabljajo na večini zagnanih kotlov. Dodatni prihranki pri virih primarne energije so v tem primeru doseženi z uporabo ne tradicionalnih parnokompresijskih električnih strojev, temveč zanesljivejših in tehnološko naprednejših absorpcijskih toplotnih črpalk na litijevem bromidu (ABTH), ki za delovanje potrebujejo toploto in ne elektriko (pogosto to lahko neizkoriščena odpadna toplota, ki je prisotna v izobilju v skoraj vsakem podjetju). Ta toplota iz vira ogrevanja tretje osebe aktivira notranji cikel ABTH, ki vam omogoča preoblikovanje razpoložljivega temperaturnega potenciala dimnih plinov in prenos v bolj ogrevana okolja.
Rezultat
Hlajenje kotlovskih dimnih plinov s takimi rešitvami je lahko precej globoko - do 30 in celo 20 °C od začetnih 120-130 °C. Nastala toplota je povsem dovolj za ogrevanje vode za potrebe kemične priprave vode, priprave, oskrbe s toplo vodo in celo ogrevalnega omrežja.
V tem primeru lahko prihranek goriva doseže 5÷10%, povečanje učinkovitosti kotlovske enote pa lahko doseže 2÷3%.
Tako izvajanje opisane tehnologije omogoča reševanje več problemov hkrati. to:
- čim bolj popolna in koristna izraba toplote dimnih plinov (kot tudi latentne toplote kondenzacije vodne pare),
- zmanjšanje emisij NOx in SOx v ozračje,
- pridobivanje dodatnega vira - prečiščene vode (ki se lahko koristno uporablja v katerem koli podjetju, na primer kot vir za ogrevalna omrežja in druge vodne kroge),
- odprava dimnega oblaka (postane komaj viden ali popolnoma izgine).
Praksa kaže, da je izvedljivost uporabe takih rešitev odvisna predvsem od:
- možnost koristnega izkoristka razpoložljive toplote iz dimnih plinov,
- trajanje uporabe prejete toplotne energije na leto,
- stroški energetskih virov v podjetju,
- prisotnost prekoračitve najvišje dovoljene koncentracije emisij za NOx in SOx (kot tudi strogost lokalne okoljske zakonodaje),
- metoda za nevtralizacijo kondenzata in možnosti za njeno nadaljnjo uporabo.
Vir: www.habr.com