-
23
TEHNOLOGIE INOVATIV DE DEPOLUARE TERMIC I CHIMIC A EMISIILOR
REZULTATE DIN
PROCESELE TERMICE INDUSTRIALE
Francisc GNANDT, Radu VASIU, Tiberiu RUSU, Mircea BEJAN
THERMAL AND CHEMICAL DEPOLLUTION FOR EMISSIONS RESULTED FROM
INDUSTRIAL THERMAL PROCESSES
Due to the Climates Changes Intergovernmental Comity (IPCC)
investigations, carbon dioxide is the most significant emitted
warm effect gaze from human activity. CO2 emitted quantity must be
reduced and even stopped regarding to the global treaties. Carbon
dioxide concentration and recuperation from thermal installation
emitted gazes is the first major step in carbon dioxide problem
resolution. This desiderative cold be resolved thru vacuum
absorption (VSA) using molecules or absorbents for CO2 suppression
from eliminated gazes from thermal aggregates.
Cuvinte cheie: captare CO2, depoluare termic, depoluare
chimic
1. Aspecte generale Poluarea atmosferic implic emanarea de
substane
duntoare organismelor vii. Poluanii precum oxizii de sulf i de
azot, cloro-fluoro-carburile, dioxidul de carbon, monoxidul de
carbon i funinginea, sunt pricipalii contribuitori la poluarea
atmosferic. Poluarea atmosferic poate afecta ecosistemele acvatice
i terestre dac poluanii se dizolv n ap sau precipit sub form de
ploaie.
La nivel global, prin arderea a aproape opt miliarde de tone de
combustibil convenional se arunc anual n atmosfer aproximativ
un
-
24
miliard i jumtate tone de cenu, praf i gaze. Pe lnga arderea
combustibililor (crbune, petrol, lemn, gaze naturale), probleme
asemntoare creeaz i alte industrii, ndeosebi cea metalurgic,
chimic, unele ramuri ale industriei constructoare de maini etc.
Dimensiunea polurii depinde de combustibilul utilizat precum i
de modalitile de ardere a combustibililor. Combustibilul cel mai
poluant este crbunele, urmat de pcur i gazele naturale. Principalii
poluani sunt pulberile evacuate sub form de cenu (oxizi, sulfai,
fosfai, azotai) i gazele de ardere (CO2, SO2, NOx).
2. Separarea i captarea CO2 Cercetrile intreprinse n vederea
identificrii de soluii tehnice
cu costuri sczute pentru reducerea polurii mediului ambiant sunt
direcionate att n sensul creterii randamentului termic al
agregatelor termice n scopul reducerii consumurilor de combustibili
fosili, ct i n sensul gsirii de tehnologii i materiale care s rein
gazele cu efect de ser cu randament ridicat i pre sczut.
Procedeul de separare i captare a gazelor cu efect de ser const
dintr-un ciclu de presurizare-depresurizare a gazelor de ardere
procesate i trecute printr-un strat de adsorbant (figura 1).
Fig.1 Schema instalaiei model de separare i captare CO2
Problemele care trebuie rezolvate sunt obinerea materialului
adsorbant cu caracteristici de adsorbie superioare precum i
realizarea
-
25
instalaiilor de transfer termic moderne cu randamente mari i
reducerea polurii mediului.
Implementarea tehnologiei de separare i captare a dioxidului de
carbon se justific tehnic i economic prin reducerea coninutului de
CO2 din gazele de ardere evacuate, CO2 captat i purificat putnd fi
utilizat pentru alte aplicaii industriale.
3. Depoluarea termic a gazelor de ardere n procesele tehnologice
industriale temperatura de evacuare a
gazelor de ardere att a agregatelor termice ct i a fluidelor
tehnologice reziduale este n multe cazuri ridicat aceasta nsemnnd o
pierdere de energie. Aceast energie rezidual este greu de recuperat
cu utilajele clasice, unde intervin dificulti n cazul rcirii
gazelor sub temperatura de condensare, care produc coroziunea.
O tehnologie nou bazat pe utilizarea recuperatoarelor de cldur
cu tuburi termice asigur utilizarea potenialului energetic al
instalaiilor, cu randament maxim, prin recuperarea energiilor
reziduale coninute de agenii tehnologici evacuai.
Indiferent de categoria agregatelor termice sau de procesele
termotehnologice, recuperarea cldurii gazelor arse are dublu efect
i anume diminuarea gradului de poluare termic (rcirea gazelor arse
n vederea nlturrii CO2 prin procesul de adsorbie) i chimic (emisii
gazoase ce conin CO2 i NOx) pe de o parte, i reducerea consumului
de combustibil pe de alt parte. Pentru evaluarea acestor dou efecte
trebuie luai n seam o multitudine de factori ai procesului (durata
procesului, consumul specific de cldur, producia specific etc.)
care sunt caracterizai scalar prin parametri scalari constani sau
variabili i care sunt, n mare msur, dependeni de procesele de
schimb de cldur specifice fiecrui tip de agregat termic.
Gazele de ardere evacuate la co, pentru a putea fi procesate,
trebuie rcite, motiv pentru care cantitatea de cldur coninut n gaze
se poate recupera n schimbtoare moderne cu tuburi termice.
Modelul conceptual de recuperator de cldur cu tuburi termice
(figura 2) este o construcie modular, compus din dou incinte
separate ermetic printr-o plac tubular, n care sunt fixate tuburile
termice, dispuse paralel. Placa tubular are i rolul de etanare ntre
fluidele de lucru. n camera cald circul gazele arse, iar n partea
superioar fie ap, fie aer de combustie sau alt agent necesar a fi
nclzit. Gazele de ardere rcite sunt dirijate ctre instalaia de
filtrare i captare a CO2-lui iar apoi evacuate n atmosfer.
-
26
Fig. 2 Recuperator cu tuburi
termice
Modelul de recupe-rator cu tuburi termice se compune din
urmtoarele subansamble principale: cadru (1), carcas
admisieevacuare (2) i modulul cu tuburi termice (3).
Gazele de ardere calde, prelevate din sursa rezidual
refolosibil, ncl-zesc fasciculul de tuburi termice, care
transfer
cldura primit spre partea rece a fasciculului, unde aceasta este
cedat ctre fluidul care trebuie nclzit apa. Astfel, cldura este
transferat de la fluidul cald ctre fluidul rece prin intermediul
fiecrui tub termic. Partea de jos a fasciculului de tuburi termice
(de la placa tubular n jos), este montat n drumul gazelor de
ardere. n partea de sus, deasupra plcii tubulare se afl cutia cu
ap, n care intr apa rece i iese apa nclzit de partea de sus a
fasciculului de tuburi termice.
Tubul termic este considerat un super-conductor de cldur
(conductivitate termic de sute sau mii de ori mai mare dect a unui
conductor metalic omogen de acelai volum) care funcioneaz n ciclu
nchis, pe principiul vaporizare-condensare simultan, cu ntoarcerea
lichidului condensat n zona de vaporizare (figura 3).
Tubul termic este un dispozitiv unic care realizeaz un transfer
de cldur cu o eficien foarte mare prin mbinarea ntr-un ciclu nchis
a fenomenelor fizice de evaporare, transport de vapori, condensare
i returnare ale unui fluid de lucru.
Prin alegerea unor suprafee de schimb corespunztoare, la sursa
cald i la cea rece, se pot extrage sau ceda debite de cldur
concentrate pe suprafee reduse, sau diluate pe suprafee mai mari,
obinndu-se transformri ale fluxului termic de pn la 1:10.
Intensitatea schimbului de cldur de fapt coeficientul global de
schimb de cldur este unul din factorii eseniali n obinerea unui
randament sporit de recuperare a cldurii gazelor arse, iar
efectele
-
27
imediate sunt reducerea consumului de combustibil i reducerea
gradului de poluare termic.
Fig. 3 Funcionarea schematic a tubului termic Noua tehnologie de
transfer a cldurii reziduale din procesele
termice i separare a noxelor prin realizarea unei instalaii de
captare a CO2 i a unui recuperator de cldur cu tuburi termice
conduce la obinerea de economii la energia consumat i la reducerea
emisiilor nocive.
4. Concluzii Cantitatea de noxe evacuat dintr-un agregat termic
este n
strns corelaie cu procesele termice din agregat (schimbul de
cldur), cu gradul de recuperare a cldurii acestora, n agregat i n
afara lui, care este de fapt depoluare termic.
Reinerea CO2 din gazele arse poate deveni avantajoas i din
punctul de vedere al consumului energetic, nu numai al depolurii,
dac rcirea gazelor necesar n procesul de adsorbie prin diferite
procedee, este urmat de valorificarea cldurii extrase din gazele
arse.
Tehnologia de depoluare termic i chimic, o noutate n domeniul
tehnologiilor curate incluznd un procedeu de separare i captare a
noxelor din gazele de ardere i un nou tip de recuperare a cldurii
utiliznd tuburile termice, prezint urmtoarele avantaje:
-
28
- eliminarea purjrii n atmosfer a gazelor calde; - eliminarea
emisiilor poluante i a noxelor; - eficien ridicat de transfer de
cldur; - fiabilitate foarte mare; - etaneitate foarte bun ntre cele
dou fluide; - compactitate mare datorat suprafeei mari de transfer
de
cldur; - adaptabilitate uoar, posibiliti de modulare; - efort de
ntreinere redus; - mrirea substanial a randamentului energetic.
Asigurarea unui schimb intens de cldur conduce la reducerea
duratei de procesare, cu efecte directe asupra consumului de
combustibil pe unitatea de produs obinut, n sensul reducerii
acestuia, dar i a reducerii substaniale a cantitii de gaze arse
(noxe) evacuate n mediul nconjurtor.
Valorificarea cldurii gazelor arse rezultate din procesele
termice industriale, tinzndu-se la realizarea unui grad de
recuperare ct mai mare, justificat din punct de vedere economic i
ecologic, are drept consecin reducerea consumului de
combustibil.
BIBLIOGRAFIE
[1] Vasilica, D., Transfer de cldur i instalaii termice
metalurgice, Editura didactic i pedagogic, Bucureti, 1996. [2]
Rusu, T., Protecia mediului industrial. Editura Mediamira,
Cluj-Napoca, 2002. [3] Ionel I., Ungureanu, C., Arderea i
combaterea polurii la cazane, Lit. UT Timioara, 1994.
Ing. Francisc GNANDT, CS I, SC TEHNOMAG SA Cluj-Napoca, membru
AGIR, e-mail: [email protected]
Ing. Radu VASIU CS I, SC ICPT TEHNOMAG CUG SA Cluj-Napoca,
membru AGIR, e-mail: [email protected]
Prof.Dr.Ing. Tiberiu RUSU, Universitatea Tehnic Cluj-Napoca,
membru AGIR, e-mail: [email protected]
Prof.Dr.Ing. Mircea BEJAN, Universitatea Tehnic Cluj-Napoca,
membru AGIR, e-mail: [email protected]
