VÝROBA PÁRY Výroba cukru se vyznačuje vysokou spotřebou páry a mechanické energie · spotřeba elektrické energie - 20 - 30 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 = (cCO2) teor / (cCO2) sk = 1,5 - 1,7
Schéma výroby páry
Komínová ztráta podle Siegerta Zk = K * (tsp - tvz) / cCO2 Ktsp tvz cCO2 -
konstanta (pro hnědé uhlí K = 0,9) teplota spalin (má být 200 oC) teplota vzduchu v kotelně obsah CO2 ve spalinách
Ztráta tlaku páry mezi kotlem a turbinou p2 = p1 . (1 - a) MPa
a = 0,10 - 0,15
tomu odpovídá snížení teploty páry o 15-20 °C
Množství páry potřebné na výrobu elektrické energie Gp = N . Ds N Ds
výkon turbogenerátoru (kW) měrná spotřeba páry (t/kWh)
Množství chladicí vody i1 - i2 Gw = Gp . ------------i2 - iv i1 i2 iv
kg/h
entalpie páry na vstupu entalpie páry na výstupu entalpie chladicí vody
t/h
Tepelný obsah páry
i = 4,1868 * t + r kapalinné teplo výparné teplo vody
Teplota kondenzátů
tk = (6*tp + t1 + t2) /8
Množství tepla Q (W) převedené teplosměnnou plochou za jednotku času lze obecně vyjádřit vztahem Q = k . A . Δ t, A k Δt
topná plocha ( m2) součinitel prostupu tepla (W.m-2.K-1) užitečný teplotní rozdíl mezi teplotou páry a šťávy (oC) k = konst. * t/S
Prostup tepla rovinnou stěnou
pára
šťáva
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 = 10 - 20 oC deskové výměníky Δ t = 3 - 5 oC ideální pro ohřev horkým kondenzátem nebo barometrickou vodou spirálové výměníky parokontaktní výměníky trubkové výměníky kapalina-kapalina
w = 0,8-1,5 (m/s) k = 210 + 4200 w (kJ.m-2.h-1.K-1) Q = k . A . Δt
Trubkové výměníky
Spirálový výměník
Deskový výměník
Parokontaktní zahřívač studená voda
nezkondenzované plyny
Ohřev vody na extrakci v technologii užitková voda Průtok vody 55-65 m3/h
Brýdová pára 80-90 °C
Ohřátá voda 78-88 °C
Spotřeba páry na ohřevy šťáv a svařování Účelová spotřeba celkem: Z toho: ohřev extraktoru surové šťávy před 2.saturací před odparkou svařování cukrovin Neúčelová spotřeba celkem: Z toho: stroje vedlejší spotřeba ztráty sáláním
32 % n.ř. 4% 7% 4% 5% 12 % 6% 2% 2% 2%
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
Odpařování šťáv Hlavní úkoly odparky: 1. zahustit šťávu na sacharizaci 60 - 65 % 2. zásobit provoz cukrovaru potřebnou topnou párou na účelové ohřevy Množství odpařené vody mw (% n.ř.)
mw = m1 (1 - S1/S2) Pro m1 = 120 %, S1 = 16 %, S2 = 65 %, pak mw = 90 % n.ř. K odpaření mw kg vody se spotřebuje teplo Qw = mw . r (kJ) r výparné teplo vody při teplotě t (kJ/kg)
Hrubý předpoklad: na odpaření 1 kg vody ze šťávy ohřáté k bodu varu se spotřebuje 1 kg páry Praktická spotřeba páry v několikanásobné odparce mp = mw/(0,85 . n) n
(% n.ř.)
počet stupňů odparky
Tepelný výkon odparky, Q (W) Q=k.A.Δt k A Δt · · · ·
součinitel prostupu tepla (W.m-2.K-1) velikost topné plochy (m2) 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
Odparka čistá - Rillieux
Spotřeba páry na odparku Na účelové náhřevy Neúčelové ohřevy
26,4 % n.ř. 34 % 6%
celkem 66,4 % n.ř.
Kombinovaná odparka - Lexa
Spotřeba páry na odparku a účelové náhřevy 43,25 % n.ř. Neúčelové ohřevy 6% celkem 49,25 % n.ř.
o1
o2
Spotřeba páry na odparku a účelové náhřevy Neúčelové ohřevy
o3
m4
36,75 % n.ř. 6% celkem 42,75 % n.ř.
Bilance tlakové odparky (4 členné) · ·
výpočet odparu v jednotlivých tělesech určení ztrát do kondenzace (m4)
odpar v 1.tělese odpar v 2.tělese odpar v 3.tělese odpar v 4.tělese
m1 = m2 = m3 = m4 =
o1 + o2 + o3 + m4 o2 + o3 + m4 o3 + m4 m4
mw = m1 + m2 + m3 + m4 = o1 + 2.o2 + 3.o3 + 4.m4 mw - (o1 + 2.o2 + 3.o3) m4 = -------------------------------4 Ekonomický provoz odparky: · maximálně snížit ztráty do kondenzace · snížit mw · zvýšit odběry brýd, zejména ze třetího tělesa
Odpařováky · · · ·
cirkulační - typ Robert průtokové s filmovou vrstvou odpařované šťávy deskové
Robertův odpařovák Brýdové páry
Lapač kapek
Nezkondenzované plyny Pára
Kondenzát Přívod šťávy Odvod šťávy
Filmový odpařovák
Desková odparka
Vertikální uspořádání odparky
hnací pára
Odparka s kompresí brýdových par brýdová pára
komprimovaná pára
paroproudý kompresor
brýdová pára
komprimovaná pára
Šťáva
kondenzát
p1 – tlak páry v odparce
tk1 – teplota kondenzátu
p2 – tlak komprimovaných brýd
tk2 – teplota kondenzátu
tr – teplota varu šťávy
hnací pára
Parní proudový kompresor rozváděcí komora trysky
komprimovaná pára směšovací komora
brýdová pára
difuzor
rychlost průtoku páry po průchodu kompresorem klesá, kinetická energie se mění ve vnitřní energii za současného zvýšení tlaku a enthalpie páry
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
Nezkondenzovatelné plyny · · · · ·
vzduch, CO2 a NH3 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
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
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
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 NH3, CO2, (NH4)2CO3 · 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
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
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 CaCO3 , CaSO4 , CaSO3 2. těleso CaSO4 , CaSO3 , CaSiO3 , Ca(COO)2 3. a 4. těleso CaSiO3 , Ca(COO)2
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 - 10 – 30 ppm (= g/t) dokonalé rozmíchání prostředku ve šťávě zajištění dostatečného kontaktního času rovnoměrný provoz odparky bez chemického vyváření v průběhu kampaně přídavek fosforečnanu sodného
Chemické vyváření odparky 1. převedení nerozpustných vápenatých solí na uhličitany CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4 (COO)2Ca + Na2CO3 → CaCO3 + (COONa)2 5 % roztok Na2CO3 , 4 - 6 h 2. rozpuštění uhličitanů CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 +H2O 1 - 3 % roztok HCl, 45 min ochrana kovového povrchu trubek – dibenzylsulfoxid
Závady na odparce ·
malý výkon, nízká sacharizace těžké šťávy
·
kolísání sacharizace těžké šťávy
·
vysoké ztráty cukru
·
vysoký přírůstek obsahu barevných látek
·
velká spotřeba páry
Těžká šťáva S = 65 %
Q = 90 - 93 %
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
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 = 67 - 69 % pH 8,5 - 9,0 t = 15 °C
Sítový filtr Putsch Sibomat
