Enerji sektöründeki işletmelerin yanı sıra fosil yakıt yakan ekipmanlar (buhar, sıcak su kazanları, proses fırınları vb.) kullanan diğer endüstriyel tesislerde verimliliği artırmanın yolları aranırken, baca potansiyelinin kullanılması konusu gündeme gelmektedir. gazlar ilk etapta yükseltilmez.
Bu arada, onlarca yıl önce geliştirilen ve bu tür ekipmanların temel performans göstergelerini seçmek için oluşturulan mevcut hesaplama standartlarına dayanarak, faaliyet gösteren kuruluşlar para kaybediyor, kelimenin tam anlamıyla onları çöpe atıyor ve aynı zamanda küresel ölçekte çevresel durumu daha da kötüleştiriyor.
Eğer "komutu beğendiyseniz“, işletmenizin bütçesine fayda sağlayarak çevreye ve şehrinizde yaşayanların sağlığına dikkat etme fırsatını kaçırmanın yanlış olduğunu düşünüyorsanız, baca gazlarının nasıl bir enerji kaynağına dönüştürüleceğine ilişkin makaleyi okuyun.
Standartları incelemek
Kazan ünitesinin verimliliğini belirleyen en önemli parametre baca gazlarının sıcaklığıdır. Egzoz gazlarıyla kaybedilen ısı, tüm ısı kayıplarının önemli bir bölümünü oluşturur (yakıtın kimyasal ve mekanik olarak yetersiz yanmasından kaynaklanan ısı kayıpları, cüruflardan kaynaklanan fiziksel ısı kayıpları ve ayrıca harici soğutma nedeniyle çevreye ısı sızıntıları). Bu kayıplar kazanın verimliliği üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir ve verimliliğini azaltır. Böylece baca gazı sıcaklığı ne kadar düşük olursa kazanın veriminin de o kadar yüksek olacağını anlıyoruz.
Kazanın farklı yakıt türleri ve çalışma parametreleri için optimum baca gazı sıcaklığı, yaratılışının en erken aşamasında teknik ve ekonomik hesaplamalara dayanarak belirlenir. Aynı zamanda, egzoz gazı ısısının maksimum faydalı kullanımı geleneksel olarak konvektif ısıtma yüzeylerinin boyutunun arttırılmasının yanı sıra kuyruk yüzeylerinin (su ekonomizörleri, rejeneratif hava ısıtıcıları) geliştirilmesiyle elde edilir.
Ancak, en eksiksiz ısı geri kazanımı için teknolojilerin ve ekipmanların kullanılmasına rağmen, mevcut düzenleyici belgelere göre baca gazlarının sıcaklığı şu aralıkta olmalıdır:
- Katı yakıtlı kazanlarda 120-180 °C (yakıtın nem oranına ve kazanın çalışma parametrelerine bağlı olarak),
- Fuel oil kullanan kazanlarda 120-160 °C (içindeki kükürt oranına bağlı olarak),
- Doğalgazlı kazanlarda 120-130 °C.
Belirtilen değerler çevresel güvenlik faktörleri dikkate alınarak belirlenir, ancak öncelikle ekipmanın performansı ve dayanıklılığına ilişkin gereksinimler temel alınır.
Böylece minimum eşik, kazanın konvektif kısmında ve ayrıca kanal boyunca (baca ve bacada) yoğuşma riskini ortadan kaldıracak şekilde ayarlanır. Ancak korozyonu önlemek için yararlı bir iş yapmak yerine atmosfere salınan ısıdan fedakarlık etmek hiç de gerekli değildir.
Aşınma. Riskleri ortadan kaldırın
Korozyonun, kazan tesisatının güvenli çalışmasını tehlikeye atabilecek ve amaçlanan hizmet ömrünü önemli ölçüde kısaltabilecek hoş olmayan bir olay olduğunu iddia etmiyoruz.
Baca gazları çiğlenme noktası sıcaklığına ve altına soğutulduğunda, su buharının yoğunlaşması meydana gelir ve bununla birlikte NOx ve SOx bileşikleri sıvı hale geçer ve suyla reaksiyona girdiğinde iç kısım üzerinde yıkıcı etkiye sahip asitler oluşturur. Kazanın yüzeyleri. Yakılan yakıtın türüne bağlı olarak asit çiğlenme noktası sıcaklığı ve ayrıca yoğuşma suyu olarak çöken asitlerin bileşimi değişebilir. Ancak sonuç aynı: korozyon.
Doğal gazla çalışan kazanların egzoz gazları esas olarak aşağıdaki yanma ürünlerinden oluşur: su buharı (H2O), karbondioksit (CO2), karbon monoksit (CO) ve yanmamış yanıcı hidrokarbonlar CnHm (son ikisi, yakıtın eksik yanması sırasında ortaya çıkar) yanma modu ayarlanmamıştır).
Atmosfer havası büyük miktarda nitrojen içerdiğinden, diğer şeylerin yanı sıra, topluca NOx olarak adlandırılan nitrojen oksitler NO ve NO2, yanma ürünlerinde ortaya çıkar ve bunlar çevre ve insan sağlığı üzerinde zararlı etkiye sahiptir. Azot oksitler suyla birleştiğinde aşındırıcı nitrik asit oluşturur.
Fuel oil ve kömür yakıldığında yanma ürünleri içerisinde SOx adı verilen kükürt oksitler ortaya çıkar. Çevre üzerindeki olumsuz etkileri de geniş çapta araştırılmıştır ve şüphe yoktur. Su ile etkileşime girdiğinde oluşan asidik yoğuşma, ısıtma yüzeylerinde kükürt korozyonuna neden olur.
Geleneksel olarak, yukarıda gösterildiği gibi baca gazı sıcaklığı, ekipmanı kazanın ısıtma yüzeylerinde asit çökelmesinden koruyacak şekilde seçilir. Ayrıca, sadece kazanın kendisini değil aynı zamanda baca ile birlikte gelen bacaları da korozyon süreçlerinden korumak için gazların sıcaklığı, NOx ve SOx'un gaz yolu dışında yoğuşmasını sağlamalıdır. Elbette, izin verilen nitrojen ve kükürt oksit emisyon konsantrasyonlarını sınırlayan belirli standartlar vardır, ancak bu, bu yanma ürünlerinin Dünya atmosferinde biriktiği ve yüzeyine asit çökelmesi şeklinde düştüğü gerçeğini hiçbir şekilde ortadan kaldırmaz. .
Akaryakıt ve kömürde bulunan kükürtün yanı sıra yanmamış katı yakıt parçacıklarının (kül dahil) sürüklenmesi, baca gazlarının arıtılması için ek koşullar gerektirir. Gaz arıtma sistemlerinin kullanılması, baca gazlarından ısının kullanılması sürecinin maliyetini ve karmaşıklığını önemli ölçüde arttırmakta, bu tür önlemleri ekonomik açıdan çekici olmaktan uzak hale getirmekte ve çoğu zaman pratikte kârlı olmamaktadır.
Bazı durumlarda, yerel yetkililer yeterli baca gazı dağılımını ve duman oluşumunu önlemek için bacanın ağzında bir minimum baca gazı sıcaklığı belirler. Buna ek olarak, bazı işletmeler imajlarını iyileştirmek için bu tür uygulamaları gönüllü olarak benimseyebilir, çünkü genel halk genellikle görünür bir duman bulutunun varlığını çevre kirliliğinin bir işareti olarak yorumlarken, bir duman bulutunun yokluğu temiz bir çevre kirliliğinin işareti olarak görülebilir. üretme.
Bütün bunlar, belirli hava koşullarında işletmelerin baca gazlarını atmosfere bırakmadan önce özel olarak ısıtabilmesine yol açmaktadır. Doğal gazla çalışan bir kazanın egzoz gazlarının bileşimi anlaşılsa da (yukarıda ayrıntılı olarak tartışılmıştır), bacadan gelen beyaz "dumanın" (yanma modu doğru ayarlanmışsa) çoğunlukla doğalgazın kazan ocağında yanma reaksiyonu sonucu oluşan su buharıdır.
Korozyona karşı mücadele, olumsuz etkilerine karşı dayanıklı malzemelerin kullanılmasını gerektirir (bu tür malzemeler mevcuttur ve gaz, petrol ürünleri ve hatta yakıt olarak atık kullanan tesislerde kullanılabilir) ve ayrıca asitli maddelerin toplanması, işlenmesi organizasyonunu gerektirir. yoğunlaşma ve bertarafı.
Teknoloji
Mevcut bir işletmede kazanın arkasındaki baca gazlarının sıcaklığını düşürmek için bir dizi önlemin alınması, her şeyden önce kazanın kendisini (ısı) kullanarak, kazan ünitesini içeren tüm kurulumun verimliliğinde bir artış sağlar. içinde oluşturulmuştur).
Bu tür çözümlerin konsepti esasen tek bir şeye indirgeniyor: Baca gazlarının ısısını bir soğutma ortamı (örneğin su) ile emen, bacanın bacaya kadar olan bölümüne bir ısı eşanjörü monte edilir. Bu su, doğrudan ısıtılması gereken son soğutucu olabilir veya ısıyı ek ısı değişim ekipmanı aracılığıyla başka bir devreye aktaran bir ara madde olabilir.
Şematik diyagram şekilde gösterilmiştir:
Ortaya çıkan yoğuşma suyu doğrudan korozyona dayanıklı malzemelerden yapılmış yeni ısı eşanjörünün hacminde toplanır. Bunun nedeni, egzoz gazlarının hacminde bulunan nem için çiğlenme noktası sıcaklık eşiğinin tam olarak ısı eşanjörünün içinde aşılmasıdır. Böylece, yalnızca baca gazlarının fiziksel ısısından değil, aynı zamanda içerdikleri su buharının yoğunlaşmasından kaynaklanan gizli ısıdan da yararlanılır. Cihazın kendisi, tasarımı aşırı aerodinamik direnç sağlamayacak ve bunun sonucunda kazan ünitesinin çalışma koşullarını bozmayacak şekilde tasarlanmalıdır.
Isı eşanjörünün tasarımı, gazlardan sıvıya ısı transferinin bir bölme duvarı yoluyla gerçekleştiği geleneksel bir geri kazanımlı ısı eşanjörü veya baca gazlarının püskürtülen su ile doğrudan temas ettiği bir temaslı ısı eşanjörü olabilir. akışlarında nozullar.
İyileştirici bir ısı eşanjörü için asit yoğuşması sorununu çözmek, onun toplanmasını ve nötralizasyonunu organize etmekten ibarettir. Temaslı ısı eşanjörü durumunda, dolaşımdaki su besleme sisteminin periyodik olarak temizlenmesine benzer şekilde biraz farklı bir yaklaşım kullanılır: dolaşımdaki sıvının asitliği arttıkça, bunun belirli bir miktarı depolama tankına alınır; burada suyun daha sonra drenaj sistemine atılmasıyla veya teknolojik döngüye yönlendirilmesiyle reaktiflerle işlenir.
Baca gazı enerjisinin belirli uygulamaları, gazların sıcaklığı ile enerji tüketen prosesin girişindeki spesifik sıcaklık gereklilikleri arasındaki farklar nedeniyle sınırlı olabilir. Ancak, bu tür çıkmaz gibi görünen durumlar için bile, niteliksel olarak yeni teknolojilere ve ekipmanlara dayanan bir yaklaşım geliştirilmiştir.
Baca gazı ısı geri kazanım prosesinin verimliliğini arttırmak amacıyla, ısı pompalarına dayalı yenilikçi çözümler, sistemin temel unsuru olarak dünya pratiğinde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Belirli endüstriyel sektörlerde (örneğin biyoenerji), devreye alınan kazanların çoğunda bu tür çözümler kullanılmaktadır. Bu durumda birincil enerji kaynaklarından ek tasarruflar, geleneksel buhar sıkıştırmalı elektrikli makinelerin kullanılmasıyla değil, çalışması için elektrik yerine ısıya ihtiyaç duyan daha güvenilir ve teknolojik olarak gelişmiş absorpsiyonlu lityum bromür ısı pompalarının (ABTH) kullanılmasıyla elde edilir (genellikle bu Kullanılmayan atık ısı hemen hemen her işletmede bol miktarda mevcut olabilir). Üçüncü taraf bir ısıtma kaynağından gelen bu ısı, baca gazlarının mevcut sıcaklık potansiyelini dönüştürmenize ve bunu daha ısıtılmış ortamlara aktarmanıza olanak tanıyan dahili ABTH döngüsünü etkinleştirir.
sonuç
Kazan baca gazlarının bu tür çözümler kullanılarak soğutulması oldukça derin olabilir - ilk 30-20 °C'den 120 ve hatta 130 °C'ye kadar. Ortaya çıkan ısı, kimyasal su arıtma, makyaj, sıcak su temini ve hatta ısıtma şebekesi ihtiyaçları için suyu ısıtmak için oldukça yeterlidir.
Bu durumda yakıt tasarrufu %5÷10'a, kazan ünitesinin verimliliğindeki artış ise %2÷3'e ulaşabilir.
Böylece, açıklanan teknolojinin uygulanması aynı anda birkaç sorunun çözülmesine olanak sağlar. Bu:
- baca gazlarının ısısının (ve ayrıca su buharının yoğunlaşmasının gizli ısısının) en eksiksiz ve faydalı kullanımı,
- Atmosfere NOx ve SOx emisyonlarının azaltılması,
- ek bir kaynak elde etmek - arıtılmış su (herhangi bir işletmede, örneğin ısıtma ağları ve diğer su devreleri için besleme olarak faydalı bir şekilde kullanılabilir),
- duman bulutunun ortadan kaldırılması (zar zor görünür hale gelir veya tamamen kaybolur).
Uygulama, bu tür çözümlerin kullanılmasının fizibilitesinin öncelikle aşağıdakilere bağlı olduğunu göstermektedir:
- baca gazlarından elde edilen mevcut ısının faydalı şekilde kullanılması olasılığı,
- Alınan termal enerjinin yıllık kullanım süresi,
- İşletmedeki enerji kaynaklarının maliyeti,
- NOx ve SOx için izin verilen maksimum emisyon konsantrasyonunun aşılmasının varlığı (ayrıca yerel çevre mevzuatının ciddiyeti),
- yoğuşmayı nötralize etmek için bir yöntem ve daha fazla kullanım için seçenekler.
Kaynak: habr.com