Kondensat Geri Kazanımına Giriş

Kondensat geri kazanımı ve dönüşü için gerekçeyi tanıtmak; enerji maliyetleri, su ücretleri, atık su kısıtlamaları ve su arıtma maliyetleri dahil. Potansiyel tasarruflar için örnek hesaplamalar içerir.

Kondensat Geri Kazanımına Giriş

Buhar genellikle iki nedenden dolayı üretilir:

• Elektrik üretmek için, örneğin enerji santrallerinde veya ko-jenerasyon tesislerinde.
• Isıtma ve proses sistemleri için ısı sağlamak. Bir kilogram buhar tamamen kondense olduğunda, aynı basınç ve sıcaklıkta bir kilogram kondensat oluşur (Şekil 14.1.1). Verimli bir buhar sistemi bu kondensatı yeniden kullanacaktır. Kondensatı geri kazanıp yeniden kullanmamak finansal, teknik veya çevresel açıdan mantıklı değildir.

Isıtma amaçlı kullanılan doymuş buhar, gizli ısısını (buharlaşma entalpisi) bırakır ve bu, toplam ısı içeriğinin büyük bir kısmıdır. Buhardaki kalan ısı, kondensatta duyulur ısı (su entalpisi) olarak kalır (Şekil 14.1.2).

Isı içeriğine sahip olmanın yanı sıra, kondensat temel olarak damıtık sudur ve kazan besleme suyu olarak kullanım için idealdir. Verimli bir buhar sistemi bu kondensatı toplayacak ve ya bir deaeratöre, kazan besleme tankına geri döndürecek veya başka bir proseste kullanacaktır. Kontaminasyon riski olduğunda kondensat kazana geri döndürülmemelidir. Ancak o zaman bile, kondensatı toplamak ve sıcak proses suyu olarak kullanmak veya bir ısı eşanjöründen geçirerek su kütlesini tahliye etmeden önce ısı içeriğini geri kazanmak mümkün olabilir.

Kondensat, buhar tesisat ve ekipmanından buhar kendenstopları aracılığıyla daha yüksek basınçtan daha düşük basınca deşarj edilir. Bu basınç düşüşünün bir sonucu olarak, kondensatın bir kısmı ‘flash buhar’a yeniden buharlaşacaktır. Bu şekilde ‘flaş olacak’ buhar miktarı, buhar ve kondensattaki ısı miktarı tarafından belirlenir. Kütlece %10 ila %15 arası flash buhar miktarı tipiktir (bkz. Modül 2.2). Ancak, hacimsel değişim yüzdesi önemli ölçüde daha fazla olabilir. 7 bar g’deki kondensat, atmosferik basınca flaş olduğunda kütlesinin yaklaşık %13’ünü kaybeder, ancak üretilen buhar, kondensatın oluştuğu alandan yaklaşık 200 kat daha büyük bir alan gerektirecektir. Bu, yetersiz boyutlandırılmış kendenstop deşarj hatlarının tıkanmasına neden olabilir ve bu hatlar boyutlandırılırken dikkate alınmalıdır. Örnek 14.1.1 Kondensattan flash buhar miktarının hesaplanması 7 bar g’deki sıcak kondensatın yaklaşık 721 kJ/kg ısı içeriği vardır. Atmosferik basıncı (0 bar g) serbest bırakıldığında, her kilogram su yalnızca yaklaşık 419 kJ ısı tutabilir. Dolayısıyla her kilogram kondensattaki fazla enerji 721 – 419 = 302 kJ’dir. Bu fazla enerji, kondensatın bir kısmını buhara buharlaştırmak için kullanılır; buharlaştırılan miktar, fazla ısının, düşük basınçta suyu buharlaştırmak için gereken ısı miktarına oranı ile belirlenir; bu örnekte, atmosferik basıncındaki buharlaşma entalpisi olan 2258 kJ/kg’dır.

Flash buhar konusu Modül 2.2’de ‘Buhar nedir?’ başlığı altında daha derinlemesine incelenmektedir. Bu Modülde flash buhar oranını hesaplamak için basit bir grafik (Şekil 14.1.3) kullanılmaktadır. Örnek: Şekil 14.1.3 kullanılarak flash buhar oranı: Kendenstop üzerindeki basınç = 4 bar g Flash buhar basıncı = 0 bar g % Flash buhar = %10 Borudaki flash buhar miktarı, kendenstop deşarj hatlarının boyutlandırılmasında en önemli faktördür.

Bir kazanda suya ısı eklenerek üretilen buhar genellikle canlı buhar olarak adlandırılır. Canlı buhar ve flash buhar terimleri yalnızca kaynaklarını ayırt etmek için kullanılır. Buhar bir kazanda mı yoksa flaş olmanın doğal sürecinden mi üretiliyor olsun, tam olarak aynı ısı verme potansiyeline sahiptir ve her ikisi de bu amaçla başarıyla kullanılır. Kondensattan üretilen flash buhar, kondensatın toplam enerjisinin yarısına kadarını içerebilir. Verimli bir buhar sistemi flash buharı geri kazanacak ve kullanacaktır. Kondensat ve flash buharın atığa deşarj edilmesi daha fazla besleme suyu, daha fazla yakıt ve artan işletme maliyetleri anlamına gelir.

Bu Modül iki temel alanı ele alacaktır – kondensat yönetimi ve flash buhar geri kazanımı. Bazı görünür sorun alanları özetlenecek ve pratik çözümler önerilecektir. Not: ‘Kendenstop’ terimi, bir buhar kendenstopu, pompa-kendensu veya pompa ve kendenstop kombinasyonu olabilen bir buhar tutma cihazını belirtmek için kullanılır. Herhangi bir kendenstopun kondensatı geçebilme kabiliyeti, üzerindeki basınç farkına bağlıdır; buna karşılık bir pompalama kendenstopu veya pompa-kendenstop kombinasyonu, çalışma basınç farklarından bağımsız olarak kondensatı geçebilir (tasarım basınç derecelendirmelerine tabidir).

Kondensat dönüşü

Etkili bir kondensat geri kazanım sistemi, buhar kullanılan ekipmandan sıcak kondensatı toplayıp kazan besleme sistemine geri döndürerek, kendini kısa sürede amorti edebilir. Şekil 14.1.4, kondensatın kazan besleme tankına döndüğü basit bir buhar ve kondensat devresini göstermektedir.

Neden kondensatı geri döndürüp yeniden kullanmalıyız?

Finansal nedenler Kondensat değerli bir kaynaktır ve küçük miktarların geri kazanılması bile ekonomik olarak haklı gösterilebilir. Tek bir buhar kendenstopundan gelen deşarj bile genellikle geri kazanmaya değer. Geri kazanılmayan kondensat, kazan dairesinde soğuk besleme suyu ile değiştirilmeli ve su arıtma maliyetleri ile suyu daha düşük sıcaklıktan ısıtmak için ek yakıt maliyetleri ortaya çıkacaktır. Su ücretleri Döndürülmeyen her kondensat, besleme suyu ile değiştirilmeli ve yerel su tedarikçisinden ek su ücretleri alınmasına neden olur. Atık su kısıtlamaları Örneğin İngiltere’de, 43°C’nin üzerindeki su yasal olarak kanalizasyona verilemez, çünkü bu çevre için zararlıdır ve toprak borulara zarar verebilir. Bu sıcaklığın üzerindeki kondensat deşarj edilmeden önce soğutulmalıdır, bu da ek enerji maliyetlerine neden olabilir. Benzer kısıtlamalar çoğu ülkede geçerlidir ve su tedarikçileri uyumsuzluk için atık su ücretleri ve para cezaları uygulayabilir. Kazan çıkışını maksimize etme Daha soğuk kazan besleme suyu, kazanın buhar üretim hızını düşürecektir. Besleme suyu sıcaklığı ne kadar düşükse, suyu ısıtmak için o kadar fazla ısı ve dolayısıyla yakıt gerekir ve böylece buhar üretmek için daha az ısı kalır. Kazan besleme suyu kalitesi Kondensat, neredeyse hiç toplam çözünmüş katı madde (TDS) içermeyen damıtık sudur. Kazanların, kazan suyundaki çözünmüş katı madde konsantrasyonunu azaltmak için blöf yapılması gerekir. Besleme tankına daha fazla kondensat döndürmek, blöf ihtiyacını azaltır ve böylece kazandan kaybedilen enerjiyi azaltır. Neden kondensatı geri döndürüp yeniden kullanmalıyız?

• Kondensat geri kazanımının nedenlerinin özeti:
• Su ücretleri azalır.
• Atık su ücretleri ve olası soğutma maliyetleri azalır.
• Yakıt maliyetleri azalır.
• Kazandan daha fazla buhar üretilebilir.
• Kazan blöfü azalır - kazandan daha az enerji kaybedilir.
• Ham besleme suyunun kimyasal arıtması azalır. Şekil 14.1.5, aynı basınçtaki bir kilogram buhar ve kondensattaki enerji miktarını karşılaştırmaktadır. Kondensattaki enerjinin buhardaki enerjiye oranı, 1 bar g’de %18’den 14 bar g’de %30’a değişebilir; sıvı kondensatın geri kazanmaya değer olduğu açıktır.

Aşağıdaki örnek (Örnek 14.1.2), kondensatı geri döndürmenin finansal değerini göstermektedir. Örnek 14.1.2 Bir kazan üretir: Saatte 10000 kg buhar, günde 24 saat, haftada 7 gün ve yılda 50 hafta (yılda 8400 saat). Ham besleme suyu 10°C’dedir. Şu anda tüm kondensat 90°C’de atığa deşarj edilmektedir. Ham su maliyeti 0,61£/m³ ve atık su maliyeti 0,45£/m³’tür. Kazan %85 verimli olup kesinti tarifeli gaz kullanmakta ve 0,01 kWh/£ (2,77£/GJ) üzerinden ücretlendirilmektedir. Bir kazanda suya ısı eklenerek üretilen buhar genellikle canlı buhar olarak adlandırılır. Canlı buhar ve flash buhar terimleri yalnızca kaynaklarını ayırt etmek için kullanılır. Buhar bir kazanda mı yoksa flaş olmanın doğal sürecinden mi üretiliyor olsun, tam olarak aynı ısı verme potansiyeline sahiptir ve her ikisi de bu amaçla başarıyla kullanılır. Kondensattan üretilen flash buhar, kondensatın toplam enerjisinin yarısına kadarını içerebilir. Verimli bir buhar sistemi flash buharı geri kazanacak ve kullanacaktır. Kondensat ve flash buharın atığa deşarj edilmesi daha fazla besleme suyu, daha fazla yakıt ve artan işletme maliyetleri anlamına gelir. Bu Modül iki temel alanı ele alacaktır – kondensat yönetimi ve flash buhar geri kazanımı. Bazı görünür sorun alanları özetlenecek ve pratik çözümler önerilecektir. Not: ‘Kendenstop’ terimi, bir buhar kendenstopu, pompa-kendensu veya pompa ve kendenstop kombinasyonu olabilen bir buhar tutma cihazını belirtmek için kullanılır. Herhangi bir kendenstopun kondensatı geçebilme kabiliyeti, üzerindeki basınç farkına bağlıdır; buna karşılık bir pompalama kendenstopu veya pompa-kendenstop kombinasyonu, çalışma basınç farklarından bağımsız olarak kondensatı geçebilir (tasarım basınç derecelendirmelerine tabidir). Kondensat dönüşü Etkili bir kondensat geri kazanım sistemi, buhar kullanılan ekipmandan sıcak kondensatı toplayıp kazan besleme sistemine geri döndürerek, kendini kısa sürede amorti edebilir. Şekil 14.1.4, kondensatın kazan besleme tankına döndüğü basit bir buhar ve kondensat devresini göstermektedir.

Kondensatı geri döndürmenin yıllık değerini belirleme

Bölüm 1 - Yakıt maliyetini belirleme Kazan besleme tankına geri döndürülmeyen her kilogram kondensat, 10°C’de soğuk besleme suyu ile değiştirilmelidir ve bu su kondensat sıcaklığı olan 90°C’ye kadar ısıtılmalıdır. (ΔT = 80°C). Denklem 2.1.4 kullanılarak 1 kg soğuk besleme suyunun sıcaklığını 80°C artırmak için gereken ısıyı hesaplayın.

m birimdir; ΔT soğuk su besleme ile döndürülen kondensat sıcaklığı arasındaki farktır; cp 4,19 kJ/kg °C’de suyun özgül ısısıdır. 1 kg x 4,19 kJ/kg °C x 80°C = 335 kJ/kg Saatte 10000 kg’lık ortalama buharlaşma hızına dayanarak, yılda 8400 saat çalışan bir tesis için besleme suyundaki ısıyı değiştirmek için gereken enerji: 10 000 kg/h x 335 kJ/kg x 8 400 h/yıl = 28 140 GJ/yıl Ortalama kazan verimi %85 ise, besleme suyunu ısıtmak için sağlanan enerji:

2,77£/GJ yakıt maliyetiyle, kondensattaki enerjinin değeri: Yıllık yakıt maliyeti = 33 106 GJ / yıl x 2,77£/GJ = 91 704£ Bölüm 2 - Su maliyetini belirleme Su hacim bazında satılır ve normal ortam sıcaklığındaki suyun yoğunluğu yaklaşık 1000 kg/m³’tür. Geri döndürülmeyen kondensatın değiştirilmesi için bir yılda gereken toplam su miktarı:

Su maliyetleri m³ başına 0,61£ ise, yıllık su maliyeti: Yıllık su maliyeti = 84000 m³/ yıl x 0,61£/m³ = 51 240£ Bölüm 3 - Atık su maliyetini belirleme Geri kazanılmayan kondensat atığa deşarj edilmeli ve su otoritesi tarafından da ücretlendirilebilir. Bir yılda atığa giden toplam su miktarı da 84000 m³’e eşittir Atık su maliyetleri m³ başına 0,45£ ise, yıllık atık su maliyeti: Yıllık atık su maliyeti = 84000 m³/ yıl x 0,45£/m³ = 37 800£ Bölüm 4 - Kondensatın toplam değeri Atığa kaybedilen saatte 10 000 kg kondensatın toplam yıllık değeri Tablo 14.1.1’de gösterilmektedir:

Tablo 14.1.1 Örnek 14.1.2’deki kondensatı geri döndürmenin potansiyel değeri

Bu temelde, Örnek 14.1.2’deki gibi saatte 10 000 kg buharlaştırılan kondensat için her %1 kondensat dönüşünün, Tablo 14.1.1’de gösterilen değerlerin her birinin %1’lik bir tasarrufunu sağlayabileceği ortaya çıkmaktadır. Örnek 14.1.3 Örnek 14.1.2’ye benzer bir tesiste kondensatın %80’ini geri döndürmek için 50 000£ yatırım yapılmasına karar verilirse, ancak toplam buharlaşma hızı yalnızca 5 000 kg/h ise, tasarruflar ve basit geri ödeme süresi:

Bu örnek hesaplama, doğru TDS kontrolü ve azaltılmış blöf nedeniyle tasarrufları içermemektedir; bu durum su kayıplarını ve kazan kimyasal maliyetlerini daha da azaltacaktır. Bunlar konumdan konuma önemli ölçüde değişebilir, ancak nihai analizde her zaman dikkate alınmalıdır. Açıkçası, belirli bir proje için kondensat yönetimi değerlendirilirken, bu tür tasarruflar belirlenmeli ve dahil edilmelidir.

TDS kontrolü ve su arıtma Blok 3’te zaten tartışılmıştır. Örnek 14.1.2 ve 14.1.3’te özetlenen rutinler, kondensat geri kazanımını iyileştirmeyi amaçlayan projelere parasal değer atamak için zorlu yol hesaplamasının temelini oluşturacak şekilde geliştirilebilir. Denklem 14.1.1, yılda yakıt tasarrufunu hesaplamak için kullanılabilir:

Su maliyetlerindeki tasarruflar Denklem 14.1.2 kullanılarak belirlenebilir:

Atık su maliyetlerindeki tasarruflar Denklem 14.1.3 kullanılarak belirlenebilir:

Örnek 14.1.4 70 000£‘a mal olan büyük bir kondensat yönetimi projesi, bir tesiste üretilen kondensatın ek %35’ini geri kazanmayı hedeflemektedir. Ortalama kazan buhar üretim hızı saatte 15000 kg ve tesis yılda 8000 saat çalışmaktadır. Kullanılan yakıt, 0,011£/kWh kesin tarifeli gaz ve kazan verimi %80 olarak tahmin edilmektedir. Besleme suyu sıcaklığı 10°C ve yalıtımlı kondensat dönüş hatları, kondensatın kazan dairesine 95°C’de geri döneceğini garanti etmektedir. Su maliyetlerini 0,70£/m³ ve toplam atık su maliyetlerini 0,45£/m³ olarak kabul edin. Projenin geri ödeme süresini belirleyin. Bölüm 1 - Yakıt tasarruflarını belirleme Denklem 14.1.1’i kullanın:

Bölüm 2 - Su ve atık su tasarruflarını belirleme

Su maliyetlerindeki tasarrufları/yıl hesaplamak için Denklem 14.1.2’yi kullanın:

Bölüm 3 - Geri ödeme süresini belirleme