-
Efektywne wykorzystanie pary i odwadniaczy
-
Efektywne wykorzystanie ciepła kondensatu
-
-
-
Po uwolnieniu energii ciepła utajonego w parze ta ulega skropleniu i zamienia się w kondensat. Kondensat, który generowany jest w różnych urządzeniach wykorzystywanych w procesach technologicznych i urządzeniach do wymiany ciepła, musi zostać niezwłocznie odprowadzony. Jeśli kondensat pozostanie w tych urządzeniach, może to spowodować spadek wydajności wymiany ciepła i uderzenie hydrauliczne podczas ponownego uruchamiania. Jednak odprowadzany kondensat wysokotemperaturowy ma dużo energii (ciepła jawnego), dlatego warto go ponownie wykorzystać.
Wykorzystanie ciepła kondensatu można podzielić na trzy kategorie:
-
Wykorzystanie pary rozprężnej
-
Wykorzystanie ciepła jawnego z odwadniaczy termostatycznych
-
Odzyskiwanie kondensatu
-
-
-
-
-
-
Wykorzystanie pary rozprężnej
Jak opisano w części o “parze rozprężnej”, część kondensatu, gdy wejdzie do środowiska o niskim ciśnieniu z otoczenia o wysokim ciśnieniu, ponownie odparuje i stanie się parą rozprężną. Para rozprężna i para wytworzona z kotła pozostają parą, która może być wykorzystana jako ciepło utajone. Kondensat z wysokotemperaturowego urządzenia do wymiany ciepła jest kierowany do zbiornika rozprężnego ustawionego na odpowiednie ciśnienie, tworząc parę rozprężną, która jest często stosowana w niskotemperaturowych urządzeniach do wymiany ciepła. Ponadto kondensat odprowadzany z odwadniaczy częściowo ponownie odparowuje i jest używany w taki sam sposób, jak opisano powyżej.
Rysunek 5.1 przedstawia przykład instalacji w zakładzie. Kondensat z parowego podgrzewacza wstępnego powietrza ponownie odparowuje w zbiorniku rozprężnym. Wytworzona para rozprężna jest dostarczana do odgazowywacza, natomiast reszta kondensatu jest dostarczana do podgrzewacza wody zasilającej o niskiej temperaturze.
W tabelach 5.1 i 5.2 można znaleźć ilość i objętość pary rozprężnej generowanej w zbiornikach rozprężnych.
Rysunek 5.1 Wykorzystanie pary rozprężnej w instalacji
Tabela 5.1 Ilość pary rozprężnej (%)
Wysokie ciśnienie poboczne
(MPa)Ciśnienie w zbiorniku rozprężnym (MPa)
0
0.03
0.05
0.1
0.15
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0.1
3.7
2.5
1.7
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.2
6.2
5.0
4.2
2.6
1.2
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.3
8.1
6.9
6.1
4.5
3.2
2.0
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.4
9.7
8.5
7.7
6.1
4.8
3.6
1.6
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.5
11.0
9.8
9.1
7.5
6.2
5.0
3.1
1.4
一
一
一
一
一
一
一
一
0.6
12.2
11.0
10.3
8.7
7.4
6.2
4.3
3.0
1.3
一
一
一
一
一
一
一
0.8
14.2
13.1
12.3
10.8
9.5
8.3
6.4
4.8
3.4
2.2
一
一
一
一
一
一
1.0
15.9
14.8
14.2
12.5
11.2
10.8
8.2
6.6
5.3
4.0
1.9
一
一
一
一
一
1.2
17.4
16.3
15.5
14.0
12.7
11.6
9.8
8.2
6.9
5.7
3.5
1.7
一
一
一
一
1.4
18.7
17.6
16.9
15.4
14.1
13.0
11.2
9.6
8.3
7.1
5.0
3.2
1.5
一
一
一
1.6
19.0
18.8
18.1
16.6
15.3
14.3
12.4
10.9
9.6
8.4
6.3
4.5
2.9
1.4
一
一
1.8
21.0
19.9
19.2
17.7
16.5
15.4
13.6
12.1
10.8
9.6
7.5
5.7
4.1
2.7
1.3
一
2.0
22.0
20.9
20.9
18.8
17.5
16.5
14.7
13.2
11.9
10.7
8.7
6.9
8.3
3.8
2.5
1.2
Tabela 5.2 Objętość pary ponownie odparowanej (m<sup>3</sup>)
Wysokie ciśnienie poboczne
(MPa)Poziomy ciśnienia w zbiorniku rozprężnym (MPa)
0
0.03
0.05
0.1
0.15
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0.1
61
33
20
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.2
103
67
50
23
9
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.3
135
93
72
41
23
12
一
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.4
161
115
91
55
35
22
8
一
一
一
一
一
一
一
一
一
0.5
184
133
107
68
45
31
14
5
一
一
一
一
一
一
一
一
0.6
203
149
122
78
54
38
20
11
4
一
一
一
一
一
一
一
0.8
237
176
145
97
70
51
30
13
11
6
一
一
一
一
一
一
1.0
266
199
168
113
82
62
39
25
17
11
4
一
一
一
一
一
1.2
290
219
183
126
93
72
46
31
22
16
8
3
一
一
一
一
1.4
312
237
199
139
103
80
53
37
27
20
11
6
2
一
一
一
1.6
332
254
214
150
112
88
59
42
31
23
14
8
4
2
一
一
1.8
351
269
227
160
121
95
64
46
35
27
16
10
6
4
2
一
2.0
368
279
238
170
128
102
69
50
38
30
19
12
8
5
3
1
-
-
-
Wykorzystanie ciepła jawnego poprzez zastosowanie odwadniaczy termostatycznych
Odwadniacz to urządzenie, które szybko odprowadza wytworzony kondensat na zewnątrz układu. Generalnie im szybciej odprowadzany jest kondensat, tym lepsza jest wydajność układu. Pozostawienie kondensatu w układzie ma wiele wad i nie niesie żadnych korzyści.
Na początku lat siedemdziesiątych firma MIYAWAKI INC. opracowała odwadniacz termostatyczny, który aktywnie wykorzystuje ciepło jawne kondensatu, pozwalając mu pozostać w odwadniaczu, nawet jeśli jest to sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem. Był to wówczas rewolucyjny odwadniacz, ponieważ odwadniacze posiadają mechanizm umożliwiający wcześniejsze ustawienie odpowiedniej temperatury odprowadzenia kondensatu (wyraźnie niższej od temperatury nasycenia), a nie odprowadzenie kondensatu, gdy przekracza tę temperaturę. W samym środku pierwszego kryzysu naftowego i szybko rosnącej świadomości potrzeby „oszczędzania energii” odwadniacz kontrolujący temperaturę był stosowany coraz częściej w przewodach pary w zakładach lub zastępował odwadniacze dyskowe itp. W krótkim czasie ugruntowało to jego pozycję jako „odwadniacza energooszczędnego”.
Główne cechy odwadniaczy termostatycznych:
-
Efektywnie wykorzystują ciepło kondensatu (ciepło jawne), szczególnie w przypadku przewodów pary.
-
Nie dochodzi do wycieku pary, ponieważ po stronie pierwotnej korpusu odwadniacza tworzy się uszczelnienie kondensatu.
-
Nie ma (lub jest mało) pary rozprężnej, ponieważ temperatura odprowadzania kondensatu jest niska.
Posiada następujące zalety wydajności odwadniacza:
・ Zmniejsza erozję zaworów i ma dobrą trwałość.
・ Powierzchnia przepływu kondensatu po stronie wtórnej wylotów odwadniacza staje się znacznie większa, a rozmiar przewodów kondensatu można odpowiednio zmniejszyć.
Rysunek 5.2 przedstawia oszczędność pary dzięki wykorzystaniu ciepła utajonego.
Na przykład gdy temperatura odprowadzania kondensatu została ustawiona na 70℃ przy ciśnieniu 0,5 MPa (temperatura pary nasyconej wynosi 159℃), oszczędność pary wynosi około 15% w porównaniu do odprowadzania kondensatu w temperaturze pary nasyconej.Rysunek 5.2 Temperatura odprowadzania kondensatu i wskaźnik zaoszczędzonej pary
-
-
-
Odzyskiwanie kondensatu
Kondensat generowany w urządzeniach instalacji parowej jest przekazywany do przewodu odprowadzenia kondensatu. Zarówno pod względem ekonomicznym, jak i ekologicznym pożądane jest, aby kondensat nie odpływał, ale był ponownie wykorzystywany. Istnieje kilka sposobów ponownego wykorzystania kondensatu. Tutaj omówimy odzyskiwanie kondensatu do zbiornika wody zasilającej kocioł. Cechą tego odzyskiwania i wykorzystania jest to, że sam kondensat jest również ponownie wykorzystywany.
Kocioł to rodzaj urządzenia do podgrzewania i odparowywania wody pod wysokim ciśnieniem oraz odprowadzania powstałego kondensatu do przewodów pary. Woda musi zawsze zachowywać odpowiednią jakość, aby mogła być używana w kotle. Jest ona uzdatniana materiałami chemicznymi używanymi do przetwarzania. Następnie sprawdzana jest jakość wody i w przypadku wykrycia jej pogorszenia przeprowadzane jest uzdatnianie. Uzdatnianie to nazywamy odmulaniem.
Zatem wytwarzanie pary w kotle wymaga paliwa, a także środków do uzdatniania wody i tak dalej, a wszystko to generuje koszty. Im większa liczba procesów odmulania, tym więcej wody kotłowej i pozostałej w niej energii zostanie zutylizowane. Kondensat to praktycznie czysta woda po uzdatnieniu i destylacji. Dzięki temu idealnie nadaje się do stosowania jako woda kotłowa. Kondensat należy aktywnie odzyskiwać, ponieważ może przynieść następujące korzyści:
-
Zmniejszenie kosztów zaopatrzenia w wodę
-
Zmniejszenie kosztów paliwa
-
Zwiększenie efektywności wytwarzania pary z kotłów
-
Zmniejszenie liczby przedmuchów kotłów i strat energii
-
Zmniejszenie kosztów uzdatniania wody
Rzeczywista skuteczność różni się w zależności od zakładu i musi być oszacowana niezależnie, ale poniższy przykład jest pomocny w oszacowaniu przybliżonej skuteczności.
Wymagania wstępne:
(Warunek wstępny)
Ilość pary wytworzonej w kotle : 10 000 kg/h Czas pracy : 24 godz./dzień (8760 godz./rok) Temperatura dopływu wody kotłowej : 15℃ Temperatura kondensatu : 90℃ (całość jest odprowadzana, ale nie cały kondensat jest odzyskiwany) Koszty wody zasilającej kocioł : 50 JPY/ｍ3 Wydajność pracy kotła : 85% Koszt paliwa (cena gazu) : 2000 JPY/GJ (gigadżul) (1,1 JPY/kWh)
(1 GJ=1 000 000 kJ)(Koszt paliwa)
Po pierwsze, na każdy 1 kg nieodzyskanego kondensatu potrzebny jest 1 kg nowej wody nieprzetworzonej. Obliczmy koszt podgrzania takiej wody nieprzetworzonej do 90°C. (⊿T=90℃－15℃=75℃) Ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury wody nieprzetworzonej można obliczyć zgodnie z następującym wzorem.
Q＝m×Cp×⊿T
Gdzie:
Q : Ilość ciepła (kJ) m : Masa materiału (kg) Cp : Ciepło właściwe materiału (kJ/kg℃) (Ciepło właściwe wody wynosi 4,19 kJ/kg℃) ⊿T : Zwiększona temperatura materiału (℃) W tym przykładzie m, Cp, ⊿T wynoszą odpowiednio 1 kg, 4,19 kJ/kg℃, 75℃. Wartości te można podstawić we wzorze w następujący sposób.
Q＝1 kg×4,19kJ/kg℃×75℃＝314 kJ
Jest to ilość ciepła w przeliczeniu na jednostkę masy.
Ponieważ jest to ilość ciepła w przeliczeniu na jednostkę masy, możemy obliczyć roczne zapotrzebowanie na ciepło w wysokości 314 kJ/kg.
10 000 kg/h×314 kJ/kg×8,760 h/rok＝27 506 GJ
Ponieważ sprawność kotła wynosi 85%, rzeczywistą ilość wymaganego ciepła można obliczyć zgodnie z poniższym:
27 506 GJ/0,85=32 360 GJ/rok
Przyjmując koszt paliwa (cenę gazu) w wysokości 2000 JPY za GJ, roczny koszt paliwa wynosi
32,360GJ/rok×2000 JPY/GJ＝64 720 000 JPY/rok
(cena wody nieprzetworzonej)
Następny jest koszt dostarczanej wody (wody nieprzetworzonej). Cena wody zależy od objętości, a gęstość wody w temperaturze otoczenia wynosi około 1000 kg/m3. Zatem wymagana roczna ilość dostarczanej wody, którego to zapotrzebowania nie pokrywa kondensat odzyskiwany, jest taka, jak wykazano poniżej.
(8760 h/rok×10 000 kg/h / (1000 kg/m3)＝87 600 m3/rok
Koszt roczny oblicza się, mnożąc to przez koszt wody dostarczanej do kotła w wysokości 50 JPY/m3 w następujący sposób:
87 600 m3/rok×50 JPY/m3=4 380 000 JPY/rok
Sumę kosztów paliwa i nieprzetworzonej wody przedstawiono poniżej.
64 720 000+4 380 000=69 100 000 JPY/rok
W tym przykładzie koszty zaoszczędzone na samym tylko paliwie i wodzie wynoszą prawie 70 milionów JPY, a to znacząca kwota. Ponadto efektywność odzyskiwania kondensatu jest znacznie większa, jeśli weźmiemy pod uwagę koszty uzdatniania wody, koszty odmulania i koszty odprowadzania kondensatu. Ponieważ obliczenia zakładają 100% wydajność odzysku energii cieplnej, konieczne jest dla tego przykładu dokładne oszacowanie ten wydajności.
-
-
-