Systemy odzysku energii z procesów cieplnych - kotły odzysknicowe


Energia ciepła

Wiele przedsiębiorstw, stosujących starsze technologie ciepła procesowego, nie ma możliwości technicznych pełnego wykorzystania strumieni ciepła, jakie niosą ze sobą spaliny czy też woda z obiegów chłodzących. W efekcie znaczne ilości energii są bezproduktywnie oddawane do atmosfery lub w postaci ścieków. W wielu przypadkach, niewłaściwa izolacja odbiorników ciepła powoduje nadmierne oddawanie energii cieplnej w postaci konwekcji ciepła. Powoduje to znaczne utraty energii cieplnej, którą można efektywnie ponownie wykorzystać.

Innowacyjny proces VTA-ELTO pozwala na przekształcenie energii cieplnej mediów niskotemperaturowych w energię elektryczną w oparciu o termodynamiczny cykl ORC, w którym pary medium o niższej temperaturze wrzenia niż woda napędzają łopaty turbiny elektrycznej. Nadmiarowe ciepło procesowe lub tzw. ciepło odpadowe z agregatów prądotwórczych, geotermii, czy też spalin może stać się dzięki tej technologii źródłem prądu elektrycznego.

Instalacje odzysku ciepła odpadowego  z procesów produkcyjnych, odzysku energii ze spalin i gazów, wykorzystanie ciepła odpadowego z procesów technologicznych oferowane są przez naszą firmę w 2 ofertach:
 
– poprzez układ ORC
 
Najbardziej popularnym systemem odzysku ciepła odpadowego jest jego wykorzystywanie przez specjalnym system przegrzewaczy i wymienników do układu ORC.Z pierwszych stosowanych w obiegach ORC mediów był amoniak, nie można było go wprowadzać bezpośrednio do parownika i konieczne było stosowanie pośredniego obiegu termalnego. Dodatkowy obieg pośredni to nieuniknione straty energetyczne, większe gabaryty urządzeń i szereg problemów eksploatacyjnych.Dlatego też wszystkie do tej pory oddane do użytku i produkowane instalacje ORC to duże jednostki o mocy powyżej 600 kW (zasadniczo 1–1,2 MW), stosowane głównie w energetyce, gdzie występują duże strumienie niezagospodarowanego ciepła.Instalacje ELTO wyróżnia kompaktowa budowa i w porównaniu z innymi modułami ORC dużo mniejsze wymiary gabarytowe 

Instalacja VTA-ELTO jest oparta na termodynamicznym procesie ORC (Organic Rankine Cycle), który tym się różni od tradycyjnej turbiny parowej, że w obiegu między parownikiem, turbiną prądotwórczą i kondensatorem krąży zamiast wody specjalne organiczne medium robocze. W przypadku ELTO jest to substancja niepalna i nietoksyczna, całkowicie bezpieczna dla środowiska, posiadająca szczególną własność przechodzenia w stan parowy już w relatywnie niskich temperaturach (od 55°C).

Zastosowane w VTA-ELTO rozwiązania pozwalają budować jednostki ORC o mocy elektrycznej w zakresie od 15 do 500 kW el przy mocy cieplej parownika analogicznie do 5 MW. Dla przykładu, do zasilania jednostki ELTO wystarczy ciepło generowane przez kogeneracyjny silnik gazowy o mocy elektrycznej 200 kW. Do tej pory produkty rynkowe nie dawały takich możliwości. Tym sposobem rozbudowując posiadane systemy kogeneracji silnikowej  o kolejny stopień (ELTO) można istotnie zmienić proporcje wytwarzanej w kogeneracji energii elektrycznej do cieplnej, na korzyść tej pierwszej. Energia elektryczna może być wykorzystywana na potrzeby własne przedsiębiorstwa lub sprzedawana do sieci, natomiast ciepło odbierane w kondensatorze organicznego medium obiegowego nadaje się do zasilania systemów centralnego ogrzewania. 

– poprzez zastosowanie kotłów odzysknicowych 
Zastosowanie kotła odzysknicowego to tańszy sposób niż ORC na uzyskanie dodatkowej darmowej energii cieplnej z istniejącego układu. Kotły odzysknicowe montuje się przy tradycyjnych kotłach przemysłowych podobnie jak ekonomizery. Wykorzystują bowiem ponownie odpadowe ciepło w sposób efektywny i sprawny.
Nasza firma oferując dla przemysłu oba rozwiązania kieruje się zasadą optymalizacji energii, należy pamiętać bowiem zawsze, że nakłady inwestycyjne muszą się zwrócić w preferowanym przez inwestora czasie. Energia odzyskana z ciepła odpadowego jest praktycznie darmowa, można z niej nawet generować prąd dzięki systemowi VTA-ELTO. Inwestując zatem w systemy odzysku ciepła odpadowego oszczędzamy środowisko i obniżamy koszty funkcjonowania technologii.

Zasilanie jednostek ELTO

Do zasilania jednostek ELTO wystarcza ciepło (np. obiegowa woda chłodząca z agregatów CHP) o temperaturze powyżej 70 stopni C i o ile temperatura źródła nie przekracza 400 stopni C nie wymagają obiegu pośredniego.


Uzdatnienie 1 metra sześciennego wody wiąże się ze zużyciem średnio 0,73 kWh energii, zaś w przypadku oczyszczania ścieków wartość ta wynosi 0,86 kWh/m3. Jeżeli zestawić te wielkości z potencjałem, jaki niesie ze sobą zawarta w ściekach frakcja organiczna, a jest to 1,4 do 2,8 kWh/m3, łatwo zauważyć, jak wiele można zyskać dzięki właściwemu wykorzystaniu wszystkich strumieni energii i optymalizacji energetycznej procesów technologicznych wewnątrz przedsiębiorstwa.

Jest jeszcze jeden powód, dla którego przedsiębiorstwa komunalne powinny dążyć do jak najdalej idącej samowystarczalności energetycznej. Według raportów firm analitycznych, łączna cena wody i ścieków w Polsce należy do najwyższych w Europie i zbliża się do progu społecznej akceptowalności [2]. Przeciętny Polak płaci za wodę i ścieki więcej niż za energię elektryczną i gaz razem wzięte. Przyczyny wzrostu cen, jak i ogromnego zróżnicowania opłat na terenie kraju (dochodzącego nawet do 1300 proc.) należy upatrywać w ogromnych inwestycjach w sektorze wodno-ściekowym, jakie miały miejsce w tej branży w ostatnich latach.

Inwestować trzeba, bo inwestowanie z jednej strony wymuszają zobowiązania Polski zapisane w traktacie akcesyjnym, z drugiej zaś – ułatwiają je przyznawane na ten cel fundusze strukturalne. Dla każdego przedsiębiorstwa komunalnego bezspornie najważniejsze jest wywiązywanie się z nadrzędnego obowiązku dostarczania odbiorcom dobrej jakości wody oraz zagwarantowania właściwego i zgodnego z obowiązującym prawem oczyszczania ścieków i postępowania z odpadami. Coraz większe znaczenie mają jednak koszty, w tym energochłonność nowo wdrażanych technologii.


Budowa jednostki ELTO

Co to jest ELTO

Austriacka firma VTA-Technologie GmbH wprowadziła w ubiegłym roku na rynek innowacyjną instalację procesową o nazwie VTA-ELTO (Energy of Low Temperature Organic Rankine Cycle), która pozwala na przekształcenie do tej pory niewykorzystanej energii cieplnej mediów niskotemperaturowych w energię elektryczną. Nadmiarowe ciepło procesowe lub tzw. ciepło odpadowe w postaci gorącej wody obiegowej bądź spalin z agregatów prądotwórczych, suszarni termicznych, czy też spalarni osadów, może stać się dzięki tej technologii ekologicznym źródłem prądu elektrycznego. W całym procesie nie zużywa się żadnych wspomagających paliw konwencjonalnych i tym samym wytworzona energia elektryczna jest w całości zieloną energią zero-emisyjną.


ELTO a dotychczasowe systemy ORC

Termodynamiczne podstawy procesu ORC są znane już od kilkudziesięciu lat. Budowane na ich podstawie pierwsze agregaty ORC powstały w latach 60. ubiegłego wieku z przeznaczeniem do odzysku i zamiany na energię elektryczną ciepła spalin z kotłów opalanych biomasą, spalarni odpadów, energii wód geotermalnych. Instalacje ELTO wyróżnia kompaktowa budowa i w porównaniu z innymi modułami ORC dużo mniejsze wymiary gabarytowe. Standardowo są dostarczane w zabudowie kontenerowej w formule Plug&Play. Alternatywnie ich poszczególne elementy (parownik, turbina, kondensator, pompa obiegowa itd.) mogą być rozlokowane oddzielnie w już istniejących obiektach, odpowiednio do warunków lokalnych.


Schemat blokowy instalacji ELTO