Inteligentne wykorzystanie pary jako produktu ubocznego

Para technologiczna to powszechnie używane w przemyśle określenie pary, która jest używana bezpośrednio w procesie przemysłowym. W tym kontekście stosowanie ogranicza się często do dostarczania ciepła na przykład do procesów gotowania, odparowywania lub destylacji. Ponadto procesy suszenia lub dostarczanie ciepła do reakcji endotermicznych w przemyśle chemicznym mogą być również realizowane za pomocą pary technologicznej.

Para technologiczna jako nośnik ciepła

Dostarczanie ciepła do procesów przemysłowych jest podstawowym zadaniem dla zagwarantowania tworzenia wartości ekonomicznej. Często różni się to znacznie od ogrzewania pomieszczeń ze względu na specyficzne wymagania poszczególnych procesów.

Para technologiczna charakteryzuje się przede wszystkim tym, że w przeciwieństwie do płynnych nośników ciepła, takich jak woda czy olej termiczny, większość energii jest ukryta w entalpii parowania. Zawartość wyczuwalnego ciepła może natomiast zostać pominięta.

Porównanie gęstości energii gorącej wody i pary technologicznej
Porównanie gęstości energii gorącej wody i pary technologicznej
Porównanie gęstości energii gorącej wody i pary technologicznej

W związku z tym większość energii potrzebnej do wytworzenia pary wodnej jest potrzebna do przejścia wody w stan gazowy. Energia ta jest uwalniana, gdy para powraca do stanu ciekłego, czyli podczas skraplania. Uwolnione ciepło skraplania odpowiada około 0,6 kWh na 1 kg wody. Aby zapewnić taką samą ilość ciepła przy użyciu ciepłej wodą, konieczne byłoby ogrzanie lub odpowiednie schłodzenie ponad 25 kg o 20 K, i to pomimo wysokiej pojemności cieplnej wody.

Masowa gęstość energii pary wodnej jest zatem znacznie wyższa niż gęstość energii płynnych mediów przenoszących ciepło. Ma to wpływ na koszty eksploatacji, szczególnie w przypadku dużych sieci ciepłowniczych, ponieważ wymagane przepływy masowe muszą być realizowane poprzez pompowanie.

Podczas odbierania energii z płynnego nośnika ciepła jego temperatura spada. Nie jest zatem możliwe odbieranie ciepła z ciepłej wody przy stałej temperaturze. Przy temperaturze zasilania wynoszącej na przykład 90 °C i temperaturze powrotu wynoszącej 70 °C, ciepło jest oddawane w średniej temperaturze 80 °C. Para wodna skrapla się pod ciśnieniem otoczenia w temperaturze około 100 °C. Ciepło skraplania jest oddawane w sposób ciągły przy odpowiedniej temperaturze wrzenia/skraplania, aż do skroplenia całej pary. Ta temperatura zależy od ciśnienia. Pozwala to na dokładne określenie temperatury zasilania cieplnego za pośrednictwem ciśnienia systemowego, co jest ogromną zaletą w wielu procesach przemysłowych. Temperatura zasilania odpowiada zatem wymaganej temperaturze procesowej i jest niższa niż w przypadku gorącej wody. Minimalizuje to straty ciepła i obniża koszty eksploatacji, szczególnie w przypadku długich rurociągów.

Ponadto wymiana ciepła na powierzchni wymiennika ciepła jest stosunkowo wysoka zarówno podczas odparowywania, jak i skraplania. Ma to zalety konstrukcyjne, szczególnie przy projektowaniu odpowiednich wymienników ciepła.

Szyna zbiorcza sieci pary technologicznej
Szyna zbiorcza sieci pary technologicznej
Szyna zbiorcza sieci pary technologicznej

Wadą sieci parowej są przede wszystkim wysokie wymagania dotyczące bezpieczeństwa i integralności. W przeciwieństwie do cieczy, para wodna jest medium ściśliwym. W razie wypadku, wysoce sprężona para mogłaby ulatniać się w sposób wybuchowy, powodując nie tylko uszkodzenia termiczne, ale także zniszczenia fizyczne. Wysokie koszty technologii bezpieczeństwa w rurociągach, układach sterowania i armaturach prowadzą do wyższych jednostkowych kosztów inwestycyjnych w porównaniu z systemami ciepłej wody użytkowej. Straty ciepła w systemie rurociągów z parą nasyconą nie prowadzą do obniżenia temperatury, ale do częściowego skraplania pary. Skropliny muszą być odprowadzane przez specjalne urządzenia.

Para technologiczna jako produkt uboczny w przemyśle

Para wodna jest odpowiednim medium roboczym, które jest wykorzystywane w większości procesów parowych do wytwarzania energii elektrycznej. Woda odparowuje pod wysokim ciśnieniem, sprężona para wodna jest rozprężana w turbinie, która dostarcza energię mechaniczną i elektryczną poprzez prądnicę. Para wodna jest następnie skraplana, a pompy zasilające odprowadzają ciekłą wodę z powrotem do parowników. Poprzez odbiór pary z turbiny (turbina parowa upustowa) lub wykorzystanie pary za turbiną (turbina przeciwprężna), na przykład w procesach przemysłowych, można połączyć dostarczanie pary technologicznej z wytwarzaniem energii elektrycznej. Poprzez podwójne wykorzystanie pary można uzyskać wysoki całkowity stopień sprawności. Dzięki korzyściom ekologicznym tzw. skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej jest również wspierane politycznie.

Dlaczego para wodna?

Oprócz pary wodnej również oleje organiczne mogą być odparowywane i wykorzystywane jako czynnik roboczy lub nośnik ciepła. Ma to sens, gdy na ciśnienie i temperaturę nakłada się specjalne wymagania. Jednak w większości przypadków jako medium wybierana jest para wodna.

Woda jest jedną z najczęściej występujących substancji na naszej planecie. Właściwości fizyczne zostały dokładnie zbadane i udokumentowane. Doświadczenia z wodą i parą jako nośnikami ciepła i mediami roboczymi sięgają początków rewolucji przemysłowej. Woda jako taka jest stosunkowo tania, całkowicie nietoksyczna dla ludzi i zwierząt, niepalnałatwa w użyciu.

Wytwarzanie pary w kotłach o dużej pojemności wodnej i kotłach wodnorurkowych

Ze względu na różne konstrukcje rozróżnia się dwa typy kotłów do wytwarzania pary.

Kocioł o dużej pojemności wodnej do dostarczania pary technologicznej, opalanym pyłem węgla brunatnego
Kocioł o dużej pojemności wodnej do dostarczania pary technologicznej, opalanym pyłem węgla brunatnego
Kocioł o dużej pojemności wodnej do dostarczania pary technologicznej, opalanym pyłem węgla brunatnego

Kocioł o dużej pojemności wodnej jest cylindrycznym zbiornikiem częściowo wypełnionym wodą. Kotły takie były początkowo ogrzewane głównie od zewnątrz. W nowoczesnych konstrukcjach komora spalania znajduje się wewnątrz kotła, a spaliny są częściowo przepuszczane przez kocioł poprzez kilka przewodów kominowych. Z tego powodu ten typ kotła nazywany jest również kotłem paleniskowym lub kotłem płomieniówkowym. Ten typ konstrukcji zapewnia wysoki stopień sprawności przy stosunkowo niskich kosztach technicznych. Konstrukcja kotła zapewnia także efekt buforowania, który upraszcza sterowanie i zapewnia niezawodne dostawy pary, nawet przy wahaniach zapotrzebowania. Wadą jest kosztowne czyszczenie przewodów kominowych, co między innymi wpływa na wybór paliwa. Stosowane są tu głównie palniki gazowe lub olejowe, ale używane są także palniki na pył z węgla brunatnego lub palniki na gaz niskokaloryczny i palniki na gaz syntezowy. Ponadto, ze względu na wysokie wymagania bezpieczeństwa wobec płaszcza kotła, osiągalne ciśnienie pary jest ograniczone. Moc pojedynczego kotła rzadko przekracza 50 MW.

Kocioł wodnorurkowy jest drugim z dwóch typów kotłów. W tym przypadku odparowująca woda jest prowadzana przez komorę spalania w bardzo licznych rurkach. Konstrukcja ta jest bardziej złożona pod względem technicznym, zwłaszcza jeśli ma zostać osiągnięta wysoka sprawność. Zaletą jest możliwość stosowania prawie każdego paliwa. Obecny asortyment rozciąga się od konwencjonalnych kotłów na węgiel brunatny i kamienny po spalarnie biomasy i odpadów. Ponadto moc może być praktycznie dowolnie skalowana, a dzięki niewielkim objętościom rur wodnych można uzyskać bardzo wysokie ciśnienia.

Żyjemy w partnerstwie
Znajdź swoją osobę do kontaktów.

Za sprawą około 30 oddziałów w Niemczech i Europie jesteśmy zawsze blisko klienta.
Zapraszamy do kontaktu. Jesteśmy do Państwa dyspozycji.

Szukasz kontaktu w swojej okolicy?
Po prostu wprowadź kod pocztowy.
Karte wird geladen...