Recupero del calore del generatore di gas: tecnologia di utilizzo in cascata e valore del risparmio energetico

1, Principi fondamentali del recupero del calore e caratteristiche delle risorse di calore di scarto

Il calore di scarto dei generatori di gas proviene principalmente da due vettori e le loro caratteristiche di temperatura e distribuzione dell'energia determinano la logica di progettazione della tecnologia di recupero:

Calore di scarto dei gas di scarico ad alta temperatura: rappresentando circa il 30% del calore di scarto totale, la temperatura di scarico può raggiungere i 450-600 gradi e il picco istantaneo può anche superare i 600 gradi. Appartiene alle risorse di calore di scarto di qualità medio-alta e contiene un enorme potenziale di recupero. Oltre all'azoto e al biossido di carbonio, i gas di scarico contengono anche una piccola quantità di componenti corrosivi come l'idrogeno solforato e il monossido di carbonio, che richiedono la resistenza alla corrosione delle apparecchiature di scambio termico.

Calore di scarto acqua/olio motore della camicia del cilindro: rappresenta circa il 25% del calore di scarto totale, la temperatura è solitamente compresa tra 80 e 120 gradi, appartenente al calore di scarto a media e bassa temperatura, con calore stabile e bassa corrosività, adatto per il recupero e l'utilizzo diretto.

Il principio fondamentale del recupero del calore è il trasferimento di energia basato sul trasferimento di calore. Attraverso apparecchiature specializzate per lo scambio di calore, il calore proveniente dal vettore di calore di scarto viene trasferito a fluidi freddi come acqua fredda e aria e convertito in fonti di energia utilizzabili come acqua calda e vapore. Tra questi, "l'utilizzo in cascata" è il principio chiave per migliorare l'efficienza di recupero. - Il calore di scarto ad alta-temperatura ha la priorità per esigenze di alto-livello come la generazione di energia e la produzione di vapore, mentre il calore di scarto a media e bassa-temperatura viene utilizzato per scenari a basso-energia come il riscaldamento e l'acqua calda sanitaria, ottenendo il massimo valore energetico.

2, Scenari applicativi tipici e casi pratici

Gli scenari applicativi del recupero del calore dei generatori di gas ruotano attorno al “riutilizzo del calore di scarto”, coprendo molteplici ambiti come la produzione industriale e i servizi alla vita:

(1) Direzione dell'applicazione del nucleo

Fornitura di energia industriale: il vapore saturo da 0,8 MPa generato può essere utilizzato per preriscaldare materie prime chimiche, sterilizzare la lavorazione degli alimenti o azionare macchine di refrigerazione ad assorbimento per soddisfare le esigenze di raffreddamento industriale; L'acqua calda a media temperatura può essere utilizzata per preriscaldare l'acqua di alimentazione della caldaia, riducendo il consumo energetico delle apparecchiature principali.

• Garanzia di vita e di riscaldamento: l'acqua calda riscaldata dal calore residuo dell'acqua della camicia del cilindro può essere fornita direttamente ai dipendenti per il bagno, la cottura degli indumenti e la preparazione dell'acqua potabile; In inverno, il calore di scarto viene convertito in fonti di riscaldamento attraverso stazioni di scambio termico, coprendo il fabbisogno di riscaldamento dell’area della fabbrica e delle comunità circostanti.

Miglioramento dell'efficienza della generazione di energia secondaria: il vapore generato dal calore di scarto ad alta- temperatura può azionare piccole turbine a vapore a contropressione o turbine SCO ₂ per la produzione di energia secondaria, formando una modalità a ciclo combinato di "generazione di energia da gas+rigenerazione del calore di scarto", migliorando ulteriormente l'efficienza di utilizzo dell'energia.

 

3, Analisi dei benefici economici e ambientali

(1) Benefici economici

Risparmio energetico e riduzione dei costi: sostituendo le caldaie a carbone-e a gas-per la fornitura di energia, una singola unità da 500 kW può risparmiare 52,059 kg di carbone standard all'ora e 416 tonnellate di carbone standard possono essere risparmiate dopo 8.000 ore di funzionamento all'anno. Calcolato su un prezzo standard del carbone di 700 yuan/tonnellata, il risparmio annuo sui costi del carburante è di quasi 300.000 yuan.

Rapido ritorno sull'investimento: sebbene l'investimento iniziale del sistema di recupero del calore sia superiore del 35% rispetto alle soluzioni tradizionali, con vantaggi di risparmio energetico-e sussidi per lo scambio di emissioni di carbonio, il periodo di recupero dell'investimento della maggior parte dei progetti può essere controllato entro 1,5-2 anni e i vantaggi operativi a lungo termine sono significativi.

Reddito a valore aggiunto: il vapore o l’elettricità in eccesso possono essere venduti al mondo esterno, creando nuovi punti di crescita dei profitti, particolarmente adatti per aree ad alta concentrazione di domanda energetica come le miniere di carbone e i parchi chimici.

(2) Benefici ambientali

• Ridurre le emissioni inquinanti: la sostituzione delle caldaie a carbone- può ridurre significativamente le emissioni di SO ₂, NO ₓ e di particolato. Una singola unità da 500 kW può ridurre 4,8 tonnellate di SO ₓ e 2,1 tonnellate di NO ₓ all’anno, aiutando le imprese a raggiungere i loro obiettivi di “dual carbon”.

Ridurre l'inquinamento termico: abbassare la temperatura dei gas di scarico ad alta- temperatura da 600 gradi a meno di 180 gradi, ridurre l'impatto termico dello scarico diretto del calore di scarto sull'ambiente circostante e migliorare l'ambiente ecologico regionale.

Riciclaggio delle risorse: ottenere il pieno recupero energetico del gas attraverso la “produzione di energia+utilizzo del calore di scarto”, migliorare il tasso di utilizzo dell’energia pulita, ridurre le emissioni di gas serra e allinearsi con la direzione politica di adeguamento della struttura energetica nazionale.

4, Tendenze di sviluppo tecnologico

In futuro, la tecnologia di recupero del calore dei generatori di gas evolverà verso “alta efficienza, intelligenza e diversificazione”:

• Material upgrade: Develop high-temperature and corrosion-resistant materials such as silicon carbide and special titanium alloys to adapt to complex working conditions such as exhaust gas and hydrogen rich gas at higher temperatures (>650 gradi), ampliando ulteriormente il limite del riciclaggio.

Funzionamento e manutenzione intelligenti: incorporamento di sensori in fibra ottica nel tubo termico per monitorare lo stato del fluido di lavoro e la perdita delle apparecchiature in tempo reale, ottenendo una manutenzione predittiva; Combinazione di algoritmi di intelligenza artificiale per ottimizzare la rete di scambio termico e abbinare dinamicamente la fornitura di calore di scarto con la domanda di energia.

Accoppiamento multienergia: combinazione con fonti di energia rinnovabile come l'energia solare e geotermica, integrazione di moduli di accumulo termico per stabilizzare le fluttuazioni del carico e costruzione di un sistema energetico completo di sinergia di "energia rinnovabile del calore di scarto del gas" per migliorare la stabilità dell'approvvigionamento energetico.