Рекуперација топлоте димних гасова: екологија са предностима

Када се траже начини за повећање ефикасности предузећа у енергетском сектору, као и других индустријских објеката који користе опрему која сагорева фосилна горива (пара, топловодни котлови, процесне пећи, итд.), поставља се питање коришћења потенцијала димних гасова. није подигнута на првом месту.

У међувремену, ослањајући се на постојеће стандарде прорачуна развијене деценијама уназад и утврђене стандарде за одабир кључних индикатора учинка такве опреме, оперативне организације губе новац, буквално га бацајући у канализацију, истовремено погоршавајући еколошку ситуацију на глобалном нивоу.

Ако, као наредба "Први инжењер“, сматрате да је погрешно пропустити прилику да бринете о животној средини и здрављу становника свог града уз бенефиције за буџет предузећа, прочитајте чланак о томе како димне гасове претворити у енергетски ресурс.  

Стандарди студирања

Кључни параметар који одређује ефикасност котловске јединице је температура димних гасова. Топлота изгубљена издувним гасовима чини значајан део свих топлотних губитака (поред топлотних губитака од хемијског и механичког сагоревања горива, губитака физичком топлотом од шљаке, као и цурења топлоте у околину услед спољашњег хлађења). Ови губици имају одлучујући утицај на ефикасност котла, смањујући његову ефикасност. Дакле, разумемо да што је нижа температура димних гасова, то је већа ефикасност котла.

Оптимална температура димних гасова за различите врсте горива и радне параметре котла утврђује се на основу техничко-економских прорачуна у врло раној фази његовог стварања. Истовремено, максимално корисно коришћење топлоте издувних гасова традиционално се постиже повећањем величине конвективних грејних површина, као и развојем репних површина – економајзера воде, регенеративних грејача ваздуха.

Али чак и упркос увођењу технологија и опреме за најпотпунији поврат топлоте, температура димних гасова, према тренутној регулаторној документацији, мора бити у опсегу:

• 120-180 °Ц за котлове на чврсто гориво (у зависности од садржаја влаге у гориву и радних параметара котла),
• 120-160 °Ц за котлове на лож уље (у зависности од садржаја сумпора у њему),
• 120-130 °Ц за котлове на природни гас.

Наведене вредности се одређују узимајући у обзир факторе безбедности животне средине, али првенствено на основу захтева за перформансама и издржљивошћу опреме.

Дакле, минимални праг је постављен на начин да се елиминише ризик од кондензације у конвективном делу котла и даље дуж канала (у димњацима и димњаку). Међутим, да би се спречила корозија, уопште није потребно жртвовати топлоту која се ослобађа у атмосферу уместо корисног рада.

Корозија. Елиминишите ризике

Не тврдимо да је корозија непријатна појава која може да угрози безбедан рад котловске инсталације и значајно скрати њен предвиђени радни век.

Када се димни гасови охладе до температуре тачке росе и ниже, долази до кондензације водене паре, уз коју у течно стање прелазе једињења НОк и СОк, која у реакцији са водом формирају киселине које деструктивно делују на унутрашње површине котла. У зависности од врсте сагорелог горива, температура киселе тачке росе може да варира, као и састав киселина таложених као кондензат. Резултат је, међутим, исти - корозија.

Издувни гасови котлова који раде на природни гас се углавном састоје од следећих продуката сагоревања: водене паре (Х2О), угљен-диоксида (ЦО2), угљен-моноксида (ЦО) и несагорелих запаљивих угљоводоника ЦнХм (последња два настају при непотпуном сагоревању горива када режим сагоревања није подешен).

Пошто атмосферски ваздух садржи велику количину азота, између осталог, у продуктима сагоревања појављују се азотни оксиди НО и НО2, заједнички названи НОк, који штетно утичу на животну средину и здравље људи. Када се комбинују са водом, оксиди азота формирају корозивну азотну киселину.

Када се сагоревају лож уље и угаљ, у продуктима сагоревања појављују се оксиди сумпора који се називају СОк. Њихов негативан утицај на животну средину је такође широко истражен и није споран. Кисели кондензат који се формира при интеракцији са водом изазива сумпорну корозију грејних површина.

Традиционално, температура димних гасова, као што је горе приказано, се бира на такав начин да заштити опрему од киселих падавина на грејним површинама котла. Штавише, температура гасова мора да обезбеди кондензацију НОк и СОк ван гасног пута како би се заштитио не само котао, већ и димњаци са димњаком од процеса корозије. Наравно, постоје одређени стандарди који ограничавају дозвољене концентрације емисија оксида азота и сумпора, али то ни на који начин не негира чињеницу да се ови производи сагоревања акумулирају у Земљиној атмосфери и испадају у облику киселих падавина на њену површину. .

Сумпор садржан у мазут и угљу, као и увлачење несагорелих честица чврстог горива (укључујући пепео) намећу додатне услове за пречишћавање димних гасова. Употреба система за пречишћавање гаса значајно повећава цену и сложеност процеса искоришћавања топлоте из димних гасова, чинећи такве мере са економског становишта слабо атрактивним, а често и практично неисплативим.

У неким случајевима, локалне власти постављају минималну температуру димних гасова на ушћу димњака како би се осигурала адекватна дисперзија димних гасова и без прашка. Поред тога, нека предузећа могу добровољно да усвоје такве праксе како би побољшала свој имиџ, јер јавност често тумачи присуство видљивог димног облака као знак загађења животне средине, док се одсуство димног облака може сматрати знаком чистоће. производње.

Све ово доводи до тога да, под одређеним временским условима, предузећа могу посебно да загревају димне гасове пре него што их испусте у атмосферу. Иако, разумевање састава издувних гасова котла који ради на природни гас (о томе је детаљно размотрено горе), постаје очигледно да је бели „дим“ који долази из димњака (ако је режим сагоревања правилно конфигурисан) углавном водена пара настала као резултат реакције сагоревања природног гаса у котловској пећи.

Борба против корозије захтева употребу материјала који су отпорни на њена негативна дејства (такви материјали постоје и могу се користити у инсталацијама које као гориво користе гас, нафтне деривате, па и отпад), као и организацију прикупљања, прераде киселих киселина. кондензата и његовог одлагања.

Технология

Увођење скупа мера за смањење температуре димних гасова иза котла у постојећем предузећу обезбеђује повећање ефикасности целокупне инсталације, која обухвата котловску јединицу, користећи пре свега сам котао (топлоту генерисани у њему).

Концепт оваквих решења се у суштини своди на једно: у делу димњака до димњака уграђује се измењивач топлоте који апсорбује топлоту димних гасова са расхладним средством (на пример, водом). Ова вода може бити или директно финално расхладно средство које треба загрејати, или међусредство које преноси топлоту преко додатне опреме за размену топлоте у други круг.

Шематски дијаграм је приказан на слици:

Добијени кондензат се сакупља директно у запремини новог измењивача топлоте, који је направљен од материјала отпорних на корозију. То је због чињенице да се праг температуре тачке росе за влагу садржану у запремини издувних гасова превазилази управо унутар измењивача топлоте. Тако се корисно користи не само физичка топлота димних гасова, већ и латентна топлота кондензације водене паре која се у њима налази. Сам уређај мора бити пројектован тако да његов дизајн не пружа превелики аеродинамички отпор и, као резултат, погоршава услове рада котловске јединице.

Дизајн измењивача топлоте може бити или конвенционални рекуперативни измењивач топлоте, где се пренос топлоте из гасова у течност одвија кроз преградни зид, или контактни измењивач топлоте, у коме димни гасови директно долазе у контакт са водом, коју распршује млазнице у њиховом току.

За рекуперативни измењивач топлоте решавање проблема киселог кондензата своди се на организовање његовог сакупљања и неутрализације. У случају контактног измењивача топлоте, користи се нешто другачији приступ, донекле сличан периодичном пражњењу циркулационог система за водоснабдевање: како се киселост циркулишуће течности повећава, одређена количина се уноси у резервоар за складиштење, где третира се реагенсима уз накнадно одлагање воде у систем за одводњавање, или усмеравањем у технолошки циклус.

Одређене примене енергије димних гасова могу бити ограничене због разлика између температуре гасова и специфичних температурних захтева на улазу у процес који троши енергију. Међутим, чак и за такве наизглед безизлазне ситуације развијен је приступ који се ослања на квалитативно нове технологије и опрему.

У циљу повећања ефикасности процеса рекуперације топлоте димних гасова, у светској пракси се све више користе иновативна решења на бази топлотних пумпи као кључног елемента система. У појединим индустријским секторима (нпр. биоенергија) оваква решења се користе на већини пуштених у рад котлова. Додатне уштеде примарних енергетских ресурса у овом случају се постижу коришћењем не традиционалних парнокомпресионих електричних машина, већ поузданијих и технолошки напреднијих апсорпционих литијум-бромид топлотних пумпи (АБТХ), којима је за рад потребна топлота, а не електрична енергија (често ово може бити неискоришћена отпадна топлота, која је присутна у изобиљу у скоро сваком предузећу). Ова топлота из извора грејања треће стране активира унутрашњи АБТХ циклус, који вам омогућава да трансформишете расположиви температурни потенцијал димних гасова и пренесете га у окружења са више загревања.

Резултат

Хлађење котловских димних гасова коришћењем оваквих решења може бити прилично дубоко - до 30, па чак и 20 °Ц са почетних 120-130 °Ц. Добијена топлота је сасвим довољна за загревање воде за потребе хемијског третмана воде, шминкања, снабдевања топлом водом, па чак и мреже за грејање.

У овом случају, уштеда горива може достићи 5÷10%, а повећање ефикасности котловске јединице може достићи 2÷3%.

Дакле, имплементација описане технологије омогућава решавање неколико проблема одједном. ово:

• најпотпуније и најкорисније коришћење топлоте димних гасова (као и латентне топлоте кондензације водене паре),
• смањење емисије НОк и СОк у атмосферу,
• добијање додатног ресурса - пречишћене воде (која се може корисно користити у било ком предузећу, на пример, као храна за грејне мреже и друга водена кола),
• елиминисање дима (постаје једва видљив или потпуно нестаје).

Пракса показује да изводљивост коришћења оваквих решења првенствено зависи од:

• могућност корисног коришћења расположиве топлоте из димних гасова,
• трајање коришћења примљене топлотне енергије годишње,
• трошак енергетских ресурса у предузећу,
• присуство прекорачења максимално дозвољене концентрације емисије НОк и СОк (као и озбиљност локалног еколошког законодавства),
• метода за неутрализацију кондензата и опције за његову даљу употребу.

Извор: ввв.хабр.цом