Превращаем тепловые отходы в прибыль: Технология HPCE

Европа активно ищет способы повысить эффективность своих промышленных и энергетических секторов, которые потребляют значительную часть ресурсов континента. Индустрия и энергетика ответственны за 40% потребления воды и почти четверть конечного потребления энергии в Европе. Значительная часть этой энергии теряется в виде тепла. Оценки показывают, что избыточное тепло в промышленности Европы составляет почти 3 000 тераватт-часов в год — этого достаточно, чтобы обогреть все дома и квартиры в Европейском союзе.

В ответ на эту проблему в рамках проекта iWAYs была разработана инновационная технология — Heat Pipe Condensing Economizer (HPCE). Эта система способна улавливать тепло, которое иначе было бы безвозвратно потеряно.

От мечты к реальности

Профессор Хассам Джухара из Университета Брунеля в Лондоне, изобретатель технологии HPCE, делится своим видением: «Вся идея родилась из моей мечты создать концепцию заводов без дымовых труб, чтобы исключить необходимость выброса опасных газов в окружающую среду». По его словам, единственный эффективный способ достичь этого — одновременно восстанавливать тепло и конденсировать летучие соединения и влагу из отходящих газов.

Принцип работы HPCE

Технология HPCE основана на использовании тепловых труб. Это герметичные устройства, заполненные насыщенной рабочей жидкостью. Жидкость эффективно и пассивно переносит тепло из нагретой нижней секции в охлаждаемую верхнюю часть. В системе HPCE множество таких тепловых труб собраны в определенной конфигурации. Горячий поток выхлопных газов проходит через эту сборку, передавая тепло верхней части, где свежая вода поглощает это тепло. В процессе конденсации влага стекает по трубам и собирается вместе с другими сточными водами системы HPCE для последующей очистки на водоочистных сооружениях. Очищенная вода затем повторно используется.

Повышение конкурентоспособности промышленности

Производство является важнейшим сектором европейской экономики. Однако его интенсивное использование ресурсов в сочетании с ростом цен на энергоносители (до 40% с 2022 года) создает серьезные вызовы для конкурентоспособности. Профессор Лука Монторси из Университета Модены и Реджо-Эмилии, координатор проекта iWAYS, отмечает: «Мы снизим зависимость промышленных процессов от цен на топливо. Мы сможем укрепить промышленные процессы, поскольку они будут гораздо меньше зависеть от внешних факторов».

Система HPCE разработана для восстановления до 80% тепла и сокращения потребления пресной воды до 60%. Важно отметить, что это не универсальное решение; эффективность системы требует индивидуальной настройки под нужды каждой компании. Профессор Джухара подчеркивает: «С точки зрения проектирования, это довольно сложная задача. Разные фабрики имеют разный состав выхлопных газов». Для точной настройки HPCE необходимо определить, какие именно соединения следует конденсировать, и сгруппировать трубы соответствующим образом, где каждая группа труб будет отвечать за конденсацию определенного компонента из выхлопа.

Демонстрационные площадки

Для практического тестирования прототипов были развернуты три демонстрационные площадки.

На химическом предприятии Alufluor в Швеции система HPCE была адаптирована для работы с агрессивными коррозийными выхлопными газами. Уловленное тепло нагревает свежую воду до температуры выше 60°C, которая затем используется для очистки оборудования, такого как реактор. Рекуперированный конденсат после удаления фторидов также повторно используется.

В Италии на предприятии Keope ceramics система HPCE демонстрирует отличные результаты всего за несколько месяцев работы. Цель — ежегодно восстанавливать шесть гигаватт-часов тепла, которое используется для предварительного подогрева воздуха для горелки распылительной сушилки, сокращая потребление природного газа примерно на 70 кубометров в час.

На сталелитейном заводе Tubacex в Стране Басков HPCE применяется для обработки горячих дымовых газов из печей. Восстановленная тепловая энергия используется для предварительного подогрева технологических потоков. Первоначальные данные показывают потенциал восстановления до 30% технологического тепла, что значительно снижает потребление природного газа и выбросы. Конденсат очищается с использованием современных мембранных систем, позволяя удалить около 99% как органических, так и неорганических загрязнителей. Цель — перерабатывать до 95% всех промышленных сточных вод, приближая предприятие к модели с нулевым сбросом.

Концепция iWAYS, успешно протестированная в трех критически важных отраслях промышленности, планирует окупиться в течение двух-трех лет.