Ohlajena kislina se preusmeri v daljinsko ogrevanje

Gospodarske in trajnostne koristi z rekuperacijo toplote žveplove kisline. Po popolni obnovi hladilnega sistema v tovarni žveplove kisline Kemira se je temperatura hladilne vode dvignila na raven, pri kateri se lahko uporablja za daljinsko ogrevanje.

DATUM 2023-11-28

V začetku 80. let prejšnjega stoletja se je toplota, ki je nastajala v absorpcijskih in sušilnih krogih v tovarni žveplove kisline Kemira v Helsingborgu na Švedskem, izgubljala v morje ob tovarni.

Po popolni obnovi hladilnega sistema s ploščatimi izmenjevalniki toplote v zaprti hladilni zanki se je temperatura hladilne vode dvignila na raven, pri kateri se lahko uporablja za daljinsko ogrevanje.

Od neposrednega hlajenja do rekuperacije toplote

V začetku 80. let prejšnjega stoletja je Kemira spremenila sistem hlajenja kisline z neposrednega hlajenja na rekuperacijo toplote. V sistemu neposrednega hlajenja se je toplota iz absorpcijskih in sušilnih stolpov odvajala v morje. Pri sistemu za rekuperacijo toplote se toplota namesto tega prenese v zaprti krog hladilne vode, ki vsebuje demineralizirano vodo. Ta voda se ogreva, vroča voda pa se uporablja za ogrevanje daljinskega ogrevanja za mesto Helsingborg.

V tem sistemu za rekuperacijo toplote se je kislina iz absorpcijskih stolpov hladila v štirih anodno zaščitenih cevnih izmenjevalnikih toplote, povezanih v vzporednih parih. Kislina iz sušilnega stolpa se je hladila v anodno zaščitenem cevnem toplotnem izmenjevalniku.

Do leta 1999 se je življenjska doba anodno zaščitenih cevnih toplotnih izmenjevalnikov iztekla in jih je bilo treba zamenjati. Obenem so se v podjetju Kemira odločili, da popolnoma spremenijo svoj sistem hlajenja kisline. Namesto treh rezervoarjev za kislino (enega za vsak absorpcijski stolp in enega za sušilni sistem) so namestili en rezervoar za kislino, ki je z obtočno kislino oskrboval sušilni sistem in oba absorpcijska stolpa.

Vsi stari hladilniki so bili zamenjani s tremi polzavarjenimi ploščnimi izmenjevalniki toplote Alfa Laval D205 s tesnili FKMS, ki so bili povezani vzporedno. Material plošče D205 in tesnila FKMS so bili izbrani zaradi visoke temperature kisline 105 °C.

Cooled acid turns to district heating_Illustration_Kemira.jpg

Novi sistem prinaša velike prihranke energije, emisij in stroškov

V tovarni žveplove kisline Kemira z zmogljivostjo 1.000 ton na dan se iz sušilnih in absorpcijskih stolpov dnevno pridobi približno 530 MWh. Ta toplota se dobavlja v omrežje daljinskega ogrevanja mesta Helsingborg. Kemira v omrežje letno odda skupno 240 GWh.

To ustreza približno 22.000 m3 nafte, kar je približno 25 % potreb mesta. Od tega se 80 GWh dobavi v obliki pare, preostanek pa je toplota, pridobljena iz sušilnih in absorpcijskih stolpov. To pomeni, da v zimskih mesecih toploto dobiva približno 10 % prebivalcev mesta, poleti pa Kemira dobavlja vso toploto, potrebno za oskrbo gospodinjstev z vodo.

Skupni stroški za sistem za rekuperacijo toplote, ki je bil uveden v začetku 80. let prejšnjega stoletja, so znašali 45 milijonov SEK (vključno s 3,5 km dolgo cevjo do centra daljinskega ogrevanja). Čas vračanja sredstev za sistem je bil krajši od enega leta, saj je Kemira takrat mestu dobavljala toploto v vrednosti 80 MSEK letno (zaradi večje kapacitete kisline). Prehod na skupni rezervoar za kislino za vse tri stolpe in nove hladilnike za kislino leta 1999 je stal 10,5 milijona SEK. Po današnjih cenah nafte je vrednost toplote, ki jo dobi mesto, približno 22 milijonov SEK letno. Zato je bil čas vračila naložbe spet krajši od enega leta.

Za mesto Helsingborg ta ureditev pomeni manjšo odvisnost od nafte in s tem manjše emisije žveplovega dioksida v zrak. Poleg tega je projekt odpravil potrebo po novi 45-megavatni kogeneracijski enoti, ki bi mesto v 80. letih prejšnjega stoletja stala 150 milijonov SEK.

Za Kemiro je dobava toplote postala pomemben dopolnilni proizvod žveplove kisline in drugih kemikalij. Prav tako skoraj ni več potrebe po hladilni vodi.

Nadzorovana temperatura v skladu s sezonskimi spremembami

Krogotok demineralizirane vode segreva vodo za daljinsko ogrevanje od 50 do 80 °C v dveh velikih ploščnih toplotnih izmenjevalnikih Alfa Laval s temperaturno razliko le 4 °C. Temperaturo v krogu daljinskega ogrevanja je mogoče zvišati na 90–95 °C z dovajanjem odpadne pare iz obrata za proizvodnjo žveplove kisline. Dva srednje velika ploščna toplotna izmenjevalnika Alfa Laval se uporabljata kot hladilnika v demineralizirani vodni zanki, kadar koli je to potrebno za pokrivanje sezonskih nihanj potreb po ogrevanju. Ko hladilniki niso potrebni, se obidejo.

Kemira_640x360.jpg

Rekuperacija toplote, ki jo omogočajo ploščni izmenjevalniki toplote Alfa Laval

Približno 65 MW toplote se proizvede v obratih za proizvodnjo žveplove kisline z dnevno zmogljivostjo 1.000 ton. Približno dve tretjini toplote izvirata iz žveplovega gorilnika in pretvornika. Večina proizvajalcev kisline ve, kako to toploto izkoristiti za proizvodnjo visokotlačne pare. Vendar pa se preostala tretjina proizvedene toplote običajno odvaja v morje ali zrak v neposrednih hladilnih sistemih. Ploščni izmenjevalnik toplote omogoča ekonomično vračanje toplote iz krožeče kisline v sušilnih in absorpcijskih stolpih. Z namestitvijo zaprte zanke hladilne vode se lahko toplota uporablja za druge namene, kot so daljinsko ogrevanje, predgrevanje napajalne vode za kotle, ogrevanje procesov v sosednjih obratih, ogrevanje prostorov v tovarnah in pisarnah ter proizvodnja sveže vode z razsoljevanjem.

Semi_welded_range_640x360.jpg

O polzavarjenih ploščnih toplotnih izmenjevalnikih

Ploščni toplotni izmenjevalnik Alfa Laval je še posebej primeren za rekuperacijo toplote:

  • Velika turbulenca in posledično visok koeficient prenosa toplote, kar pomeni majhno površino za prenos toplote.
  • Popoln protitok, ki zagotavlja zmogljivost za obdelavo programov s križanjem temperatur.
  • Sposobnost obvladovanja majhnih temperaturnih razlik.
  • Visoka stopnja rekuperacije toplote. Na splošno je mogoče izkoristiti 80–90 % razpoložljive odpadne toplote.
  • Nižji stroški naložbe in namestitve zaradi manjše površine za prenos toplote in tankih materialov plošč, kar omogoča kompaktnejše rešitve.

 Polzavarjeni ploščni toplotni izmenjevalniki Alfa Laval

Prednosti

  • Varčevanje z energijo. Toplota se vrača in oddaja v daljinsko ogrevanje.
  • Čas povračila je krajši od enega leta.
  • Skoraj ni več potrebe po hladilni vodi.

cleantech_symbols640x360.jpg

Energetski prihranki

Letni prihranki energije 240 GWh.

Prihranki emisij

Letno zmanjšanje emisij za 55.000 ton.