Ochlazená kyselina se mění na centrální vytápění

Na začátku 80. let se teplo produkované v absorpčních a sušicích okruzích v závodu na výrobu kyseliny sírové společnosti Kemira ve švédském Helsingborgu vypouštělo do moře hned vedle závodu.

Po celkové rekonstrukci chladicího systému s deskovými výměníky tepla v uzavřeném chladicím okruhu se teplota chladicí vody zvýšila natolik, že ji lze použít pro centrální vytápění.

Od přímého chlazení k rekuperaci tepla

Na začátku 80. let změnila společnost Kemira svůj systém chlazení kyseliny z přímého chlazení na rekuperaci tepla. V systému přímého chlazení se teplo z absorpčních a sušicích věží odvádělo do moře. Se systémem rekuperace tepla se místo toho teplo převádí do uzavřeného okruhu chladicí vody s demineralizovanou vodou. Voda se ohřívá a teplá voda se používá k ohřevu vody pro centrální vytápění ve městě Helsingborg.

V tomto systému rekuperace tepla se kyselina z absorpčních věží ochlazovala ve čtyřech anodicky chráněných trubkových výměnících tepla zapojených do paralelních dvojic. Kyselina ze sušicích věží se chladila v anodicky chráněném trubkovém výměníku tepla.

V roce 1999 anodicky chráněné trubkové výměníky tepla dosloužily a musely se vyměnit. Společnost Kemira se navíc rozhodla zcela přepracovat svůj systém chlazení kyselin. Místo tří nádrží na kyselinu (jedné pro každou absorpční věž a jedné pro sušicí systém) instalovali jednu nádrž na kyselinu, která zásobovala sušicí systém i obě absorpční věže cirkulující kyselinou.

Všechny staré chladiče byly nahrazeny třemi polosvařovanými deskovými výměníky tepla Alfa Laval v provedení D205 s těsněními FKMS zapojenými paralelně. Materiál desek D205 a těsnění FKMS byly zvoleny kvůli vysoké teplotě kyseliny – 105 °C.

Nový systém přináší velké úspory v oblasti spotřeby energie, emisí a nákladů

V zařízení na spalování kyseliny společnosti Kemira s kapacitou 1 000 tun denně se ze sušicích a absorpčních věží rekuperuje přibližně 530 MWh denně. Toto teplo se dodává do sítě centrálního vytápění města Helsingborg. Společnost Kemira dodává do sítě celkem 240 GWh ročně.

To odpovídá přibližně 22 000 m3 topného oleje, což představuje přibližně 25 % potřeby města. Z tohoto celkového množství se 80 GWh dodává jako pára a zbývající část je teplo rekuperované ze sušicích a absorpčních věží. To znamená, že v zimních měsících zásobuje teplem přibližně 10 % obyvatel města, ale v létě dodává společnost Kemira veškeré teplo potřebné k ohřevu vody v domácnostech.

Celkové náklady na systém rekuperace tepla zavedený počátkem 80. let byly 45 milionů SEK (včetně 3,5 km dlouhého potrubí do střediska dálkového vytápění). Doba návratnosti systému byla kratší než jeden rok, protože společnost Kemira v té době dodávala ročně městu teplo v hodnotě 80 milionů SEK (díky vyšší kapacitě kyseliny). Přechod na společnou nádrž na kyselinu pro všechny tři věže a nové chladiče kyseliny vyšly v roce 1999 na 10,5 milionu SEK. Přepočteno na dnešní ceny topného oleje představuje hodnota tepla dodávaného městu přibližně 22 milionů SEK ročně. Doba návratnosti tak byla opět kratší než jeden rok.

Pro město Helsingborg takové uspořádání znamená menší závislost na topném oleji, a tím i snížení emisí oxidu siřičitého do ovzduší. Projekt navíc eliminoval nutnost výstavby nové 45MW kogenerační jednotky, která by město v 80. letech přišla na 150 milionů SEK.

Pro společnost Kemira se dodávky tepla staly důležitým doplňkovým produktem ke kyselině sírové a dalším chemikáliím. Navíc téměř eliminovala potřebu chladicí vody.

Regulovaná teplota odpovídá sezonním výkyvům

Okruh s demineralizovanou vodou ohřívá vodu pro centrální vytápění z 50 na 80 °C ve dvou velkých deskových výměnících Alfa Laval s teplotním rozdílem pouhých 4 °C. Teplotu v okruhu dálkového vytápění lze vstřikováním odpadní páry ze závodu na výrobu kyseliny sírové zvýšit až na 90–95 °C. Dva středně velké deskové výměníky Alfa Laval slouží jako žebrové chladiče v okruhu demineralizované vody k pokrytí sezonních výkyvů v poptávce po vytápění. Pokud nejsou žebrové chladiče zapotřebí, nepoužívají se.

Rekuperace tepla s deskovými výměníky Alfa Laval

V zařízeních na spalování kyseliny sírové s denní kapacitou 1 000 tun se produkuje přibližně 65 MW tepla. Přibližně dvě třetiny tepla pochází z pece na spalování síry a konvertoru. Většina výrobců kyselin ví, jak toto teplo rekuperovat k výrobě vysokotlaké páry. Zbývající třetina produkovaného tepla se obvykle vypouští do moře nebo do ovzduší v systémech přímého chlazení. Deskový výměník tepla umožňuje hospodárně rekuperovat teplo z cirkulující kyseliny v sušicích a absorpčních věžích. Instalací uzavřeného okruhu chladicí vody lze teplo využít k dalším účelům, jako je centrální vytápění, předehřívání napájecí vody do kotlů, procesní vytápění v přilehlých závodech, vytápění továren a kanceláří nebo výroba sladké vody odsolováním.