Prikaz izvedene instalacije za rekuperaciju toplote NH3 rashladne instalacije Ištvan Vanjur, Vladimir Sovilj, Frigoria d.o.o., Novi Sad, Srbija, Braće Ribnikara 47, 21000 Novi Sad, 021/ 466 885 frigoria@eunet.rs 1
Uvod i opis prethodnog stanja Ideja za korišćenje otpadne toplote rashladnih mašina, u klanici CARNEX se rodila zbog toga što: Rashladna instalacija klanice je amonijačna, sa klipnim kompresorima, montiranih u "staroj" i "novoj" kompresorskoj sali. Kondenzatori su evaporativni. NH3 pare iz potisa kompresora do evaporativnih kondenzatora su dovedni posebnim cevovodom iz "stare" kompresorske sale i posebnim cevovodom iz "nove" kompresorske sale. Ukupna geometriska zapremina svih komresora koji rade na režimu - 10/+35 oc je oko Vgeom= 5300 m3/h, što odgovara rashladnoj snazi od cca 2700 kw -10/+35 oc. Kompresorska sala radi kontinualno tokom cele godine, svaki dan, 24 sati/dan 2
Uvod i opis prethodnog stanja Klanica poseduje i pogon trajne robe koji zahteva toplotnu energiju za klima opremu koja opslužuje komore za hladno dimljejnje i za fermentaciju. Instalacija grejanja je projektovana kao sistem sa glikolom +80/+70 C. Praksa je pokazala da instalacija može da radi i na režimu +70/+60 C, pa je kod proračuna opreme išlo se sa tim vrednostima. Korišćenjem instalacije na tom režimu možemo dobiti veću korisnu količinu toplote od rashladne instalacije Ovaj pogon takođe radi tokom cele godine, svaki dan, 24 sat/dan. Glikol za grejanje klima komora se zagreva vodenom parom pritiska 4 do 5 bar u pločastom izmenjivaču toplote. Oprema za snabdevanje toplotom je postavljena u Tehničkoj prostoriji, koja je udaljena od kompesorske sale cca 30 m. 3
Dispozicija prostorija kompresorske sale i tehničke prostorije ( postojeće stanje) 4
Šema postojećeg stanja instalacije glikola Iz priložene šeme se vidi da je u instalaciju grejanja ugrađenijedan elektro kotao snage 70 kw koji je povezan nepravilnosa intalacijom. Vodena para se dobija iz kotlarnice koja je udaljena više stotina metara od Tehničke prostorije u pogona trajne robe. U kotlarnicu suugrađena dva kotla, jedan od 8 t/h i jedan od 12 t/h. Gorivo je zemni gas. 5
16.7.2016 12 18 5 11 17 23 4 10 16 22 3 9 15 21 2 8 14 20 1 7 13 19 22.7.2016 6 12 18 5 11 17 23 4 10 16 22 3 9 15 21 2 8 14 20 1 7 13 19 28.07.2016. 6 12 18 5 Prethodne radnje pre pristupanju izradi tehničkog rešenja Kao prvi korak u rešavanju problema pristupili smo prikupljanju podataka o kapacitetima i to: 1. Određivanje potrošnje vodene pare, u realnom vremenu, potrebne za grejanje klima komora, na osnovu čega možemo odrediti potrebnu snagu grejanja (kw). 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Ova snaga je izračunata na bazi potrošnje vodene pare evidentiranog meračem protoka pare (u vremenu od 16.7.2016 do 28.7.2016g. Iz dijagrama proizilazi da je prosečna snaga grejanja oko 110kW, sa relativno malim brojem izrazitih "špiceva". 6
00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 05:30 06:00 06:30 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 23:00 23:30 00:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 05:30 06:00 06:30 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 23:00 23:30 00:00 2. Određivanje masenog protok i temperaturu NH3 pregrejanih para, na potisu kompresora, takođe u realnom vremenu. 2,00 Protok NH3 kg/sec 18.09.2017 1,50 1,00 0,50 0,00 2,00 Protok NH3 kg/sec 19.09.2017 1,50 1,00 0,50 0,00 Ovi protoci su izračunati na osnovu evidencije vremena rada pojedinih kompresora uzimajući u obzir vreme rada i % optrećenja u tom vremenu. 7
3. Određivanje količina toplote koju možemo dobiti rekuperacijom iz NH3 para. Moguća količina iskoristive toplote prikazana je na priloženom log i p dijagramu, gde stanje obeleženo sa A pretstavlja stanje NH3 para na ulazu u pločasti izmejivač, a stanje obeleženo sa B pretstavlja stanje NH3 para na izlazu iz izmenjivača. Evidentno je da je ova količina toplote reda veličine cca q= 100 kj/kg. 8
Opis usvojenog rešenja Predviđena je ugradnja pločastog izmenjivača toplote NH3 pregrejane pare/glikol. Predviđena je rekonstrukcija potisnih vodova NH3 kompresori evaporativni kondenzatori, tako da je obezbeđena mogućnost da sva količina NH3 para prolazi kroz pločasti izmenjivač U Tehničku prostoriju ugrađen je još jedan elektro kotao snage 160 kw. Rekonstruisana je instalacija grejanja glikola u Tehničkoj prostoriji: u smislu da se postojeći elektro kotao poveže ispravno sa instalacijom i da se ukine cevna veza glikol bojler tople potrošne vode 9
Dispozicija opreme u kompresorskoj sali (novo stanje) 10
Blok šema izvedene instalacije 11
Način rada instalacije proizilazi iz priložene šeme: Glikol potiskuju u cevnu mrežu pumpe P1 ili P2 (jedna radna i 100 % - na rezerva) Iz povrata glikol prvo prolazi kroz pločasti izmenjivač NH3/glikol, po tom prolazi kroz elektro kotao EG1 (snage 70 kw), zatim kroz elektro kotao EG2 (snage 160 kw) da bi na kraju postjala mogućnost da prođe i kroz parni grejač (u slučaju potrebe). Gore navedeni izmenjivači toplote su povezani tako da se mogu isključiti iz cevne mreže bez da to utiče na rad cele instalacije. Regulacija temperature glikola na izlazu iz izmenjivača NH3 pare/glikol je PID reguatorom preko trokrakog mešajućeg ventila. U slučaju da ovaj izmenjivač ne može da dogreje glikol na potrebnu temperaturu to će učiniti elektro kotlovi koji su kaskadno vezani što se tiče temperature glikola u prethodu. 12
Mere sigurnosti i bezbednosti Pri izradi prikazanog rešenja vodilo se računa da instalacija bude sigurna i u tom smislu su preduzete sledeće mere: Na ulazni kolektor NH3 ugrađen je dvostruki presostat Danfoss tip KP7 ABS, koji ima zadatak da zaustavi sve rashladne kompresore u slučaju povećanja pritisk iznad podešene vrednosti. Ovo je dodatna mera za slučaj da neki od presostata na kompresorima zataji. Regulator na trokrakom ventilu je podešen tako da ne dozvoli veću temperaturu glikola od + 90oC na izlazu iz pločastog izmenjivača NH3/glikol. 13
Za slučaj da, zbog oštećenja pločastog izmenjivača toplote NH3, dođe do prodora NH3 u sistem glikola predviđena je bezbednosna oprema: Senzor ph vrednosti glikola ugrađen u cevni razvod glikola, koji u slučaju kontaminacije glikola daje signal da se protok glikola usmeri mimo pločastog izmenjivača. Motorni leptir ventili ugrađeni u cevovod NH3 koji, u slučaju kontaminacije glikola usmere NH3 pare mimo pločastog izmenjivača, direktno u kondenzatore. 14
Zaključak Prikazana instalacija radi manje od dva meseca i to pri relativno niskim spoljnim temperaturama, ali pored ovakvih uslova dobijeni su povoljni rezultati. Pri radu instalacije prate se parametri koji će se nakon dužeg vremena vrednovati i to će biti materijal za sledeću prezentaciju. Naša predviđanja su sledeća: Ukoliko se računa da će se rekuperisati "samo" Q= 100 kwh/h toplotne energije iz rashladnih mašina, adekvatna količina vodene pare, za ovu količinu toplote, je oko G= 169 kg/h. Prema podacima dobijenih od korisnika, za proizvodnju 1 t vodene pare troše oko V= 110 Nm3/h zemnog gasa. Znači za proizvodnju 169 kg/h vodene pare se troši V169 = 0,169 x 110 = 18,59 Nm3/h, odnosno korišćenjem rekuperacije toplote moguće je uštedeti ΔVgas= 18,59 x 24 = 446,16 Nm3/dan zemnog gasa. 15
Aktuelna cena zemnog gasa je 39,56 RSD/Nm3, odnosno cca 0,34 Eur/Nm3. Vrednost ušteđenog zemnog gasa je ΔC= 446,16 Nm3/dan x 0,34 Eur/Nm3 = 151,69 Eur/dan, odnosno 4.550 Eur/mesec. Ukupna investicija za realizaciju ove instalacije je cca 88.000 Eur. Imajući u vidu napred navedeno "otplata" investicije je T= 88.000 Eur / 4.550 Eur/mesec = cca 20 meseci, odnosno nešto više od 1,5 god. Treba napomenuti da ovo razmatranje nije obuhvatilo mnoštvo manje uticajnih faktora, koji bi mogli da koriguju ovde prikazanu računicu. U svakom slučaju, na osnovu konkretnijih kalkulacija, došli smo do zaključka da period otplate investicije ne bi nikako prešla 2,5 godine 16
Pločasti izmenjivač toplote NH3/glikol sa cevovodima 17
Trokraki motorni ventil u instalaciji glikola 18
Ulazni kolektor NH3 19
Cevni razvod NH3 i glikola kod izmenjivača toplote 20
Izlazni kolektor NH3 21
Uređaj za kontrolu ph vrednosti glikola 22
Elektro kotlovi i parni greja 23
Skada 24
Hvala na pažnji! 25