När man letar efter sätt att öka effektiviteten hos företag inom energisektorn, såväl som andra industriella anläggningar som använder utrustning som förbränner fossila bränslen (ånga, varmvattenpannor, processugnar, etc.), frågan om att använda rökkanalens potential gaser höjs inte i första hand.
Samtidigt, förlitar sig på befintliga beräkningsstandarder som utvecklats för årtionden sedan och etablerade standarder för att välja nyckelprestandaindikatorer för sådan utrustning, förlorar operativa organisationer pengar, bokstavligen kastar dem ner i avloppet, samtidigt som miljösituationen förvärras på en global skala.
Om, som kommandot "", du tycker att det är fel att missa möjligheten att ta hand om miljön och hälsan för invånarna i din stad med fördelar för företagets budget, läs artikeln om hur man förvandlar rökgaser till en energiresurs.
Att studera standarder
Den nyckelparameter som bestämmer effektiviteten hos en pannenhet är temperaturen på rökgaserna. Värmeförlusten med avgaser utgör en betydande del av alla värmeförluster (tillsammans med värmeförluster från kemisk och mekanisk underbränning av bränsle, förluster med fysisk värme från slagg, samt värmeläckage till miljön på grund av extern kylning). Dessa förluster har en avgörande inverkan på pannans effektivitet, vilket minskar dess effektivitet. Således förstår vi att ju lägre rökgastemperatur, desto högre verkningsgrad har pannan.
Den optimala rökgastemperaturen för olika typer av bränsle och driftparametrar för pannan bestäms på grundval av tekniska och ekonomiska beräkningar i det mycket tidiga skedet av dess skapelse. Samtidigt uppnås den maximala användbara användningen av avgasvärme traditionellt genom att öka storleken på konvektiva värmeytor, såväl som utvecklingen av svansytor - vattenekonomisatorer, regenerativa luftvärmare.
Men även trots införandet av teknologier och utrustning för den mest kompletta värmeåtervinningen, måste rökgasernas temperatur, enligt gällande regulatorisk dokumentation, ligga inom intervallet:
- 120-180 °C för fastbränslepannor (beroende på bränslets fukthalt och pannans driftsparametrar),
- 120-160 °C för pannor som använder eldningsolja (beroende på svavelhalten i den),
- 120-130 °C för naturgaspannor.
De angivna värdena bestäms med hänsyn till miljösäkerhetsfaktorer, men främst utifrån kraven på utrustningens prestanda och hållbarhet.
Därmed är minimitröskeln inställd på ett sådant sätt att risken för kondens i den konvektiva delen av pannan och vidare längs kanalen (i rökkanaler och skorsten) elimineras. Men för att förhindra korrosion är det inte alls nödvändigt att offra värme, som släpps ut i atmosfären istället för att göra användbart arbete.
Korrosion. Eliminera risker
Vi hävdar inte att korrosion är ett obehagligt fenomen som kan äventyra säker drift av en panninstallation och avsevärt förkorta dess avsedda livslängd.
När rökgaserna kyls till daggpunktstemperaturen och under kondenserar vattenånga, tillsammans med vilken NOx, SOx-föreningar även övergår i flytande tillstånd, som vid reaktion med vatten bildar syror som har en destruktiv effekt på de inre ytorna av pannan. Beroende på vilken typ av bränsle som förbränns kan syradaggpunktstemperaturen variera, liksom sammansättningen av de syror som fälls ut som kondensat. Resultatet är dock detsamma - korrosion.
Avgaserna från pannor som drivs på naturgas består huvudsakligen av följande förbränningsprodukter: vattenånga (H2O), koldioxid (CO2), kolmonoxid (CO) och oförbrända brandfarliga kolväten CnHm (de två senare uppstår vid ofullständig förbränning av bränsle när förbränningsläget är inte justerat).
Eftersom atmosfärisk luft innehåller en stor mängd kväve förekommer bland annat kväveoxider NO och NO2, gemensamt kallade NOx, i förbränningsprodukter som har en skadlig effekt på miljön och människors hälsa. I kombination med vatten bildar kväveoxider frätande salpetersyra.
När eldningsolja och kol förbränns uppstår svaveloxider som kallas SOx i förbränningsprodukterna. Deras negativa inverkan på miljön har också undersökts flitigt och råder ingen tvekan. Det sura kondensatet som bildas när det interagerar med vatten orsakar svavelkorrosion på värmeytor.
Traditionellt väljs rökgastemperaturen, som visas ovan, på ett sådant sätt att utrustningen skyddas från sur utfällning på pannans värmeytor. Dessutom måste gasernas temperatur säkerställa kondensering av NOx och SOx utanför gasvägen för att skydda inte bara själva pannan utan även rökkanalerna med skorstenen från korrosionsprocesser. Naturligtvis finns det vissa standarder som begränsar de tillåtna koncentrationerna av utsläpp av kväve och svaveloxider, men detta förnekar inte på något sätt det faktum att dessa förbränningsprodukter ackumuleras i jordens atmosfär och faller ut i form av sur nederbörd på dess yta. .
Svavlet som finns i eldningsolja och kol, liksom indragningen av oförbrända partiklar av fast bränsle (inklusive aska) ställer ytterligare villkor för rening av rökgaser. Användningen av gasreningssystem ökar avsevärt kostnaden och komplexiteten för processen att utnyttja värme från rökgaser, vilket gör sådana åtgärder dåligt attraktiva ur ekonomisk synvinkel och ofta praktiskt taget inte lönsamma.
I vissa fall ställer lokala myndigheter en lägsta rökgastemperatur vid skorstens mynning för att säkerställa tillräcklig rökgasspridning och ingen plym. Dessutom kan vissa företag frivilligt använda sådana metoder för att förbättra sin image, eftersom allmänheten ofta tolkar närvaron av en synlig rökplym som ett tecken på miljöförorening, medan frånvaron av en rökplym kan ses som ett tecken på ren produktion.
Allt detta leder till att företag under vissa väderförhållanden kan värma upp rökgaser speciellt innan de släpps ut i atmosfären. Även om man förstår sammansättningen av avgaserna från en panna som arbetar på naturgas (det diskuteras i detalj ovan), blir det uppenbart att den vita "rök" som kommer från skorstenen (om förbränningsläget är korrekt konfigurerat) mestadels är vattenånga som bildas som ett resultat av förbränningsreaktionen av naturgas i pannugnen.
Kampen mot korrosion kräver användning av material som är resistenta mot dess negativa effekter (sådana material finns och kan användas i installationer som använder gas, petroleumprodukter och till och med avfall som bränsle), samt organisation av insamling, bearbetning av sura kondensat och dess bortskaffande.
Технология
Införandet av en uppsättning åtgärder för att minska temperaturen på rökgaserna bakom pannan i ett befintligt företag säkerställer en ökning av effektiviteten för hela installationen, som inkluderar pannenheten, med först och främst själva pannan (värmen) genereras i den).
Konceptet med sådana lösningar kokar i huvudsak ner till en sak: en värmeväxlare är installerad i sektionen av rökkanalen upp till skorstenen, som absorberar värmen från rökgaserna med ett kylmedium (till exempel vatten). Detta vatten kan antingen direkt vara det slutliga kylmediet som behöver värmas upp, eller ett mellanmedel som överför värme genom ytterligare värmeväxlarutrustning till en annan krets.
Det schematiska diagrammet visas i figuren:
Det resulterande kondensatet samlas direkt i volymen av den nya värmeväxlaren, som är gjord av korrosionsbeständiga material. Detta beror på det faktum att daggpunktstemperaturtröskeln för fukt som finns i volymen av avgaser övervinns exakt inuti värmeväxlaren. Sålunda används inte bara det fysiska värmet hos rökgaserna, utan även det latenta kondensationsvärmet av vattenångan som finns i dem. Själva apparaten måste utformas på ett sådant sätt att dess design inte ger överdrivet aerodynamiskt motstånd och som ett resultat försämrar pannenhetens driftsförhållanden.
Värmeväxlarens konstruktion kan vara antingen en konventionell rekuperativ värmeväxlare, där värmeöverföring från gaser till vätska sker genom en skiljevägg, eller en kontaktvärmeväxlare, i vilken rökgaserna direkt kommer i kontakt med vatten, som sprutas av munstycken i sitt flöde.
För en återvinningsvärmeväxlare handlar det om att lösa problemet med surt kondensat att organisera dess uppsamling och neutralisering. När det gäller en kontaktvärmeväxlare används ett något annorlunda tillvägagångssätt, något som liknar periodisk rening av det cirkulerande vattenförsörjningssystemet: när surheten i den cirkulerande vätskan ökar, tas en viss mängd av den in i lagringstanken, där det behandlas med reagenser med efterföljande bortskaffande av vatten i dräneringssystemet, eller genom att styra det in i den tekniska cykeln.
Vissa tillämpningar av rökgasenergi kan vara begränsade på grund av skillnader mellan gasernas temperatur och de specifika temperaturkraven vid inloppet av den energiförbrukande processen. Men även för sådana till synes återvändsgrändiga situationer har ett tillvägagångssätt utvecklats som bygger på kvalitativt ny teknik och utrustning.
För att öka effektiviteten i rökgasvärmeåtervinningsprocessen, används innovativa lösningar baserade på värmepumpar i allt större utsträckning i världspraktiken som en nyckelkomponent i systemet. Inom vissa industrisektorer (t.ex. bioenergi) används sådana lösningar på de flesta pannor som tas i drift. Ytterligare besparingar i primära energiresurser uppnås i detta fall genom att inte använda traditionella elektriska maskiner med ångkompression, utan av mer tillförlitliga och tekniskt avancerade absorptionslitiumbromidvärmepumpar (ABTH), som kräver värme snarare än el för att fungera (ofta detta kan vara oanvänd spillvärme , som finns i överflöd i nästan alla företag). Denna värme från en värmekälla från tredje part aktiverar den interna ABTH-cykeln, vilket gör att du kan omvandla den tillgängliga temperaturpotentialen för rökgaserna och överföra den till mer uppvärmda miljöer.
Resultat
Kylning av pannrökgaser med sådana lösningar kan vara ganska djup - upp till 30 och till och med 20 °C från de ursprungliga 120-130 °C. Den resulterande värmen är tillräckligt för att värma vatten för behoven av kemisk vattenbehandling, make-up, varmvattenförsörjning och till och med värmenätet.
I det här fallet kan bränslebesparingarna nå 5÷10% och en ökning av pannenhetens effektivitet kan nå 2÷3%.
Således tillåter implementeringen av den beskrivna tekniken att lösa flera problem samtidigt. Detta:
- den mest fullständiga och fördelaktiga användningen av värmen från rökgaser (liksom den latenta värmen från kondensation av vattenånga),
- minskning av NOx- och SOx-utsläpp till atmosfären,
- erhålla en extra resurs - renat vatten (som med fördel kan användas i alla företag, till exempel som matning för värmenätverk och andra vattenkretsar),
- eliminering av rökplymen (den blir knappt synlig eller försvinner helt).
Praxis visar att möjligheten att använda sådana lösningar främst beror på:
- möjligheten till ett användbart utnyttjande av tillgänglig värme från rökgaser,
- användningstid för den mottagna värmeenergin per år,
- kostnaden för energiresurser på företaget,
- förekomsten av överskridande av den högsta tillåtna koncentrationen av utsläpp för NOx och SOx (liksom allvaret i lokal miljölagstiftning),
- en metod för att neutralisera kondensat och alternativ för dess vidare användning.
Källa: will.com