een gezamenlijk initiatief van: met steun van:

Warmterecuperatie

CentexbelFrank Van Overmeire

Warmterecuperatie

Algemene principes Soorten warmtewisselaars Mogelijkheden tot warmterecuperatie

Warmterecuperatie

Concepten en vragen

Over welke temperatuur hebben we het ? Over welke warmtehoeveelheden (MJ/h GJ/jaar) Over welke massastromen

Lucht, water, stoom, .. Zuiverheid Debieten

Kan warmte gerecupereerd worden Wat kunnen we doen met gerecupereerde

warmte?

Concepten en vragen

Waar is de mogelijkheid tot warmterecuperatie? In proces In utilities (stookplaats, persluchtlokaal) centraal of gedecentraliseerd

Wat zijn omgevingsomstandigheden? Bevuiling Latente warmte? Corrosief?

Waneer is warmte beschikbaar? Continu batchgewijs

Mogelijkheden tot warmterecuperatie

Ketelhuis en warmteverdelingsnetten: rookgassen, de spui, condensaatterugvoer voorverwarming van ketelvoedingswater, verbrandingslucht, rookgascondensors

Warmterecuperatie op perslucht Warme afvalwaters Warme extractieluchten WKK Koelwater Klimatisatie

Andere ideeën uit zaal?

Andere kant

Wat gaat men doen met die warmte?

Mogelijkheden om warmterecuperatie toe te

passen Warmterecuperatie in het ketelhuis en

warmteverdelingsnetten:de warmte wordt gebruikt om de verbrandingslucht of suppletiewater voor te verwarmen.

Proceswater of –lucht voorverwarmen Grondstoffen verwarmen Lokalen verwarmen Water voor douches Zwembad van villa naast fabriek …..

Voorwaarden voor zinvolle warmterecuperatie

Voldoende warmte op geschikte temperatuur: Warmteoverschot moet heter zijn dan warmtevraag (soms kan warmtepomp dit verhelpen)

Gelijktijdigheid van warmteoverschot en -tekort Warme en koude stroom voldoende dicht bij mekaar Niet te zware belading van de stromen

(vooral aanzettingen en vaste deeltjes) economische haalbaarheid wetgeving (bvb over lozing van warm afvalwater)

Basisprincipes

)(

)(

,,

,,

inkouduitkoudkoudkoud

uitwarminwarmwarmwarm

TTc

TTcQ

Als we warmteverliezen verwaarlozen

Rendement = verhouding tussen hoeveelheid effectief gerecupereerde warmte tov wat men maximaal zou kunnen recupereren (als men één van beide fluïda maximaal afkoelt of opwarmt)

11

T-Q-diagramma

Hoeveelheid uitgewisselde warmte

Temperatuur

warme stroom

UIT

koude stroom

UIT

IN

IN

T-Q-diagramma

T

QRecup

T

Maximale QRecup

Tapproach

T-Q Temperaturen bij in- en uittrede van de warmtewisselaar Recupereerbare warmtehoeveelheid Brandstofbesparing

Reële situatieOneindig grote warmte-wisselaar

T-Q-diagramma

T

QRecup

T

Recup

Voorbeelden waar men veel minder recupereert dan er langswarme kant inzit

Temperatuurniveaus

Opmerking: Bij verdamping/condensatie:

Warme en koude stromen in T-Q-grafiek zettenBeide stromen verschuiven tot minimaal temperatuurverschil optreedt: Tmin

Richtwaarden: Faseovergang Tmin = 5 °C Vloeistof-vloeistof: Tmin = 10 °C Vloeistof – gas: Tmin = 15 °C Gas-gas: Tmin = 25 °C Rookgassen Tmin = 50 °C

ngfaseovergawarm HQ

Recupereren & Recycleren: warmte

Q = U * A * Tlm

warmtetransfercoëfficiënt * uitwisselingsopp. * T Tlm = logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil Tlm = (T1 - T2) / ln(T1 / T2)

---> turbulentie , wanddikte , T

warmterecuperatie

Tlm -tegenstroom > Tlm -gelijkstroom kleiner warmte-uitwisselingsoppervlak nodig bij tegenstroom

Tegenstroom Gelijkstroom

T1

T2

T1 T2

Warmterecuperatie

Algemene principes Soorten warmtewisselaars Mogelijkheden tot warmterecuperatie

Type warmtewisselaars

pijpenbundels (shell en tubes): groot volume, eenvoudige constructie

platen WW: kleiner volume, hogere drukval, hoge warmtetransfercoëfficiënt, gevoelig voor mechanische onzuiverheden

Roterende regenerator …

Type warmtewisselaars

Vloeistof – vloeistof Gas – gas Vloeistof – gas Met of zonder faseverandering

Gelijkstroom Tegenstroom crossflow …

Keuze en soorten warmtewisselaars

Keuze warmtewisselaar is belangrijk Hulpmiddel : zie

http://www.heattransferabc.com/en/downloads.asp

NExT_selection.xls

Types WarmtewisselaarsVloeistof - Vloeistof

Types WarmtewisselaarsGas – Gas Recuperatie

Types WarmtewisselaarsGas – Gas Regeneratie

Lucht-Lucht – warmtewisselaars

Eigenschap Warmtewiel Systeem met Warmtepijp Buizenwisselaar Platenwisselaartussenkringloop glas aluminium

Toevoer- en ja gescheiden ja ja jaafvoerkanaal bijelkaarBewegende delen ja ja (pomp) neen neen neenGewicht (kg) bij 600 400 500 1800 30020000 m³/h luchtIngenomen volume 8 4 2 10 7(m³) bij 20000m³/h luchtGevaar voor luchtlek ja neen neen neen neenen stofoverdrachtMaximum haalbaar 150000 onbeperkt 20000 50000 70000luchtdebiet (m³/h)Corrosieve lucht speciale legering speciale legering, speciale legering bijna onbeperkt bij zeer beperkt bij

of materiaal nodig met coating glas aluminiumSterk vervuilde beperkt bruikbaar bruikbaar met: idem goed geschikt goed bruikbaarlucht (poeder,vet) - reiniging indien te reinigen met reiniging

- aangepaste buizen (moduulbouw)richtprijs W.W. 1,2 0,8 1,5 2-2,5 110000 m³/h

Eigenschappen van warmterecuperatiesystemen lucht-lucht

Warmterecuperatie

Algemene principes Soorten warmtewisselaars Mogelijkheden tot warmterecuperatie

Mogelijkheden om warmterecuperatie toe te

passen de eenvoudigste manier om warmte te

recupereren: een warme processtroom terug sturen naar het proces. recycleren van verbrandingsgassen in de

branderluchttoevoer gecondenseerde verwarmingsstoom verder

gebruiken als proceswarmte en terug naar destoomketel i.p.v. vers ketelwater

op een wasmachine warm water naar een andere wasbak sturen

Voorbeelden warmterecuperatie

Vloeistof - vloeistof WW koelwater van verfbad (70-80°C) wordt proceswater koeling van warm afvalwater met vers koud proceswater

Gas - vloeistof WW warmterecuperatie uit rookgassen van stookketels

warmterecuperatie uit afgassen van spanramen Gas - gas WW

voorverwarming van ketelverbrandingslucht met warmte uit rookgassen of uit afgassen van spanramen

Verse lucht op droger voorverwarmen met warmte uit extractielucht

33

Warmterecuperatie op globaal afvalwater

Voldoende ingeburgerd, onder andere om milieuredenen.

Nochtans zijn er nog altijd bedrijven waar men koeling van afvalwater doet via natuurlijke afkoeling in grote buffertanks of waterreservoirs, bijmengen van koelwater ...

Men moet wel beseffen dat warmterecuperatie op globaal afvalwater de mogelijkheid voor andere toepassingen waarbij warm water geproduceerd wordt beperkt.

34

Warmterecuperatie op globaal afvalwater

Keuze tussen centrale of gedecentraliseerde warmterecuperatie moet rekening houden met plaats van lozingspunten (ligging van machines), verloop van lozingen in functie van tijd tijdstippen;

continu of discontinu ?

In het algemeen is gedecentraliseerde warmterecuperatie aan te raden bij continue installaties en gecentraliseerde lozing bij discontinue installaties (tenzij ze ver van mekaar liggen).

35

Warmterecuperatie op globaal afvalwater

Typisch wordt afvalwater van 60 -65° naar 35° afgekoeld en daarmee wordt vers water opgewarmd van 10 naar 45 - 50°.

In een aantal bedrijven zou men meer warm water kunnen produceren, doch dit vergt dan lozen van baden aan 130°; nu gebeurt dit door die baden eerst af te koelen tot 80° en die warmte wordt in koeltoren afgevoerd.

2 opties : ofwel HT-lozen in een tank die onder druk staat, ofwel HT-lozing mengen met een deel kouder afvalwater

Voorbeeld koelen van textiel

Textielproductie: 25 m/min = 1500 m/h2,2 m breed200 g/m²

Weefsel moet afgekoeld worden van 60 °C naar 20°C

Constructeur stelt voor dit te doen met 10 m³/h koelwater aan 15 °C

Commentaar?

Voorbeeld koelen van textiel Oplossing

Berekenen textielproductie: 2,2 m * 200 g/m² * 25 m/min * 60 min/h = 660 kg/h

Af te voeren warmte: 660 kg/h * 40° * 1,5 kJ/kg° = 39600kJ/h

Als men dit doet met 10 m³/h water, dan wordt dit water opgewarmd over 39600 kJ/h / (10 000 kg/h * 4,2 kJ/kg°) = 0,9 °...

Andersom kan men berekenen dat om water bvb met 10° op te warmen men maar 0,9 m³/h mag inzetten... (zie ook Afkoelen.xls)

Energiebesparingen in ververij (TVI)

Energiebesparingen in ververij (TVI)

40

dyeing machines

tank for hot

effluents

tank for hot proces water

heat recovery

drainfresh water supply of 230

T < 30°C

280 m³/day

120 m³/day

need of 280 m³/day + 50 water at 65°C

100 m³/day at 40°C

41

Warmterecuperatie op wasmachine

warmterecuperatie op uw wasmachine of gebruikt u warm water afkomstig van een centraal warmterecuperatiesysteem?

voordelen en nadelen van beide systemen? functioneert de warmterecuperatie optimaal?

82 °C8,5 m³/h 42 °C

14,7 m³/h

40 % van de warme afvalwaters gaan direct naar de riool (bij een

temperatuur van 82 °C!)

25 °C8,5 m³/h

12 °C14,7 m³/h

Warmterecuperatie op ovens

Warmterecuperatie

Warmterecuperatie op oven

Warmterecuperatie op oven

Fixatieprocessen bij hoge temperatuur (190°C), dus interessant

WRG-concept Fase 1: opgewarmde lucht naar spanraam Fase 2: warm water gaat naar ververij

Maar … Fase 1: verse lucht hooguit 60% extractielucht Fase 2: concurrent voor warmterecuperatie op

afvalwater !

47

Filter

1 2

Luchtintredes

34

48

Drukdrogen

Tin

Tuit

Tkoeling

Drukdroger

Grootste deel van energie wordt gerecupereerd onder vorm van warm water

Maar wat doet men ermee als men al warmterecuperatie op afvalwater in ververij heeft?

50

Optimalisatie van koeling bij extruders

minstens koelwater niet naar riool sturen Indien men meerdere extruders heeft, alle

koelers samen op één circuit aansluiten Hier ook interesse in absorptiekoeling

warmtebalans van een olie-geïnjecteerde

schroefcompressorWarmte-aanbod

100%

Nuttige warmte voor warmterecuperatie50 à 60 °C bij een luchtgekoelde compressor90 à 95 °C bij een watergekoelde compressor

Motorwarmte: 9%

95%

Oliewarmte75%

Stralingswarmte van compressor

Warmte inperslucht

2%

Nakoeler: 11%

3%

51

52

Warmterecuperatie op perslucht

meestal beperkt tot gebruik van opgewarmde lucht voor het verwarmen van magazijnen en produktieruimten in de winter.

warmte die men afvoert via het koelwater, wordt meestal afgevoerd in koeltorens (in winter naar lokaalverwarming / klimatisatie)

Totaal elektrisch vermogen 100%

Stralingswarmte = 2%

Overblijvende warmte in de perslucht = 4%

Stralingwarmte van de aandrijfmotor = 9%

Warmterecuperatie van de oliekoeler = 72%

Warmterecuperatie van de nakoeler = 13%

Onder ideale omstandigheden kan 94% van de energie gerecupereerd worden.

Warmterecuperatie op perslucht

54

Warmterecuperatie op perslucht

één bedrijf al meer dan 10 jaar een warmterecuperatie op watergekoelde olievrije schroefcompressor van Atlas Copco. geen apart gesloten circuit maar rechtstreeks

gevoed met koelwater van 10° positief uitgevallen omdat bijkomende kosten

waterbehandeling meevielen; het bekomen warm water van ongeveer 90° wordt

gebruikt als ketelvoedingswater

55

Afvalverwerking & luchtzuivering

Zuivering van afgassen uit proces (vb. spanramen):terugvoer naar ketel als verbrandingslucht---> recuperatie van warmte en verbrandingswaarde---> vermindering van absolute uitstoot van KWS, CO, CO2, NOX

56

SpanraamStof

Warmte-wisselaar

Verontreinigde lucht70ºC

140ºC40 m360ºC

Verwerkingswater-container

Verwerkingswater

Verontreinigdelucht

60ºC

220ºC

Warmte-wisselaar

Ketel 4t/uvoll. belast.

Stoom

4.000 Nm3/uVerontr. lucht

Propaan

Voorbeeld warmtekrachtkoppeling

3 gasmotoren (2 x 1000 kWel + 780 kWel) Jenbacher 2 x 20 cyl + 1 x 16 cyl in V met turbo-

intercooler Rookgassen (520° – 160°) door 3-gangen

recuperatieketel op bestaande stoomnet (1,6 bar) Koelwater :

Cilinderwanden + 1ste trap intercooler : 90° - 60° (50 m³/uur)

2de trap intercooler + turbo : 45° - 40° (12 m³/uur)

Voorbeeld warmtekrachtkoppeling

Verbruik van de warmte Stoom (continu 2,7 ton/uur) op het interne stoomnet

van 1,6 bar Warm water 90° :

Verwarming van buitenlucht voor drogers Verwarming van rivierwater voor wasproces Centrale verwarming burelen + werkplaatsen

Warm water 45° : Verwarming van rivierwater voor bevochtiging lucht

viscosespinnerij

Voorbeeld warmtekrachtkoppeling

Ander voorbeeld: bij loonveredelaar WKK maar geen warmterecuperatie op afvalwater !

Problemen met warmtewisselaars

Vervuiling in warmtewisselaars in de geïndustrialiseerde landen kost ca. 0.25% van hun BNP aan “extra” energiekosten. Voor Nederland met een BNP van € 490 miljard betekent dit een kostenpost van € 1 miljard op jaarbasis.

Door vervuiling vermindert warmteoverdracht en verhoogt drukval over warmtewisselaar !

Kloppen debieten – temperaturen na verloop van tijd met ontwerpgegevens?

Variabele kosten net zo belangrijk zijn als de initiële

kosten.

Nog vragen ?

Suggesties altijd welkom bij frank.vanovermeire@centexbel.be of fvo@centexbel.be

Volgende sessie: DONDERDAG 16 FEBRUARI DROGEN van textielmaterialen (en andere

thermische behandelingen)