Auf der Suche nach Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz von Unternehmen im Energiesektor sowie anderen Industrieanlagen, die Geräte zur Verbrennung fossiler Brennstoffe (Dampf, Heißwasserkessel, Prozessöfen usw.) verwenden, wird die Frage nach der Nutzung des Potenzials von Rauchgasen nicht in erster Linie aufgeworfen.
Auf der Grundlage der vor Jahrzehnten entwickelten bestehenden Berechnungsstandards und der etablierten Standards für die Auswahl der wichtigsten Leistungsindikatoren für solche Geräte verlieren die operativen Organisationen Geld, indem sie sie buchstäblich in die Rohrleitung lassen und gleichzeitig die Umweltsituation auf globaler Ebene verschlechtern.
Wenn Sie wie das Team des
Ersten Ingenieurs der Meinung sind, dass es falsch ist, die Gelegenheit zu verpassen, sich zum Wohle des Unternehmensbudgets um die Umwelt und die Gesundheit Ihrer Stadtbewohner zu kümmern, lesen Sie den Artikel darüber, wie Rauchgase in Energie umgewandelt werden können.
Lernstandards
Der Schlüsselparameter, der den Wirkungsgrad der Kesseleinheit bestimmt, ist die Temperatur der Rauchgase. Mit Rauchgasen verloren gegangene Wärme macht einen erheblichen Teil aller Wärmeverluste aus (zusammen mit Wärmeverlusten durch chemische und mechanische Unterverbrennung von Kraftstoff, Verlusten durch physikalische Schlackenwärme und Wärmeaustritt in die Umwelt aufgrund externer Kühlung). Diese Verluste haben einen entscheidenden Einfluss auf den Wirkungsgrad des Kessels und verringern dessen Wirkungsgrad. Wir verstehen also, dass der Wirkungsgrad des Kessels umso höher ist, je niedriger die Temperatur der Rauchgase ist.
Die optimale Temperatur der Abgase für verschiedene Brennstoffarten und die Betriebsparameter des Kessels werden zum frühesten Zeitpunkt seiner Entstehung auf der Grundlage technischer und wirtschaftlicher Berechnungen ermittelt. Gleichzeitig wird die maximal nutzbare Nutzung der Wärme der Abgase traditionell durch die Vergrößerung der konvektiven Heizflächen sowie durch die Entwicklung der Heckflächen erreicht - Wasserökonomisierer, regenerative Lufterhitzer.
Aber trotz der Einführung von Technologien und Geräten für die vollständigste Wärmerückgewinnung sollte die Temperatur der Rauchgase gemäß der aktuellen behördlichen Dokumentation im Bereich liegen von:
- 120-180 ° für Festbrennstoffkessel (abhängig von der Luftfeuchtigkeit des Brennstoffs und den Betriebsparametern des Kessels),
- 120-160 ° C für Heizölkessel (abhängig von ihrem Schwefelgehalt),
- 120-130 ° C für Erdgaskessel.
Die angegebenen Werte werden unter Berücksichtigung von Umweltsicherheitsfaktoren ermittelt, jedoch zunächst anhand der Anforderungen an die Funktionsfähigkeit und Haltbarkeit der Geräte.
Daher wird der Mindestschwellenwert so eingestellt, dass die Gefahr der Kondensation im konvektiven Teil des Kessels und weiter entlang des Pfades (in Abzügen und Schornsteinen) ausgeschlossen ist. Um Korrosion zu verhindern, ist es jedoch überhaupt nicht notwendig, Wärme, die in die Atmosphäre abgegeben wird, zu opfern, anstatt nützliche Arbeit zu leisten.
Korrosion Risiken beseitigen
Wir argumentieren nicht, dass Korrosion ein unangenehmes Phänomen ist, das den sicheren Betrieb der Kesselanlage gefährden und deren Lebenserwartung erheblich verringern kann.
Wenn das Rauchgas auf eine Taupunkttemperatur oder weniger abgekühlt wird, tritt Kondensation von Wasserdampf auf, mit der NOx, SOx-Verbindungen, die bei Reaktion mit Wasser Säuren bilden, die Innenflächen des Kessels zerstörerisch beeinflussen. Abhängig von der Art des verbrannten Brennstoffs kann die Temperatur des Säuretaupunkts sowie die Zusammensetzung der in Form von Kondensat ausfallenden Säuren unterschiedlich sein. Das Ergebnis ist jedoch eine Korrosion.
Die Rauchgase von Erdgaskesseln bestehen hauptsächlich aus folgenden Verbrennungsprodukten: Wasserdampf (H
2 O), Kohlendioxid (CO
2 ), Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte brennbare Kohlenwasserstoffe nHm (die beiden letzteren treten bei unvollständiger Verbrennung von Brennstoff auf wenn der Verbrennungsmodus nicht debuggt ist).
Da die Luft in der Atmosphäre unter anderem eine große Menge Stickstoff enthält, scheinen die Stickoxide NO und NO
2 , die allgemein als NOx bezeichnet werden, für die Umwelt und die menschliche Gesundheit in den Verbrennungsprodukten schädlich zu sein. Stickoxide bilden in Kombination mit Wasser eine ätzende Salpetersäure.
Beim Verbrennen von Heizöl und Kohle treten in den Verbrennungsprodukten Schwefeloxide auf, die als SOx bezeichnet werden. Ihre negativen Auswirkungen auf die Umwelt werden ebenfalls umfassend untersucht und nicht in Frage gestellt. Das bei Wechselwirkung mit Wasser gebildete Säurekondensat verursacht Schwefelkorrosion der Heizflächen.
Traditionell wird die Temperatur der Rauchgase, wie oben gezeigt, so gewählt, dass die Ausrüstung vor sauren Ausfällungen auf den Heizflächen des Kessels geschützt wird. Darüber hinaus muss die Temperatur der Gase die Kondensation von NOx und SOx außerhalb des Gaswegs sicherstellen, um nicht nur den Kessel selbst, sondern auch die Schornsteine vor Korrosionsprozessen zu schützen. Natürlich gibt es bestimmte Standards, die die zulässige Konzentration der Stickstoff- und Schwefeloxidemissionen begrenzen, aber dies hebt die Anreicherung dieser Verbrennungsprodukte in der Erdatmosphäre und ihre Ausfällung in Form von saurem Niederschlag auf ihrer Oberfläche überhaupt nicht auf.
In Heizöl und Kohle enthaltener Schwefel sowie das Mitreißen von unverbrannten Partikeln fester Brennstoffe (einschließlich Asche) stellen zusätzliche Bedingungen für die Reinigung von Rauchgasen. Die Verwendung von Gasreinigungssystemen erhöht die Kosten erheblich und verkompliziert den Prozess der Nutzung der Rauchgaswärme, wodurch solche Ereignisse aus wirtschaftlicher Sicht schwach attraktiv werden und häufig praktisch nicht wieder hergestellt werden können.
In einigen Fällen legen die örtlichen Behörden eine Mindestabgastemperatur an der Rohrmündung fest, um eine ausreichende Abgasverteilung und das Fehlen einer Rauchwolke sicherzustellen. Darüber hinaus können einige Unternehmen diese Praxis von sich aus anwenden, um ihr Image zu verbessern, da die breite Öffentlichkeit das Vorhandensein einer sichtbaren Rauchwolke häufig als Zeichen für Umweltverschmutzung interpretiert, während das Fehlen einer Rauchwolke als Zeichen für eine saubere Produktion angesehen werden kann.
All dies führt dazu, dass Unternehmen unter bestimmten Wetterbedingungen Rauchgase gezielt erwärmen können, bevor sie in die Atmosphäre gelangen. Wenn man die Zusammensetzung der Rauchgase eines Erdgaskessels (oben ausführlicher beschrieben) versteht, wird klar, dass der weiße "Rauch", der aus dem Rohr kommt (mit der richtigen Einstellung des Verbrennungsmodus), größtenteils Wasserdampf ist, der in diesem erzeugt wird das Ergebnis einer Erdgasverbrennungsreaktion in einem Kesselofen.
Der Korrosionsschutz erfordert die Verwendung von Materialien, die gegen seine negativen Auswirkungen beständig sind (solche Materialien existieren und können in Anlagen verwendet werden, in denen Gas, Ölprodukte und sogar Abfälle verwendet werden) sowie die Organisation der Sammlung, Verarbeitung von Säurekondensat und deren Entsorgung.
Technologie
Die Umsetzung einer Reihe von Maßnahmen zur Reduzierung der Temperatur der Rauchgase hinter dem Kessel im bestehenden Unternehmen führt zu einer Steigerung der Effizienz der gesamten Anlage, einschließlich der Kesseleinheit, wobei zunächst der Kessel selbst (die darin erzeugte Wärme) verwendet wird.
Das Konzept solcher Lösungen läuft im Wesentlichen auf eines hinaus: Ein Wärmetauscher ist am Gaskanal zum Schornstein angebracht, der die Wärme der Rauchgase vom Kühlmedium (z. B. Wasser) aufnimmt. Dieses Wasser kann entweder direkt der endgültige Wärmeträger sein, der erwärmt werden muss, oder ein Zwischenmittel, das Wärme durch zusätzliche Wärmeaustauschgeräte an einen anderen Kreislauf überträgt.
Das schematische Diagramm ist in der Abbildung dargestellt:
Die Ansammlung von Kondensat erfolgt direkt im Volumen des neuen Wärmetauschers, der aus korrosionsbeständigen Materialien besteht. Dies liegt daran, dass die Taupunkttemperaturschwelle für die im Rauchgasvolumen enthaltene Feuchtigkeit genau im Wärmetauscher überwunden wird. Daher ist es nützlich, nicht nur die physikalische Wärme der Rauchgase zu nutzen, sondern auch die latente Kondensationswärme des darin enthaltenen Wasserdampfs. Das Gerät selbst muss so berechnet werden, dass sein Konstrukt keinen übermäßigen Luftwiderstand und damit eine Verschlechterung der Betriebsbedingungen der Kesseleinheit ausübt.
Die Konstruktion des Wärmetauschers kann entweder ein herkömmlicher Rekuperationswärmetauscher sein, bei dem Wärme durch die Trennwand von Gasen auf Flüssigkeiten übertragen wird, oder ein Kontaktwärmetauscher, bei dem Rauchgase in direkten Kontakt mit Wasser kommen, das von Düsen in ihrem Strom gesprüht wird.
Für einen rekuperativen Wärmetauscher besteht die Lösung des Problems des sauren Kondensats darin, dessen Sammlung und Neutralisation zu organisieren. Bei einem Kontaktwärmetauscher wird ein etwas anderer Ansatz verwendet, der der periodischen Spülung des zirkulierenden Wasserversorgungssystems ähnelt: Mit zunehmendem Säuregehalt der zirkulierenden Flüssigkeit wird eine bestimmte Menge davon in den Speichertank geleitet, wo sie mit Reagenzien behandelt und dann Wasser in das Entwässerungssystem entsorgt wird. oder indem Sie es an den Technologiezyklus senden.
Einzelne Rauchgasanwendungen können aufgrund des Unterschieds zwischen der Temperatur der Gase und der Notwendigkeit einer bestimmten Temperatur am Einlass des Energieverbrauchsprozesses begrenzt sein. Für solche scheinbar festgefahrenen Situationen wurde jedoch ein Ansatz entwickelt, der auf qualitativ neuen Technologien und Geräten beruht.
Um die Effizienz des Abgaswärmerückgewinnungsprozesses in der Weltpraxis zu steigern, werden zunehmend innovative Lösungen auf Basis von Wärmepumpen als Schlüsselelement des Systems eingesetzt. In einzelnen Industriebereichen (z. B. in der Bioenergie) werden solche Lösungen bei den meisten in Betrieb genommenen Kesseln eingesetzt. Eine zusätzliche Einsparung von Primärenergieressourcen wird in diesem Fall durch die Verwendung nicht herkömmlicher elektrischer Dampfkompressionsmaschinen erreicht, sondern durch zuverlässigere und technologisch fortschrittlichere Lithiumbromid-Absorptionswärmepumpen (ABTN), die zum Arbeiten nicht Strom, sondern Wärme benötigen (häufig kann es sich um nicht genutzte Abwärme handeln) , die in fast jedem Unternehmen im Überfluss vorhanden ist). Diese Wärme von einer externen Heizquelle aktiviert den internen ABTN-Zyklus, mit dem Sie das verfügbare Temperaturpotential der Rauchgase umwandeln und in stärker beheizte Umgebungen übertragen können.
Ergebnis
Die Abkühlung der Kesselabgase mit solchen Lösungen kann sehr tief sein - bis zu 30 und sogar 20 ° C von anfänglich 120-130 ° C. Die empfangene Wärme reicht aus, um das Wasser für die Bedürfnisse der chemischen Wasseraufbereitung, des Nachfüllens, der Warmwasserversorgung und sogar eines Heizsystems zu erwärmen.
In diesem Fall kann der Kraftstoffverbrauch 5 bis 10% und der Wirkungsgrad der Kesseleinheit 2 bis 3% betragen.
Die Einführung der beschriebenen Technologie ermöglicht es uns daher, mehrere Probleme gleichzeitig zu lösen. Das:
- die vollständigste und nützlichste Nutzung der Rauchgaswärme (sowie der latenten Kondensationswärme von Wasserdampf),
- Reduzierung der NOx- und SOx-Emissionen in die Atmosphäre,
- Beschaffung eines zusätzlichen ressourcengereinigten Wassers (das für jedes Unternehmen nützlich sein kann, z. B. als Speisung für das Heizsystem und andere Wasserkreisläufe),
- Beseitigung der Rauchfackel (sie wird kaum sichtbar oder verschwindet ganz).
Die Praxis zeigt, dass die Angemessenheit der Verwendung solcher Lösungen in erster Linie von Folgendem abhängt:
- die Möglichkeiten der nützlichen Nutzung der vorhandenen Rauchgaswärme,
- die Nutzungsdauer der empfangenen Wärme in einem Jahr,
- Energiekosten im Unternehmen,
- das Vorhandensein einer Überschreitung der maximal zulässigen Konzentration von NOx- und SOx-Emissionen (sowie der Schwere der örtlichen Umweltgesetze),
- eine Methode zur Neutralisierung von Kondensat und Optionen für seine weitere Verwendung.