Pagbawi ng init ng flue gas: ekolohiya na may mga benepisyo

Kapag naghahanap ng mga paraan upang madagdagan ang kahusayan ng mga negosyo sa sektor ng enerhiya, pati na rin ang iba pang mga pang-industriya na pasilidad na gumagamit ng mga kagamitan na nagsusunog ng mga fossil fuel (steam, hot water boiler, process furnace, atbp.), Ang isyu ng paggamit ng potensyal ng tambutso ang mga gas ay hindi nakataas sa unang lugar.

Samantala, ang pag-asa sa umiiral na mga pamantayan sa pagkalkula na binuo ilang dekada na ang nakalipas at itinatag ang mga pamantayan para sa pagpili ng mga pangunahing tagapagpahiwatig ng pagganap ng naturang kagamitan, ang mga operating organization ay nawalan ng pera, literal na itinapon ang mga ito sa alisan ng tubig, sabay-sabay na lumalala ang sitwasyon sa kapaligiran sa isang pandaigdigang saklaw.

Kung, tulad ng utos "Unang engineer", sa palagay mo ay mali na makaligtaan ang pagkakataong pangalagaan ang kapaligiran at kalusugan ng mga residente ng iyong lungsod na may mga benepisyo para sa badyet ng negosyo, basahin ang artikulo kung paano gawing mapagkukunan ng enerhiya ang mga flue gas.  

Mga pamantayan sa pag-aaral

Ang pangunahing parameter na tumutukoy sa kahusayan ng isang boiler unit ay ang temperatura ng mga flue gas. Ang init na nawala kasama ng mga gas na tambutso ay bumubuo ng isang makabuluhang bahagi ng lahat ng pagkawala ng init (kasama ang mga pagkawala ng init mula sa kemikal at mekanikal na underburning ng gasolina, mga pagkawala na may pisikal na init mula sa mga slags, pati na rin ang paglabas ng init sa kapaligiran dahil sa panlabas na paglamig). Ang mga pagkalugi na ito ay may mapagpasyang epekto sa kahusayan ng boiler, na binabawasan ang kahusayan nito. Kaya, naiintindihan namin na mas mababa ang temperatura ng flue gas, mas mataas ang kahusayan ng boiler.

Ang pinakamainam na temperatura ng flue gas para sa iba't ibang uri ng gasolina at operating parameter ng boiler ay tinutukoy batay sa teknikal at pang-ekonomiyang mga kalkulasyon sa pinakaunang yugto ng paglikha nito. Kasabay nito, ang maximum na kapaki-pakinabang na paggamit ng init ng tambutso ng gas ay ayon sa kaugalian na nakamit sa pamamagitan ng pagtaas ng laki ng convective heating surface, pati na rin ang pagbuo ng mga ibabaw ng buntot - mga water economizer, regenerative air heaters.

Ngunit kahit na sa kabila ng pagpapakilala ng mga teknolohiya at kagamitan para sa pinakakumpletong pagbawi ng init, ang temperatura ng mga flue gas, ayon sa kasalukuyang dokumentasyon ng regulasyon, ay dapat na nasa saklaw:

• 120-180 °C para sa solid fuel boiler (depende sa moisture content ng fuel at ang operating parameters ng boiler),
• 120-160 °C para sa mga boiler na gumagamit ng langis ng gasolina (depende sa nilalaman ng asupre dito),
• 120-130 °C para sa mga natural na gas boiler.

Ang mga ipinahiwatig na halaga ay tinutukoy na isinasaalang-alang ang mga kadahilanan sa kaligtasan sa kapaligiran, ngunit pangunahing batay sa mga kinakailangan para sa pagganap at tibay ng kagamitan.

Kaya, ang pinakamababang threshold ay itinakda sa paraang maalis ang panganib ng condensation sa convective na bahagi ng boiler at higit pa sa kahabaan ng duct (sa mga tambutso at tsimenea). Gayunpaman, upang maiwasan ang kaagnasan, hindi kinakailangan na isakripisyo ang init, na inilabas sa kapaligiran sa halip na gumawa ng kapaki-pakinabang na gawain.

Kaagnasan. Tanggalin ang mga panganib

Hindi namin pinagtatalunan na ang kaagnasan ay isang hindi kanais-nais na kababalaghan na maaaring mapanganib ang ligtas na operasyon ng isang pag-install ng boiler at makabuluhang paikliin ang nilalayon nitong buhay ng serbisyo.

Kapag ang mga flue gas ay pinalamig hanggang sa temperatura ng dew point at mas mababa, ang condensation ng water vapor ay nangyayari, kasama ang NOx at SOx compounds na pumasa sa isang likidong estado, na, kapag tumutugon sa tubig, ay bumubuo ng mga acid na may mapanirang epekto sa panloob. ibabaw ng boiler. Depende sa uri ng gasolina na sinunog, ang temperatura ng acid dew point ay maaaring mag-iba, pati na rin ang komposisyon ng mga acid na namuo bilang condensate. Ang resulta, gayunpaman, ay pareho - kaagnasan.

Ang mga maubos na gas ng mga boiler na tumatakbo sa natural na gas ay pangunahing binubuo ng mga sumusunod na produkto ng pagkasunog: singaw ng tubig (H2O), carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO) at hindi nasusunog na mga hydrocarbon na CnHm (ang huling dalawa ay lumilitaw sa panahon ng hindi kumpletong pagkasunog ng gasolina kapag ang mode combustion ay hindi nababagay).

Dahil ang hangin sa atmospera ay naglalaman ng malaking halaga ng nitrogen, bukod sa iba pang mga bagay, ang nitrogen oxides NO at NO2, na pinagsama-samang tinatawag na NOx, ay lumilitaw sa mga produkto ng pagkasunog, na may masamang epekto sa kapaligiran at kalusugan ng tao. Kapag pinagsama sa tubig, ang mga nitrogen oxide ay bumubuo ng corrosive nitric acid.

Kapag sinunog ang langis ng gasolina at karbon, lumilitaw ang mga sulfur oxide na tinatawag na SOx sa mga produkto ng pagkasunog. Ang kanilang negatibong epekto sa kapaligiran ay malawak ding sinaliksik at walang pag-aalinlangan. Ang acidic condensate na nabuo kapag nakikipag-ugnayan sa tubig ay nagiging sanhi ng sulfur corrosion ng heating surface.

Ayon sa kaugalian, ang temperatura ng tambutso ng gas, tulad ng ipinapakita sa itaas, ay pinili sa paraang maprotektahan ang kagamitan mula sa pag-ulan ng acid sa mga ibabaw ng heating ng boiler. Bukod dito, ang temperatura ng mga gas ay dapat tiyakin ang paghalay ng NOx at SOx sa labas ng landas ng gas upang maprotektahan hindi lamang ang boiler mismo, kundi pati na rin ang mga tambutso na may tsimenea mula sa mga proseso ng kaagnasan. Siyempre, may ilang mga pamantayan na naglilimita sa mga pinahihintulutang konsentrasyon ng mga paglabas ng nitrogen at sulfur oxides, ngunit hindi nito pinahihintulutan ang katotohanan na ang mga produktong ito ng pagkasunog ay naipon sa kapaligiran ng Earth at nahuhulog sa anyo ng acid precipitation sa ibabaw nito. .

Ang sulfur na nilalaman sa langis ng gasolina at karbon, pati na rin ang paglalagay ng hindi nasusunog na mga particle ng solid fuel (kabilang ang abo) ay nagpapataw ng mga karagdagang kondisyon para sa paglilinis ng mga flue gas. Ang paggamit ng mga sistema ng paglilinis ng gas ay makabuluhang pinatataas ang gastos at pagiging kumplikado ng proseso ng paggamit ng init mula sa mga gas ng tambutso, na ginagawang hindi maganda ang mga naturang hakbang mula sa isang pang-ekonomiyang punto ng view, at kadalasan ay halos hindi kumikita.

Sa ilang mga kaso, ang mga lokal na awtoridad ay nagtakda ng pinakamababang temperatura ng flue gas sa bunganga ng stack upang matiyak ang sapat na dispersion ng flue gas at walang plume. Bilang karagdagan, ang ilang mga negosyo ay maaaring kusang-loob na magpatupad ng gayong mga kasanayan upang mapabuti ang kanilang imahe, dahil ang pangkalahatang publiko ay madalas na binibigyang-kahulugan ang pagkakaroon ng isang nakikitang balahibo ng usok bilang isang tanda ng polusyon sa kapaligiran, habang ang kawalan ng isang balahibo ng usok ay maaaring makita bilang isang tanda ng malinis. produksyon.

Ang lahat ng ito ay humahantong sa katotohanan na, sa ilalim ng ilang mga kondisyon ng panahon, ang mga negosyo ay maaaring espesyal na magpainit ng mga flue gas bago ilabas ang mga ito sa atmospera. Bagaman, ang pag-unawa sa komposisyon ng mga maubos na gas ng isang boiler na tumatakbo sa natural na gas (tinalakay ito nang detalyado sa itaas), nagiging malinaw na ang puting "usok" na nagmumula sa tsimenea (kung ang mode ng pagkasunog ay wastong na-configure) ay kadalasang ang singaw ng tubig ay nabuo bilang isang resulta ng reaksyon ng pagkasunog ng natural na gas sa boiler furnace.

Ang paglaban sa kaagnasan ay nangangailangan ng paggamit ng mga materyales na lumalaban sa mga negatibong epekto nito (umiiral ang mga naturang materyales at maaaring magamit sa mga pag-install na gumagamit ng gas, mga produktong petrolyo at kahit na basura bilang gasolina), pati na rin ang organisasyon ng koleksyon, pagproseso ng acidic. condensate at ang pagtatapon nito.

Технология

Ang pagpapakilala ng isang hanay ng mga hakbang upang mabawasan ang temperatura ng mga flue gas sa likod ng boiler sa isang umiiral na negosyo ay nagsisiguro ng pagtaas sa kahusayan ng buong pag-install, na kinabibilangan ng boiler unit, gamit, una sa lahat, ang boiler mismo (ang init nabuo sa loob nito).

Ang konsepto ng naturang mga solusyon ay mahalagang bumagsak sa isang bagay: ang isang heat exchanger ay naka-install sa seksyon ng tambutso hanggang sa tsimenea, na sumisipsip ng init ng mga flue gas na may isang cooling medium (halimbawa, tubig). Ang tubig na ito ay maaaring direktang ang huling coolant na kailangang painitin, o isang intermediate na ahente na naglilipat ng init sa pamamagitan ng karagdagang kagamitan sa pagpapalitan ng init sa ibang circuit.

Ang schematic diagram ay ipinapakita sa figure:

Ang nagreresultang condensate ay direktang kinokolekta sa dami ng bagong heat exchanger, na gawa sa mga materyales na lumalaban sa kaagnasan. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang threshold ng temperatura ng dew point para sa kahalumigmigan na nakapaloob sa dami ng mga maubos na gas ay napagtagumpayan nang tumpak sa loob ng heat exchanger. Kaya, hindi lamang ang pisikal na init ng mga gas ng tambutso ay kapaki-pakinabang na ginagamit, kundi pati na rin ang nakatagong init ng condensation ng singaw ng tubig na nakapaloob sa kanila. Ang apparatus mismo ay dapat na idinisenyo sa paraang ang disenyo nito ay hindi nagbibigay ng labis na aerodynamic resistance at, bilang isang resulta, lumala ang mga kondisyon ng operating ng boiler unit.

Ang disenyo ng heat exchanger ay maaaring alinman sa isang conventional recuperative heat exchanger, kung saan ang paglipat ng init mula sa mga gas patungo sa likido ay nangyayari sa pamamagitan ng isang naghahati na pader, o isang contact heat exchanger, kung saan ang mga flue gas ay direktang nakikipag-ugnayan sa tubig, na sinasabog ng mga nozzle sa kanilang daloy.

Para sa isang nakapagpapagaling na heat exchanger, ang paglutas sa isyu ng acid condensate ay bumaba sa pag-aayos ng koleksyon at neutralisasyon nito. Sa kaso ng isang contact heat exchanger, isang bahagyang naiibang diskarte ang ginagamit, medyo katulad ng pana-panahong paglilinis ng nagpapalipat-lipat na sistema ng supply ng tubig: habang tumataas ang kaasiman ng nagpapalipat-lipat na likido, ang isang tiyak na halaga nito ay dinadala sa tangke ng imbakan, kung saan ito ay ginagamot ng mga reagents na may kasunod na pagtatapon ng tubig sa sistema ng paagusan, o sa pamamagitan ng pagdidirekta nito sa teknolohikal na cycle.

Ang ilang partikular na paggamit ng enerhiya ng flue gas ay maaaring limitado dahil sa mga pagkakaiba sa pagitan ng temperatura ng mga gas at ng mga partikular na kinakailangan sa temperatura sa pasukan ng proseso ng pagkonsumo ng enerhiya. Gayunpaman, kahit na para sa mga ganitong tila dead-end na sitwasyon, nabuo ang isang diskarte na umaasa sa mga bagong teknolohiya at kagamitan na may husay.

Upang mapataas ang kahusayan ng proseso ng pagbawi ng init ng flue gas, ang mga makabagong solusyon batay sa mga heat pump ay lalong ginagamit sa pagsasanay sa mundo bilang isang pangunahing elemento ng system. Sa ilang mga industriyal na sektor (hal. bioenergy), ang mga naturang solusyon ay ginagamit sa karamihan ng mga boiler na kinomisyon. Ang karagdagang pagtitipid sa mga pangunahing mapagkukunan ng enerhiya sa kasong ito ay nakakamit sa pamamagitan ng paggamit hindi ng tradisyonal na vapor-compression na mga de-koryenteng makina, ngunit ng mas maaasahan at teknolohikal na advanced na pagsipsip ng mga lithium bromide heat pump (ABTH), na nangangailangan ng init kaysa sa kuryente para gumana (kadalasan ganito maaaring hindi nagamit na basurang init , na sagana sa halos anumang negosyo). Ang init na ito mula sa isang third-party na pinagmumulan ng heating ay nagpapagana sa panloob na ABTH cycle, na nagbibigay-daan sa iyong baguhin ang magagamit na potensyal na temperatura ng mga flue gas at ilipat ito sa mas mainit na kapaligiran.

Resulta

Ang paglamig ng mga boiler flue gas gamit ang mga naturang solusyon ay maaaring maging malalim - hanggang 30 at kahit 20 °C mula sa paunang 120-130 °C. Ang nagresultang init ay sapat na upang magpainit ng tubig para sa mga pangangailangan ng kemikal na paggamot ng tubig, make-up, supply ng mainit na tubig at maging ang heating network.

Sa kasong ito, ang pagtitipid ng gasolina ay maaaring umabot sa 5÷10%, at ang pagtaas sa kahusayan ng boiler unit ay maaaring umabot sa 2÷3%.

Kaya, ang pagpapatupad ng inilarawan na teknolohiya ay nagbibigay-daan sa paglutas ng ilang mga problema nang sabay-sabay. ito:

• ang pinakakumpleto at kapaki-pakinabang na paggamit ng init ng mga flue gas (pati na rin ang nakatagong init ng condensation ng water vapor),
• pagbabawas ng NOx at SOx emissions sa atmospera,
• pagkuha ng karagdagang mapagkukunan - purified water (na maaaring magamit nang kapaki-pakinabang sa anumang negosyo, halimbawa, bilang isang feed para sa mga network ng pag-init at iba pang mga circuit ng tubig),
• pag-aalis ng balahibo ng usok (ito ay halos hindi nakikita o ganap na nawawala).

Ipinapakita ng pagsasanay na ang pagiging posible ng paggamit ng mga naturang solusyon ay pangunahing nakasalalay sa:

• ang posibilidad ng kapaki-pakinabang na paggamit ng magagamit na init mula sa mga flue gas,
• tagal ng paggamit ng natanggap na thermal energy bawat taon,
• ang halaga ng mga mapagkukunan ng enerhiya sa negosyo,
• ang pagkakaroon ng paglampas sa maximum na pinapayagang konsentrasyon ng mga emisyon para sa NOx at SOx (pati na rin ang kalubhaan ng lokal na batas sa kapaligiran),
• isang paraan para sa pag-neutralize ng condensate at mga opsyon para sa karagdagang paggamit nito.

Pinagmulan: www.habr.com