Намаляване парниковите газове от индустриални котли

Индустриалните котли могат да използват различни горива, включително въглища, мазут, природен газ, биомаса, втечнен нефтен газ, както и разнообразие от технологични газове и отпадъчни материали.

Всяко едно от тези горива има различни характеристики на горене и произвежда различни емисии на парникови газове. Изгарянето за генериране на топлина започва в котелната система, като топлината от изгаряното гориво се предава на водата в котела.

Много котли използват економайзер за предварително подгряване на водата за технологичния процес, преди тя да бъде подадена към котела, като за целта се използва отпадната топлина от отработените газове.

Практиките за експлоатация и поддръжка
оказват значително влияние върху производителността на промишленото оборудване, включително върху неговата ефективност, надеждност и експлоатационни разходи.

Всеки един от тези параметри се променя с течение на времето през експлоатационния период на съоръжението, поради което известно влошаване на оборудването е неизбежно. Коефициентът на полезно действие на котела намалява с течение на времето.

Скоростта на влошаване на неговите характеристики може да бъде овладяна чрез добри практики за експлоатация и поддръжка. Влошаването на техническите характеристики се изразява в по-високи скорости на нагряване, повече парникови емисии и експлоатационни разходи, понижена надеждност, а в някои случаи - намалена продуктивност.

Ефективността на оборудването може да се подобри чрез преоборудване с технологиите за управление на горенето като: системите за оползотворяване на топлина, технологии за контрол, както и обновяване на горелките.

Нови горелки и обновяване на съществуващите
Старите, неправилно оразмерени горелки, с влошени механични експлоатационни характеристики, обикновено са неефективни. Нефункциониращи демпфери, счупени регистри или запушени дюзи биха превърнали една иначе добра горелка в такава с влошени експлоатационни качества.

Тези недостатъци водят до непълно изгаряне (високи емисии на въглероден оксид (СО) и неизгорял въглерод) и до необходимост от повече въздух. Потенциалът за повишаване на ефективността в резултат на внедряване на нови горелки е функция на разликата между старите и новите технологии.

Свеждане на инфилтрацията на въздух до минимум
Инфилтрацията на въздух е нежелателна, но неизбежна и е неизменен елемент на котлените системи и техните въздуховоди. Тя се появява вследствие на голяма температурна разлика между изгорелите газове и температурата на околния въздух, което създава отрицателно налягане в пещта. Това се нарича “тяга” или “топлинен напор”. Отрицателното налягане се получава и в балансираните вентилационни системи, където се използва смукателен вентилатор.

Местата, откъдето прониква въздух, могат да бъдат много и разнообразни. Някои от индикаторите за наличие на големи утечки на въздух са следните: високи нива на O2, измерени на изхода на котела; висока консумация на гориво и високи температури на газа.

В зависимост от това колко сериозни са пукнатините и какви са източниците им, решението може да не е по-сложно от рутинна поддръжка, или да изисква по-комплексни грижи по време на планови ремонти.

Поддръжката на котелните системи, за да може утечките на въздух да се поддържат на минимално ниво, е най-често прилаганият подход. Той изисква комбинация от добри процедури на поддръжка, както и оперативен мониторинг, при който могат да бъдат открити условията за създаване на утечки на въздух и източниците им.

Топлообменник за продухване на котли
Продухването е необходимо за поддържане на качеството на водата. В зависимост от конкретните условия на място и качествата на добавъчната вода, честотата на продувките може да варира в широки граници. При продухването се изразходва енергия, която би могла да бъде оползотворена.

Тя може да бъде използвана повторно чрез топлообменник, разширителен съд или разширителен съд в комбинация с топлообменник. В резултат се получава пара с по-ниско налягане, която най-често се използва в деаераторите. Охлаждането на парата от продувката има друго предимство – намалява се температурата на течностите, отвеждани в канализационната система.

Изолация на котела
Заради големите размери на много котли, площта на външната им повърхност е много голяма и през корпусите им се губи значително количество топлина. Много е важно котелът да има подходяща изолация, за да може тези загуби да са минимални.

Огнеупорната облицовка по стените е основният изолационен материал. Когато тя се сменя, трябва да се извършат конструктивни изчисления, за да е сигурно, че котелът може да понесе теглото на новия огнеупорен материал.

Избор на огнеупорен материал
Макар че изборът на огнеупорен материал зависи много от горивата, суровините и работните условия, трябва да се предпочитат огнеупорни материали, които имат най-висок изолационен капацитет и имат най-дълъг експлоатационен срок.

Въпреки че заради уникалните условия във всяко съоръжение ползите от тях е трудно да се оценят количествено, по-висококачествените огнеупорни материали водят до известни икономии на енергия.

Топлообменните повърхности на котлите са изложени на въздействието на газове с високи температури и на продукти на горенето, които варират по състав в зависимост от различните горива и работни условия. Образуването на сажди, пепел от твърди и течни горива и непълното изгаряне на въглерод са причина за потенциални повърхностни отлагания.

По повърхностите на тръбите могат да се образуват и оксиди. Отлаганията се дължат и на експлоатационните проблеми, вариращи от повредени горелки, до състоянието на повърхностите за топлообмен и начина на протичане на газ в горивната зона на котела.

За да се сведат до минимум проблемите с отлаганията (образуването на шлака и нагар), важно е котелът да работи в параметрите, за които е конструиран. Това създава известни проблеми при експлоатацията, като налага ограничения за качеството на горивото и на честотите на запалване например.

Но котлите, които работят с горива, богати на пепел, имат “системи за почистване” (устройства за издухване на сажди, които обикновено работят със сгъстен въздух или пара), за да може периодично да се отстраняват неизбежните отлагания от пепел от продукти на горенето.

Съществуват много такива продукти и те обикновено променят свойствата на пепелта (например отношението температура-вискозитет), за да бъдат намалени до минимум отлаганията.

По-модерните системи за издухване на сажди (т. нар. “интелигентни системи за издухване на сажди (ИСИС)”) използват обратни сигнали, като отчитат температурата на изходящия газ или използват сензори за топлопредаване, които ги задействат.

ИСИС определят коя система за издухване на сажди трябва да бъде задействана и кога в зависимост от състоянието и техническите характеристики на повърхностите за нагряване. Така се оптимизира експлоатацията и се повишава ефективността.

В по-крайни случаи, когато се случат по-резки и крайни промени на горивото, възможно е съществуващата система за издухване на сажди да не е достатъчна за отстраняване на отлаганията и да се наложат промени на ИСИС.

Поддържането на повърхностите за топлопредаване чисти е от огромно значение за ефективността на котела. Както може да се очаква, твърдите горива най-често са обект на действието на системите за издухване на сажди.

Въпреки че системите, които работят с нафта и газ, също от време на време трябва да се борят с отлаганията на сажди и шлака, те обикновено нямат подобни системи. Изборът на подходяща система зависи от котела и горивото, както бе обяснено по-горе. Системите за издухване на сажди широко се използват в индустрията.