У пошуках способів підвищення ефективності підприємств енергетичного сектора, а також інших промислових об'єктів, на яких використовується обладнання, що палює паливо (парові, водогрійні котли, технологічні печі і т.д.), питання використання потенціалу димових газів порушується не в першу чергу.
Тим часом, спираючись на існуючі норми розрахунку, розроблені десятки років тому, і стандарти вибору ключових показників роботи подібного обладнання, що експлуатуються, експлуатуючі організації втрачають гроші, випускаючи їх у прямому сенсі в трубу, попутно погіршуючи екологічну обстановку в глобальному масштабі.
Якщо, як і команда ««Ви вважаєте неправильним упускати можливість подбати про навколишнє середовище та здоров'я мешканців вашого міста з вигодою для бюджету підприємства, читайте статтю про те, як перетворити димові гази на енергоресурс.
Вивчаємо стандарти
Ключовий параметр, що визначає ККД котельного агрегату, - температура газів. Тепло, що втрачається з газами, становить значну частину всіх теплових втрат (поряд з втратами тепла від хімічного і механічного недопалу палива, втратами з фізичним теплом шлаків, а також витоків тепла в навколишнє середовище внаслідок зовнішнього охолодження). Ці втрати мають вирішальний вплив на економічність роботи котла, знижуючи його ККД. Таким чином, ми розуміємо, що чим нижча температура димових газів, тим вища ефективність котла.
Оптимальна температура газів для різних видів палива і робочих параметрів котла визначається на підставі техніко-економічних розрахунків на ранньому етапі його створення. При цьому максимально корисне використання тепла газів, що йдуть, традиційно досягається за рахунок збільшення розмірів конвективних поверхонь нагріву, а також розвитку хвостових поверхонь - водяних економайзерів, регенеративних повітропідігрівачів.
Але навіть незважаючи на впровадження технологій та обладнання для найбільш повної утилізації тепла, температура газів, що йдуть, відповідно до чинної нормативної документації повинна перебувати в діапазоні:
- 120-180 °С для котлів на твердому паливі (залежно від вологості палива та робочих параметрів котла),
- 120-160 °С для котлів на мазуті (залежно від вмісту в ньому сірки),
- 120-130 ° С для котлів на природному газі.
Зазначені значення визначено з урахуванням факторів екологічної безпеки, але насамперед, виходячи з вимог до працездатності та довговічності обладнання.
Так, мінімальний поріг задається таким чином, щоб унеможливити випадання конденсату в конвективній частині котла і далі по тракту (у газоходах і димарі). Однак для запобігання корозії зовсім не обов'язково жертвувати теплом, яке викидається в атмосферу замість того, щоб робити корисну роботу.
Корозія. Виключаємо ризики
Не сперечаємось, корозія – явище неприємне, здатне поставити під загрозу забезпечення безпечної роботи котельної установки та суттєво скоротити призначений їй термін експлуатації.
При охолодженні димових газів до температури точки роси і нижче відбувається конденсація водяної пари, разом з якими переходять в рідкий стан і з'єднання NOx, SOx, які, вступаючи в реакцію з водою, утворюють кислоти, що руйнівно впливають на внутрішні поверхні котла. Залежно від типу палива, температура кислотної точки роси може бути різною, як і склад кислот, що випадають у вигляді конденсату. Результат, проте, один – корозія.
Гази котлів, що працюють на природному газі, в основному складаються з наступних продуктів згоряння: водяної пари (Н2О), вуглекислого газу (СО2), чадного газу (СО) і незгорілих горючих вуглеводнів СnHm (два останні з'являються при неповному згорянні палива, коли режим горіння не налагоджений).
Оскільки в атмосферному повітрі міститься велика кількість азоту, серед іншого, у продуктах згоряння з'являються оксиди азоту NO і NO2, узагальнено іменовані NOx, що згубно впливають на навколишнє середовище та здоров'я людини. З'єднуючись з водою, оксиди азоту та утворюють корозійно-активну азотну кислоту.
При спалюванні мазуту і вугілля у продуктах згоряння утворюються оксиди сірки, іменовані SOx. Їхній негативний вплив на навколишнє середовище також широко досліджено і не піддається сумніву. кислий конденсат, Що Утворюється при взаємодії з водою, викликає сірчисту корозію поверхонь нагріву.
Традиційно, температура газів, як було показано вище, вибирається таким чином, щоб захистити обладнання від випадання кислоти на поверхнях нагрівання котла. Більше того, температура газів повинна забезпечити конденсацію NOx і SOx за межами газового тракту для того, щоб захистити від корозійних процесів не тільки сам котел, а й газоходи з димарем. Звичайно, існують певні норми, що обмежують допустимі концентрації викидів оксидів азоту та сірки, але це анітрохи не скасовує факт накопичення цих продуктів згоряння в атмосфері Землі та випадання їх у вигляді кислотних опадів на її поверхню.
Сірка, що міститься в мазуті і вугіллі, а також винесення часток твердого палива, що не згоріли (у тому числі золи), накладають додаткові умови з очищення димових газів. Застосування систем газоочищення значно здорожує та ускладнює процес утилізації тепла димових газів, роблячи подібні заходи слабо привабливими з економічного погляду, а часто практично не окупними.
У деяких випадках місцеві органи влади встановлюють мінімальну температуру димових газів у гирлі труби з метою забезпечення адекватного розсіювання газів, що йдуть, та відсутності димового факелу. Крім того, деякі підприємства можуть з власної ініціативи застосовувати подібну практику для покращення свого іміджу, оскільки широка громадськість найчастіше інтерпретує наявність видимого димового смолоскипа як ознака забруднення навколишнього середовища, тоді як відсутність димового смолоскипа може розглядатися як ознака чистого виробництва.
Все це призводить до того, що за певних погодних умов підприємства можуть спеціально підігрівати димові гази перед викидом у атмосферу. Хоча, розуміючи склад газів котла, що працює на природному газі (він детально розібраний вище), стає очевидно, що білий «дим», який йде з труби (при правильному налаштуванні режиму горіння), – це здебільшого пари води, що утворюються в внаслідок реакції горіння природного газу в топці котла.
p align="justify"> Боротьба з корозією вимагає застосування матеріалів, стійких до її негативного впливу (такі матеріали існують і можуть застосовуватися на установках, що використовують як паливо газ, продукти нафтопереробки і навіть відходи), а також організацію збору, переробки кислого конденсату та його утилізації.
Технологія
Впровадження комплексу заходів щодо зниження температури димових газів за котлом на існуючому підприємстві забезпечує збільшення ККД всієї установки, до складу якої входить котельний агрегат, використовуючи, насамперед, сам казан (тепло, що виробляється в ньому).
Концепція таких рішень, за своєю суттю, зводиться до одного: на ділянці газоходу до димаря монтується теплообмінник, що сприймає тепло димових газів охолоджувальним середовищем (наприклад, водою). Ця вода може бути безпосередньо кінцевим теплоносієм, який необхідно нагріти, так і проміжним агентом, який передає тепло за допомогою додаткового теплообмінного обладнання іншому контуру.
Принципова схема представлена малюнку:
Збір конденсату, що утворюється, відбувається безпосередньо в об'ємі нового теплообмінного апарату, який виконується з корозійно-стійких матеріалів. Це обумовлено тим, що поріг температури точки роси для вологи, що міститься в обсязі газів, що йдуть, долається саме всередині теплообмінника. Таким чином, корисно використовується не тільки фізичне тепло димових газів, але і прихована теплота конденсації водяної пари, що містяться в них. Сам апарат повинен розраховуватися таким чином, щоб його конструктив не чинив надмірного аеродинамічного опору і, як наслідок, погіршення умов роботи котельного агрегату.
Конструкція теплообмінного апарату може бути або звичайний рекуперативний теплообмінник, де перенесення тепла від газів до рідини відбувається через стінку, що розділяє, або контактний теплообмінник, в якому димові гази безпосередньо вступають в контакт з водою, яка розбризкується форсунками в їх потоці.
Для рекуперативного теплообмінника вирішення питання щодо кислотного конденсату зводиться до організації його збору та нейтралізації. У випадку ж з контактним теплообмінником застосовується дещо інший підхід, у чомусь подібний до періодичного продування системи оборотного водопостачання: у міру збільшення кислотності циркулюючої рідини, деяка її кількість відбирається в накопичувальний бак, де відбувається обробка реагентами з подальшою утилізацією води в дренажну каналізацію, чи напрямом їх у технологічний цикл.
Окремі застосування енергії димових газів можуть бути обмежені внаслідок різниці між температурою газів та потребами у певній температурі на вході енергоспоживаючого процесу. Однак і для таких, здавалося б, глухих ситуацій розроблено підхід, який спирається на якісно нові технології та обладнання.
З метою підвищення ефективності процесу утилізації тепла димових газів у світовій практиці як ключовий елемент системи все частіше застосовуються інноваційні рішення на базі теплових насосів. В окремих секторах промисловості (наприклад, в біоенергетиці) такі рішення застосовуються на більшості котлів, що вводяться в експлуатацію. Додаткова економія первинних енергоресурсів у цьому випадку досягається за рахунок застосування не традиційних парокомпресійних електричних машин, а надійніших і технологічніших абсорбційних бромисто-літієвих теплових насосів (АБТН), яким для роботи потрібна не електроенергія, а тепло (часто це може бути невикористовуване тепло) , яке надлишку присутній практично на будь-якому підприємстві). Таке тепло стороннього гріючого джерела активізує внутрішній цикл АБТН, який дозволяє перетворювати наявний температурний потенціал газів, що йдуть, і передавати його більш нагрітим середовищам.
Результат
Охолодження газів котла із застосуванням подібних рішень може бути досить глибоким – до 30 і навіть 20 °С з початкових 120-130 °С. Отриманого тепла цілком достатньо, щоб підігріти воду для потреб хімводопідготовки, підживлення, гарячого водопостачання та навіть тепломережі.
Економія палива може досягати 5÷10 %, а підвищення ККД котельного агрегату – 2÷3 %.
Таким чином, використання описаної технології дозволяє вирішувати відразу кілька завдань. Це:
- максимально повне та корисне використання тепла димових газів (а також прихованої теплоти конденсації водяної пари),
- зниження обсягу викидів NOx та SOx в атмосферу,
- отримання додаткового ресурсу – очищеної води (якому знайдеться корисне застосування на будь-якому підприємстві, наприклад, як підживлення тепломережі та інших водяних контурів),
- ліквідація димового смолоскипа (він стає ледь помітним або зникає зовсім).
Практика показує, що доцільність застосування таких рішень насамперед залежить від:
- можливості корисної утилізації наявного тепла димових газів,
- тривалість використання отриманої теплової енергії в році,
- вартості енергоресурсів на підприємстві,
- наявності перевищення гранично допустимої концентрації викидів за NOx та SOx (а також від суворості місцевого екологічного законодавства),
- способу нейтралізації конденсату та варіантів його подальшого використання.
Джерело: habr.com
