VÝROBA PÁRY. Výroba cukru se vyznačuje vysokou spotřebou páry a mechanické energie spotřeba elektrické energie kwh/t řepy

Transkript

1 VÝROBA PÁRY Výroba cukru se vyznačuje vysokou spotřebou páry a mechanické energie spotřeba elektrické energie kwh/t řepy Využití páry k výrobě elektrické energie k čtyř až pěti stupňovému odpařování v odparce s následným využitím brýdových par pro technologické náhřevy Účinnost výroby páry závisí na typu a stavu kotlů v kotelně používaném palivu přebytku vzduchu ve spalovacím procesu f = (c CO2 ) teor / (c CO2 ) sk = 1,5-1,7

2 Schéma výroby páry

3

4 Komínová ztráta podle Siegerta Zk = K * (t sp -t vz ) / c CO2 K - konstanta (pro hnědé uhlí K = 0,9) t sp - teplota spalin (má být 200 o C) t vz - teplota vzduchu v kotelně c CO2 - obsah CO 2 ve spalinách Ztráta tlaku páry mezi kotlem a turbinou p 2 = p 1. (1 - a) MPa a = 0,10-0,15 tomu odpovídá snížení teploty páry o C

5 Množství páry potřebné na výrobu elektrické energie G p = N. D s t/h N D s výkon turbogenerátoru (kw) měrná spotřeba páry (t/kwh) Množství chladicí vody i 1 -i 2 G w = G p kg/h i 2 -i v i 1 i 2 i v entalpie páry na vstupu entalpie páry na výstupu entalpie chladicí vody

6 Tepelný obsah páry i = 4,1868 * t + r kapalinné teplo výparné teplo vody Teplota kondenzátů t k = (6*t p + t 1 + t 2 ) /8 Množství tepla Q (W) převedené teplosměnnou plochou za jednotku času lze obecně vyjádřit vztahem Q = k. A. Δ t, A topná plocha ( m 2 ) k součinitel prostupu tepla (W.m -2.K -1 ) Δ t užitečný teplotní rozdíl mezi teplotou páry a šťávy ( o C) k = konst. * t/s

7

8 Prostup tepla rovinnou stěnou pára šťáva

9 ZAHŘÍVÁNÍ ŠŤÁV tepelné výměníky - zahřívače šťávy využívá se tepla brýdových par z posledního stupně odparky brýdových par z varny horkých kondenzátů barometrické vody Ekonomické hospodaření s teplem minimální teplotní rozdíly co nejmenší tepelný odpor přepážky protiproudný tok medií trubkové výměníky Δ t = o C deskové výměníky Δ t = 3-5 o C ideální pro ohřev horkým kondenzátem nebo barometrickou vodou spirálové výměníky parokontaktní výměníky trubkové výměníky kapalina-kapalina

10

11 w = 0,8-1,5 (m/s) k = w (kj.m -2.h -1.K -1 ) Q = k. A. Δt

12 Trubkové výměníky

13 Spirálový výměník Deskový výměník

14 Parokontaktní zahřívač studená voda nezkondenzované plyny Ohřev vody na extrakci v technologii užitková voda Průtok vody m 3 /h Brýdová pára C Ohřátá voda C

15 Spotřeba páry na ohřevy šťáv a svařování Účelová spotřeba celkem: 32 % n.ř. Z toho: ohřev extraktoru 4 % surové šťávy 7 % před 2.saturací 4 % před odparkou 5 % svařování cukrovin 12 % Neúčelová spotřeba celkem: 6 % Z toho: stroje 2 % vedlejší spotřeba 2 % ztráty sáláním 2 %

16

17 ZÁVADY PŘI ZAHŘÍVÁNÍ ŠŤÁV 1) Nízká hodnota součinitele prostupu tepla nízká rychlost proudění šťávy inkrustace (nejvíce u výměníků surové šťávy, nutné denní mechanické čištění) nedostatečný odvod kondenzátu z topné komory neodplynění topné komory - nezkondenzovatelné plyny 2) Vysoké tepelné ztráty v parním potrubí a ve vlastním výměníku nedostatečná izolace, ztráty sáláním ztráty v kondenzátech (normálně odchází s kondenzáty 1-2 % páry) ztráty odvodem nezkondenzovatelných plynů

18 Hlavní úkoly odparky: Odpařování šťáv 1. zahustit šťávu na sacharizaci % 2. zásobit provoz cukrovaru potřebnou topnou párou na účelové ohřevy Množství odpařené vody m w (% n.ř.) m w = m 1 (1 - S 1 /S 2 ) Pro m 1 = 120 %, S 1 = 16 %, S 2 = 65 %, pak m w = 90 % n.ř. K odpaření m w kg vody se spotřebuje teplo Q w = m w. r (kj) r výparné teplo vody při teplotě t (kj/kg)

19 Hrubý předpoklad: na odpaření 1 kg vody ze šťávy ohřáté k bodu varu se spotřebuje 1 kg páry Praktická spotřeba páry v několikanásobné odparce m p = m w /(0,85. n) (% n.ř.) n počet stupňů odparky

20 Tepelný výkon odparky, Q (W) Q = k. A. Δ t k součinitel prostupu tepla (W.m -2.K -1 ) A velikost topné plochy (m 2 ) Δ t užitečný teplotní rozdíl mezi teplotou páry a šťávy ( C) podle Δ t vychází velikost teplosměnné plochy daného stupně čím je více stupňů, tím menší je Δ t v jednotlivých stupních a tím i větší teplosměnná plocha je-li n > 7 - vysoký nárůst investic v praxi se používá 4 až 6 stupňů

21 Odparka čistá - Rillieux Spotřeba páry na odparku 26,4 % n.ř. Na účelové náhřevy 34 % celkem 66,4 % n.ř. Neúčelové ohřevy 6 % Kombinovaná odparka - Lexa Spotřeba páry na odparku a účelové náhřevy 43,25 % n.ř. Neúčelové ohřevy 6 % celkem 49,25 % n.ř.

22 o 1 o 2 o 3 m 4 Spotřeba páry na odparku a účelové náhřevy 36,75 % n.ř. Neúčelové ohřevy 6 % celkem 42,75 % n.ř.

23 Bilance tlakové odparky (4 členné) výpočet odparu v jednotlivých tělesech určení ztrát do kondenzace (m 4 ) odpar v 1.tělese m 1 = o 1 + o 2 + o 3 + m 4 odpar v 2.tělese m 2 = o 2 + o 3 + m 4 odpar v 3.tělese m 3 = o 3 + m 4 odpar v 4.tělese m 4 = m 4 m w = m 1 + m 2 + m 3 + m 4 = o o o m 4 m w -(o o o 3 ) m 4 = Ekonomický provoz odparky: maximálně snížit ztráty do kondenzace snížit m w zvýšit odběry brýd, zejména ze třetího tělesa

24 Odpařováky cirkulační - typ Robert průtokové s filmovou vrstvou odpařované šťávy deskové

25 Robertův odpařovák Brýdové páry Lapač kapek Pára Nezkondenzované plyny Přívod šťávy Odvod šťávy Kondenzát

26 Filmový odpařovák

27

28 Desková odparka Vertikální uspořádání odparky

29

30

31 hnací pára Odparka s kompresí brýdových par brýdová pára paroproudý kompresor komprimovaná pára komprimovaná pára brýdová pára Šťáva kondenzát p 1 tlak páry v odparce t k1 teplota kondenzátu p 2 tlak komprimovaných brýd t k2 teplota kondenzátu t r teplota varu šťávy

32 hnací pára rozváděcí komora trysky Parní proudový kompresor komprimovaná pára směšovací komora difuzor brýdová pára rychlost průtoku páry po průchodu kompresorem klesá, kinetická energie se mění ve vnitřní energii za současného zvýšení tlaku a enthalpie páry

33 Zásady provozu odparky udržování optimální výšky hladiny šťávy sledování teplot a tlaků v parním i brýdovém prostoru rovnoměrný odběr brýd podtlak v posledním tělese odvod nezkondenzovatelných plynů odvod kondenzátů použití protiinkrustačních prostředků

34 Nezkondenzovatelné plyny vzduch, CO 2 a NH 3 nutnost odvádění nezkondenzovatelných plynů z topných komor z každého tělesa odparky samostatně úplné využití tepla nezkondenzovatelných plynů k účelovým náhřevům při nedostatečném odvodu dochází k: omezování vstupu topné páry snížení teploty snížení součinitele prostupu tepla

35 Odvod kondenzátů z topné komory jsou kondenzáty vedeny přes odváděče kondenzátů do sborníků nedostatečné odvádění kondenzátů způsobuje: zaplnění topné komory kondenzátem zhoršený přestup tepla Expanze kondenzátů (uvolnění) ve sborníku dochází k poklesu tlaku kondenzát se ochlazuje a samoodpařením se z něho uvolňuje pára uvolněná pára je odváděna vyrovnávacím potrubím do páry o stupeň nižší teplota kondenzátů ve sborníku je o 2 C nižší než je teplota varu šťávy

36

37 Použití kondenzátů jako napájecí voda do kotelny kondenzát z vratné, redukované nebo 1. brýdové páry zaručeně beze stop cukru kontrola přítomnosti stop cukru chemicky α-naftolovou zkouškou pomocí analyzátoru (citlivost 0,03 g/litr) jako horká voda v technologii kondenzát z 2. a 3. brýdy Odváděče kondenzátu Kondenzační skříňka

38 Chemické změny a reakce při odpařování pokles alkality rozdíl mezi ph lehké a těžké šťávy rozklad amidů a invertního cukru v brýdových párách a kondenzátech odchází NH 3, CO 2, (NH 4 ) 2 CO 3 nadměrný pokles alkality - špatná práce na epuraci (nízké teploty, krátké doby) rozklad sacharosy závisí na teplotě a době nutno zkrátit dobu zdržení šťávy zejména v prvních tělesech, kde jsou vysoké teploty zvýšení koncentrace barevných látek nedokonale vyčištěné šťávy během odpařování značně tmavnou, zvláště při ph 10 preventivní účinek síření lehké šťávy před odparkou

39 Inkrustace Vznik inkrustací lehká šťáva je nasyceným roztokem málo rozpustných vápenatých solí tepelný rozklad solí rozpuštěných v lehké šťávě, zejména hydrogenuhličitanů vznik šťavelanových inkrustací - oxalogenní reakce Preventivní opatření 1. dokonalé odstranění zeminy a písku při praní řepy 2. výběr vápence s minimálním obsahem křemičitanů 3. energické čeření 4. dodržování optimální alkality 2. saturace 5. dodržování teplotního režimu na epuraci

40 Inkrustace o tloušťce 0,5 mm - snížení tepelného výkonu odpařovací stanice až o 50 % materiál tepelná vodivost (W.m -1.K -1 ) ocel 50 měď 380 inkrustace uhličitan - šťavelan 2 inkrustace křemičitan - šťavelan 0,5 Inkrustace v tělesech odparky: 1. těleso CaCO 3, CaSO 4, CaSO 3 2. těleso CaSO 4, CaSO 3, CaSiO 3, Ca(COO) 2 3. a 4. těleso CaSiO 3, Ca(COO) 2

41 Protiinkrustační prostředky polyakrylové deriváty anionaktivní inhibitory a dispergační prostředky narušují krystalickou strukturu inkrustací při jejich tvorbě usnadňují rozpad starých inkrustací zabraňují tvorbě nových inkrustací dávkování do 1. tělesa odparky ppm (= g/t) dokonalé rozmíchání prostředku ve šťávě zajištění dostatečného kontaktního času rovnoměrný provoz odparky bez chemického vyváření v průběhu kampaně. přídavek fosforečnanu sodného

42 Chemické vyváření odparky 1. převedení nerozpustných vápenatých solí na uhličitany CaSO 4 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na 2 SO 4 (COO) 2 Ca + Na 2 CO 3 CaCO 3 + (COONa) 2 5 % roztok Na 2 CO 3, 4-6 h 2. rozpuštění uhličitanů CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + CO 2 +H 2 O 1-3 % roztok HCl, 45 min ochrana kovového povrchu trubek dibenzylsulfoxid

43 Závady na odparce malý výkon, nízká sacharizace těžké šťávy kolísání sacharizace těžké šťávy vysoké ztráty cukru vysoký přírůstek obsahu barevných látek velká spotřeba páry

44

45 Těžká šťáva S = 65 % Q = % alkalita 0,02-0,03 g CaO/100 ml obsah rozpustných Ca ++ solí (tvrdost, zavápnění) 0,05 g CaO/100 ml barva světle hnědá jemný zákal

46 Síření a filtrace těžké šťávy konečná alkalita po síření 0,01-0,02 g CaO/100 ml filtrace na naplavovacích filtrech Skladování těžké šťávy S = % ph 8,5-9,0 t = 15 C

47 Sítový filtr Putsch Sibomat