بحثًا عن طرق لتحسين كفاءة المؤسسات في قطاع الطاقة ، فضلاً عن المنشآت الصناعية الأخرى التي تستخدم معدات تحرق الوقود الأحفوري (البخار ، غلايات الماء الساخن ، أفران العمليات ، وما إلى ذلك) ، فإن مسألة استخدام إمكانات غازات المداخن لا تثار في المقام الأول.
وفي الوقت نفسه ، استنادًا إلى معايير الحساب الحالية التي تم تطويرها قبل عقود ، والمعايير المحددة لاختيار مؤشرات الأداء الرئيسية لهذه المعدات ، تخسر مؤسسات التشغيل أموالها عن طريق السماح لها حرفيًا بالدخول إلى الأنبوب ، مما يؤدي في الوقت نفسه إلى تفاقم الوضع البيئي على نطاق عالمي.
إذا ، مثل فريق
المهندس الأول ، تعتقد أنه من الخطأ تفويت الفرصة لرعاية البيئة وصحة سكان مدينتك لصالح ميزانية المؤسسة ، اقرأ المقال حول كيفية تحويل غازات المداخن إلى طاقة.
معايير التعلم
المعلمة الرئيسية التي تحدد كفاءة وحدة الغلاية هي درجة حرارة غازات المداخن. تشكل الحرارة المفقودة مع غازات المداخن جزءًا مهمًا من جميع خسائر الحرارة (إلى جانب فقد الحرارة الناتج عن حرق الوقود الكيميائي والميكانيكي ، وفقدان الحرارة الفيزيائية للخبث ، وتسرب الحرارة إلى البيئة بسبب التبريد الخارجي). هذه الخسائر لها تأثير حاسم على كفاءة المرجل ، مما يقلل من كفاءتها. وبالتالي ، فإننا نفهم أنه كلما انخفضت درجة حرارة غازات المداخن ، زادت كفاءة المرجل.
يتم تحديد درجة الحرارة المثلى لغازات العادم لأنواع مختلفة من الوقود ومعايير تشغيل المرجل على أساس الحسابات التقنية والاقتصادية في المرحلة الأولى من إنشائها. في نفس الوقت ، يتم تحقيق الاستخدام الأقصى المفيد لحرارة غازات العادم بشكل تقليدي من خلال زيادة حجم أسطح التسخين الحراري ، وكذلك تطوير أسطح الذيل - أجهزة توفير المياه ، سخانات الهواء المتجددة.
ولكن على الرغم من إدخال التقنيات والمعدات لاستعادة الحرارة بشكل أكمل ، يجب أن تكون درجة حرارة غازات المداخن وفقًا للوثائق التنظيمية الحالية في نطاق:
- 120-180 درجة مئوية لمراجل الوقود الصلب (حسب رطوبة الوقود ومعايير تشغيل المرجل) ،
- 120-160 درجة مئوية لمراجل زيت الوقود (حسب محتوى الكبريت) ،
- 120-130 درجة مئوية لمراجل الغاز الطبيعي.
يتم تحديد القيم المشار إليها مع مراعاة عوامل السلامة البيئية ، ولكن أولاً وقبل كل شيء ، بناءً على متطلبات قابلية تشغيل الجهاز وقوة تحمله.
لذلك ، يتم تعيين الحد الأدنى للعتبة بطريقة تقضي على خطر التكثيف في الجزء الحراري من الغلاية وكذلك على طول المسار (في المداخن والمدخنة). ومع ذلك ، لمنع التآكل ، ليس من الضروري على الإطلاق التضحية بالحرارة المنبعثة في الجو بدلاً من القيام بعمل مفيد.
التآكل. القضاء على المخاطر
لا ندعي أن التآكل ظاهرة غير سارة يمكن أن تعرض للخطر التشغيل الآمن لمصنع الغلاية وتقلل من العمر المتوقع بشكل كبير.
عندما يتم تبريد غاز المداخن إلى درجة حرارة نقطة الندى أو أقل ، يحدث تكثيف بخار الماء ، حيث تتسبب مركبات أكاسيد النيتروجين وأكسيد النيتروجين ، التي تتفاعل مع الماء ، في تكوين أحماض ، في التأثير بشكل مدمر على الأسطح الداخلية للغلاية. اعتمادًا على نوع الوقود المحروق ، قد تكون درجة حرارة نقطة الندى الحمضي مختلفة ، وكذلك تكوين الأحماض المترسبة في شكل مكثفات. النتيجة ، مع ذلك ، هي تآكل واحد.
تتكون غازات المداخن في غلايات الغاز الطبيعي بشكل أساسي من المنتجات التالية من الاحتراق: بخار الماء (H
2 O) ، وثاني أكسيد الكربون (CO
2 ) ، وأول أكسيد الكربون (CO) والهيدروكربونات القابلة للاحتراق غير المحترقة nm (يظهر الاثنان الأخيران أثناء الاحتراق غير الكامل للوقود) عندما لا يتم تصحيح وضع الاحتراق).
نظرًا لأن الهواء الجوي يحتوي على كمية كبيرة من النيتروجين ، من بين أشياء أخرى ، فإن أكاسيد النيتروجين NO و NO
2 ، المشار إليهما بشكل عام باسم NOx ، يبدو أنهما ضاران بالبيئة وصحة الإنسان في منتجات الاحتراق. بالاقتران مع الماء ، تشكل أكاسيد النيتروجين حمض النتريك المتآكل.
عند حرق زيت الوقود والفحم ، تظهر أكاسيد الكبريت التي تسمى SOx في منتجات الاحتراق. كما يتم دراسة تأثيرها السلبي على البيئة على نطاق واسع وليس موضع تساؤل. تتسبب المكثفات الحمضية التي تتشكل أثناء التفاعل مع الماء في تآكل الكبريت في أسطح التسخين.
تقليديا ، يتم اختيار درجة حرارة غازات المداخن ، كما هو مبين أعلاه ، بطريقة لحماية المعدات من هطول الأمطار الحمضية على أسطح التدفئة في المرجل. علاوة على ذلك ، يجب أن تضمن درجة حرارة الغازات تكثيف أكاسيد النيتروجين وأكسيد الكبريت خارج مسار الغاز من أجل حماية ليس فقط المرجل نفسه ، ولكن أيضًا مداخن المداخن من عمليات التآكل. بالطبع ، هناك بعض المعايير التي تحد من التركيز المسموح به لانبعاثات أكاسيد النيتروجين والكبريت ، لكن هذا لا يلغي على الإطلاق حقيقة تراكم منتجات الاحتراق هذه في الغلاف الجوي للأرض وهطولها في شكل هطول الأمطار الحمضية على سطحها.
إن الكبريت الموجود في زيت الوقود والفحم ، وكذلك إدخال جزيئات الوقود الصلب غير المحترقة (بما في ذلك الرماد) يفرض شروطًا إضافية لتنقية غازات المداخن. يزيد استخدام أنظمة تنقية الغاز بشكل كبير من التكلفة ويعقد عملية استخدام حرارة غازات المداخن ، مما يجعل مثل هذه الأحداث جذابة بشكل ضعيف من الناحية الاقتصادية ، وغالبًا ما لا يكون الاسترداد.
في بعض الحالات ، حددت السلطات المحلية درجة حرارة دنيا لغاز المداخن عند مصب الأنبوب لضمان تشتت غازات المداخن بشكل كافٍ وعدم وجود أعمدة دخان. بالإضافة إلى ذلك ، قد تقوم بعض الشركات ، من تلقاء نفسها ، بتطبيق هذه الممارسة لتحسين صورتها ، نظرًا لأن عامة الناس يفسرون في كثير من الأحيان وجود أعمدة دخان مرئية كعلامة على التلوث البيئي ، في حين أن غياب أعمدة الدخان يمكن اعتباره علامة على الإنتاج النظيف.
كل هذا يؤدي إلى حقيقة أنه في ظل ظروف مناخية معينة ، يمكن للشركات تسخين غازات المداخن على وجه التحديد قبل إطلاقها في الجو. على الرغم من أن فهم تركيبة غازات المداخن في غلاية الغاز الطبيعي (الموصوفة بمزيد من التفصيل أعلاه) ، يصبح من الواضح أن "الدخان" الأبيض القادم من الأنبوب (مع الإعداد الصحيح لوضع الاحتراق) هو في معظمه بخار الماء الناتج في نتيجة تفاعل احتراق الغاز الطبيعي في فرن الغلاية.
يتطلب التحكم في التآكل استخدام مواد مقاومة لآثارها السلبية (مثل هذه المواد موجودة ويمكن استخدامها في المصانع التي تستخدم الغاز والمنتجات النفطية وحتى النفايات) ، بالإضافة إلى تنظيم جمع ومعالجة المكثفات الحمضية والتخلص منها.
تكنولوجيا
يوفر تنفيذ مجموعة من التدابير لخفض درجة حرارة غازات المداخن الموجودة خلف المرجل في المؤسسة الحالية زيادة في كفاءة التركيب بالكامل ، بما في ذلك وحدة الغلاية ، باستخدام المرجل أولاً وقبل كل شيء (الحرارة المتولدة فيه).
مفهوم هذه المحاليل ، في جوهره ، يتلخص في شيء واحد: يتم تركيب مبادل حراري على قناة الغاز إلى المدخنة ، والتي تستقبل حرارة غازات المداخن من وسط التبريد (على سبيل المثال ، الماء). يمكن أن يكون هذا الماء إما مباشرة حامل الموجة الحرارية النهائي ، الذي يجب تسخينه ، أو وكيل وسيط ، والذي ينقل الحرارة من خلال معدات إضافية لتبادل الحرارة إلى دائرة أخرى.
ويرد الرسم التخطيطي في الشكل:
يحدث تجميع المكثفات مباشرة في حجم المبادل الحراري الجديد ، المصنوع من مواد مقاومة للتآكل. هذا يرجع إلى حقيقة أن عتبة درجة حرارة نقطة الندى للرطوبة الموجودة في حجم غاز المداخن يتم التغلب عليها بدقة داخل المبادل الحراري. وبالتالي ، من المفيد استخدام ليس فقط الحرارة المادية لغازات المداخن ، ولكن أيضًا الحرارة الكامنة لتكثيف بخار الماء الموجود فيها. يجب حساب الجهاز نفسه بطريقة لا تؤدي بنيته إلى السحب الهوائي الهوائي المفرط ، وبالتالي تدهور ظروف تشغيل وحدة الغلاية.
يمكن أن يكون تصميم المبادل الحراري إما مبادل حراري استشفائي تقليدي ، حيث يتم نقل الحرارة من الغازات إلى السوائل من خلال الجدار الفاصل ، أو مبادل حراري تماس حيث تتلامس غازات المداخن مباشرة مع الماء الذي يتم رشه بواسطة الفوهات في تدفقها.
بالنسبة إلى المبادل الحراري التعافي ، فإن حل مشكلة المكثفات الحمضية يعود إلى تنظيم التجميع والتحييد. في حالة المبادل الحراري التلامسي ، يتم استخدام طريقة مختلفة قليلاً ، تشبه إلى حد ما عملية التطهير الدوري لنظام تزويد المياه المتداولة: مع زيادة حموضة السائل المتداول ، يتم أخذ كمية معينة منه في خزان التخزين ، حيث يتم معالجتها بالكواشف ثم يتم التخلص من الماء في نظام الصرف الصحي ، أو عن طريق إرسالها إلى الدورة التكنولوجية.
قد تكون تطبيقات غازات المداخن الفردية محدودة بسبب الاختلاف بين درجة حرارة الغازات والحاجة إلى درجة حرارة معينة عند مدخل العملية المستهلكة للطاقة. ومع ذلك ، في مثل هذه الحالات التي تبدو في حالة توقف تام ، تم تطوير نهج يعتمد على التقنيات والمعدات الجديدة نوعيًا.
من أجل زيادة كفاءة عملية استرداد حرارة غاز المداخن في الممارسة العالمية ، يتم استخدام حلول مبتكرة تعتمد على مضخات الحرارة كعنصر أساسي في النظام. في القطاعات الصناعية الفردية (على سبيل المثال ، في مجال الطاقة الحيوية) ، تستخدم هذه الحلول في معظم الغلايات التي يتم تشغيلها. يتم تحقيق توفير إضافي لموارد الطاقة الأولية في هذه الحالة من خلال استخدام آلات كهربائية لضغط البخار غير التقليدية ، ولكن مضخات حرارية لبروميد الليثيوم لامتصاص أكثر موثوقية ومتقدمة تقنياً (ABTN) ، والتي لا تتطلب كهرباء ولكن تسخينًا للعمل (في كثير من الأحيان ، وهو موجود بكثرة في أي مؤسسة تقريبًا). تعمل هذه الحرارة من مصدر التسخين الخارجي على تنشيط دورة ABTN الداخلية ، والتي تسمح لك بتحويل إمكانية درجة الحرارة المتاحة لغازات الاحتراق ، ونقلها إلى بيئات أكثر تسخينًا.
يؤدي
يمكن أن يكون تبريد غازات المداخن في المراجل باستخدام هذه المحاليل عميقًا للغاية - حتى 30 درجة مئوية وحتى 20 درجة مئوية من درجة حرارة 120-130 درجة مئوية. تعتبر الحرارة المستلمة كافية لتسخين المياه لتلبية احتياجات المعالجة الكيميائية للمياه والماكياج وإمدادات المياه الساخنة وحتى نظام التدفئة.
في هذه الحالة ، يمكن أن يصل معدل استهلاك الوقود إلى 5 ÷ 10٪ ، وزيادة في كفاءة وحدة الغلايات - 2 ÷ 3٪.
وبالتالي ، فإن إدخال التكنولوجيا الموصوفة يتيح لنا حل العديد من المشكلات في وقت واحد. هذا هو:
- الاستخدام الأكثر اكتمالا والمفيد للحرارة غازات المداخن (وكذلك الحرارة الكامنة لتكثيف بخار الماء) ،
- الحد من انبعاثات أكاسيد النيتروجين وأكسيد الكبريت في الجو
- الحصول على مياه نقية إضافية للموارد (والتي يمكن أن تكون مفيدة لأي مؤسسة ، على سبيل المثال ، كغذاء لنظام التدفئة وغيرها من دوائر المياه) ،
- التخلص من شعلة الدخان (يصبح بالكاد مرئيًا أو يختفي تمامًا).
تبين الممارسة أن مدى ملاءمة استخدام هذه الحلول يعتمد بشكل أساسي على:
- إمكانيات الاستخدام المفيد للحرارة الحالية لغاز المداخن ،
- مدة استخدام الحرارة المستلمة في السنة ،
- تكاليف الطاقة في المؤسسة ،
- وجود تجاوز الحد الأقصى المسموح به لتركيز انبعاثات أكاسيد النيتروجين وأكسيد النيتروجين (وكذلك شدة التشريعات البيئية المحلية) ،
- طريقة لتحييد المكثفات والخيارات لاستخدامها مرة أخرى.