Kondenzace páry za turbínou v holandské spalovně kalů – efektivní využití každého kilojoulu

OD MAŘENÍ TEPLA K VÝDĚLKU

Produkce páry z fluidního kotle převyšuje její potřebu pro výrobu elektrické energie. Redukovaná pára vystupující z turbíny byla v minulosti odváděna do vzduchem chlazených kondenzátorů na střeše kotelny a přebytečné teplo bez dalšího využití rozptýleno do atmosféry.

V roce 2005 se společnost HVC rozhodla, že chce potenciál této „přebytečné“ energie smysluplně využít a snížit svůj negativní vliv na životní prostředí. S provozovatelem přilehlé čistírny odpadních vod byla uzavřena smlouva o odběru chladicí vody a dodávkách rekuperovaného tepla, získaného z kondenzace páry, pro potřeby čistírenské technologie.

Nízkotlaká pára z výstupu turbíny nyní kondenzuje díky proudění odpadní vody z čistírny. Ohřátá odpadní voda je vracena zpět na čistírnu, kde (po smíchání s přítokem z kanalizace) pomáhá udržovat optimální teplotu k účinnému působení mikroorganizmů využívaných v čistícím procesu. Stabilní chod čistírny, bez výrazných výkyvů během všech ročních období, umožňuje dosahovat vyšší kvality vyčištěné vody na odtoku z čistírny.

PŘEDNOSTI SYSTÉMU ALFACOND

Klíčovou součástí projektu maximálního využití energie v procesu HVC je deskový kondenzátor páry AlfaCond 800 firmy Alfa Laval zařazený na výstupu turbíny. Získaných 6 až 7 MW tepla dodávaných do čistírny odpadních vod je pro společnost HVC dodatečným benefitem k zisku z výroby elektrické energie. Jednotka AlfaCond je konstruována speciálně pro kondenzaci páry při nízkém tlaku, s ideálním nasazením ve funkci hlavního kondenzátoru pro menší parní turbínové systémy.

AlfaCond pracuje na principu kazetového výměníku, kde kazetu tvoří vzájemně svařené dvojice desek. Pára kondenzuje ve svařovaném kanálu (kazetě), chladicí voda prochází kanálem vytvořeným mezi jednotlivými kazetami a utěsněným speciálním pryžovým těsněním. Uspořádání kanálů je řešeno asymetricky pro dosažení vysoké účinnosti kondenzace. Jednotlivé kanály mají větší světlost na straně páry a menší na straně chladící vody.

Schéma kondenzačního okruhu

Asymetrická geometrie kanálů je zárukou nízké tlakové ztráty na straně páry a vyšší rychlosti a turbulence proudění na straně chladicí vody. Ve výsledku je tímto řešením maximalizována účinnost přenosu tepla a minimalizována míra zanášení. Všechny části deskového kondezátoru ve styku s párou a chladícím médiem jsou vyrobeny z nerezové oceli třídy AISI 316, k dispozici je též titanové provedení pro agresivní média.

OBAVY ZE ZANÁŠENÍ

Hlavní myšlenkou systému instalovaného v HVC Dordrecht je využití nevyčištěné odpadní vody z čistírny pro chlazení kondenzátoru AlfaCond. Teplota odpadní vody je pro
chlazení ideální, z podstaty věci je však jasné, že obsahuje nečistoty, které mohou způsobovat zanášení kondenzátoru. Výrazná část nečistot obsažených ve splaškové vodě je zachycena již na přítoku do čistírny, nicméně i tak si určité nečistoty najdou cestu až do kondenzátoru.

Situaci navíc komplikuje obvyklé bujení vodních řas vlivem působení slunečního svitu v letních měsících. Řasy mají tendenci vytvářet dlouhé kolonie, které by dokázaly v krátké době zneprůchodnit kanály kondenzátoru.

Filtrace a promývání

Před kondenzátor je instalován samočistící automatický filtr ALF30, který účinně odstraňuje veškeré nečistoty, které by mohly způsobit zanesení kondenzátoru AlfaCond a tím omezit jeho funkci. Filtr pracuje zcela autonomně a je automaticky proplachován každé čtyři minuty. Proplachy filtru jsou prováděny za provozu bez přerušení cirkulace vody z chladícího okruhu. Relativně krátký interval proplachu byl pracovníky HVC zvolen na základě praktických zkušeností s kolísavou kvalitou používané vody. Předcházejí tak komplikacím, které by způsobilo zanesení filtru.

Kondenzátor vodní páry AlfaCond

Kondenzátor AlfaCond800 spolu s filtrem ALF30 byly instalovány a uvedeny do provozu v roce 2006. Od té doby byl kondenzátor pouze jednou mimo provoz, ale to pro kontrolu jeho stavu. Martin Kleij, technický vedoucí střediska HVC Dordrecht, řekl: „Byli jsme příjemně překvapeni tím, že AlfaCond funguje tak dlouho bez potřeby vyčištění, zejména vzhledem k tomu, jaká voda zařízením prochází. Když jsme zařízení poprvé po letech provozu otevřeli, bylo čisté.“

Filtr chladicí vody Alfa Laval

Steam condensation behind the turbine at a Dutch sludge incinerator – effective utilisation of each kilojoule
HVC is a Dutch company jointly owned by 54 Dutch municipalities and water management institutions specialising in the processing and utilisation of waste. One of HVC’s centres is based in Dordrecht which contains an incinerator for energy utilisation of waste from water – sludge treatment plants. The sludge is firstly dried out at ca. 40% of the content of dry matter, and subsequently is used as fuel for fluid boilers producing steam. The steam is subsequently used in two steam turbo units for generating electrical energy. The reacquisition of condensing steam in an Alfa Laval plate surface condenser, cooled by waste water, is of benefit to the incinerator and for the neighbouring waste water treatment plant.

Autor

• Kobera Jan