Thu hồi nhiệt từ Xả đáy Lò hơi (Chỉ kiểm soát TDS)
Nước lò hơi được xả để kiểm soát lượng tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong lò hơi. Nước này có áp suất, nóng và bẩn, tạo ra lượng lớn hơi bốc nhanh và có thể gây vấn đề xử lý. Hệ thống thu hồi nhiệt có thể tái thu được lượng lớn năng lượng trong quá trình thiết yếu này.
Thu hồi nhiệt từ Xả đáy Lò hơi (Chỉ kiểm soát TDS)
Thu hồi nhiệt từ Xả đáy Lò hơi (Chỉ kiểm soát TDS)
Mô-đun trước đã thảo luận về nước cần xả từ lò hơi để duy trì mức TDS chấp nhận được. Nước này có một số đặc điểm:
- Nó bị bẩn - Điều này có nghĩa là: -Nước thường không phù hợp cho các ứng dụng khác. -Nước bẩn có thể gây vấn đề xử lý.
- Nó nóng - Điều này có nghĩa là:
-Một phần nước sẽ bốc hơi nhanh thành hơi nước ở áp suất khí quyển.
-Nước nóng có thể gây vấn đề xử lý. Ví dụ, có thể có lượng lớn cần xử lý.
Hệ thống thu hồi nhiệt có thể giải quyết nhiều vấn đề này.
Lưu lượng năng lượng trong nước xả
Sử dụng dữ liệu từ tính toán xả, Ví dụ 3.12.5, lượng năng lượng gửi đến xả có thể được tính bằng bảng hơi nước.
Lưu ý: 1 kJ/s = 1 kW
Ví dụ 3.13.1
Để có được lưu lượng năng lượng tính bằng kW:
Để đặt lưu lượng năng lượng vào bối cảnh, ở Tây Bắc Châu Âu, hệ thống sưởi trung bình gia đình được đánh giá khoảng 13 kW, vì vậy lưu lượng năng lượng xả trong Ví dụ 3.13.1 đủ để sưởi ấm 19 ngôi nhà.
Để rõ ràng, phép tính trên sử dụng bảng hơi nước trong đó nước ở 0°C là chuẩn.
Trong thực tế, nước bổ sung để thay thế nước xả sẽ được cung cấp ở nhiệt độ cao hơn, vì vậy năng lượng xả sẽ hơi ít hơn. Ví dụ, nếu nước bổ sung ở 10°C, năng lượng xả sẽ là 228 kW.
Hơi bốc nhanh
Hơi bốc nhanh
Nước xả được giải phóng từ lò hơi là nước ở nhiệt độ bão hòa tương ứng với áp suất lò hơi. Trong trường hợp lò hơi ở Ví dụ 3.13.1 - 10 bar g, nhiệt độ này là 184°C. Rõ ràng, nước không thể tồn tại ở 184°C trong điều kiện khí quyển, vì có thừa entanpi hoặc năng lượng trong nước xả.
Giả sử nước xả được giải phóng vào hệ thống hơi bốc nhanh hoạt động ở 0,5 bar g, bảng hơi nước có thể được sử dụng để định lượng năng lượng dư thừa này:
Năng lượng dư thừa này bay hơi một phần nước thành hơi nước, và hơi nước được gọi là hơi bốc nhanh.
Lượng hơi bốc nhanh có thể dễ dàng xác định bằng tính toán hoặc đọc từ bảng hoặc đồ thị.
Ví dụ 3.13.2
Entanpi bay hơi riêng tại 0,5 bar g (hfg) từ bảng hơi nước là 2.226 kJ/kg.
Do đó 14,1% nước xả từ lò hơi sẽ chuyển thành hơi nước khi áp suất giảm từ 10 xuống 0,5 bar g qua van xả.
Có hai lựa chọn:
- Xả hơi bốc nhanh này ra khí quyển qua bình xả với sự lãng phí năng lượng và có thể là nước chất lượng tốt từ hơi ngưng tụ.
- Sử dụng năng lượng trong hơi bốc nhanh, và thu hồi nước bằng cách ngưng tụ hơi bốc nhanh. Việc định lượng lưu lượng năng lượng trong hơi bốc nhanh là hữu ích. Điều này có thể thực hiện bằng bảng hơi nước.
Ví dụ 3.13.3
So sánh với tốc độ năng lượng 241 kW xả từ lò hơi.
Có thể sử dụng hơi bốc nhanh này: trong ví dụ này, nó chiếm khoảng 49% lưu lượng năng lượng trong nước xả, và 14,1% lượng nước xả.
Sử dụng giá trị từ bảng hơi nước cho các phép tính trên giả sử nước cấp sẽ được cung cấp ở nhiệt độ 0°C. Để chính xác hơn, sự thay đổi thực tế trong nhiệt độ nước cấp nên được sử dụng.
Thu hồi và sử dụng hơi bốc nhanh
Hơi bốc nhanh trở nên sẵn sàng để thu hồi tại bình bốc nhanh. Về cơ bản, bình bốc nhanh cung cấp không gian nơi vận tốc đủ thấp để cho phép nước nóng và hơi bốc nhanh tách ra, và từ đó được dẫn đến các bộ phận khác nhau của nhà máy.
Thiết kế của bình bốc nhanh quan trọng không chỉ từ quan điểm tách hơi/nước, mà về cấu trúc phải được thiết kế và chế tạo theo tiêu chuẩn bình áp suất được công nhận, như PD 5500.
Đây không chỉ là thực hành kỹ thuật tốt, thanh tra lò hơi cũng sẽ yêu cầu điều này nếu nhà máy được bảo hiểm.
Nơi rõ ràng nhất để sử dụng hơi bốc nhanh là trong bình nước cấp lò hơi, thường ở gần.
Nhiệt độ nước trong bình nước cấp rất quan trọng. Nếu quá thấp, hóa chất sẽ cần để khử oxy nước; nếu quá cao, bơm cấp có thể bị xâm thực. Rõ ràng, nếu thu hồi nhiệt có thể dẫn đến nhiệt độ bình nước cấp quá cao, không thực tế khi xả hơi bốc nhanh vào bình. Các giải pháp khác có thể, như đun nước cấp ở phía áp suất của bơm cấp, hoặc đun không khí đốt.
Hình 3.13.2 cho thấy bố cục đơn giản, giúp thu hồi lưu lượng năng lượng 97 kW và 157 kg/h nước chất lượng lò hơi, cực kỳ hiệu quả về chi phí.
Thiết bị cần thiết
- Bình bốc nhanh - Nhà sản xuất sẽ có bảng định cỡ cho bình. Lưu ý: vận tốc hơi trong phần trên của bình không được vượt quá 3 m/s.
- Bẫy hơi để xả bình - Bẫy phao là lý tưởng cho ứng dụng này vì nó giải phóng nước xả còn lại ngay khi đến bẫy. Bình bốc nhanh hoạt động ở áp suất thấp nên hầu như không có năng lượng để nâng nước xả còn lại sau bẫy hơi, vì vậy phải xả bằng trọng lực qua bẫy và ống xả. Lưu ý: do áp suất thấp, bẫy sẽ khá lớn. Điều này có thêm lợi thế là khó bị tắc bởi chất rắn trong nước xả còn lại. Đôi khi lưới lọc được ưu tiên trước bẫy hơi; cho ứng dụng này, nắp lưới lọc nên được lắp van xả để đơn giản hóa bảo dưỡng, và màn lưới không nên quá mịn.
- Van phá chân không - Sẽ có những lúc lò hơi không cần xả. Khi đó, bất kỳ hơi nước nào trong bình bốc nhanh và ống liên quan sẽ ngưng tụ và chân không sẽ hình thành. Nếu chân không không được giải phóng, nước sẽ được hút lên từ bình nước cấp vào ống. Khi lò hơi xả lại, nước này sẽ bị đẩy dọc theo ống với tốc độ cao và nước va sẽ xảy ra. Van phá chân không lắp trên đầu khử khí sẽ bảo vệ chống lại tình huống này.
- Thiết bị phân phối hơi nước - Phân phối đúng hơi bốc nhanh trong bình nước cấp rõ ràng quan trọng để đảm bảo ngưng tụ và thu hồi nhiệt và nước. Thiết bị cần thiết để làm điều này bao gồm, theo thứ tự hiệu quả: 1. Bình khử khí khí quyển. 2. Bộ phân phối hơi. 3. ống xả hơi.
Thu hồi nhiệt bằng bộ trao đổi nhiệt
Thu hồi nhiệt bằng bộ trao đổi nhiệt
Thu hồi nhiệt từ nước xả còn lại
Khoảng 40% năng lượng trong nước xả lò hơi có thể được thu hồi bằng cách sử dụng bình bốc nhanh và thiết bị liên quan; tuy nhiên, còn có khả năng thu hồi nhiệt thêm từ chính nước xả còn lại.
Tiếp tục từ Ví dụ 3.13.3, nếu bình bốc nhanh hoạt động ở áp suất 0,5 bar g, điều này có nghĩa là nước xả còn lại đi qua bẫy phao bình bốc nhanh ở khoảng 105°C. Năng lượng hữu ích thêm có thể được thu hồi từ nước xả còn lại trước khi đưa vào cống. Phương pháp được chấp nhận là cho nó đi qua bộ trao đổi nhiệt, đun nước bổ sung trên đường đến bình nước cấp. Cách tiếp cận này thường làm mát nước xả còn lại đến khoảng 20°C. Hệ thống này không chỉ thu hồi năng lượng trong nước xả, mà còn làm mát nước trước khi xả vào hệ thống thoát nước. (Nhiệt độ mà nước thải có thể được xả bị giới hạn ở 42°C tại Vương quốc Anh; các quốc gia khác có giới hạn tương tự).
Ví dụ 3.13.4
(tiếp tục từ Ví dụ 3.13.3)
Bố cục điển hình để thu hồi năng lượng này được thể hiện trong Hình 3.13.3.
Yếu tố thiết kế
Vấn đề với bố cục trong Hình 3.13.3 là dòng chảy đồng thời của nước bổ sung lạnh và nước xả còn lại từ bình bốc nhanh có thể không được đảm bảo.
Một bố cục ưu tiên được thể hiện trong Hình 3.13.4, trong đó bình chứa nước lạnh được sử dụng như bể chứa nhiệt. Bộ điều nhiệt được sử dụng để kiểm soát bơm tuần hoàn nhỏ sao cho khi nước xả còn lại ở nhiệt độ đủ cao, nước được bơm qua bộ trao đổi nhiệt, nâng nhiệt độ trung bình bình và tiết kiệm năng lượng.
Nếu nhiệt độ nước xả ra khỏi bộ trao đổi nhiệt có thể trên 43°C, thì nên được hướng đến bình xả thay vì trực tiếp đến cống nước thải (Xem Mô-đun 3.14).
Loại bộ trao đổi nhiệt ưu tiên
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được ưu tiên cho ứng dụng này, vì chúng rất nhỏ gọn và dễ bảo dưỡng.
Kinh nghiệm cho thấy vận tốc cao hơn và dòng rối trong bộ trao đổi nhiệt dạng tấm giúp giữ chúng sạch, và do đó hiếm khi cần tháo dỡ. Tuy nhiên, nếu cần vệ sinh, tương đối đơn giản để mở bộ trao đổi nhiệt và vệ sinh các tấm.
Vệ sinh bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống phức tạp hơn, và sẽ liên quan đến tháo dỡ hoàn toàn và thường bản thân các ống không thể được tháo ra để vệ sinh.
Khi năng lượng được thu hồi từ hơi bốc nhanh và ngưng tụ, 82% tổng năng lượng chứa trong nước xả ban đầu đã được thu hồi.
Ngoài ra, 14% (theo khối lượng) nước đã được thu hồi, đóng góp thêm vào việc tiết kiệm.
