Straty pary i energii
Powszechną praktyką jest odgazowanie wody zasilającej kocioł przez odparowanie szkodliwych gazów, zwłaszcza rozpuszczonego tlenu. Jednak proces ten powoduje ciągłą utratę pary – zwykle oko ło 0,2–0,5% pary wytwarzanej przez kocioł. Przedstawiony w tym artykule proces może zmniejszyć te straty nawet o 95%.
Woda zasilająca do kotłów parowych musi spełniać określone minimalne kryteria jakościowe. W przypadku kotłów płaszczowych wymagania dotyczące wody zasilającej oparte są na normie EN 12953 część 10 (dawniej TRD 611). Gazy rozpuszczone w recyrkulowanym kondensacie oraz w wodzie powodują szkodliwą korozję wewnątrz kotłów oraz w sieci parowo-kondensatowej. Rozpuszczone gazy można usunąć na różne sposoby. Najpopularniejszym jest „odgazo wanie termiczne”. Według praw fizyki (prawo Henry’ego) rozpuszczalność gazów w cieczy zmniejsza się wraz ze wzrostem tempera tury cieczy. W rezultacie wrzące ciecze prawie nie zawierają rozpuszczonych gazów.
Wiemy to z ogrzewania wody. Gdy garnek z zimną, słodką wodą zostanie podgrzany na gorącym palniku, na dnie widoczne będą małe pęcherzyki gazu. Wraz ze wzrostem temperatury pęcherzyki powiększają się, odrywają się od dna i unoszą się na powierzchnię wody. Bąbelki zawierają gazy, które wcześniej były rozpuszczone w zimnej wodzie. Uwalniane są z wody przez ogrzewanie (rys. 1).
Odgazowanie termiczne i straty pary
W odgazowywaczu woda jest podgrzewana przez wtrysk pary powyżej temperatury wrzenia. Powoduje to uwolnienie rozpuszczonych gazów. Gazy unoszą się do kopuły odgazowywacza i płyną w przeciwprądzie do dopływającej wody, aby wydostać się z odgazowywacza do atmosfery przez zawór wylotowy pary (rys. 2). Proces może być wspomagany przez zawór pneumatyczny kontrolowany ciśnieniem lub temperaturą, aby utrzymać ciśnienie wewnątrz zbiornika między 0,1 a 0,3 bar, co odpowiada 102 do 107 °C. W ten sposób unosząca się i uciekająca para pomaga w odprowadzaniu gazów z kopuły odgazowywacza na otwarte powietrze.
Podczas uruchamiania procesu zawór pneumatyczny na wylocie jest ustawiony w stałej pozycji. Dzięki temu nawet w „najgorszym razie” wszystkie gazy rozpuszczone w wodzie zasilającej zostaną uwolnione. W technicznej literaturze zaleca się ustawienie przepływu na wylocie pary odpadowej na poziomie do 0,5% maksymalnej mocy kotła parowego. Zasadniczo zależy to od zmiennych, takich jak: utrata pary, straty kondensatu i temperatura świeżej wody (zdejonizowanej). W praktyce natężenie przepływu na wylocie pary odpadowej jest bardzo często ustalane empirycznie – rzeczywiste straty są zwykle nieznane. Takie straty można określić jedynie za pomocą skomplikowanych technik pomiarowych. Polegają one na skraplaniu par gazów wylotowych i pomiarze ilości kondensatu. Dane z wielu kotłowni sugerują, że powszechnie straty to od 0,15% do >3% nominalnej mocy kotła. Zapotrzebowanie na parę typowego odgazowywacza może być znaczne w stosunku do ilości wytworzonej użytecznej pary. W sytuacjach, gdy zapotrzebowanie na parę jest niskie lub niezgodne z zapotrzebowaniem odgazowywacza pracującego w sposób ciągły, straty bezwzględne mogą być ogromne (rys.3).
Regulowany proces odgazowywania
Aby zmniejszyć straty pary, czasami stosuje się skraplacze pary. Zwykle jako medium chłodzące używana jest słodka woda. Jednak działa to tylko wtedy, gdy jest zapotrzebowanie na dodatkową zimną wodę. Zdarza się to sporadycznie, dlatego często gazów wylotowych nie można skraplać.
OxySteam został opracowany przez Centec jako system do regulowania wylotu pary odpadowej, który może zmniejszyć straty pary nawet o 95%. W procesie monitoruje się zawartość gazów w kopule odgazowywacza. Zawór umieszczony na rurze wylotowej jest sterowany za pomocą programowalnego sterownika logicznego (PLC), aby wypuszczać parę odpadową tylko wtedy, gdy jest to konieczne, w celu zapewnienia kontroli procesu i poprawienia wydajności kotła parowego.
Rysunek 4 przedstawia niezwykle prostą instalację: analizator tlenu zainstalowany jest na rurociągu przed „normalnie otwartym” zaworem odcinającym na wylocie oparów z kopuły odgazowywacza.
Ciągłe monitorowanie poziomu tlenu w gazach pozwala na kontrolowanie pracy zaworu. Zawór otwiera się, gdy poziom tlenu przekroczy górny próg zadanej wartości i zamyka się, gdy osiągnięty zostanie dolny próg. Analizator można zaprogramować, aby „wiedział” kiedy do systemu wprowadzana jest świeża woda, ponieważ to świeża woda jest głównym źródłem rozpuszczonych gazów, w tym przede wszystkim tlenu. W przypadku awarii, bądź nadmiernego zwiększenia się ciśnienia w zbiorniku, zawór automatycznie otworzy się i system powróci do swojej normalnej pracy.
Aspekty ekonomiczne
Aby określić straty pary z indywidualnego systemu odgazowania termicznego, konieczne jest przeprowadzenie badania na miejscu w rzeczywistych i w pełni reprezentatywnych warunkach pracy. Natężenie przepływu i częstotliwość wyrzutu gazów i pary można określić za pomocą przepływomierza. Wyrzuty gazów i pary można również oceniać poprzez zbieranie, kondensowanie i ważenie odprowadzanego kondensatu w znanym okresie. Mnożąc zrzuty gazów wylotowych i pary oraz czas pracy odgazowywacza (zwykle 8760 godzin rocznie) można oszacować i porównać straty. W wielu przypadkach możliwe do osiągnięcia oszczędności wynoszą > 90%. Jest to bardzo istotne, biorąc pod uwagę bieżące korzyści ekonomiczne płynące z wykorzystania Centec OxySteam.
Straty pary stanowią stratę ciepła i energii, której można w dużej mierze uniknąć. W wielu krajach inicjatywy związane z efektywnością energetyczną i redukcją emisji CO2 przyciągają dotacje finansowe. Na przykład w Niemczech poprzez „Program efektywności energetycznej KfW” (KfW Bank = Kreditanstalt für Wiederaufbau) można przyznać dopłaty w wysokości 30% lub nawet 40% do dobrze przygotowanego wniosku. Nie trzeba dodawać, że korzyści finansowe mogą być znaczące dla każdej firmy posiadającej kocioł parowy i odgazowywacz termiczny.
Przykładowe obliczenia
Przykład potencjalnych oszczędności podczas korzystania z tego systemu:
Załóżmy wydajność kotła parowego: 10 t/h Załóżmy stratę pary z odgazowywacza na poziomie: 0,3% Wynik: strata pary 263 t/rok przy max. 8760 godzin pracy rocznie. Odpowiada to stracie przepływu masy wynoszącej 30 kg/h, z czego można zaoszczędzić do 95% lub 250 t/rok. Przyjmijmy, że 1 tona pary kosztuje około 30–40 EUR (w zależności od paliwa i ilości zakupu).
Oszczędności wynoszą zatem około 7500 – 12 500 EUR/rok.
W zależności od wielkości systemu i wymaganego sprzętu koszt systemu OxySteam wynosi około 10 000 EUR. Tak więc, uwzględniając ewentualną dotację, zwykle skutkuje to krótkim okresem zwrotu (0,5–1,5 roku).
Prawie wszystkie większe przedsiębiorstwa przemysłowe posiadają teraz system zarządzania energią. To, co łączy wszystkie te systemy, to dobrowolne zobowiązanie do ciągłego doskonalenia. Oznacza to, że audyty muszą być przeprowadzane w regularnych odstępach czasu i należy wdrażać środki mające na celu poprawę efektywności energetycznej. System OxySteam przedstawiony tutaj dobrze nadaje się do spełnienia wymagań i zazwyczaj można go zainstalować szybko i ekonomicznie.
Podsumowanie
Podczas termicznego odgazowywania (odtleniania) wody służącej do zasilania kotła występują straty pary, która jest odprowadzana do atmosfery. Dzięki przedstawionej metodzie można uniknąć strat i dostosować się do rzeczywistego zapotrzebowania. Ze względu na nacisk na unikanie strat ciepła inwestycja może być nawet dofinansowana. Z reguły daje to dobry rachunek ekonomiczny. Ponadto jest to zrównoważony środek efektywności energetycznej, który można wdrożyć w ramach istniejących systemów zarządzania energią.
Pozostajemy do Państwa dyspozycji:
JMR Europe BIS Sp. z o.o., Sp. k.
www: www.jmreurope.eu
e-mail: jmr@ceti.pl
kom: 601 424 429
