Комплексное использование теплоты сгорания топлива, как метода борьбы с выбросами углекислого газа

Современные знания о парниковом эффекте позволяют говорить о большой значимости этого явления для нашей планеты. Специалисты утверждают о двукратном увеличении выбросов газа в атмосферу к середине XIX века. Поэтому уже сейчас необходимо проводить мероприятия по сокращению выбросов до допустимых пределов.

Все направления мер по снижению выбросов газов, особенно углекислого, носят краткосрочный и долгосрочный характер. К краткосрочным относятся внедрение энергосберегающих технологий, рациональное применение энергетических ресурсов, увеличение коэффициента полезного действия на всех этапах выработки энергии, а также использование в качестве топлива, те виды, в которых присутствует небольшое количество углерода. В этом смысле можно говорить о замене каменного угля на природный газ.

К долгосрочным можно отнести замену традиционных видов топлива на нетрадиционные источники энергии, например, ветряные мельницы или солнечные электростанции. При этом во внимание берется то, что во время сооружения данных строений также происходят выбросы углекислого газа.

Для определения общих энергетических затрат принято использовать два метода: цепной анализ и электрический Input-Output-анализ.

Вся суть цепного анализа заключается в его наименовании: процесс добычи продукта рассматривается поэтапно с учетом потребностей в энергии. Существует также более простой метод, который, однако не учитывает поэтапные потребности в энергии, поэтому он не является объективным в полной мере.

Анализ методом Input-Output предрасполагает использование особой таблицы и матрицы народного хозяйства. Результатом расчетов по этому методу является матрица, указывающая какое количество энергии необходимо вложить для производства единой цены определенного продукта определенного сектора.

Для снижения выбросов углекислого газа РГУ имени Губкина к внедрению предлагаются установки для энерготехнологического использования тепла в различных секторах промышленности. Некоторые из этих установок уже сейчас относятся к числу действующих.

Для того, чтобы разобраться в сути предлагаемой к внедрению технологии, можно отправиться в Ростовскую область на Донецкий экскаваторный завод. В одном из цехов здесь используют теплоту от сжигаемого природного газа.

Сжигание газа происходит в печах, из которых продукты сгорания с температурой 800 ⁰С направляются в рекулеряторы, где осуществляется нагрев воздуха. Воздух, обладающий температурой порядка 250 ⁰С, уходит в горелки. Уходящие газы применяют для нагрева воды, применяемой в системе горячего водоснабжения. Нагреваемая вода также используется в холодное время года в качестве теплоносителя в системе отопления.

К внедрению также предлагается система для обогрева цехов с помощью теплого воздуха, однако данные установки пока не нашли широкого применения.

Преимуществом описанной выше системы является возможность регулирования температуры теплоносителей, то есть отдаваемой им теплоты.

Еще одним примером комплексного подхода при использовании теплоты, получаемой при сгорании топлива, является система, которую внедрили на машиностроительном заводе в Северодвинске.

Поступающие в водонагреватели продукты сгорания обладают температурой в 900 ⁰С. Подогреваемая тут вода используется в технических системах теплоснабжения. Выходя из водонагревателей, продукты сгорания имеют температуру около 270 ⁰С. В теплообменнике генератора их температура снижается до 160 ⁰С. Мощность на выходе из генератора достигает 15 кВт. Для того, чтобы обеспечить большее количество энергии, следует увеличить перепад температур в теплообменнике энергетической установки. Например, при перепаде температур 600-350 ⁰С вполне реально получить мощность в 50 кВт.

Далее продукты сгорания направляются в утилизатор тепла, где температура снижается до 40 ⁰С. При этом определенная часть водяных паров конденсируется. После этого из продуктов сгорания вырабатывают углекислоту на специальной станции. Полученная углекислота в некотором количестве преобразуется в пищевую. Из углекислотной станции остатки продуктов сгорания удаляются в атмосферу принудительным способом.

До внедрения системы использования теплоты на предприятии была задействована дымовая труба. В описанной выше схеме эта труба может применяться лишь на время обслуживания или ремонтных работ.

Сконденсировавшаяся в утилизаторе теплоты вода скапливается в специальном баке, откуда ее периодически отбирают для подпитки отопительных котлов тепловой станции.

Следует отметить, что конденсат имеет в своем составе агрессивные среды, которые могут оказывать негативное воздействие на металлические элементы. Для исключения данных проявлений следует предусмотреть антикоррозионное покрытие и декарбонизацию.

О высокой технологичности процесса говорят следующие факты:

• Возможность получения нескольких видов побочных продуктов от сгорания газа (горячая вода различной температуры, электроэнергия, сконденсировавшаяся жидкость для подпитки отопительных приборов, углекислота).
• Достижение коэффициентом использования топлива значения в 97 %.

За счет отсутствия необходимости затрат на доставку, выработку и хранение углекислоты достигается дополнительный экономический эффект всего предприятия. Очищенная углекислота может применяться на других производствах. В конце концов, существующая система позволяет сократить выбросы углекислых газов в атмосферу.

Если обобщить сказанное выше, то можно заявить о том, что для снижения эмиссии углекислого газа существуют следующие пути:

• применение топлива, обладающего пониженным содержанием углерода;
• увеличение КПД технологических установок благодаря применению комплексного подхода при использовании теплоты сгораемого топлива;
• применение продуктов сгорания с целью производства углекислоты, используемой в технологических процессах;
• внедрение систем, позволяющих одновременно вырабатывать тепловую и электрическую энергии.