Khi tìm cách nâng cao hiệu quả của các doanh nghiệp ngành năng lượng cũng như các cơ sở công nghiệp khác sử dụng thiết bị đốt nhiên liệu hóa thạch (hơi nước, nồi hơi nước nóng, lò xử lý, v.v.), vấn đề sử dụng tiềm năng khí thải đang được đặt ra. không được nâng lên ngay từ đầu.
Trong khi đó, dựa vào các tiêu chuẩn tính toán hiện có được phát triển từ nhiều thập kỷ trước và các tiêu chuẩn đã được thiết lập để lựa chọn các chỉ số hiệu suất chính của các thiết bị đó, các tổ chức vận hành sẽ thua lỗ, ném chúng xuống cống theo đúng nghĩa đen, đồng thời làm tình hình môi trường trên quy mô toàn cầu trở nên tồi tệ hơn.
Nếu, giống như lệnh "“, bạn cho rằng thật sai lầm khi bỏ lỡ cơ hội chăm sóc môi trường và sức khỏe của người dân thành phố với lợi ích cho ngân sách của doanh nghiệp, hãy đọc bài viết cách biến khí thải thành nguồn năng lượng.
Tiêu chuẩn học tập
Thông số quan trọng quyết định hiệu suất của lò hơi là nhiệt độ của khí thải. Nhiệt bị mất do khí thải chiếm một phần đáng kể trong tổng số tổn thất nhiệt (cùng với tổn thất nhiệt do đốt cháy nhiên liệu hóa học và cơ học, tổn thất do nhiệt vật lý từ xỉ, cũng như rò rỉ nhiệt ra môi trường do làm mát bên ngoài). Những tổn thất này có tác động quyết định đến hiệu suất của lò hơi, làm giảm hiệu suất của lò hơi. Như vậy, chúng tôi hiểu rằng nhiệt độ khí thải càng thấp thì hiệu suất của lò hơi càng cao.
Nhiệt độ khí thải tối ưu cho các loại nhiên liệu và thông số vận hành khác nhau của lò hơi được xác định trên cơ sở tính toán kinh tế kỹ thuật ở giai đoạn đầu tạo ra nó. Đồng thời, theo truyền thống, việc sử dụng nhiệt khí thải có ích tối đa bằng cách tăng kích thước của các bề mặt sưởi ấm đối lưu, cũng như phát triển các bề mặt đuôi - bộ tiết kiệm nước, bộ sưởi không khí tái tạo.
Nhưng ngay cả khi đã áp dụng các công nghệ và thiết bị để thu hồi nhiệt hoàn thiện nhất, nhiệt độ của khí thải, theo tài liệu quy định hiện hành, vẫn phải nằm trong khoảng:
- 120-180°C đối với nồi hơi sử dụng nhiên liệu rắn (tùy thuộc vào độ ẩm của nhiên liệu và các thông số vận hành của nồi hơi),
- 120-160°C đối với nồi hơi sử dụng dầu đốt (tùy thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh trong đó),
- 120-130°C đối với nồi hơi đốt khí tự nhiên.
Các giá trị được chỉ định được xác định có tính đến các yếu tố an toàn môi trường, nhưng chủ yếu dựa trên các yêu cầu về hiệu suất và độ bền của thiết bị.
Do đó, ngưỡng tối thiểu được đặt theo cách loại bỏ nguy cơ ngưng tụ trong phần đối lưu của lò hơi và xa hơn dọc theo ống dẫn (trong ống khói và ống khói). Tuy nhiên, để ngăn chặn sự ăn mòn, không nhất thiết phải hy sinh nhiệt lượng tỏa ra khí quyển thay vì thực hiện công có ích.
Ăn mòn. Loại bỏ rủi ro
Chúng tôi không cho rằng ăn mòn là một hiện tượng khó chịu có thể gây nguy hiểm cho hoạt động an toàn của việc lắp đặt nồi hơi và rút ngắn đáng kể tuổi thọ sử dụng dự định của nó.
Khi khí thải được làm lạnh đến nhiệt độ điểm sương trở xuống, hơi nước ngưng tụ, cùng với đó các hợp chất NOx, SOx cũng chuyển sang trạng thái lỏng, khi phản ứng với nước tạo thành axit có tác dụng phá hủy bề mặt bên trong. của nồi hơi. Tùy thuộc vào loại nhiên liệu bị đốt cháy, nhiệt độ điểm sương của axit có thể khác nhau, cũng như thành phần của axit kết tủa dưới dạng ngưng tụ. Tuy nhiên, kết quả là như nhau - ăn mòn.
Khí thải của nồi hơi hoạt động bằng khí tự nhiên chủ yếu bao gồm các sản phẩm cháy sau: hơi nước (H2O), carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO) và các hydrocacbon dễ cháy không cháy hết CnHm (hai sản phẩm sau xuất hiện trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu khi chế độ đốt không được điều chỉnh).
Do không khí trong khí quyển chứa một lượng lớn nitơ, nên trong các chất khác, nitơ oxit NO và NO2, gọi chung là NOx, xuất hiện trong các sản phẩm cháy, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe con người. Khi kết hợp với nước, oxit nitơ tạo thành axit nitric ăn mòn.
Khi đốt dầu nhiên liệu và than, các oxit lưu huỳnh gọi là SOx xuất hiện trong các sản phẩm cháy. Tác động tiêu cực của chúng đối với môi trường cũng đã được nghiên cứu rộng rãi và không còn nghi ngờ gì nữa. Nước ngưng có tính axit hình thành khi tương tác với nước gây ra sự ăn mòn lưu huỳnh trên bề mặt gia nhiệt.
Theo truyền thống, nhiệt độ khí thải, như trình bày ở trên, được chọn theo cách bảo vệ thiết bị khỏi kết tủa axit trên bề mặt gia nhiệt của lò hơi. Hơn nữa, nhiệt độ của khí phải đảm bảo sự ngưng tụ NOx và SOx bên ngoài đường dẫn khí để bảo vệ không chỉ bản thân lò hơi mà còn cả ống khói với ống khói khỏi quá trình ăn mòn. Tất nhiên, có một số tiêu chuẩn nhất định giới hạn nồng độ phát thải nitơ và oxit lưu huỳnh cho phép, nhưng điều này không phủ nhận thực tế là các sản phẩm đốt cháy này tích tụ trong bầu khí quyển Trái đất và rơi ra ngoài dưới dạng kết tủa axit trên bề mặt của nó. .
Lưu huỳnh có trong dầu nhiên liệu và than, cũng như sự cuốn theo các hạt nhiên liệu rắn không cháy hết (bao gồm cả tro) đặt ra các điều kiện bổ sung cho quá trình làm sạch khí thải. Việc sử dụng hệ thống lọc khí làm tăng đáng kể chi phí và độ phức tạp của quá trình sử dụng nhiệt từ khí thải, khiến các biện pháp đó kém hấp dẫn về mặt kinh tế và thường không mang lại lợi nhuận trên thực tế.
Trong một số trường hợp, chính quyền địa phương đặt nhiệt độ khí thải tối thiểu ở miệng ống khói để đảm bảo phân tán khí thải đầy đủ và không có chùm khói. Ngoài ra, một số doanh nghiệp có thể tự nguyện áp dụng các biện pháp như vậy để cải thiện hình ảnh của mình, vì công chúng thường hiểu sự hiện diện của một đám khói có thể nhìn thấy được là dấu hiệu ô nhiễm môi trường, trong khi việc không có một đám khói có thể được coi là dấu hiệu sạch. sản xuất.
Tất cả điều này dẫn đến thực tế là trong những điều kiện thời tiết nhất định, doanh nghiệp có thể đốt nóng khí thải một cách đặc biệt trước khi thải chúng vào khí quyển. Mặc dù hiểu được thành phần khí thải của nồi hơi chạy bằng khí tự nhiên (đã được thảo luận chi tiết ở trên), nhưng rõ ràng “khói” màu trắng phát ra từ ống khói (nếu chế độ đốt được cấu hình đúng) chủ yếu là hơi nước hình thành do phản ứng đốt cháy khí tự nhiên trong lò hơi.
Cuộc chiến chống ăn mòn đòi hỏi phải sử dụng các vật liệu có khả năng chống lại tác động tiêu cực của nó (những vật liệu đó tồn tại và có thể được sử dụng trong các công trình lắp đặt sử dụng khí đốt, các sản phẩm dầu mỏ và thậm chí cả chất thải làm nhiên liệu), cũng như tổ chức thu gom, xử lý axit ngưng tụ và xử lý nó.
Технология
Việc đưa ra một bộ biện pháp nhằm giảm nhiệt độ của khí thải phía sau lò hơi tại một doanh nghiệp hiện có đảm bảo tăng hiệu quả của toàn bộ quá trình lắp đặt, bao gồm cả bộ phận lò hơi, trước hết sử dụng chính lò hơi (nhiệt sinh ra trong đó).
Khái niệm về các giải pháp như vậy về cơ bản tập trung vào một điều: một bộ trao đổi nhiệt được lắp đặt trong phần ống khói dẫn đến ống khói, bộ trao đổi nhiệt này hấp thụ nhiệt của khí thải bằng môi trường làm mát (ví dụ: nước). Nước này có thể trực tiếp là chất làm mát cuối cùng cần được làm nóng hoặc là chất trung gian truyền nhiệt thông qua thiết bị trao đổi nhiệt bổ sung sang mạch khác.
Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trong hình:
Nước ngưng thu được được thu trực tiếp vào thể tích của bộ trao đổi nhiệt mới, được làm bằng vật liệu chống ăn mòn. Điều này là do ngưỡng nhiệt độ điểm sương đối với độ ẩm có trong thể tích khí thải được khắc phục chính xác bên trong bộ trao đổi nhiệt. Do đó, không chỉ nhiệt vật lý của khí thải được sử dụng một cách hữu ích mà còn cả ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước chứa trong chúng. Bản thân thiết bị phải được thiết kế sao cho thiết kế của nó không tạo ra lực cản khí động học quá mức và do đó làm xấu đi các điều kiện vận hành của bộ nồi hơi.
Thiết kế của bộ trao đổi nhiệt có thể là bộ trao đổi nhiệt thu hồi thông thường, trong đó sự truyền nhiệt từ khí sang chất lỏng xảy ra thông qua vách ngăn hoặc bộ trao đổi nhiệt tiếp xúc, trong đó khí thải tiếp xúc trực tiếp với nước, được phun bởi vòi phun trong dòng chảy của họ.
Đối với một bộ trao đổi nhiệt phục hồi, việc giải quyết vấn đề ngưng tụ axit phụ thuộc vào việc tổ chức thu gom và trung hòa nó. Trong trường hợp bộ trao đổi nhiệt tiếp xúc, một cách tiếp cận hơi khác được sử dụng, hơi giống với việc làm sạch định kỳ hệ thống cấp nước tuần hoàn: khi độ axit của chất lỏng tuần hoàn tăng lên, một lượng nhất định của nó sẽ được đưa vào bể chứa, trong đó nó được xử lý bằng thuốc thử, sau đó xả nước vào hệ thống thoát nước hoặc đưa nó vào chu trình công nghệ.
Một số ứng dụng nhất định của năng lượng khí thải có thể bị hạn chế do sự khác biệt giữa nhiệt độ của khí và yêu cầu nhiệt độ cụ thể ở đầu vào của quá trình tiêu thụ năng lượng. Tuy nhiên, ngay cả đối với những tình huống dường như bế tắc như vậy, một cách tiếp cận đã được phát triển dựa trên công nghệ và thiết bị mới có chất lượng.
Để nâng cao hiệu quả của quá trình thu hồi nhiệt khí thải, các giải pháp cải tiến dựa trên bơm nhiệt đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trên thế giới như một thành phần chính của hệ thống. Trong một số lĩnh vực công nghiệp nhất định (ví dụ như năng lượng sinh học), các giải pháp như vậy được sử dụng trên phần lớn các nồi hơi được đưa vào vận hành. Trong trường hợp này, việc tiết kiệm thêm nguồn năng lượng sơ cấp đạt được thông qua việc không sử dụng máy điện nén hơi truyền thống mà sử dụng máy bơm nhiệt hấp thụ lithium bromide (ABTH) có công nghệ tiên tiến và đáng tin cậy hơn, cần nhiệt thay vì điện để hoạt động (thường là điều này có thể là nhiệt thải không được sử dụng, hiện diện rất nhiều ở hầu hết các doanh nghiệp). Nhiệt này từ nguồn sưởi ấm của bên thứ ba sẽ kích hoạt chu trình ABTH bên trong, cho phép bạn chuyển đổi tiềm năng nhiệt độ sẵn có của khí thải và chuyển nó sang môi trường nóng hơn.
Kết quả
Việc làm mát khí thải lò hơi bằng các dung dịch như vậy có thể khá sâu - lên tới 30 và thậm chí 20 °C so với 120-130 °C ban đầu. Lượng nhiệt thu được khá đủ để làm nóng nước cho các nhu cầu xử lý nước bằng hóa chất, trang điểm, cung cấp nước nóng và thậm chí cả mạng lưới sưởi ấm.
Trong trường hợp này, mức tiết kiệm nhiên liệu có thể đạt 5 10% và hiệu suất của tổ máy lò hơi có thể tăng lên 2 3%.
Do đó, việc triển khai công nghệ được mô tả cho phép giải quyết một số vấn đề cùng một lúc. Cái này:
- việc sử dụng đầy đủ và có lợi nhất nhiệt của khí thải (cũng như nhiệt ẩn của hơi nước ngưng tụ),
- giảm phát thải NOx và SOx vào khí quyển,
- có được một nguồn tài nguyên bổ sung - nước tinh khiết (có thể được sử dụng hữu ích trong bất kỳ doanh nghiệp nào, chẳng hạn như làm nguồn cấp dữ liệu cho mạng lưới sưởi ấm và các mạch nước khác),
- loại bỏ đám khói (nó hầu như không nhìn thấy được hoặc biến mất hoàn toàn).
Thực tiễn cho thấy tính khả thi của việc sử dụng các giải pháp đó chủ yếu phụ thuộc vào:
- khả năng sử dụng hữu ích nhiệt sẵn có từ khí thải,
- thời gian sử dụng năng lượng nhiệt nhận được mỗi năm,
- chi phí nguồn năng lượng tại doanh nghiệp,
- sự hiện diện của việc vượt quá nồng độ phát thải tối đa cho phép đối với NOx và SOx (cũng như mức độ nghiêm trọng của luật môi trường địa phương),
- một phương pháp trung hòa nước ngưng và các lựa chọn để sử dụng tiếp.
Nguồn: www.habr.com
