15.Химическая регенерация тепла отходящих газов промышленных печей
Кроме физической регенерации тепла уходящих газов, когда в рекуператорах нагревается воздух, поступающий на горение, известная химическая регенерация. Химическая регенерация заключается в проведении предварительной термической переработки исходного топлива в специальных реакторах трубчатого тип, где горячим теплоносителем, является уходящие газы. При использовании в качестве топлива природного газа, который представляет собой почти чистый метан (90÷98%), наиболее перспективным вариантом переработки считается пароводяная конверсия, которая идет по следующему стехнометрическому уравнении.
Такого
рода переработка СН4
освоена
промышленностью. С помощью этой реакции
в промышленности получают восстановительные
газы СО Н2;
она лежит в основе технологии
многотоннажного производства аммиака.
Принципиальная схема химической регенерации топлива отходящих газов при пароводяной конверсии природного газа.
За печью устанавливается два, включенных по уходящим газам параллельно, теплообменника. В одном из них – рекуператоре, нагревается дутьевой воздух, с которым возвращается в рабочую камеру тепло Qфиз.в. Другой представляет собой трубчатый стальной реактор с каталитической насадкой (вариант – железо-хромовый катализатор) в трубах. Реакция конверсии в трубах идет с большим поглощением тепла, т.к. она сильно эндотермична. При подводе тепла от уходящих газов через стенку труб идет реагирование компонентов потока и на выходе из реактора поток имеет более высокую теплоту сгорания, чем на входе, и более высокую температуру. Таким образом, в рабочую камеру регенерируется с природным газом: ΔQх.г. – прирост химически связанного тепла газа при эндотермической его переработке; Qф.г – физическое тепло газа, нагретого в процессе эндотермической переработки.
Широкому внедрению химической регенерации препятствуют следующие проблемы. Повышается, подчас чрезмерно, температура сгорания газа в рабочей камере. Кроме того, при высоких температурах образуются токсичные окислы азота.
Затем, вместо теоретического количества 0,805кг пара на конверсию 1 м3 природного газа для полноты реакции подают до 1,5 – 2 кг пара. Такое самопотребление пара любого давления разбавляет продукты сгорания и снижает тем самым реально достижимую в конечном итоге экономию топлива примерно на 10% на каждый килограмм пара, потребляемого на конверсию. Кроме того, надо учитывать затраты и на производство пара.
Важно также обеспечить равномерные условия обогрева и полноту реагирования в разных трубках реактора, чтобы исключить образование сажистого углерода. Повышенный выход сажистого углерода снижает катализирующую активность насадки, повышает ее гидравлическое сопротивление и издает необходимость учащенных замен или регенерации этой насадки.
При преодолении названных проблем, реализация химической регенерации наиболее перспективна для установок малой и небольшой мощности.