การแนะนำการกู้คืนคอนเดนเสท

การแนะนำเหตุผลสำหรับการกู้คืนและ return คอนเดนเสท รวมถึงค่าพลังงาน ค่าน้ำ ข้อจำกัดน้ำเสีย และค่าบำบัดน้ำ รวมถึงตัวอย่างการคำนวณ savings ที่เป็นไปได้

การแนะนำการกู้คืนคอนเดนเสท

ไอน้ำมักถูกสร้างด้วยเหตุผลสองประการ:

• เพื่อผลิตไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในสถานีไฟฟ้าหรือโรงงาน cogeneration
• เพื่อจ่ายความร้อนสำหรับระบบให้ความร้อนและกระบวนการ เมื่อไอน้ำหนึ่งกิโลกรัม condense สมบูรณ์ คอนเดนเสทหนึ่งกิโลกรัมถูก formed ที่แรงดันและอุณหภูมิเดียวกัน (รูปที่ 14.1.1) ระบบไอน้ำที่มีประสิทธิภาพจะ reuse คอนเดนเสทนี้ failure to reclaim และ reuse คอนเดนเสท ไม่สมเหตุสมผลทั้งทางการเงิน เทคนิค หรือสิ่งแวดล้อม

ไอน้ำอิ่มตัวที่ใช้ให้ความร้อน gives up latent heat (enthalpy ของการระเหย) ซึ่งเป็นสัดส่วนใหญ่ของความร้อนรวมที่มัน contains ความร้อนที่เหลือในไอน้ำ retained ในคอนเดนเสทเป็น sensible heat (enthalpy ของน้ำ) (รูปที่ 14.1.2)

นอกจาก having heat content คอนเดนเสท basically distilled water ซึ่ง ideal for use เป็น boiler feedwater ระบบไอน้ำที่มีประสิทธิภาพจะ collect คอนเดนเสทและ either return to deaerator, boiler feedtank, or use in process อื่นเฉพาะเมื่อมีความเสี่ยงจริงของการปนเปื้อนจึงไม่ return คอนเดนเสทไปหม้อไอน้ำ แม้แต่แล้ว อาจเป็นไปได้ที่ collect คอนเดนเสทและใช้เป็นน้ำกระบวนการร้อนหรือ pass ผ่าน heat exchanger ที่ heat content สามารถ recovered ก่อน discharge มวลน้ำ to drain

คอนเดนเสท discharge จากอุปกรณ์ไอน้ำผ่านกับดักไอน้ำจากแรงดันสูงกว่าไปต่ำกว่า เป็นผลของการ drop in pressure นี้ คอนเดนเสทบางส่วนจะ re-evaporate เป็น ‘ไอน้ำแฟลช’ สัดส่วนของไอน้ำที่จะ ‘flash off’ ในลักษณะนี้ determined by ปริมาณความร้อนที่ hold ในไอน้ำและคอนเดนเสท ปริมาณไอน้ำแฟลช 10% to 15% โดยมวล typical (ดูโมดูล 2.2) อย่างไรก็ตาม เปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนแปลง volumetric อาจ considerably more คอนเดนเสทที่ 7 bar g จะสูญเสียประมาณ 13% ของมวลเมื่อ flashing to บรรยากาศ แต่ไอน้ำที่ produced จะ require space ประมาณ 200 เท่าใหญ่กว่าคอนเดนเสทที่ formed จากนั้น อาจ have the effect ของ choking undersized trap discharge lines และ must be taken into account when sizing lines เหล่านี้ ตัวอย่าง 14.1.1 การคำนวณปริมาณไอน้ำแฟลชจากคอนเดนเสท คอนเดนเสทร้อนที่ 7 bar g มี heat content ประมาณ 721 kJ/kg เมื่อ released to บรรยากาศ (0 bar g) น้ำแต่ละกิโลกรัม can only retain ประมาณ 419 kJ ของความร้อน พลังงานส่วนเกินในแต่ละกิโลกรัมของคอนเดนเสท therefore 721 – 419 = 302 kJ พลังงานส่วนเกินนี้ available to evaporate คอนเดนเสทบางส่วนเป็นไอน้ำ ปริมาณที่ evaporate determined by สัดส่วนของความร้อนส่วนเกินต่อปริมาณความร้อนที่ต้องการ to evaporate น้ำที่แรงดันต่ำกว่า ซึ่งในตัวอย่างนี้คือ enthalpy ของการระเหยที่บรรยากาศ 2258 kJ/kg

เรื่องของไอน้ำแฟลช examined in greater depth ในโมดูล 2.2, ‘ไอน้ำคืออะไร?’ แผนภูมิง่ายๆ (รูปที่ 14.1.3) ใช้ในโมดูลนี้เพื่อคำนวณสัดส่วนของไอน้ำแฟลช ตัวอย่าง: สัดส่วนของไอน้ำแฟลช using Figure 14.1.3: แรงดัน on กับดัก = 4 bar g แรงดันไอน้ำแฟลช = 0 bar g % ไอน้ำแฟลช = 10% ปริมาณของไอน้ำแฟลชในท่อเป็นปัจจัยสำคัญที่สุด when sizing trap discharge lines

ไอน้ำ produced ในหม้อไอน้ำโดยกระบวนการเพิ่มความร้อนให้น้ำมักเรียกว่า live steam คำว่า live steam และ flash steam ใช้เฉพาะเพื่อ differentiate origin ของพวกเขา ไม่ว่าไอน้ำ produced ในหม้อไอน้ำหรือจากกระบวนการแฟลชตามธรรมชาติ มันมีศักยภาพเหมือนกัน for giving up heat และแต่ละชนิดใช้สำเร็จ for จุดประสงค์นี้ ไอน้ำแฟลชที่ generate จากคอนเดนเสท can contain สูงสุดครึ่งหนึ่งของพลังงานรวมของคอนเดนเสท ระบบไอน้ำที่มีประสิทธิภาพจะ recover และ use ไอน้ำแฟลช คอนเดนเสทและไอน้ำแฟลช discharged to waste หมายถึง make-up water มากขึ้น เชื้อเพลิงมากขึ้น และค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานเพิ่มขึ้น

โมดูลนี้จะดูสองพื้นที่ที่จำเป็น - การจัดการคอนเดนเสทและการกู้คืนไอน้ำแฟลช ปัญหาที่ apparent บางพื้นที่จะ outlined และ solutions ที่ practical จะ propose หมายเหตุ: คำว่า ‘trap’ ใช้เพื่อ denote อุปกรณ์ steam-trapping ซึ่งอาจเป็น steam trap, pump-trap, or pump and trap combination ความสามารถของ trap ใดๆ to pass คอนเดนเสท relies upon pressure difference across it whereas pumping trap or pump-trap combination will be able to pass คอนเดนเสท irrespective of operational pressure differences (subject to design pressure ratings)

การ return คอนเดนเสท

ระบบกู้คืนคอนเดนเสทที่มีประสิทธิภาพ collecting คอนเดนเสทร้อนจากอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำและ returning ไปยังระบบ feed หม้อไอน้ำ can pay for itself ในระยะเวลาสั้น remarkable รูปที่ 14.1.4 แสดงวงจรไอน้ำและคอนเดนเสทแบบง่าย พร้อมคอนเดนเสท returning to boiler feedtank

ทำไม return คอนเดนเสทและ reuse?

เหตุผลทางการเงิน คอนเดนเสทเป็นทรัพยากรที่มีค่า และแม้แต่การกู้คืนปริมาณเล็กน้อย often economically justifiable การ discharge จากกับดักไอน้ำตัวเดียว often worth recovering คอนเดนเสทที่ไม่ recovered ต้อง replaced ในหม้อไอน้ำด้วย make-up water เย็น พร้อมค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของน้ำบำบัดและเชื้อเพลิง to heat น้ำจากอุณหภูมิต่ำกว่า ค่าน้ำ คอนเดนเสทใดที่ไม่ returned ต้อง replaced ด้วย make-up water incurring ค่าน้ำเพิ่มเติมจากซัพพลายเออร์น้ำท้องถิ่น ข้อจำกัดน้ำเสีย ใน UK ตัวอย่างเช่น น้ำ above 43°C ไม่สามารถ returned to public sewer โดยกฎหมาย because it is detrimental to environment and may damage earthenware pipes คอนเดนเสท above อุณหภูมินี้ must be cooled ก่อน discharge ซึ่ง may incur ค่าใช้จ่ายพลังงานเพิ่มเติม ข้อจำกัดคล้ายกัน apply ใน most countries และค่าใช้จ่ายน้ำเสียและค่าปรับ may be imposed โดยซัพพลายเออร์น้ำ for non-compliance maximizing ผลผลิตหม้อไอน้ำ boiler feedwater เย็นกว่า will reduce อัตรา steaming ของหม้อไอน้ำ อุณหภูมิต่ำลงของ feedwater มากขึ้น ความร้อน และ thus เชื้อเพลิงที่ need to heat น้ำ thereby leaving น้อยกว่า to raise steam คุณภาพ boiler feedwater คอนเดนเสทคือ distilled water ที่ contains almost no total dissolved solids (TDS) หม้อไอน้ำ need to be blown down เพื่อลด concentration ของ dissolved solids ในน้ำหม้อไอน้ำ Returning คอนเดนเสทมากขึ้น to feedtank reduces ความต้องการ blowdown และ thus reduces พลังงานที่สูญเสียจากหม้อไอน้ำ ทำไม return คอนเดนเสทและ reuse?

• สรุปเหตุผลสำหรับการกู้คืนคอนเดนเสท:
• ค่าน้ำ reduced
• ค่าใช้จ่ายน้ำเสียและค่าใช้จ่าย cooling ที่อาจ reduced
• ค่าเชื้อเพลิง reduced
• ไอน้ำ more สามารถ produced จากหม้อไอน้ำ
• boiler blowdown reduced - พลังงานน้อยกว่าสูญเสียจากหม้อไอน้ำ
• การบำบัดเคมีของ make-up water ดิบ reduced รูปที่ 14.1.5 เปรียบเทียบปริมาณพลังงานในไอน้ำหนึ่งกิโลกรัมและคอนเดนเสทที่แรงดันเดียวกัน เปอร์เซ็นต์ของพลังงานในคอนเดนเสท to that in steam สามารถ varies จาก 18% ที่ 1 bar g to 30% ที่ 14 bar g; clearly คอนเดนเสทเหลว worth reclaiming

ตัวอย่างต่อไปนี้ (ตัวอย่าง 14.1.2) แสดงคุณค่าทางการเงินของการ return คอนเดนเสท ตัวอย่าง 14.1.2 หม้อไอน้ำผลิต: 10000 kg/h ของไอน้ำ 24 ชั่วโมง/วัน, 7 วัน/สัปดาห์ และ 50 สัปดาห์/ปี (8400 ชั่วโมง/ปี) make-up water ดิบอยู่ที่ 10°C ปัจจุบันคอนเดนเสททั้งหมด discharged to waste ที่ 90°C น้ำดิบ costs £0.61/m3 และค่าใช้จ่ายน้ำเสียคือ £0.45/m3 หม้อไอน้ำมีประสิทธิภาพ 85% และใช้ gas on interruptible tariff charged at £0.01/ kWh (£2.77 / GJ) ไอน้ำ produced ในหม้อไอน้ำโดยกระบวนการเพิ่มความร้อนให้น้ำมักเรียกว่า live steam คำว่า live steam และ flash steam ใช้เฉพาะเพื่อ differentiate origin ของพวกเขา ไม่ว่าไอน้ำ produced ในหม้อไอน้ำหรือจากกระบวนการแฟลชตามธรรมชาติ มันมีศักยภาพเหมือนกัน for giving up heat และแต่ละชนิดใช้สำเร็จ for จุดประสงค์นี้ ไอน้ำแฟลชที่ generate จากคอนเดนเสท can contain สูงสุดครึ่งหนึ่งของพลังงานรวมของคอนเดนเสท ระบบไอน้ำที่มีประสิทธิภาพจะ recover และ use ไอน้ำแฟลช คอนเดนเสทและไอน้ำแฟลช discharged to waste หมายถึง make-up water มากขึ้น เชื้อเพลิงมากขึ้น และค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานเพิ่มขึ้น โมดูลนี้จะดูสองพื้นที่ที่จำเป็น - การจัดการคอนเดนเสทและการกู้คืนไอน้ำแฟลช ปัญหาที่ apparent บางพื้นที่จะ outlined และ solutions ที่ practical จะ propose หมายเหตุ: คำว่า ‘trap’ ใช้เพื่อ denote อุปกรณ์ steam-trapping ซึ่งอาจเป็น steam trap, pump-trap, or pump and trap combination ความสามารถของ trap ใดๆ to pass คอนเดนเสท relies upon pressure difference across it whereas pumping trap or pump-trap combination will be able to pass คอนเดนเสท irrespective of operational pressure differences (subject to design pressure ratings) การ return คอนเดนเสท ระบบกู้คืนคอนเดนเสทที่มีประสิทธิภาพ collecting คอนเดนเสทร้อนจากอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำและ returning ไปยังระบบ feed หม้อไอน้ำ can pay for itself ในระยะเวลาสั้น remarkable รูปที่ 14.1.4 แสดงวงจรไอน้ำและคอนเดนเสทแบบง่าย พร้อมคอนเดนเสท returning to boiler feedtank

กำหนดค่ารายปีของการ return คอนเดนเสท

ส่วน 1 - กำหนดค่าเชื้อเพลิง คอนเดนเสทแต่ละกิโลกรัมที่ไม่ returned to boiler feedtank ต้อง replaced โดย make-up water 1 kg (10°C) ที่ must be heated to อุณหภูมิคอนเดนเสท 90°C (ΔT = 80°C) คำนวณความร้อนที่ต้องการ to increase อุณหภูมิของ make-up water 1 kg by 80°C โดยใช้สมการ 2.1.4

m คือหนึ่ง; ΔT คือความแตกต่างระหว่าง make-up water เย็นและอุณหภูมิของคอนเดนเสทที่ return; cp คือ specific heat ของน้ำที่ 4.19 kJ/kg °C 1 kg x 4.19 kJ/kg °C x 80°C = 335 kJ/kg based on อัตรา evaporation เฉลี่ย 10000 kg/h สำหรับโรงงานที่ operate 8 400 h /year พลังงานที่ต้องการ to replace ความร้อนใน make-up water คือ: 10 000 kg/h x 335 kJ/kg x 8 400 h/year = 28 140 GJ/year หากประสิทธิภาพเฉลี่ยของหม้อไอน้ำคือ 85% พลังงานที่ supply to heat make-up water คือ:

ด้วยค่าเชื้อเพลิง £2.77/GJ ค่าพลังงานในคอนเดนเสทคือ:

ค่าเชื้อเพลิงรายปี = 33 106 GJ / year x £2.77/GJ = £917 04 ส่วน 2 - กำหนดค่าน้ำ น้ำขาย by volume และ density ของน้ำที่อุณหภูมิห้องคือประมาณ 1000 kg /m3 ปริมาณรวมของน้ำที่ต้องการในหนึ่งปี replacing non-returned condensate therefore:

หากค่าน้ำคือ £0.61 ต่อ m³ ค่าน้ำรายปีคือ:

ค่าน้ำรายปี = 84000 m3/ year x £0.61/m3 = £51 240 ส่วน 3 - กำหนดค่าน้ำเสีย คอนเดนเสทที่ไม่ recovered would have to be discharged to waste และ may also be charged โดยหน่วยงานน้ำ ปริมาณรวมของน้ำ to waste ในหนึ่งปี also equals 84000 m³ หากค่าน้ำเสียคือ £0.45 ต่อ m³ ค่าน้ำเสียรายปีคือ: ค่าน้ำเสียรายปี = 84000 m3/ year x £0.45/m3 = £37 800 ส่วน 4 - ค่ารวมของคอนเดนเสท ค่ารวมรายปีของ 10 000 kg/h ของคอนเดนเสท lost to waste แสดงในตาราง 14.1.1:

ตาราง 14.1.1 ค่าที่เป็นไปได้ของการ return คอนเดนเสทในตัวอย่าง 14.1.2

บนพื้นฐานนี้ follows that for each 1% of condensate returned per 10 000 kg/h evaporated as in Example 14.1.2 a saving of 1% of each of the values shown in Table 14.1.1 would be possible ตัวอย่าง 14.1.3 หาก decided to invest £50 000 ใน project to return 80% ของคอนเดนเสทในโรงงาน similar to Example 14.1.2 but where อัตรา evaporation รวม were only 5 000 kg/h savings และ simple payback term would be:

การคำนวณตัวอย่างนี้ does not include ค่าสำหรับ savings due to correct TDS control and reduced blowdown which will further reduce water losses and boiler chemical costs These can vary substantially from location to location but should always be considered in the final analysis Clearly when assessing condensate management for a specific project such savings must be determined and included

TDS control and water treatment have already been discussed in Block 3 routines outlined in Examples 14.1.2 and 14.1.3 may be developed to form the basis of a forced path calculation to assign a monetary value to projects intended to improve condensate recovery สมการ 14.1.1 ใช้คำนวณค่าเชื้อเพลิง savings per year:

Savings in water costs can be determined using Equation 14.1.2:

Savings in effluent costs can be determined using Equation 14.1.3:

ตัวอย่าง 14.1.4 project จัดการคอนเดนเสท major ที่มีค่าใช้จ่าย £70 000 expects to recover 35% เพิ่มเติมของคอนเดนเสท produced at a plant อัตรา steaming เฉลี่ยของหม้อไอน้ำคือ 15000 kg/h และโรงงาน operate 8000 h/year เชื้อเพลิงที่ใช้คือ gas on firm tariff ของ £0.011/ kWh และประสิทธิภาพหม้อไอน้ำ estimated as 80% อุณหภูมิ make-up water คือ 10°C และท่อ return คอนเดนเสท insulated ทำให้มั่นใจว่าคอนเดนเสท will arrive back at boiler house ที่ 95°C พิจารณาค่าน้ำเป็น £0.70/m3 และค่าใช้จ่ายน้ำเสียรวมเป็น £0.45/m3 กำหนด payback period สำหรับ project ส่วน 1 - กำหนดค่าเชื้อเพลิง savings ใช้สมการ 14.1.1:

ส่วน 2 - กำหนดค่าน้ำและน้ำเสีย savings

ใช้สมการ 14.1.2 เพื่อคำนวณ savings in water costs/year:

ส่วน 3 - กำหนด payback period