Символ на енергийно ефективно регенериране на отпадна топлина

Възстановяването на промишлена отпадна топлина е един от най-ефективните начини за подобряване на енергийната ефективност в глобален мащаб. Чрез регенериране на енергията, която иначе би се изгубила в атмосферата или водата, и нейното повторно използване за други цели, можем значително да намалим потреблението на горива в сравнение с текущите нива. В резултат на това можем драстично да намалим глобалните въглеродни емисии.

ДАТА 2023-11-28

Aurubis Group е възприела точно този подход с цел подобряване на устойчивостта на един от нейните топилни заводи. Партнирайки си с немския енергиен доставчик enercity Aktiengesellschaft, Aurubis се превърна в движещата сила зад топлофикационна мрежа, която обслужва квартал „ХафенСити“ в Хамбург. Енергията за мрежата идва от отпадна топлина, която Aurubis възстановява от близкия им завод за сярна киселина, използвайки пластинчат топлообменник с уникална технология на Alfa Laval, който е проектиран да бъде устойчив на корозия и да издържа на високото налягане и екстремната топлина, свързани с процеса.

Aurubis Group – една от най-големите компании за производство и рециклиране на мед в света, управлява голям топилен завод на остров Пойте, разположен в река Елба, в сърцето на Хамбург. Газът серен диоксид е страничен продукт от използвания там пирометалургичен процес за производство на мед. В завода за сярна киселина този газ се превръща първо в серен триоксид, а след това – в течна сярна киселина. По време на процеса сярната киселина непрекъснато се разрежда. Разреждането на киселина е силно екзотермичен процес, при който се отделят значителни количества топлина. Благодарение на пластинчат топлообменник с уплътнение от Alfa Laval, тази топлина може да бъде регенерирана от Aurubis за използване в централно отопление.

Производството на сярна киселина се извършва в контактната инсталация на топилния завод. В сърцето на инсталацията се намира междинна абсорбционна кула. Топлината от разреждане в тази стъпка първоначално е била охлаждана с речна вода от река Елба, като по този начин е оставала неизползвана. Целта на съвместния проект на Aurubis с enercity беше да се използват топлообменници за регенериране на енергията от този процес и да се оползотворява тази енергия по устойчив начин, като се насочи към топлофикационната мрежа на „ХафенСити“.

Високи изисквания към дизайна на оборудването и материалите

Предварителното изискване на Aurubis беше горещата вода, използвана в този тип схема за централно отопление, да има първоначална температура от поне 90 °C. В резултат на това те трябваше да започнат с изграждането на междинна абсорбционна кула с изцяло нов дизайн, повишавайки температурата на процеса на концентрираната сярна киселина до приблизително 120 °C – температурно повишение от близо 50 °C.

Тази нова междинна абсорбционна кула обаче добави допълнителни усложнения към и без това взискателния проект за проектиране на система за регенериране на топлина, включваща толкова предизвикателно вещество като сярната киселина. По-високата температура на процеса значително повишава корозивността на средата.

Това беше особено трудно предизвикателство за топлообменниците в проекта, които трябваше да бъдат изработени от материали с висока устойчивост на корозия, в допълнение към способността да се справят с високи налягания и температури, както и да предложат изключително висока топлинна производителност, за да се осигури ефективен пренос на топлина от процеса на Aurubis към топлофикационната мрежа.
Aurubis.jpg

Топлообменник, който може да се справи с предизвикателството

Aurubis се свърза с Alfa Laval, която си сътрудничи с производителя на мед, за да проектират персонализирани пластинчати топлообменници, които са напълно приспособени към взискателната производствена среда. Завършената система се състоеше от осем топлообменника с най-съвременни дизайни на канала на пластината. Три от тези топлообменници – охладителите на междинната абсорбционна кула – бяха полузаварени устройства, изработени от материал Hastelloy D-205 – сплав на основата на никел, която е особено устойчива на корозия от сярна киселина. D-205 е с доказана производителност в много заводи за сярна киселина по света от 1990 г. насам. С повече от 300 устройства от D-205, монтирани по целия свят, този изпитан и тестван материал беше очевидният избор за осигуряване на надеждна, безопасна и ефективна експлоатация. Останалите пет топлообменника в системата са напълно уплътнени пластинчати топлообменници – три топлообменника „вода-вода“ и два обменника „киселина-киселина“.

За разлика от традиционните уплътнени пластинчати топлообменници, полузавареният дизайн на Alfa Laval е устойчив на механична умора при приложения с високи проектни налягания и температури. Уникалният дизайн на пластините също така гарантира много висока термична ефективност, с температурен подход от едва 3 °C. Това означава, че водната среда, използвана за пренос на топлина към топлофикационната мрежа, може да напусне топлообменника с температура, която е само няколко градуса по-ниска от тази на горещата киселина, навлизаща в модула.

Освен това пластинчатите топлообменници са по-компактни, което дава възможност за по-лесен и по-рентабилен монтаж, при много малко заемана площ.

Aurubis_set-up_flow_chart.png

Подобряване на устойчивостта в няколко измерения

Aurubis използва около една четвърт от регенерираната топлина от процеса на преобразуване на серен диоксид, за да поддържа други процеси в топилния завод. Останалата топлина, съответстваща на приблизително 160 000 MWh енергия, се подава през тръбопровода за централно отопление към квартал „ХафенСити“ в Хамбург. Тук термичната ефективност на топлообменника на Alfa Laval става особено важна. Тъй като „ХафенСити“ се намира от другата страна на река Елба спрямо остров Пойте, маршрутът на централното отопление е дълъг повече от три километра. Ето защо всеки градус на регенерирана топлина от процеса е критично важен.

Настоящите оценки показват, че в допълнение към това, което Aurubis използва в завода, се осигурява регенерирана топлина на 8000 четиричленни домакинства, както и офиси, хотели и университет в района. Тъй като регенерираната топлина има ефективен въглероден отпечатък от нула, проектът намалява емисиите на CO2 с 20 000 тона годишно – половината от тях в самата Aurubis. Допълнително предимство е, че Aurubis вече не трябва да разчита на охлаждаща вода, взета от река Елба, което е допълнителна полза за местната екология.

Германската енергийна агенция призна проекта за „символ на енергийно ефективно оползотворяване на отпадната топлина“. А има потенциал да се направи дори още повече. Понастоящем само една от трите линии на контактната инсталация на Aurubis доставя индустриална отпадна топлина на „ХафенСити“, което означава, че потенциално могат да бъдат регенерирани още 480 000 000 kWh. В бъдеще това може да доведе до намаляване на емисиите на CO2 със 140 000 тона на година.

cleantech_symbols640x360.jpg

Икономии на енергия

160,000 MWh

Икономии на емисии

20 000 тона CO2/година

Икономии на вода

12 млн. кубични метра охлаждаща вода