SCHEMA TERMICA PENTRU RECUPERAREA CALDURII GAZELOR ARSE LA CAZANELE INDUSTRIALE

Lucrare prezentata la Conferinta ETCNEUR UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI 2012

ing. Dan Andreescu; ing. Cerchez Elisabeta – TURBOEXPERT srl Bucuresti

ABSTRACT

The flue gases heat recovery from the boilers with TURBOEXPERT pseudo heat pipes economizers had several attempts already, more successfully for the flue gases issued from naturals gas. However, the issue is not to <simply install> an economizer, but to solve <the energetic issue> first. This will be the target of this paper. 1. CADRUL GENERAL

Includem in categoria <Cazanelor Industriale> acelea care au scopul asigurarii apei fierbinti sau aburului pentru diverse procese tehnologice in industria usoara, alimentara si altele. De regula sunt cazane ignitubulare cu debite sub 10t/h si presiuni sub 16bar si temperatura de saturatie. Temperatura GA are valori ridicate: 220-240ºC ceea ce este, evident, in detrimentul randamentului energetic.

Recuperatoarele de caldura suplimentare amplasate pe traseul GA preincalzesc apa de alimentare/adaos sau contribuie la incalzirea spatiala a intreprinderii, la procese de uscare sau livreaza caldura unui proces tehnologic din fabrica. Recuperatoarele dezvoltate de TURBOEXPERT srl Bucuresti [1] au ca element component definitoriu o solutie constructiva proprie numita <Pseudo Tuburi Termice> si sunt tehnic si ca pret foarte convenabile acestor utilizari, dar simpla lor intercalare in circuitul GA nu rezolva complet problema recuperarii, fara o solutie energetica integratoare, adecvata particularitatilor functionarii cazanelor industriale.

In medie, recuperarea investitiei unei instalatii recuperatoare se face in 6-8 luni de functionare la nominal. 2. RECUPERATOARELE DE CALDURA CU PSEUDO TUBURI TERMICE

In conditiile concrete ale unei Centrale Termice existente, amplasarea unui recuperator de caldura pe traseul gazelor arse se loveste de diverse dificultati tehnice: varietatea deosebita a parametrilor (debite, presiuni, temperaturi) atat a sursei de caldura cat si a celei care o recupereaza; lipsa spatiului necesar si impunerea amplasarii in pozitii diferite de la caz la caz; lipsa unei structuri de rezistenta adecvata preluarii greutatii recuperatorului si a dilatarilor termice; interferenta functionala cu arzatorul cazanului si a circuitului de apa de racire prin pierderea de presiune suplimentar introdusa; realizarea unei scheme termice si functionarii care sa tina seama de cea initial existenta si de calificarea personalului de tura, s.a..

Din toate aceste motive cat si din altele de natura constructiva si economica, solutia TURBOEXPERT srl <Recuperator cu Pseudo Tuburi Termice> prezentata in Fig. 1 cauta sa raspunda cat mai bine la aceste considerente.

Nu trebuie pierdut din vedere ca efectuarea unei recuperari de caldura este o actiune mai ampla in care recuperatorul este elementul central, dar nu singurul. Ca urmare, in realitate este vorba de o <Instalatie de Recuperare> – care contine o anumita tehnologie energetica de recuperare, conductele si AMCR-ul necesar – si care influenteaza esential eficienta recuperarii..

Fig. 1 Recuperator caldura din gazele arse cu PSEUDO TUB TERMIC

Recuperatorul cu PTT se incadreaza foarte bine in aceasta Instalatie de Recuperare datorita avantajelor sale care sunt:

a) Geometria variabila, gabaritul redus, care permite o amplasare in spatii limitate si in orice pozitie.

b) Insensibilitatea practic totala la regimurile tranzitorii, acceptand orice soc termic intrucat, prin constructie, nu au deplasari impiedicate.

c) Posibilitatea mult mai mare de a impiedica, datorita deteriorarilor, a intrarii/infiltrarii unui fluid in spatiul celuilalt fluid in recuperator, avarie deosebit de grava cel mai adesea.

d) Solutie constructiva tipizata si modulata care permite adaptarea rapida a proiectului cat si a executiei la fiecare caz specific.

e) Posibilitatea utilizarii atat ca <economizer> adica fara a ajunge sub punctul de roua cat si <condenser>, respectiv coborand sub acesta.

f) Mentanta recuperatoarelor cu PTT este ca si inexistenta fiind necesara doar pentru ansamblul instalatiei de recuperare, care contine armaturi, AMCR s.a..

3. APLICATIE LA UN CAZAN INDUSTRIAL

Pentru diversele domenii ale industriei usoare: alimentara, de materiale de constructii, a lemnului s.a., care utilizeaza cazane mici de abur / apa calda, - cazane industriale - solutia cu pseudo tuburi termice este adecvata atat ca posibilitate a amplasarii in spatiul existent cat si a eficientei energetice si a costului scazut.

Aceste cazane au in comun cateva caracteristici specifice: � Debite: 2÷10t/h, presiuni: 10÷16 bar; combustibil CH4 (cel putin ca suport),

deseuri combustibile, biomasa. � Temperatura gazelor arse la evacuare intre 200ºC ÷ 250ºC si pot contine

particule. � Functionare aleatoare, atat ca debit cat si ca presiuni, functie de cerintele

consumatorului O schema termica tipica este prezentata in Fig.2. Preincalzirea apei de alimentare a

cazanului, apa de adaos este 100%, se face cu abur viu produs de cazan. Gazele de ardere, cu temperatura ridicata peste 220ºC sunt evacuate printr-un cos amplasat direct pe cazan.

Preincalzirea apei de alimentare cu abur viu asigura temperatura minim necesara de cca 55ºC, dar este in detrimentul debitului util pentru procesul tehnologic si are mari probleme cu fiabilitatea. Sistemele simpliste, fara o automatizare adecvata si fiabila, de difuzare a aburului viu in rezervoarele de apa de alimentare conduc la defectiuni datorita socurilor termice si posibilitatii unor manevre gresite.

Este cu atat mai mult de preferat o preincalzire a apei de alimentare recuperand caldura gazelor arse, cresterea randamentului fiind de minim 5%, dar putand ajunge si la 15% in cazul <condenser> si la excese mari de aer de ardere.

Aceasta este si situatia la o aplicatie facuta recent de TURBOEXPERT intr-o unitate de industrie alimentara, a carei schemma termica initiala a fost prezentata in Fig.2.

Fig.2 Schema termica initiala – CT cu cazan 6t/h si 12 bar sat.

La aceasta se constata ca temperatura apei de alimentare este de 17ºC, intrucat

preincalzirea cu abur nu functioneaza voit, datorita fiabilitatii foarte scazute si a faptului ca, obiectiv, nu exista recuperare de condens. In consecinta schema de recuperare aplicata are ca obiectiv preincalzirea apei de alimentare cu caldura gazelor arse, la un nivel de peste 55ºC (Vezi Fig. 3).

Fig.3 Schema termica finala cu Instalatie de Recuperare-CT cu cazan 6t/h si 12 bar sat

Acest cazan industrial de tip ignitubular are, in afara variatei continuee si intempestive

a parametrilor, inca o particularitate functionala. Astfel, pompa de apa de alimentare este in

mod constient supradimensionata de constructor, dand la presiunea nominala de 12bar a cazanului, un debit majorat cu cca 45%,adica peste 8,5t/h. Aceasta dimensionare acopera orice situatie de crestere a debitului peste cel nominal, ceea ce este foarte posibil la cazane ignitubulare si mai ales in procese cu consumatori de abur aleatori, care in situatii de simultaneitati de crestere a consumului se depaseste asa zisa valoare nominala de debit a cazanului. Daca aceste situatii de suparaincarcare se pot produce sezonier sau pe parcursul catorva ore pe zi, in restul timpului, necesarul de abur poate scadea sub 50% din cel nominal, mai ales in industriile sezoniere.

In acest caz ,prin protectia de nivel maxim al cazanului, ca prima treapta, se opreste pompa de apa de alimentare. In caz ca se continua reducerea consumului, intervine a doua treapata de protectie si se opreste arzatorul cazanului.

Repornirea pompei se face la atingerea nivelului minim din cazan. Din punct de vedere al functionarii Instalatiei de Recuperare, oprirea pompei inseamna

si intreruperea procesului de recuperare, ca urmare in schema este prevazut un ventil electromagnetic cu rolul de a inchide/deschide o legatura de by-pass cu rezervorul de apa de alimentare. Aceasta permite, printr-un algoritm de automatizare, ca pompa sa ramana continuu in functionare, trimitand pe circuitul de by-pass debitul de apa de alimentare excedentar fata de necesarul momentan al cazanului, asa cum se prezinta in Fig.3.

Referitor la partea constructiva din Fig. 4 si Fig. 5 se poate constata atat spatiul limitat in care s-a amplasat recuperatorul cat si necesitatea realizarii unui suport pentru a nu incarca suplimentar cazanul cu greutatea recuperatorului.

Fig.4 Vedere generala (initiala) a Fig.5 Vedere generala a cazanului 6t/h 12 bar sat cazanului 6t/h 12 bar sat cu Instalatia de Recuperare montata.

4. CONCLUZIE

Avantajele schemei de recuperare din Fig. 3 si ale recuperatorului cu pseudo tuburi termice sunt:

a) Recuperarea unei cantitati de caldura care se traduce intr-o crestere a debitului de abur disponibil sau o reducere a cosumului de combustibil cu pana la 8%.

b) Adaptarea la conditiile reale de functionare ale cazanului, caracterizate printr-o variatie continua si ampla a parametrilor sai.

5. BIBLIOGRAFIE

[1] ANDREESCU, D., Cerchez,E., Recuperarea caldurii gazelor arse cu recuperatoare (GA) cu recuperatoare cu tuburi termice (TT), UPB Conferinta ETCNEUR 2011.