RACIONÁLIS ENERGIAFELHASZNÁLÁS, ENERGIATAKARÉKOSSÁG 3.1 3.3 Kazánlefúvatás: lehetőségek az elvesző energia visszanyerésére Tárgyszavak: energiavisszanyerés; kazántápvíz; vízkezelés; kéiai összetevők; hulladékhő-visszanyerés; töegára. A kazánlefúvatás elengedhetetlen bárely gőzkazán folyaatos űködésénél. Ennek során integy kiöblíthető a kazán víztere, a lerakódott szilárd és az oldott vegyi anyagok eltávozhatnak. Lefúvatás nélkül a vegyi anyagok koncentrációja a egengedhető érték fölé nőne a kazán vizében, ai a kazán eghibásodásához vezethet. A ne egfelelő kazánlefúvatással kapcsolatos tipikus probléák a csőátérő csökkenése, a korrózió, az átvivőképesség gyengülése. Ugyanakkor lefúvatáskor az eltávozó vízzel energia is eltávozik a gőzkazánból, ai alacsonyabb terikus hatásfokot, pénzben kifejezhető veszteséget is okoz. Két intézkedési lehetőség van a gőzkazán lefúvatási energiaveszteségének csökkentésére. Az első az, hogy eleve tisztább víz kerüljön a kazánba, ezáltal az eltávolítandó szennyezők ennyisége csökken, vagyis a kazán tápvizének kezelése csökkentheti a helyes üzeeléshez szükséges lefúvatások száát. A ásodik lehetőség az, hogy a veszteségként eltávozó hőenergia visszanyerhető a lefúvatáskor eltávozó vízből, például hőcserélő közbeiktatásával. A legjobb inőségű tápvízzel űködő kazánnál is szükség van bizonyos száú lefúvatásra a egfelelő vízkéiai összetétel fenntartására. Ezért előnyös a kazán lefúvatási folyaatának elezésével egvizsgálni az energia visszanyerésének lehetőségeit. A továbbiak e lehetőségek űszaki és gazdasági részleteit elezik. Az energia visszanyerésének lehetőségei a kazánlefúvatás során Mateatikailag a kazánlefúvatás a gőzkazán tápvíz százalékában fejezhető ki a következő képlettel:
β = vízennyiség kazántápvíz ennyisége = tápvíz (β = kazánlefúvatási ennyiség) A képlet töegáraok aránya, a töegára, a kazánból kilépő vízre jellező, tápvíz a kazántápvíz töegáraa. A β kazánlefúvatás értéke kevesebb, int egy százaléktól (nagyon jó inőségű kazántápvíz esetén) több int húsz százalékig változhat (gyenge inőségű a kazántápvíz). Érdees egjegyezni, hogy a kazán feladata gőz előállítása, vagyis a vízennyiség ebből a szepontból veszteség. A kazántápvíz viszonylag csekély energiatartaloal lép a gáztalanítóból a kazánba, a gáztalanító viszonylag kis üzei nyoásán. A kazántápszivattyú ugyan hozzáad valaennyi energiát az áraló közeghez, ielőtt az belép a kazánba, a kazánba belépő tápvíz entalpiája (energiatartala) ennek ellenére lényegében ugyanaz, int aivel elhagyta a gáztalanítót. A kilépő víz energiatartala viszont nagy: hőérséklete forrásponthoz közeli, nyoása nagy, egegyezik a kazán nyoásával (high pressure saturated liquid). Végeredényben tehát a kazánlefúvatás eseénye (habár szükséges), energiaveszteséget jelent a kazánra nézve. Ennek inializálása elengedhetetlenül fontos a kazán helyes energiagazdálkodása szepontjából. A kazánlefúvatás két dolog iatt fontos, indkettő a kazántápvíz inőségével van kapcsolatban. Az egyik funkció: eltávolítani a kazánban kicsapódott szilárd anyagokat. Általánosságban ez egszakításokkal való vízkivételt jelent a kazán alsó részéből, ahol ezek a szilárd anyagok felgyülelenek. E tevékenység célterületei az alsó kazándob, a közbenső csőkara és egyéb részek, ahol a laza, szilárd anyagok fel tudnak halozódni. A kazánlefúvatás ásik fontos funkciója az, hogy szinten tartsa a kazán tápvízében levő oldott anyagok koncentrációját. E tevékenység tipikus célterülete a folyadékpárologtató felület, ekkor közvetlenül a felület alól vesznek ki folyadékot a kazántápvízből. Ezt a lefúvatást felületi lefúvatásnak hívják, lehet folyaatos vagy időszakonkénti. A kazánlefúvatásnál fellépő veszteség két ódon csökkenthető. Az első, a ennyiség csökkentése a tápvíz inőségének javításával, különös hangsúllyal a víz kezelésén, a visszakeringetett kondenzátu inőségén és a helyes vegyi kezelésen.
A ásodik ód a ennyiségben aradó energia visszanyerése. Még ha a kazán a legjobb inőségű tápvízzel üzeel is, szükség van bizonyos száú lefúvatásra a egfelelő vegyi folyaatok biztosítása érdekében. A kazánlefúvatás során elvesző energia visszanyerésének lehetőségei állnak a középpontban a továbbiakban. Bárely folyaat helyes irányításához érésre van szükség. A kazánlefúvatás ennyiségének érése elengedhetetlen a veszteség nagyságának, a lefúvatásból visszanyerhető energia ennyiségének eghatározásához. A lefúvatás ennyiségének eghatározása, érése és ellenőrzése általában a kazántápvíz vegyi elezésével történik. A vízennyiséget ne érik közvetlenül az átfolyó vízennyiség érésének probléái iatt. A ennyiség általában pontosan becsülhető a klorid, szilíciu-dioxid és ás kéiai összetevők vegyi elezése alapján a folyaatos lefúvatás közben. Ennél egyszerűbb ellenőrzési ódszer a kazánvíz vezetőképességének érése, aely durva kifejezője a kazánvíz vegyianyag-koncentrációjának. Ez a érés egbízható és isételhető, ezért kiválóan alkalas szabályozási célra. Gyakori egoldás az, hogy a vezetőképességet tartja állandó értéken a szabályozó, egfelelően változtatva a kazánból kivett lefúvatási vízennyiséget. Általában a vezetőképesség érését ki kell egészíteni a kazánvíz időszakonkénti vegyi elezésével. A kazánlefúvatás ennyiségének eghatározása a vegyi elezés vagy a vezetőképesség segítségével a kazántápvíz vegyi összetevőinek töegegyensúlyán alapul. Ha a szabályozás olyan összetevőn alapul, aely ne oldódik a gőzben, állandósult állapotban a kazánba belépő kéiai összetevő ennyiségének egyenlőnek kell lennie a kazánból a lefúvatási folyaatban kilépő ennyiséggel. Ezáltal a vegyi összetevő belépő tápvízben érhető koncentrációja osztva a vegyi összetevő kazánból kilépő koncentrációjával éppen a lefúvatás érőszáát adja. Ez a következő képlettel fejezhető ki: β = C C tápvíz = tápvíz (β = ennyiség)
Ahol, C tápvíz és C a kiválasztott vegyi összetevő ért koncentrációi a tápvízben és a vízennyiségben. Az értékelésnél a érés pontosságát is figyelebe kell venni. Az iént vázolt ódszer elsősorban a folyaatos lefúvatásra alkalazható. Főleg kisebb éretű és nyoású kazánoknál gyakran alkalazzák ehelyett az időszakonkénti felületi lefúvatást. Ennél a vegyi összetevők koncentrációja folyaatosan változik: a lefúvatás utáni alacsony értékről fokozatosan nő a egengedhető axiális értékig, aelynek elérésekor újabb lefúvatásra van szükség. A folyaat akár naponta többször is isétlődik. Ennél a ódszernél összességében nagyobb lefúvatási vízennyiségre van szükség, nagyobb kazánoknál ezért általában ne alkalazzák. Ha a lefúvatás ennyisége isert, a vele kapcsolatos energiaveszteség is eghatározható. A lefúvatási veszteség (λ BD ) a következő képlettel fejezhető ki: λ BD = a ennyiség energiatartala a kazánban elégetett fűtőanyag energiatartala λ BD = (h h előkezelt ) fűtőanyag HHV (100) A képletben a ennyiség töegáraa, fűtőanyag a kazánba belépő tüzelőanyag töegáraa. A HHV érték a tüzelőanyag axiális tüzelőértéke (higher heating value), a kazánba bevezetett energiaennyiség egállapításához kell. A ennyiségben aradó energia a ennyiség és előkezelt víz entalpia-különbségével jelleezhető: h h előkezelt. A kifejezésekben az előkezelt víz entalpiája használatos inkább, int a tápvíz entalpiája, ert a rendszerben a ennyiséget az előkezelt vízzel kell pótolni. Fenti képlet a lefúvatási veszteséget a kazánba bevezetett tüzelőanyag energiatartalának százalékában fejezi ki. Egy kazánberuházás csak akkor lehet gazdaságos, ha a kazánlefúvatás energiaveszteségét valailyen ódon vissza lehet nyerni. Az iparban két alapvető ódszert alkalaznak, és a kettőt gyakran kobinálják egy rendszerben. Az energiavisszanyerés első ódszere azon alapul, hogy a nagynyoású telített folyadékot egy viszonylag kis nyoású tartályba ürítik át. Ahogy a nyoás csökken, a folyadék egy része gőzzé válik (el-
párolog). Ez a gőz általában entes a folyadék által szállított szennyeződésektől, ezáltal nincsenek cseppecskék a kilépő gőzben. Ennek eredényeként ez a gőz hozzáadható a kienő fő gőzárahoz. A jól tervezett elpárologtató edény csökkenti a cseppecskék keletkezésének lehetőségét. A keletkező gőz ennyisége arányos a kazánnyoás és a gőz közötti nyoáskülönbséggel. A párologtató tartály lehetővé teszi, hogy a egaradó folyadék elkülönüljön a gőztől. A gőzt ezután csövön elvezetik a kisnyoású gőzrendszerbe, vagy a légtelenítőbe. A ásodik fő energiavisszanyerési lehetőség hőcserélő alkalazása, aely a víz hőjét adja át a kazánba belépő előkezelt víznek. Ennek a folyaatnak az az alapja, hogy e két vízára között nagy hőérsékletkülönbség van, a víz javára. Óvatosnak kell lenni a hőcserélő kiválasztásakor, ert a lefúvatási vízennyiségből kazánkő válhat ki. A hőcserélőt időszakonként echanikusan tisztítani kell különösen azokat a részeket, aelyek kapcsolatba kerülnek a vízzel. A hőcserélőt fel kell szerelni hőérővel ind a vízennyiség belépő és kilépő oldalán, ind az előkezelt tápvíz belépő és kilépő oldalán. A hőérsékletérő eszközök használata lehetővé teszi a hőcserélő hatásfokának eghatározását. E két ódszer kobinált alkalazása eredényezi a leghatékonyabb elrendezést, vagyis az elpárologtató tartály és a hőcserélő összekapcsolva alkalas alacsony nyoású gőz előállítására, valaint a tápvíz előelegítésére. Ebben az összekapcsolt elrendezésben a víz, iután elhagyta a párologtató tartályt, átegy a hőcserélőn. Az energiavisszanyerési folyaat seatikus ábrája az 1. ábrán látható. Az isertetett rendszer segítségével a vízben levő hőenergia több int 80%-a visszanyerhető. Valójában a egtakarítások gyakran ég ennél is nagyobbak. Ez azonban ne a terodinaikai szabályok egsértése, hane abból a tényből fakad, hogy a veszteség képlete ne ír le inden, a kazánlefúvatással kapcsolatos veszteséget. A kazánban lezajló teljes folyaat során a tápvízzel közölt hőenergia vagy a gőzben hasznosul, vagy végül lefúvatási veszteségként jelenik eg. Az energiaátvitel hatásfoka a gőzelőállítás során 75% és 87% között változik, és a vízzel távozó energiára is ugyanez a hatásfok vonatkozik. A lefúvatásból a fent leírt ódon energiavisszanyerést lehetővé tevő berendezések legtöbbje a kereskedeleben egvásárolható, ezek beépítése gazdasági szepontból kifizetődő beruházás. További gazdasá-
gi előny érhető el olyan rendszereknél, ahol csak alacsony hőérsékletű szennyvíz kibocsátása van egengedve. Ilyen helyeken gyakran hideg vizet kell keverni a szennyvízrendszerbe belépő vízhez, hogy elkerüljék a szennyvízrendszer hőérsékletének növekedését. A hideg víz felhasználása jelentős többletköltséget okozhat, ai jelentősen csökkenthető vagy elkerülhető az előbbiekben leírt energiavisszanyerő eljárások alkalazásával. telített folyadék (a kazánból) szintszabályozó a lefúvatás szabályozószelepe kisnyoású elpárologtató tartály telített gőz telített gőz kienet elegített, előkezelt víz elvezetése telített folyadék T 1 T 4 elvezetés a szennyvízrendszerhez telített folyadék elvezetése hőcserélő T 3 T 2 1. ábra A lefúvatás energiavisszanyerő rendszere Az eddig isertetett eljárások sajnos ne alkalazhatóak az időszakonkénti felületi lefúvatás esetén, ivel ott a vízáralás hirtelen, lökésszerű és igen nagy ennyiségű, ai persze tetees energiaveszteséget is von aga után. A egoldás itt is a folyaatos lefúvatásra való átállás lehet. Végül egy gondolat az ellennyoású turbinákkal üzeelő rendszerekről: ezeknél részletesebb elezésre lenne szükség a lefúvatásból visszanyert hőenergia által elérhető költségegtakarítás eghatározására vonatkozóan. Az elsődleges befolyásolt tényező a turbina tengelyteljesíténye. Az eddig isertetettek szerint párolgó gőzt a kis-
nyoású rendszerbe vezetik, és a gáztalanítóba belépő tápvíz fűtése kevesebb gőzt igényel. Mindezek a tényezők csökkentik a gőzturbinába jutó gőz ennyiségét, ai csökkenti a terelt energia ennyiségét. Csak részletesebb űszaki és gazdasági elezés segítségével lehet eldönteni azt, hogy elyik hatás a nagyobb, vagyis egéri-e a lefúvatási energiavisszanyerés isertetett ódszereit alkalazni. Összeállította: Rusai László [1] Harrell, G.: Boiler blowdown energy recovery. = Energy Engineering, 101 k. 5. sz. 2004. p. 00 00. [2] NIST/ASME stea properties database, version 2.21 = www.nist.gov/srd/nist10.ht