Recuperation de chaleur du blowdown du boiler (controle TDS uniquement)

L’eau du boiler est evacuee par blowdown pour controler la quantite de solides dissous totaux (TDS) dans le boiler. Cette eau est sous pression, chaude et sale, creant de grands volumes de vapeur flash et d’eventuels problemes d’evacuation. Un systeme de recuperation de chaleur peut recuperer de grandes quantites d’energie lors de ce processus essentiel.

Recuperation de chaleur du blowdown du boiler (controle TDS uniquement)

Le module precedent a discute de l’eau a evacuer par blowdown d’un boiler afin de maintenir un niveau de TDS acceptable. Cette eau a un certain nombre de caracteristiques :

Elle est sale - Cela signifie que : -L’eau est generalement inadaptee a d’autres usages. -L’eau sale peut poser un probleme d’evacuation.
Elle est chaude - Cela signifie que : -Une proportion de l’eau se vaporisera a la pression atmospherique. -L’eau chaude peut poser un probleme d’evacuation. Par exemple, il peut y avoir une quantite substantielle a evacuer. Un systeme de recuperation de chaleur peut resoudre bon nombre de ces problemes. Debit d’energie dans le blowdown En utilisant les donnees du calcul de blowdown, Exemple 3.12.5, la quantite d’energie envoyee au blowdown peut etre calculee a l’aide des tables de vapeur. Remarque : 1 kJ/s = 1 kW Exemple 3.13.1 Pour obtenir le debit d’energie en kW : Pour mettre le debit d’energie en perspective, dans le nord-ouest de l’Europe, le systeme de chauffage central domestique moyen a une puissance d’environ 13 kW, donc le debit d’energie evacue par blowdown dans l’Exemple 3.13.1 est suffisant pour chauffer 19 maisons. Pour plus de clarte, le calcul ci-dessus utilise des tables de vapeur ou l’eau a 0°C est la reference. En realite, l’eau de replenish pour remplacer le blowdown sera fournie a une temperature superieure, donc l’energie de blowdown sera legerement inferieure. Par exemple, si l’eau de replenish etait a 10°C, l’energie evacuee serait de 228 kW.

Vapeur flash

L’eau de blowdown liberee par le boiler est de l’eau a la temperature de saturation correspondant a la pression du boiler. Dans le cas du boiler de l’Exemple 3.13.1 - 10 bar g, cette temperature est de 184°C. Evidemment, l’eau ne peut pas exister a 184°C dans des conditions atmospheriques, car il y a un exces d’enthalpie ou d’energie dans l’eau de blowdown. En supposant que l’eau de blowdown est liberee dans un systeme de vapeur flash fonctionnant a 0,5 bar g, les tables de vapeur peuvent etre utilisees pour quantifier cet exces d’energie : Cet exces d’energie evapore une proportion de l’eau en vapeur, et cette vapeur est appelee vapeur flash. La quantite de vapeur flash est facilement determinee par calcul ou peut etre lue dans des tableaux ou des graphiques. Exemple 3.13.2 L’enthalpie specifique d’evaporation a 0,5 bar g (hfg) d’apres les tables de vapeur est de 2 226 kJ/kg. Par consequent, 14,1 % de l’eau evacuee par blowdown du boiler se transformera en vapeur lorsque sa pression passera de 10 a 0,5 bar g a travers la vanne de blowdown. Il y a deux options :

Evacuer cette vapeur flash a l’atmosphere via le recipient de blowdown avec le gaspillage d’energie associe et potentiellement de bonne qualite d’eau provenant de la vapeur condensee.
Utiliser l’energie dans la vapeur flash et recuperer l’eau en condensant la vapeur flash. Il est utile de quantifier le debit d’energie dans la vapeur flash. Cela peut etre fait a l’aide des tables de vapeur. Exemple 3.13.3 Comparez ceci au debit d’energie de 241 kW evacue par blowdown du boiler. Il peut etre possible d’utiliser cette vapeur flash : dans cet exemple, elle represente environ 49 % du debit d’energie dans le blowdown et 14,1 % de l’eau evacuee par blowdown. L’utilisation des valeurs des tables de vapeur pour les calculs ci-dessus suppose que l’eau d’alimentation sera fournie a une temperature de 0°C. Pour plus de precision, le changement reel de temperature d’eau d’alimentation devrait etre utilise. Recuperation et utilisation de la vapeur flash La vapeur flash devient disponible pour la recuperation au niveau du recipient flash. En essence, un recipient flash fournit un espace ou la vitesse est suffisamment basse pour permettre a l’eau chaude et a la vapeur flash de se separer, et d’la depuis etre acheminee vers differentes parties de l’installation. La conception du recipient flash est importante non seulement du point de vue de la separation vapeur/eau, mais structurellement, il doit etre concu et fabrique selon une norme de recipient sous pression reconnue, telle que PD 5500. Ce n’est pas seulement une bonne pratique d’ingenierie, l’inspecteur de boiler l’exigera egalement si l’installation doit etre assuree. L’endroit le plus evident pour utiliser la vapeur flash est dans le feedtank du boiler, qui est generalement a proximite. La temperature de l’eau dans le feedtank est importante. Si elle est trop basse, des produits chimiques seront necessaires pour desoxygener l’eau ; si elle est trop elevee, la pompe d’alimentation peut caviter. Evidemment, si la recuperation de chaleur risque d’entrainer une temperature de feedtank excessivement elevee, il n’est pas pratique d’injecter la vapeur flash dans le reservoir. D’autres solutions sont possibles, telles que le chauffage de l’eau d’alimentation du cote pression de la pompe d’alimentation, ou le chauffage de l’air de combustion. La Figure 3.13.2 montre une installation simple, qui rend la recuperation du debit d’energie de 97 kW et de 157 kg/h d’eau de qualite boiler extremement rentable. Equipement requis

Recipient flash - Les fabricants auront des tableaux de dimensionnement pour les recipients. Remarque : la vitesse de la vapeur dans la partie superieure du recipient ne doit pas depasser 3 m/s.
Purgeur pour drainer le recipient - Un purgeur a flotteur est ideal pour cette application car il libere l’eau de blowdown residuelle des qu’elle atteint le purgeur. Le recipient flash fonctionnant a basse pression, il n’y a pratiquement pas d’energie pour elever l’eau de blowdown residuelle apres le purgeur, elle doit donc s’ecouler par gravite a travers le purgeur et la tuyauterie d’evacuation. Remarque : en raison de la basse pression, le purgeur sera assez grand. Cela a l’avantage supplementaire qu’il est peu probable qu’il soit bouche par les solides dans l’eau de blowdown residuelle. Parfois, des filtres sont preferes avant le purgeur ; pour cette application, le capuchon du filtre devrait etre equipe d’une vanne de blowdown pour simplifier la maintenance, et la grille du filtre ne devrait pas etre trop fine.
Disrupteur de vide - Il y aura des occasions ou le boiler n’aura pas besoin de blowdown. A ces moments, toute vapeur dans le recipient flash et la tuyauterie associee se condensera et un vide se formera. Si ce vide n’est pas libere, l’eau sera aspiree du feedtank du boiler dans la tuyauterie. Lorsque le boiler fera un blowdown a nouveau, cette eau sera poussee le long de la conduite a haute vitesse et un coup de belier se produira. Un disrupteur de vide installe sur la tete du deaerator protegera contre cette eventualite.
Equipement de distribution de vapeur - Une distribution correcte de la vapeur flash dans le reservoir d’eau d’alimentation est clairement importante pour assurer la condensation et la recuperation de la chaleur et de l’eau. L’equipement requis pour ce faire comprend, par ordre d’efficacite : 1. Deaerator atmospherique. 2. Distributeur de vapeur. 3. Tuyau de distribution.

Recuperation de chaleur a l'aide d'echangeurs de chaleur

Recuperation de chaleur a l’aide d’echangeurs de chaleur

Recuperation de chaleur du blowdown residuel Environ 40 % de l’energie dans le blowdown du boiler peut etre recuperee grace a l’utilisation d’un recipient flash et de l’equipement associe ; cependant, il existe des possibilites de recuperation de chaleur supplementaire a partir du blowdown residuel lui-meme. En continuant a partir de l’Exemple 3.13.3, si le recipient flash fonctionne a une pression de 0,5 bar g, cela signifie que le blowdown residuel passe a travers le purgeur a flotteur du recipient flash a environ 105°C. D’avantage d’energie utile peut etre recuperee du blowdown residuel avant de l’evacuer a l’egout. La methode acceptee est de le faire passer a travers un echangeur de chaleur, en chauffant l’eau de replenish en route vers le feedtank. Cette approche refroidit generalement le blowdown residuel a environ 20°C. Ce systeme ne recupere pas seulement l’energie dans les effluents de blowdown, il refroidit egalement l’eau avant de la decharger dans le systeme d’egouttage. (La temperature a laquelle les effluents peuvent etre decharges est limitee a 42°C au Royaume-Uni ; d’autres pays ayant des limitations similaires). Exemple 3.13.4 (suite de l’Exemple 3.13.3) Une disposition typique pour recuperer cette energie est presentee a la Figure 3.13.3. Considerations de conception Un probleme avec la disposition presente a la Figure 3.13.3 est que l’ecoulement simultane d’eau froide de replenish et de blowdown residuel du recipient flash peut ne pas etre garanti. Une disposition preferee est presentee a la Figure 3.13.4, ou un reservoir tampon d’eau froide est utilise comme puits thermique. Un thermostat est utilise pour controler une petite pompe de circulation de sorte que lorsque le blowdown residuel est a une temperature suffisamment elevee, l’eau est pompee a travers l’echangeur de chaleur, augmentant la temperature moyenne du reservoir et economisant de l’energie. Si la temperature des effluents de blowdown sortant de l’echangeur de chaleur peut depasser 43°C, alors ils devraient etre diriges vers le recipient de blowdown plutot que directement vers l’egout (Voir Module 3.14). Type d’echangeur de chaleur prefere Les echangeurs de chaleur a plaques sont preferes pour cette application, car ils sont tres compacts et facilement entretenus.

L’experience montre que les vitesses et turbulences plus elevees dans les echangeurs de chaleur a plaques aident a les maintenir propres, et par consequent le demontage est rarement necessaire. Cependant, si un nettoyage est necessaire, il est relativement simple d’ouvrir l’echangeur de chaleur et de nettoyer les plaques.

Le nettoyage d’un echangeur de chaleur a calandre et tubes est plus complexe, et impliquera un demontage complet et souvent les tubes eux-memes ne peuvent pas etre retires pour le nettoyage. Lorsque l’energie est recuperee a partir de la vapeur flash et du condensat, 82 % de l’energie totale contenue dans le blowdown original a ete recuperee. En outre, 14 % (en masse) de l’eau a ete recuperee, contribuant davantage aux economies.