энергосбережение в объеме около 2 ГВт·ч/год, экономический эффект в размере около 30 тыс. евро/год, а также снижение выбросов CO2 на 400 т/год.

Таблица 3.4: Возможные результаты организации предварительного подогрева воздуха горения

[28, Berger, 2005]

Мотивы внедрения

Повышение энергоэффективности производственных процессов.

Примеры

Широко применяется.

Справочная информация

[29, Maes, 2005], [16, CIPEC, 2002]

3.1.2. Рекуперативные и регенеративные горелки

Потери энергии являются серьезной проблемой при эксплуатации промышленных печей. При использовании традиционных технологий около 70% получаемой тепловой энергии теряется с отходящими газами (при рабочей температуре процесса около 1300°C). Поэтому меры по энергосбережению в данной области имеют большое значение, в особенности в случае высокотемпературных процессов (температура 400-1600°C).

Общая характеристика

Рекуперативные и регенеративные горелки были разработаны с целью непосредственного использования тепла дымовых газов для подогрева воздуха горения. Рекуператор представляет собой теплообменник, обеспечивающий подогрев поступающего воздуха горения за счет тепловой энергии отходящих газов. Рекуператор может обеспечить экономию около 30% энергии по сравнению с системой, использующей холодный воздух горения. Однако рекуператор, как правило, неспособен обеспечить подогрев воздуха до температуры, превышающей 550-600°C. Рекуперативные горелки могут использоваться при высокой рабочей температуре технологического процесса (700-1100°C).

Регенеративные горелки устанавливаются парами и работают по принципу краткосрочной аккумуляции энергии дымовых газов в керамических регенераторах тепла (см. рис. 3.3). Такие горелки позволяют утилизировать 85-90% тепла отходящих газов печи, обеспечивая подогрев поступающего воздуха горения до очень высоких температур, которые могут достигать величины всего на 100-150°C меньше, чем рабочая температура печи. Горелки подобного типа могут использоваться в диапазоне рабочих температур 800-1500°C. При этом потребление топлива может быть снижено на величину до 60%.

140

Экологические преимущества

Энергосбережение.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Важным ограничением для современных технологий рекуперативных/регенеративных горелок является противоречие между требованиями энергоэффективности и сокращения выбросов. Объемы образования NOx при использовании топлив, не содержащих азота, зависят, главным образом, от температуры сжигания, концентрации кислорода, а также времени пребывания газов в зоне горения. При сжигании в традиционном пламени результатом подогрева воздуха до значительных температур является высокая пиковая температура пламени, которая, в сочетании со значительным временем пребывания, приводит к существенному увеличению интенсивности образования NOx.

Производственная информация

В промышленных печах использование высокоэффективных регенеративных горелок может обеспечить температуру воздуха горения, достигающую 800–1350ºC. Современные горелки подобного типа с высокой частотой переключения позволяют добиться утилизации 90% отходящего тепла и, как следствие, значительного энергосбережения.

Применимость

Широко применяется.

Экономические аспекты

Недостатком горелок подобного типа являются значительные капитальные затраты на их внедрение. В большинстве случаев одна лишь экономия энергоресурсов неспособна окупить эти затраты. Поэтому при анализе ожидаемого экономического эффекта следует учитывать такие факторы, как возможное повышение производительности печи и снижение образования оксидов азота.

Мотивы внедрения

Важными факторами являются повышение производительности печей и сокращение выбросов оксидов азота.

Примеры

Широко применяется.

Справочная информация

[220, Blasiak W., 2004, 221, Yang W., 25 May 2005,, 222, Yang W., 2005, 223, Rafidi N., 2005, 224, Mörtberg M., 2005, 225, Rafidi N., June 2005, 226, CADDET, 2003, March]

3.1.3. Сокращение массового расхода дымовых газов за счет снижения избытка воздуха горения

Общая характеристика

Избыток воздуха горения может быть сведен к минимуму при помощи регулирования расхода воздуха в соответствии с расходом топлива. Эта задача может быть значительно облегчена посредством автоматизированного измерения содержания кислорода в дымовых газах. В зависимости от того, насколько быстро и часто меняются соответствующие характеристики технологического процесса, расход воздуха может регулироваться вручную или в автоматизированном режиме. Слишком низкий расход воздуха приводит к затуханию пламени и необходимости повторного зажигания, что может вызывать обратные удары пламени и, как следствие, повреждение оборудования. Поэтому соображения безопасности всегда требуют некоторого избытка воздуха (как правило, 1 – 2% для газообразного топлива и 10% для жидкого).

Экологические преимущества

Энергосбережение.

142

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Сокращение поступления воздуха горения приводит к увеличению концентрации в дымовых газах несгоревших или неполностью сгоревших продуктов – частиц углерода, оксида углерода и углеводородов, следствием чего может быть превышение установленных нормативов выбросов. Это ограничивает возможности повышения энергоэффективности за счет ограничения расхода воздуха горения. На практике поступление воздуха ограничивается до таких величин, при которых еще не происходит превышения установленных нормативов.

Производственная информация

Возможности для снижения избытка воздуха горения ограничены в силу того, что это приводит к повышению температуры таза в топке; слишком высокие температуры способны привести к повреждению всей системы.

Применимость

Минимальный избыток воздуха горения, необходимый для удержания объема выбросов в установленных пределах, зависит от конструкции горелок и особенностей технологического процесса.

Следует отметить, что использование в качестве топлива твердых отходов требует повышенного объема избыточного воздуха. Мусоросжигательные установки специально проектируются с учетом этой и других особенностей процесса сжигания отходов.

Экономические аспекты

Необходимое количество воздуха горения в значительной степени зависит от выбора топлива, который часто основан на оценке затрат и, возможно, законодательных и других нормативных требованиях.

Мотивы внедрения

Обеспечивает более высокую рабочую температуру, особенно в случае непосредственного нагрева.

Примеры

Некоторые цементные и известковые предприятия, а также мусоросжигательные установки.

Справочная информация

[91, CEFIC, 2005, 125, EIPPCB]][126, EIPPCB]

3.1.4. Автоматизированное управление горелками

Общая характеристика

Автоматизированное управление процессом сжигания может осуществляться посредством мониторинга и регулирования таких параметров, как расход топлива и воздуха горения, содержание кислорода в дымовых газах, а также потребность технологических процессов в тепловой энергии. См. также разделы 2.10, 2.15.2 и 3.1.3.

Экологические преимущества

Этот подход обеспечивает энергосбережение посредством ограничения расхода воздуха горения и оптимизации расхода топлива, что позволяет оптимизировать процесс сжигания и ограничить производство тепла реальными потребностями технологических процессов.

Кроме того, он может использоваться для минимизации образования NOx в процессе сжигания.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Не ожидается.

Производственная информация

Необходим начальный период определения параметров регулирования, а также периодическая перекалибровка автоматизированной системы управления.

143