Schłodzony kwas zamienia się w ciepło

Na początku lat 80-tych ciepło wytwarzane w obwodach absorpcji i suszenia w zakładzie kwasu siarkowego Kemira w Helsingborgu w Szwecji było odprowadzane do morza, tuż obok zakładu.

Po całkowitej przebudowie systemu chłodzenia na płytowe wymienniki ciepła w obiegu zamkniętym, temperatura wody chłodzącej została podniesiona do poziomu, przy którym może być wykorzystywana do ogrzewania.

Od chłodzenia bezpośredniego do odzysku ciepła

Na początku lat 80-tych firma Kemira zmieniła system chłodzenia kwasem z bezpośredniego chłodzenia na odzysk ciepła. W układzie chłodzenia bezpośredniego ciepło z wież absorpcyjno-suszących odprowadzane było do morza. W systemie odzysku ciepła, ciepło jest natomiast przekazywane do zamkniętego obiegu wody chłodzącej zawierającego wodę demineralizowaną. Ta woda jest podgrzewana, a gorąca woda jest wykorzystywana do ogrzewania wody sieciowej dla miasta Helsingborg.

W tym systemie odzysku ciepła kwas z wież absorpcyjnych był chłodzony w czterech anodowo zabezpieczonych płaszczowo-rurowych wymiennikach ciepła połączonych parami. Kwas z wieży suszarniczej był chłodzony w anodowo zabezpieczonym płaszczowo-rurowym wymienniku ciepła.

W 1999 r. okres użytkowania płaszczowo-rurowych wymienników ciepła z ochroną anodową dobiegł końca, zatem należało je wymienić. W tym samym czasie Kemira postanowiła całkowicie przerobić swój system chłodzenia kwasem. Zamiast używać trzech zbiorników kwasu (po jednym na każdą wieżę absorpcyjną i jeden na system suszenia), zainstalowano jeden zbiornik kwasu, zaopatrujący zarówno system suszenia, jak i dwie wieże absorpcyjne w krążący kwas.

Wszystkie stare chłodnice zostały wymienione na trzy półspawane płytowe wymienniki ciepła Alfa Laval w D205 z uszczelkami FKMS, połączone równolegle. Materiał płyty D205 oraz uszczelki FKMS zostały wybrane ze względu na wysoką temperaturę kwasu na poziomie 105°C.

Nowy system prowadzący do dużych oszczędności w zakresie energii, emisji i kosztów

W instalacji kwasu siarkowego Kemira, o wydajności 1000 ton dziennie, z wież suszących i absorpcyjnych odzyskuje się dziennie około 530 MWh. Ciepło to jest dostarczane do sieci ciepłowniczej miasta Helsingborg. Kemira dostarcza do sieci łącznie 240 GWh rocznie.

Odpowiada to około 22 000 m3 ropy naftowej, co odpowiada około 25% zapotrzebowania miasta. Z tej sumy 80 GWh jest dostarczane w postaci pary, a pozostała część to ciepło odzyskiwane z wież suszarniczych i absorpcyjnych. Oznacza to, że w miesiącach zimowych ciepło jest dostarczane do około 10% mieszkańców miasta, ale w okresie letnim Kemira dostarcza całe ciepło potrzebne do zaopatrzenia w wodę użytkową.

Całkowity koszt systemu odzysku ciepła wprowadzonego na początku lat 80-tych wyniósł 45 mln SEK (wliczając 3,5-kilometrowy rurociąg do węzła ciepłowniczego). Koszty produkcji systemu zwróciły się w mniej niż rok, ponieważ w tym czasie Kemira dostarczała miastu ciepło o wartości 80 mln SEK rocznie (ze względu na większą wydajność kwasu). Przejście na wspólny zbiornik kwasu dla wszystkich trzech wież i nowe chłodnice kwasu w 1999 roku kosztowały 10,5 MSEK. W przeliczeniu na dzisiejsze ceny ropy naftowej wartość ciepła dostarczanego do miasta wynosi około 22 mln SEK rocznie. W rezultacie czas zwrotu z inwestycji ponownie wyniósł mniej niż rok.

Dla miasta Helsingborg takie rozwiązanie oznacza mniejszą zależność od ropy naftowej, a tym samym mniejszą emisję dwutlenku siarki do powietrza. Ponadto projekt wyeliminował potrzebę budowy nowej jednostki kogeneracyjnej o mocy 45 MW, która w latach 80-tych kosztowała miasto 150 mln SEK.

Dla Kemira dostarczanie ciepła stało się ważnym produktem uzupełniającym kwas siarkowy i inne chemikalia. Prawie wyeliminowało to również potrzebę stosowania wody chłodzącej.

Kontrolowana temperatura zgodna z sezonowymi wahaniami

Obieg wody demineralizowanej podgrzewa wodę sieci ciepłowniczej od 50 do 80°C w dwóch dużych płytowych wymiennikach ciepła Alfa Laval, osiągając temperaturę zaledwie 4°C. Temperaturę w obiegu ciepłowniczym można podnieść do 90-95°C przez wtłaczanie pary odpadowej z instalacji kwasu siarkowego. Dwa średniej wielkości płytowe wymienniki ciepła Alfa Laval są używane jako chłodnice wyrównawcze w obiegu wody demineralizowanej zawsze, gdy jest to konieczne, aby sprostać sezonowym zmianom zapotrzebowania na ogrzewanie. Chłodnice dodatkowe są pomijane, gdy nie są potrzebne.

Odzysk ciepła możliwy dzięki płytowym wymiennikom ciepła Alfa Laval

Około 65 MW ciepła wytwarzane jest w instalacjach kwasu siarkowego o dziennej wydajności 1000 ton. Około dwie trzecie ciepła pochodzi z palnika siarki i konwertera. Większość producentów kwasów wie, jak odzyskać to ciepło do produkcji pary pod wysokim ciśnieniem. Jednak pozostała jedna trzecia wytwarzanego ciepła jest zwykle emitowana do morza lub powietrza w systemach bezpośredniego chłodzenia. Płytowy wymiennik ciepła umożliwia ekonomiczny odzysk ciepła z kwasu krążącego w wieżach suszących i absorpcyjnych. Dzięki zainstalowaniu zamkniętego obiegu wody chłodzącej ciepło może być wykorzystywane do innych celów, takich jak ciepłownictwo sieciowe, podgrzewanie wody zasilającej kotły, ogrzewanie procesowe w sąsiednich zakładach, ogrzewanie pomieszczeń w fabrykach i biurach oraz produkcja świeżej wody przez odsalanie.