Об эффективном использовании технологических газов

Энергоемкость технологических газов соответствует примерно одной шестой части расхода природного газа в Германии — это огромный резерв энергии. Технологические газы возникают в качестве побочных продуктов во многих технологиях производства и могут быть использованы для производства тепла. В дюссельдорфском производственном научно-исследовательском институте разработана динамическая регулировка горелок, обеспечивающая более эффективную термическую утилизацию этих горючих газов. Проект "Эффективное использование технологических газов" является научно-исследовательской разработкой.

По сравнению с природным газом технологические газы имеют меньшую теплотворность, более низкие температуры пламени и колебания состава. Часто они загрязнены сопутствующими веществами, которые могут вызывать эмиссию вредных веществ или нарушения технологического процесса. Исходя из этого, на практике часть выделяющихся технологических газов используется с низким коэффициентом полезного действия или просто сжигается в факеле. Совершенствование использования технологических газов было целью научно-исследовательских работ, которые проводились в последние годы при поддержке Федерального министерства экономики. Ниже представлены близкие к практике работы, проведенные в производственном научно-исследовательском институте (ПНИИ) — Институте прикладных исследований Общества немецких металлургов ГмбХ в Дюссельдорфе.

Быстрая регулировка технологических газов
Горючие газы с колеблющейся теплотворной способностью можно будет применять для многих топочных процессов, если удастся непрерывно и быстро регулировать количество газа, а также соотношение газа и воздуха. Новые способы регулировки с непрерывным и динамическим измерением центральных параметров горючих газов обеспечивают очень быстрое сглаживание этих колебаний. Благодаря этому регулируемые промышленные горелки можно точнее, чем до сих пор, настраивать в зависимости от колебаний в составе газов.
Применение такой системы является актуальным в воздухонагревательной установке доменной печи в сочетании с оптимизированными регулирующими устройствами и датчиками. За счет осуществления комплекса мероприятий расход природного газа в установке значительно сокращается. Дальнейшее применение в нефтехимии, стальной индустрии и при калибрационном учете биохимических газов подтверждает ее практическую пригодность.

Очистка технологических газов
К проблемным загрязнениям технологических газов относятся, в частности, высококипящие углеводороды, серные и азотные соединения. Чтобы иметь возможность применять такие газы в производстве безопасно и с низкими ремонтными затратами, был разработан первичный способ максимального удаления таких сопутствующих веществ. При этом технологический газ проходит через один или несколько реакторов, наполненных активированным углем или активированным коксом (реакторы с неподвижным или подвижным слоем), и очищается за счет осаждения примесей на пористых твердых веществах. Благодаря низкой селективности способа в отношении очень разных элементов газа большая часть мешающих веществ отделяется от потока газа. Децентрализованно применяемый способ отличается долгим сроком службы при низких производственных затратах. На одном прокатном стане запланирована экспериментальная установка, с помощью которой из частично очищенного коксового газа будут удаляться полицикличные углеводороды.

Снижение NOx в топочных установках
Содержание в технологических газах азотных соединений горючих веществ может способствовать увеличению количества окислов азота в отработанных газах. Для сокращения выбросов окислов азота в этом случае можно использовать разные мероприятия. С помощью известных способов очистки от азота, а также селективной каталитической редукции (метод SNCR) можно добиться уменьшения NOx в объеме до 95%. На крупных установках — например, электростанциях — эти способы можно экономически выгодно применять, несмотря на высокие инвестиции и производственные затраты. На более мелкие производственные установки это не распространяется. Новый метод высокотемпературной редукции (HTR) основан на сжигании со ступенчатой регулировкой воздуха и использует механизмы снижения содержания азота за счет таких добавок, как аммиачная вода или мочевина. От метода SNCR он отличается диапазоном температур и местом ввода в диапазоне сжигания ниже стехиометрического уровня. Этот метод позволяет добиться снижения NOx свыше 90% при низких производственных затратах и низкой эмиссии аммиака. Внедрение метода связано с незначительными строительными затратами, и его можно применять в сочетании с другими мероприятиями по удалению азота.

Оптимизация горелок в методических печах
Сжигание технологических газов с колеблющейся теплотворной способностью требует применения специальных горелок. В сотрудничестве с предприятиями среднего бизнеса — изготовителями горелок были разработаны прототипы регулируемых горелок, которые при помощи простых механизмов регулировки можно приспосабливать к таким параметрам газов, как теплотворная способность и потребность в воздухе. Данные методы и элементы применимы также для оптимизации печей, оборудованных традиционными горелками.

Итог
Несмотря на огромную экономию, в частности, в энергоемкой промышленности, еще и сегодня можно использовать экономически выгодный потенциал энергосбережения. В многочисленных тепловых установках за счет оптимизации управления можно добиться экономии энергии в объеме до 10%. Только организационно-технические мероприятия на уровне предприятия позволяют снизить расход энергии на 4-6%. Наряду с такими мероприятиями, как совершенствование управления технологическим процессом, применение более эффективных горелок и котельных установок, улучшение изоляции паропроводов, печей и сушек, возврата конденсата, а также использование отходящего тепла, форсированное использование технологических газов заключает в себе большой потенциал экономии.

Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ