Ochladená kyselina sa mení na centrálne vykurovanie

Začiatkom 80. rokov 20. storočia sa teplo vyrobené v absorpčných a sušiacich okruhoch v závode na výrobu kyseliny sírovej Kemira v Helsingborgu vo Švédsku strácalo do mora vedľa závodu.

Po celkovej rekonštrukcii chladiaceho systému, ktorý zahŕňa doskové výmenníky tepla v uzavretom chladiacom okruhu, sa teplota chladiacej vody zvýšila na úroveň, pri ktorej sa môže využívať na centrálne vykurovanie.

Od priameho chladenia k rekuperácii tepla

Začiatkom 80. rokov minulého storočia spoločnosť Kemira zmenila svoj systém chladenia kyselín z priameho chladenia na rekuperáciu tepla. V systéme priameho chladenia sa teplo z absorpčných a sušiacich veží vypúšťalo do mora. Pri systéme spätného získavania tepla sa teplo namiesto toho odovzdáva do uzavretého okruhu chladiacej vody, ktorý obsahuje demineralizovanú vodu. Táto voda sa ohrieva a horúca voda sa používa na ohrev vody na centrálne vykurovanie mesta Helsingborg.

V tomto systéme spätného získavania tepla sa kyselina z absorpčných veží chladila v štyroch anodicky chránených trubkových výmenníkoch tepla zapojených do paralelných dvojíc. Kyselina zo sušiacej veže sa chladila v anodicky chránenom plášťovom a rúrkovom výmenníku tepla.

V roku 1999 sa skončila životnosť anodicky chránených trubkových výmenníkov tepla a bolo potrebné ich vymeniť. Zároveň sa spoločnosť Kemira rozhodla úplne prepracovať svoj systém chladenia kyselín. Namiesto troch nádrží na kyselinu (jedna pre každú absorpčnú vežu a jedna pre sušiaci systém) nainštalovala jednu nádrž na kyselinu, ktorá zásobovala sušiaci systém aj dve absorpčné veže cirkulujúcou kyselinou.

Všetky staré chladiče boli nahradené tromi čiastočne zváranými doskovými výmenníkmi tepla Alfa Laval v prevedení D205 s tesneniami FKMS, ktoré boli zapojené paralelne. Materiál dosiek D205 a tesnenia FKMS boli vybrané kvôli vysokej teplote kyseliny 105 °C.

Nový systém vedúci k veľkým úsporám energie, emisií a nákladov

V závode na výrobu kyseliny na spaľovanie síry Kemira s kapacitou 1 000 ton denne sa zo sušiacich a absorpčných veží získa denne približne 530 MWh. Toto teplo sa dodáva do siete centrálneho vykurovania mesta Helsingborg. Kemira dodáva do siete celkovo 240 GWh ročne.

To zodpovedá približne 22 000 m3 ropy, čo predstavuje približne 25 % potreby mesta. Z tohto celkového množstva sa 80 GWh dodáva ako para a zvyšok je teplo získané zo sušiacich a absorpčných veží. To znamená, že v zimných mesiacoch sa teplo dodáva približne 10 % obyvateľov mesta, ale v letnom období spoločnosť Kemira dodáva všetko teplo potrebné na ohrev vody v domácnostiach.

Celkové náklady na systém rekuperácie tepla zavedený začiatkom 80. rokov 20. storočia predstavovali 45 miliónov SEK (vrátane 3,5 km dlhého potrubia do centra diaľkového vykurovania). Doba návratnosti systému bola kratšia ako jeden rok, keďže v tom čase Kemira dodávala mestu teplo v hodnote 80 MSEK ročne (vďaka vyššej kapacite kyselín). Prechod na spoločný zásobník kyseliny pre všetky tri veže a nové chladiče kyseliny v roku 1999 stál 10,5 MSEK. Pri prepočte na dnešné ceny ropy je hodnota tepla dodávaného mestu približne 22 MSEK ročne. V dôsledku toho bola doba návratnosti opäť kratšia ako jeden rok.

Pre mesto Helsingborg toto riešenie znamená menšiu závislosť od ropy, a tým aj zníženie emisií oxidu siričitého do ovzdušia. Okrem toho projekt odstránil potrebu novej 45 MW kogeneračnej jednotky, ktorá by mesto v 80. rokoch stála 150 MSEK.

Pre spoločnosť Kemira sa dodávka tepla stala dôležitým doplnkovým produktom ku kyseline sírovej a iným chemikáliám. Takisto sa takmer odstránila potreba chladiacej vody.

Kontrolovaná teplota vyhovujúca sezónnym zmenám

Demineralizovaný vodný okruh ohrieva vodu na centrálne vykurovanie od 50 do 80 °C v dvoch veľkých doskových výmenníkoch tepla Alfa Laval s teplotným rozdielom len 4 °C. Teplotu v okruhu diaľkového vykurovania možno zvýšiť na 90 až 95 °C vstrekovaním odpadovej pary z výrobne kyseliny sírovej. Dva zo stredne veľkých doskových výmenníkov tepla Alfa Laval sa používajú ako trim chladiče v okruhu demineralizovanej vody vždy, keď je to potrebné na pokrytie sezónnych výkyvov v dopyte po vykurovaní. Keď nie sú potrebné, chladiče sa obchádzajú.

Rekuperácia tepla umožnená doskovými výmenníkmi tepla Alfa Laval

V zariadeniach na spaľovanie kyseliny sírovej s dennou kapacitou 1 000 ton sa vyrába približne 65 MW tepla. Približne dve tretiny tepla pochádzajú z horáka na síru a konvertora. Väčšina výrobcov kyselín vie toto teplo využiť na výrobu vysokotlakovej pary. Zvyšná jedna tretina vyrobeného tepla sa však zvyčajne vypúšťa do mora alebo do ovzdušia v systémoch priameho chladenia. Doskový výmenník tepla umožňuje ekonomicky zhodnotiť teplo z cirkulujúcej kyseliny v sušiacich a absorpčných vežiach. Inštaláciou uzavretého okruhu chladiacej vody možno teplo využiť na iné účely, ako je centrálne vykurovanie, predhrievanie napájacej vody do kotlov, procesné vykurovanie v priľahlých závodoch, vykurovanie priestorov tovární a kancelárií a výroba sladkej vody odsoľovaním.