Spätné získavanie tepla v praxi: štúdia uskutočniteľnosti pre sušičku zeleniny
Časopis TZB Haustechnik Potravinárska spoločnosť, ktorá prevádzkuje sušiareň zeleniny, oslovila spoločnosť Almeva so žiadosťou o analýzu realizovateľnosti využitia odpadového tepla. V procese blanšírovania zeleniny sa totiž nenávratne stráca do ovzdušia (odvod) obrovské množstvo pary vyrobenej v kotli na čierne uhlie bez ďalšieho využitia.
Para použitá na tepelné spracovanie zeleniny obsahovala na výstupe z technológie stále veľké množstvo nevyužitého odpadového tepla. Ide o prípad, ktorý je ideálny na použitie systému pre spätné získavanie tepla = HRS (Heat Recovery System).
Na základe analýzy procesu a reálnych meraní parametrov výstupného média vypracovala spoločnosť Almeva spoločne s investorom koncepciu HRS pomocou inštalácie výmenníkov tepla para/voda na streche. Jednotky HRS umožňujú vďaka svojej konštrukcii kondenzáciu značného množstva vodnej pary, čo umožňuje veľmi efektívny prenos tepelnej energie do vykurovacej vody.
Spätne získaná tepelná energia (predtým nevyužitá a vypúšťaná) z vykurovacej vody následne ohrieva procesný vzduch používaný pri sušení zeleniny po blanšírovaní. Týmto riešením sa dosiahol uzavretý a optimalizovaný energetický cyklus, pri ktorom teplo z blanšírovania podporuje proces sušenia a potreba spätne získaného tepla je konštantná. Systém teda pracuje s maximálnou účinnosťou.
Prínosy pre výrobný proces sú mnohostranné:
1. Výrazné zníženie spotreby primárnej energie – proces sušenia si nevyžaduje výrazné dodatočné ohrievanie pomocou uhoľných kotlov.
2. Znížená produkcia celkových emisií znečisťujúcich látok (PM, CO, SO2, NOx, Cx Hy…) – spáli sa menej paliva, komínom odíde menej emisií znečisťujúcich látok.
3. Znížená produkcia emisií CO₂.
4. Zvýšenie účinnosti procesu sušenia – teplý vzduch je dodávaný rýchlejšie a vo väčšom množstve. To je dôležité najmä v najchladnejších dňoch, keď je potrebný dlhší čas na ohrev vzduchu z hodnôt pod bodom mrazu na teplotu potrebnú na výrobný proces.
Predohrev vzduchu výrazne stabilizuje a optimalizuje celú linku.
5. Finančné úspory výrobných nákladov. Spolu s investorom sa nám podarilo tieto náklady znížiť a získať späť peniaze, ktoré by inak „vyleteli komínom“.
6. Nové poznatky o nerovnomernosti procesu na jednotlivých linkách – vzniká priestor na ich ďalšiu analýzu a následnú minimalizáciu.
Nevyhnutná spolupráca s investorom a efekt „dva v jednom“
Počas vývoja koncepcie systému HRS zohrával investor podstatnú úlohu hneď od začiatku príprav, keďže bol nenahraditeľným zdrojom poznatkov o výrobnom procese prebiehajúcom v jeho prevádzke.
Spoločnosť Almeva ako špecialista na rekuperáciu tepla síce pozná fyzikálne procesy, úspech celého projektu je však daný spojením znalostí investora a nasadením odbornej spoločnosti. Aj zdanlivo nenápadná zmienka medzi riadkami zo strany vedúceho prevádzky prináša revolučné zmeny v prístupe k celému projektu.
Realizácia v sušiarni svedčí o tom, že využitie odpadového tepla sa nielen oplatí, ale v mnohých prípadoch je aj kľúčom k optimalizácii prevádzky výrobného zariadenia.
Prevádzkovateľ sušiarne zeleniny sa domnieval, že charakter prevádzky jednotlivých liniek je rovnaký. Vlastné merania vykonané špecialistami spoločnosti Almeva pred návrhom inštalácie systému HRS však odhalili značné rozdiely v charaktere prevádzky jednotlivých výrobných liniek. Ukázalo sa, že toto zistenie a následná optimalizácia prevádzky povedú k ďalším a výrazne väčším úsporám než samotná prevádzka systému HRS.
Vznikol efekt „dva v jednom“. Spoločnosť Almeva nainštalovala systém HRS a zrealizovala diagnostiku, pričom jej opis a poznatky o skutočnom prevádzkovom režime povedú k ďalším veľkým úsporám pre investora. V Almeve totiž platí prístup: čo nemeriame, to nevieme. Inými slovami, ak si investor nenechá diagnostikovať komín/odťah svojho prevádzkového zariadenia, nie je možné vedieť, aké veľké množstvo energie mu zbytočne uniká.
Inštalovaný systém HRS
Inštalovaný systém HRS je okrem iného jedinečný aj v tom, že značná časť tepelnej energie sa pri procese získava kondenzáciou vodnej pary, vďaka čomu sa výrazne znižujú rozmery zariadenia. Je to podobné ako pri malých plynových kondenzačných kotloch, ktorými vykurujeme svoje obydlia.
Keď v rýchlovarnej kanvici ohrievame liter vody na teplotu varu (bez zmeny skupenstva), jej ohriatie o jeden stupeň Celzia „spotrebuje“ približne 4 180 J (1 kcal = 1,2 Wh), čo sa napríklad deje aj v „ohrevných“ zariadeniach na kúpanie (TV).
Ak chceme tento liter kvapaliny následne premeniť na paru (odparovať = zmena skupenstva), prekvapivo spotrebujeme na ten istý liter vody približne 500-krát väčšie množstvo energie (skupenstvo tepla), čo je približne 2 257 000 J (540 kcal = 626 Wh).
Preto kondenzačné elektrárne pracujú s účinnosťou okolo 30 %, teda veľká časť energie „uniká“ chladiacimi vežami = kondenzačné teplo vodnej pary, ktorá nesmie kondenzovať v turbíne, ale až v kondenzátore, aby nepoškodila lopatky turbíny.
To isté množstvo energie sa uvoľní pri kondenzácii a to je princíp využívaný v plynových kondenzačných kotloch a tiež v systéme HRS. Kondenzácia vodnej pary nastane, ak médium ochladíme pod rosný bod.
Hodnota teploty rosného bodu závisí od zloženia „médií“ (vzduch, para, spaliny…). V prevádzkovanom systéme HRS sa viac ako 90 % energie získava kondenzáciou vodnej pary (z výmenníka vyteká značné množstvo kondenzátu).
Systém HRS stabilne a nepretržite (podľa výrobného procesu) spätne získava odpadové teplo v objeme približne 500 kWh/h, čo predstavuje tepelný výkon 500 kW. Návratnosť vlastnej investície (bez započítania zisku z optimalizácie liniek) je približne 3,5 roka.
Text a foto: Almeva
