Gestructureerd overzicht van ... · De stoom kan op de gewenste plaats worden afgeleverd en de...

Julianastraat 7 P.O. Box 151 6850 AD Huissen The Netherlands t +31(0)26 325 63 23 f +31(0)26 325 80 65 e [email protected] i www.eei.nl H.R. Arnhem 090-83146 Btw nr NL-8030 60 191 B 01 Bank Huissen 12 40 14 305

Gestructureerd overzicht van

energiebesparingsmogelijkheden

in

stoom- en condensaatinstallatie

Oktober 2011

0744 BPVNCI

Energy Experts International Stoom- en condensaatinstallatie

2

INHOUDSOPGAVE PAGINA INLEIDING EN AFBAKENING 3 1. STOOM- EN CONDENSAATINSTALLATIE 5 1.1 Werkingsprincipe 5 1.2 Bedrijfsvoering: hoe om te gaan met een stoominstallatie 6 2. ENERGIEBESPARINGSMOGELIJKHEDEN 8 2.1 Stoomketel 9 2.2 Brander 11 2.3 Brandstof en verbrandingslucht 12 2.4 Stoom- en condensaatleidingsysteem 13 2.5 Condenspot 15 2.6 Reduceertoestel 16 2.7 Condensaat 16 2.8 Spuien 18 2.9 Waterbehandeling (ontharden en ontgassen) 20 2.10 Ketelvoedingwaterpomp 21 2.11 Ontgasser 21 2.12 Stoomverbruikers 21 3. OVERZICHTSTABEL MET ENERGIEBESPARENDE MAATREGELEN 23 BlJLAGEN: I Omrekeningsfactoren en formules 25 II Rendementen 26 III Stoomtabel 27 IV Wet- en regelgeving 28 V Literatuur, tools en bronvermelding 29


3

INLEIDING EN AFBAKENING Een stoom- en condensaatinstallatie verdient uw aandacht als het gaat over kosten en energie. De verdeling van de totale kosten van een dergelijke situatie ziet er globaal als volgt uit:

• Energiekosten (gas en elektriciteit (0,5%)) 80% • Kapitaal-, onderhoud- en personeelskosten 15% • Water, -behandeling en chemicaliën 5%

In een stoomketel wordt door het verbranden van een brandstof water verdampt. De gevormde stoom heeft een temperatuur boven de 100 °C. Door de druk van de gevormde stoom te verhogen wordt een hogere temperatuur bereikt. Bij verzadigde stoom is er een vast verband tussen de stoomdruk en de stoomtemperatuur. De stoom kan op de gewenste plaats worden afgeleverd en de warmte er uit gebruikt. Het door de warmteafgifte gevormde condensaat wordt meestal naar het ketelhuis geretourneerd om vervolgens weer in stoom te worden omgezet. De warmte inhoud van het condensaat is ca. 20% van die van de stoom waaruit het wordt verkregen. Dit overzicht over de stoom- en condensaatinstallatie is bedoeld voor bedrijven die beschikken over een stoominstallatie en willen weten welke concrete energiebesparingsmogelijkheden er zijn voor deze installatie. Dit overzicht is met name van toepassing op stoominstallaties tot een druk van ca. 20 bar, die verzadigde stoom produceren zonder elektriciteitsopwekking. Stoomgeneratoren blijven buiten beschouwing. Met behulp van het schema op de volgende bladzijde is het mogelijk direct naar de informatie te navigeren die u nodig heeft. In hoofdstuk 1 vindt u uitleg over de stoominstallatie en hoe u hier op een bedrijfsmatige manier mee kunt omgaan. In hoofdstuk 2 is per onderdeel van de stoom- en condensaatinstallatie aangegeven wat de functie is, wat besparingsopties zijn en wat de terugverdientijden zijn. In het laatste hoofdstuk kunt u alle besparende maatregelen terugvinden in een overzichtschema, dat u zelf kunt invullen en nalopen. Wanneer u denkt aan vervanging of renovatie van uw installatie, denkt u dan aan alternatieve, meer duurzame technieken, zoals biogas. Stel u zelf ook de vraag of u daadwerkelijk stoom nodig heeft. Daarnaast is bij renovatie of vervanging het ontwerp van de installatie belangrijk, zoals onder andere:

• Capaciteitsbepaling van de stoomketel; • Dimensionering van stoom- en condensaatleidingen; • Bepalen van de benodigde stoomtemperatuur en/of druk.

In deze rapportage zijn de maatregelen verwerkt die genoemd worden in de BREF*) voor Energie Efficiency5) en de maatregelenlijst van Agentschap NL, zoals die is gebruikt voor de Energie Efficiency Plannen van 2009. *) BREF is een Europees referentiedocument, waarin de Best Beschikbare Technieken worden beschreven


4

nee

ja

nee

nee

nee

ja

ja

ja

ja

ja

nee

nee

Schema: Keuzediagram als leeswijzer.

Heeft u een stoominstallatie? (op gas)

Deze rapportage is niet van toepassing. Bepaal eerst of u een stoominstallatie nodig heeft.

Wilt u de installatie optimaliseren of een indicatie van de mogelijkheden?

Wilt u restwarmte uit de stoominstallatie gebruiken voor andere processen?

Overweegt u een vervanging of renovatie van de stoominstallatie?

Ga naar hoofdstuk 2: “Componenten en besparingsmogelijkheden”

Neem contact op met Agentschap NL of uw energie consultant.

Wellicht zijn er energiezuinigere alternatieven voor uw bedrijf.

Wilt u energiebesparende mogelijkheden checken?

Ga naar hoofdstuk 3: “Tabel met energiebesparende maatregelen”

Wilt u bij uw dagelijkse bedrijfsvoering Good House Keeping maatregelen meenemen?

Ga naar paragraaf 1.2: “Bedrijfsvoering”

Neem contact op met Agentschap NL

Start


5

1. STOOM- EN CONDENSAATINSTALLATIE In dit hoofdstuk wordt een beknopte toelichting gegeven op de werking van de installatie. Vervolgens wordt aandacht besteed aan die elementen die van belang zijn voor de dagelijkse bedrijfsvoering. Dit document is geschreven met het oogmerk energie te besparen; er zal dan ook vanuit deze invalshoek naar de stoom- en condensaatinstallatie gekeken worden. Voor uitgebreidere beschrijving wordt verwezen naar de literatuur (bijlage V). 1.1 Werkingsprincipe In een stoominstallatie wordt water verdampt dat onder druk wordt getransporteerd naar processen of gebruikers. Aangezien het een systeem onder druk betreft, gelden hiervoor speciale veiligheidsregels (zie bijlage IV voor de weten regelgeving omtrent stoominstallaties). Nadat stoom warmte heeft overgedragen, ontstaat condensaat dat veelal wordt geretourneerd naar de ketel. Tijdens dat kringproces gaan stoom en condensaat verloren. Dit verlies wordt aangevuld; het zogenaamde suppletiewater. Er zijn ook processen waarbij open stoom wordt gebruikt. In die situaties verdwijnt het gevormde condensaat in het proces. In hoofdstuk 2 is een principeschema van een stoom- en condensaatinstallatie met de meest voorkomende componenten weergegeven. De belangrijkste redenen om stoom te gebruiken voor processen zijn:

• Bij warmte afgifte blijft de temperatuur van de stoom en het gevormde condensaat gelijk; • Vervoer van warmte zonder gebruik te maken van een krachtbron (pomp); • Hoge warmte-inhoud; • Hoge temperatuur.

In onderstaande figuur is de hoge- warmte inhoud en de temperatuur gevisualiseerd.

Water 100°C

417 kJ/kg

Stoom 100°C, 1 bar : 2.675 kJ/kg

Water 417 kJ/kg

Verdampingswarmte

2.258 kJ/kg

Stoom 180°C, 10 bar : 2.776 kJ/kg

Water 763 kJ/kg

Verdampingswarmte

2.013 kJ/kg


6

1.2 Bedrijfsvoering: hoe om te gaan met een stoominstallatie Het bedrijf beschikt over een stoom- en condensaatinstallatie. Onderstaand overzicht geeft de onderwerpen aan die aandacht behoeven voor een energiezuinige bedrijfsvoering.

• Monitoring: neem dagelijks onderstaande meterstanden op en controleer verbruiken en aangegeven meterwaarden

door eenvoudige kengetallen te maken, die min of meer constant moeten blijven; zoals m3 gas/m3 suppletiewater; verschil

tussen rookgas- en stoomtemperatuur. o Gasverbruik ketel: controleer of de meter gecorrigeerd is voor temperatuur en druk en relateer het verbruik aan

het suppletiewater gebruik en de bedrijfsuren van de stoomketel. o Suppletiewater gebruik: controleer welke waterstroom wordt gemeten (voor of na de ontharder) en relateer dit

aan het gasverbruik. Ga na waarom het gebruik van suppletiewater toe- of afneemt. o Bedrijfsuren brander: controleer of dit het totale aantal branderuren zijn dat een ketel in bedrijf is, dus inclusief

de deellasturen. Relateer het aantal branderuren aan gasverbruik en watergebruik. o Rookgastemperatuur: de rookgastemperatuur ligt maximaal 20 tot 30°C boven de stoomtemperatuur. Een

hogere temperatuur duidt op een slechte warmte-overdracht in de ketel dat bijvoorbeeld veroorzaakt kan zijn door

ketelsteen. (Let op: ketelsteenafzetting zorgt voor een hogere materiaaltemperatuur en kan schade opleveren aan

de installatie.

o Druk van de stoom: Controleer zeer regelmatig (dagelijks) de druk van de stoom en verklaar de afwijkingen.

• Nacht/weekendverlaging en stilstandsverliezen o Stand-by verliezen: Controleer of een tweede ketel continu in warm stand-by stand staat, maar ook

uitgeschakeld kan worden. De stand-by verliezen (straling en convectie) bedragen 1-2% van het opgestelde

ketelvermogen. Voor een 4 ton/h stoomketel, die het hele jaar stand-by staat, betekent dit een warmteverlies dat

overeenkomt met 45.000 m3 aardgas.

o Nacht/weekendverlaging: Als de stoomketel na werktijd, in nacht en weekend niet uitgeschakeld kan worden,

is het veelal wel mogelijk de druk te verlagen. Door het verlagen van de stoomdruk nemen de ketel- en

leidingverliezen af. Let op bij uitschakeling dat de ontgasser stoom nodig heeft om zuurstofcorrosie (in met name

de economizer) te voorkomen. Geen stoom op de ontgasser betekent extra aandacht voor zuurstof intreding.

• Onderhoud en controle o Isolatie: Controleer/inspecteer tenminste twee keer per jaar de isolatie van leidingen en appendages en zorg dat

deze ook weer wordt aangebracht als er werkzaamheden zijn uitgevoerd aan het leidingsysteem. o Controle condenspotten: vraag uw leverancier hoe u deze controle het beste kunt uitvoeren. Er zijn

automatisch werkende controle units die stoom doorlatende condenspotten registreren. o Branderafstelling: het schoorsteenverlies wordt geminimaliseerd door een juiste brandstof/lucht verhouding,

waarbij de luchtovermaat zo gering mogelijk moet zijn. De brander afstelling kan langzaam verlopen, waardoor het

rendement achteruit gaat. Laat tenminste jaarlijks een meetrapport opstellen, de brander afstellen en bespreek de

resultaten. Branderafstelling kan plaatsvinden op basis van het gemeten zuurstof (O2) gehalte in de rookgassen. In

vollast max. 2%, bij 66% belasting max. 3,5% en bij 33% belasting max.4,5% O2.


7

o Controle waterkwaliteit: Controleer dagelijks de geleidbaarheid van het ketel water en stel daarop de

spuihoeveelheid af. Controleer ook dagelijks de alkaliteit van het ketelwater. Bepaal de verhouding tussen de

hoeveelheid suppletiewater en het ketel voedingwater door van beide de geleidbaarheid of het chloride gehalte te

bepalen en bereken hieruit de hoeveelheid retourcondensaat. Controleer of de temperatuur en de druk in de

ontgasser met elkaar overeen stemmen (1,2 bar 105ºC). Indien dit niet het geval is, controleer dan de gasafvoer op

verstopping en of er onvoldoende stoom wordt gespuid. In de ontgasser worden namelijk gassen (zuurstof,

koolzuur) met wat stoom naar de omgeving afgeblazen. Laat eens per 3 maanden het zuurstof gehalte in het ketel

voedingwater bepalen (max. 0,02 mg O2/l volgens EN 12952).

o Stoompluimen: stoompluimen zijn niet altijd te voorkomen en doen zich meestal voor op plaatsen waar het

condensaat zich ontspant. Desondanks is het belangrijk te controleren of stoompluimen ook groter worden in de

loop der tijd. Dit kan duiden op bijvoorbeeld lekkende (stoom doorlatende) condenspotten of een open staande

bypass. o Stoomlekkages: controleer het gehele systeem regelmatig op stoomlekkages en zorg dat deze zo spoedig

mogelijk worden verholpen. Naast warmteverlies treedt ook waterverlies op dat weer via de

waterbehandelingsinstallatie gesuppleerd moet worden. Tussen de 5-20% wordt vervolgens weer gespuid.

Stoompluimen duiden op verlies van energie en moeten dus voorkomen worden; behalve bij de ontgasser.

Voorbeeld:

Door een opening van 2 mm. gaat bij een stoomdruk van 10 bar op jaarbasis voor ca. 11.500 m3 aardgas

equivalent aan warmte verloren en 110 m3 water. Zelfs bij een druk van 5 bar bedraagt dit nog 7.500 m3

aardgas eq. en 70 m3 water.

• Drukverlaging: Overeenkomstig hetgeen is vermeld over nacht/weekendverlaging, geldt dit ook voor drukverlaging.

Zorg dat de stoomdruk niet hoger is dan beslist noodzakelijk om de meest kritische verbruiker goed te laten functioneren.

Het verdient aanbeveling dit wel met uw installateur te overleggen.

NB: Drukverlaging in de ketel beneden de ontwerp waarde van de ketel kan opkoken (meevoeren van ketelwater met de

stoom) tot gevolg hebben. Er kunnen bij drukverlaging transport problemen ontstaan.

• Opleiding: Om redenen van onder andere ARBO, veiligheid en EnergieManagement, dient er binnen het bedrijf en de

direct betrokkenen voldoende kennis te zijn van stoominstallaties. De kennis van zowel weten regelgeving als de

technische installaties, kan opgedaan worden via cursussen (Bureau Veritas, ROC, Phoe), leveranciers en zelfstudie

(literatuur [zie bijlage V] en internet). Om het niveau te toetsen zou de maatregelenlijst in hoofdstuk 3 gebruikt kunnen

worden. Verdieping moet plaatsvinden op die punten die dan niet duidelijk zijn.

• Wet- en regelgeving: Controleer de beschikking in het kader van de Wet Milieubeheer op voorschriften aangaande

de stoominstallatie. Controleer de ketel en overige druklichamen als ze onder de warenwet besluit drukapparatuur vallen

(zie “Praktijkregels voor drukapparatuur”).


8

2. ENERGIEBESPARINGSMOGELIJKHEDEN PER ONDERDEEL Een stoominstallatie bestaat uit een aantal onderdelen. Voor ieder onderdeel van de installatie is een aantal energiebesparende mogelijkheden toepasbaar. In onderstaand schematisch overzicht wordt aangegeven uit welke onderdelen een stoominstallatie kan bestaan en op welke plaats deze zich in het systeem bevinden. Vervolgens wordt per onderdeel aangegeven wat de energiebesparingsopties zijn. Er wordt naar de desbetreffende paragraaf verwezen. NB.: Onderstaand schema is sterk vereenvoudigd en geen praktijk situatie. Het beoogt een overzicht te geven van de diverse onderdelen waaruit een stoominstallatie kan bestaan, de plaats en om te verwijzen naar de desbetreffende paragraaf.

Stoomketel

Brander

Verbruiker accommodatie

Verbruiker accommodatie

Verbruikerproductie

Verbruiker ProductieStoom in product

Eco-nomizer

(Eco)

RookgasCondensor

§2.1 TSATegen Stroom

Apparaat

Rookgas

Stoomleiding op afschot

Reduceer §2.6

Condenspot

Condensaat naar RioolCondensaatleiding

Voeding-waterTank

Verbrandings lucht

Aardgas

Waterbehandeling

Suppletiewater

WTW enontspanningsvat

Ontluchter

Ontgasser105°C

Ontspanningsstoom

Regeneratiewater

§2.9

§2.3

§2.1

§2.8Spuiwater

§2.1

§2.4

§2.5

§2.7

§2.11

§2.2§2.10

Condens

afvoerOnt-

spanningsvat

§2.7

§2.12 §2.12 §2.12 §2.12

Schema: Stoom- en condensaatinstallatie


9

2.1 Stoomketel Functie: Het produceren van stoom. Tot drukken van 20-25 bar en voor verzadigde stoom, waarvoor deze rapportage van toepassing is, worden meestal de zogenaamde vuurgangvlampijpketels*) (ook wel cilindrische ketels genoemd) toegepast. De verbrandingsgassen gaan door pijpen (vlampijpen), die omgeven worden door het ketelwater. Het aantal series vlampijpen bepaalt of er sprake is van ééntreks-, tweetreks of drietreks ketels. (het aantal “trekken” geeft het aantal stromingsrichtingen in de ketel aan). *) Er zijn globaal twee uitvoeringsvormen van stoomketels te onderscheiden: vlampijpketels en waterpijpketels. Bij de eerste gaan de rookgassen door de vlampijpen, die omgeven zijn door het ketelwater; bij de waterpijpketel gaat het ketelwater door de pijpen. We onderscheiden waterpijpketels met geforceerde natuurlijke circulatie. De cilindrische ketels hebben veelal een grotere waterinhoud dan waterpijpketels en werken bij een lagere druk.

1. Maatregel: Beperken van het stilstandsverlies. Het warmteverlies (straling en convectie) bij de ketel, bedraagt 1-2% van het opgestelde ketelvermogen, gedurende de tijd dat de ketel in bedrijf is, zowel in vollast als in deellast, maar ook in de stand-by situatie. Besparing: Voor een ketel van 4 ton/h (3 MW), die het hele jaar stand-by staat, betekent dit een warmteverlies dat overeenkomt met 45.000 Nm3 aardgas. Dit kan worden bespaard door de ketel “uit” te zetten. 2. Maatregel: Controle rookgastemperatuur. De rookgastemperatuur wordt in eerste instantie bepaald door het ketel ontwerp. Bij een goed ontworpen ketel ligt de rookgastemperatuur, gemeten direct achter de ketel, maximaal 30°C boven de verzadigingstemperatuur van de stoom. Een in de tijd optredende wijziging hierin kan duiden op water- ( ketelsteenafzetting) of rookgaszijdige vervuiling. De warmte overdracht loopt terug. Dit kost enerzijds extra energie en kan anderzijds schade aan de ketel veroorzaken. Controleer de samenstelling van het suppletie water en het retour condensaat op hardheid en neem contact op met de ketelleverancier voor inspectie en reiniging. Besparing: Op basis van de rookgastemperatuur kan gesteld worden dat een verlaging van 20°C een rendementsverbetering van 1% oplevert. Voorbeeld: Een stoomketel produceert verzadigde stoom met een temperatuur van 180°C. De rookgastemperatuur wordt wekelijks bijgehouden.

Hieruit blijkt dat deze in het laatste half jaar is gestegen van 210 naar 225°C. Eerst dient te worden onderzocht hoe de vervuiling van de

ketel is ontstaan en in de toekomst voorkomen kan worden. Na inspectie wordt de ketel gereinigd en daalt de rookgastemperatuur tot

de oorspronkelijke waarde, waardoor op het jaarlijks gasverbruik van 1.000.000 Nm3 ruim 6.800 Nm3 wordt bespaard. Daarnaast wordt

onderzocht hoe de vervuiling van de ketel is ontstaan en in de toekomst voorkomen kan worden.

3. Maatregel: Economizer (Eco) Een economizer is een warmtewisselaar in het rookgasafvoerkanaal, die de rookgassen afkoelt en met deze warmte het ketelvoedingwater (na de ontgasser) voorwarmt. De rookgassen koelen af tot zo’n 25°C boven de inlaattemperatuur van het voedingwater van ca. 105°C. Voor een optimale benutting van de Eco, moet de ketel voorzien zijn of worden van een modulerende niveau regeling.


10

Achter de Eco kan in de rookgasstroom nog een rookgascondensor(RGC) worden geplaatst. Continue doorstroming van de Eco is vereist. Besparing: Een Eco bespaart gemiddeld ca. 5% op het gasverbruik. (iedere 20°C verlaging van de rookgastemperatuur verhoogt het stookrendement met 1%). Bij een installatie met een jaarlijks gasverbruik meer dan 1,5 miljoen Nm3, bedraagt de terugverdientijd minder dan 5 jaar. 4. Maatregel: Rookgascondensor (RGC) Rookgassen bestaan voor het grootste gedeelte uit stikstof (N2) uit de verbrandingslucht. Kooldioxide (CO2) door verbranding van de koolstof (C) uit de brandstof en waterdamp(H2O) door de verbranding van waterstof (H) uit de brandstof. In de rookgascondensor worden zowel de voelbare als de latente warmte uit de rookgassen uitgewisseld tegen het koude suppletiewater. De rookgassen worden afgekoeld tot onder het dauwpunt van ca. 58 ºC. De waterdamp uit de rookgassen condenseert en geeft condensatiewarmte af aan het suppletiewater. Als de ketel van een economizer is voorzien, wordt een rookgascondensor in principe ná de economizer geplaatst. Vanwege de hoge zuurgraad van het van het gevormde condensaat (lage pH-waarde), moet de warmtewisselaar en het afvoersysteem hiervoor geschikt zijn (Aluminium of RVS in plaats van staal). Constructief gezien wordt een rookgascondensor, om terug stromen van het zure condensaat naar de economizer te voorkomen, niet in lijn met een economizer geplaatst. Een RGC kan ook worden geplaatst als er geen economizer aanwezig is. Besparing: de jaarlijkse besparing door het laten condenseren van de waterdamp uit de rookgassen, bedraagt 8-10% op het jaarlijks gasverbruik. Een voorwaarde is dat er voldoende koud water beschikbaar is en dat er behoefte is aan water met een temperatuur <95ºC (suppletie- of proceswater) en een jaarlijks gasverbruik van meer dan 300.000 Nm3. De investering voor een 5 tons ketel ligt in de orde van € 30.000,=. 5. Maatregel: Plaatsen van retarders. Een maatregel die niet meer zoveel wordt toegepast is het plaatsen van zogenaamde retarders In de vlampijpen. Deze retarders zorgen voor een betere werveling van de rookgassen en verbeteren de warmteoverdracht. Dit resulteert in een lager schoorsteenverlies en is te controleren door het meten van de rookgastemperatuur, die lager moet zijn. Let op dat door de weerstandstoename de luchtovermaat kan wijzigen. Controle van de branderafstelling is vereist. Deze maatregel is met name interessant als een economizer niet rendabel is en de rookgastemperatuur meer dan 25°C boven de stoomtemperatuur ligt. Besparing: De besparing bedraagt 1 à 2 % op het gasverbruik.


11

2.2 Brander Functie: De elektrisch gedreven ventilatorbrander zorgt er voor dat brandstof en verbrandingslucht in de juiste verhouding met elkaar worden gemengd. De optimale brandstof/lucht verhouding kan zowel mechanisch, regeltechnisch als door sturing op basis van het zuurstof gehalte in de rookgassen worden geregeld. 1. Maatregel: Dry-low NOx brander.(geen energiebesparende maatregel)

Uit milieuoverwegingen moet de NOx-uitstoot beperkt blijven (zie bijlage IV). Hiervoor staan diverse technieken ter beschikking.

• Externe en interne rookgas recirculatie; • Getrapte verbranding, waarbij of de verbrandingslucht of het gas getrapt wordt toegevoerd.

Getrapte verbranding in een zogenaamde low NOx brander heeft energetisch de voorkeur boven het systeem van rookgasrecirculatie om het NOx-gehalte te reduceren (deze laatste verlagen het rendement van de installatie). Een dry-low NOx brander beschikt over een voormengingskamer van lucht en brandstof; het mengsel wordt zo “arm” mogelijk ontstoken, met een lage verbrandingstemperatuur tot gevolg, waardoor de vorming van NOx wordt beperkt. Bij de tweede trap van de verbranding wordt net zoveel lucht gesuppleerd dat de volledige verbranding kan plaats vinden. 2. Maatregel: Modulerende brander. De meeste ketelinstallaties zullen reeds van een modulerende brander zijn voorzien. Een modulerende brander kan omlaag geregeld worden als de warmtevraag afneemt. Een brander op basis van aan/uit regeling geeft meer verliezen vanwege het noodzakelijke,5-voudige ventileren van het rookgaszijdig volume van de ketel met lucht voor een herstart en geeft eerder kans op schade aan de ketel door de koude lucht door een warme ketel. Besparing: is afhankelijk van het aantal starts/stops. In ieder geval uitvoeren bij brander vervanging. Bekijk bij aanschaf naar een toerengeregelde verbrandingsventilator. 3. Maatregel: Controle en afstelling brander. Het schoorsteenverlies wordt geminimaliseerd door een juiste brandstof/lucht verhouding, waarbij de luchtovermaat zo gering mogelijk is. Laat tenminste jaarlijks een meetrapport opstellen en bespreek de resultaten. Branderafstelling kan plaatsvinden op basis van het gemeten zuurstof (O2) gehalte in de rookgassen. In vollast max. 2%, bij 66% belasting max. 3,5% en bij 33% belasting max.4,5% O2. Laat een service monteur jaarlijks de brander afstellen en een meetrapport opmaken. Controleer dit meetrapport op rookgastemperatuur en percentage zuurstof in de rookgassen. Voor een goede brander afstelling moet de ketel niet alleen in 100% last bemeten worden, maar ook in deellast van 25, 50 en 75 %. Plan een afspraak met de stoom gebruikers dat de stoom afname tijdens de controle meting kan worden terug genomen. Bij afnamen boven het gemiddelde gebruik, kan stoom worden afgeblazen. Laat extra aandacht besteden aan de brander afstelling rond de gemiddelde ketelbelasting. Besparing: het terugbrengen van het zuurstofpercentage in de rookgassen van bijvoorbeeld 8 naar 3%, levert een verlaging van het schoorsteenverlies van 2,7 %


12

2.3 Brandstof en verbrandingslucht

Functie: De meest gebruikte brandstof waarop de stoominstallatie draait, is aardgas. Om een volledige verbranding te verkrijgen (geen CO), is er in de praktijk iets meer verbrandingslucht benodigd. Beperk de luchtovermaat; dit gaat ten koste van het rendement. Voor de verbranding van 1 Nm3 gas is 8,5 m3 verbrandingslucht benodigd. Deze verbranding levert rookgassen met daarin 1,4 kg waterdamp en 1,7 kg CO2. Door meting van het zuurstofgehalte in de rookgassen kan de luchtovermaat bepaald worden en de brander afgesteld. Standaardwaarden voor het zuurstofpercentage in de rookgassen zijn:

• 100% belasting max. 2% O2 • 66% 2 tot 3,5% • 33% max. 4,5% O2

Voor elk percentage dat de O2 te hoog is, daalt het rendement met 0,5%. 1. Maatregel: Luchtvoorwarmer (Luvo) Het voorwarmen van de verbrandingslucht met warmte uit de rookgassen. Dit kan door het plaatsen van gescheiden warmtewisselaars in zowel de schoorsteen als in de verbrandingsluchttoevoer, waarbij beide warmtewisselaars via een circulerend medium (water/glycol) met elkaar worden verbonden. Ook kan een kruisstroomwisselaar geplaatst worden, waarbij verbrandingsluchttoevoer en rookgasafvoerkanaal bij elkaar worden gebracht. Dergelijk installaties worden alleen bij de grotere stoomketelinstallaties toegepast. Een nadeel van het verhogen van de verbrandingsluchttemperatuur is een verhoging van de vuurhaardtemperatuur en daardoor een verhoging van de NOx vorming. Tevens dient de brander geschikt te zijn voor de hogere verbrandingslucht temperaturen Besparing: Als vuistregel voor de energiebesparing geldt dat voor elke 20°C waarmee de verbrandingslucht wordt voorverwarmd, het stookrendement met ca. 1% verbetert. 2. Maatregel: Voorwarmen verbrandingslucht Veelal wordt de verbrandingslucht door de ventilatieroosters van buiten aangezogen. De temperatuur van de verbrandingslucht kan verhoogd worden door deze lucht boven uit het ketelhuis aan te zuigen.. Deze maatregel komt qua strekking overeen met het plaatsen van een LUVO. Het isoleren van leidingen en appendages dient echter eerst te geschieden. Daarna kan gecontroleerd worden of het temperatuurverschil tussen vloer en plafond in het ketelhuis nog voldoende is voor deze maatregel. Van het gemeten temperatuurverschil tussen top en werkvloer van het ketelhuis blijft ca. 1/3 over als het systeem operationeel is. Ook de warmte van een in het ketelhuis opgestelde persluchtcompressor kan hiervoor worden gebruikt. N.B.: Bij ongecontroleerd voorwarmen van de verbrandingslucht dient een automatische temperatuur correctie op de brandstof lucht verhouding te worden aangebracht

Besparing: Per 10°C temperatuurstijging van de verbrandingslucht, neemt het stookrendement met ca. 0,5% toe.


13

Voorbeeld: Een stoomketel verbruikt op jaarbasis 1.000.000 Nm3 aardgas. De temperatuur van de verbrandinglucht komt overeen met die van de

buitenlucht (gemiddeld 7°C). Via een koker wordt lucht met een temperatuur van 30°C boven uit het ketelhuis aangezogen. De

jaarlijkse gasbesparing bedraagt volgens de vuistregel 11.500 Nm3 aardgas.

3. Maatregel: Automatische lekdichtheidstest Bij het aanwezig zijn van een automatische lekdichtheidstest behoeft tijdens een regelstop alleen de lucht “open” weer dicht te worden gestuurd om de werking te testen en daarna kan de brander direct starten. Deze maatregel is ook van toepassing als de stoomketel is voorzien van een brander met een aan/uit regeling. Besparing: De besparing is afhankelijk van het aantal starts/stops van de installatie. Als vuistregel kan gesteld worden dat een automatische dichtheidstest interessant wordt als een ketel meer dan 5 regelstops per etmaal maakt. Alvorens deze maatregel uit te voeren dient ook de optie van een modulerende brander in overweging te worden genomen. 4. Maatregel: Automatische zuurstofregeling.(luchtovermaat) Het rendement van de stoominstallatie wordt mede bepaald door de brandstof/lucht verhouding. In plaats van een mechanische of een regeltechnische regeling, kan deze ook automatisch aangepast worden op basis van een continue zuurstof meting in de rookgassen. Met deze regeling wordt bij alle belastingen van de ketel steeds de optimale brandstof/lucht verhouding toegepast. Deze maatregel is beslist van belang als de calorische waarde van de brandstof kan variëren door bijvoorbeeld het bijstoken van biogas. Besparing: de besparing bedraagt 1 à 2% op de benodigde brandstof. 2.4 Stoom- en condensaatleidingsysteem Functie: Leidingsystemen zijn genormaliseerd voor de toegestane druk (PN) en voor wat betreft de maatvoering (aangegeven met DN). PN 25 betekent een toelaatbare druk van 25 bar bij 20°C. Tot 10 bar 183°C wordt voor stoom en condensaatleidingsystemen naadloze stalen pijp St00 toegepast. Het stoom- en condensaatleidingnet zorgt voor transport van stoom respectievelijk condensaat. Het stoomleidingnet moet op afschot (0,5 tot 1 cm. per meter) zijn gemonteerd in de stromingsrichting van de gebruiker. Ontwateringspunten moeten op een afstand van ca. 75 meter zijn aangebracht en vóór een opgaand leiding stuk. Aan het eind van de leiding moet een ontluchting met een ontwateringcondenspot zijn opgenomen. De stoomleidingen moeten zodanig gedimensioneerd worden dat een snelheid van 20 tot 25 m/s niet wordt overschreden. Voor condensaat leidingen geldt een maximum van 10 m/s waarbij in de berekening van de leiding gerekend moet worden met het volume van de ontstane ontspanningsstoom. Een condensaatleiding is geen waterleiding. Als vuistregel wordt wel eens gehanteerd dat condensaatleidingen dezelfde diameter moeten hebben als de stoomleidingen. (liefst nog groter). Bereken de diameter op de hoeveelheid flashstoom. 1. Maatregel: Verhelpen lekkages In alle onderdelen van het stoomsysteem kunnen verliezen optreden door weglekkende stoom ten gevolge van lekke flenzen, gebrekkige verbindingen of lekkende afsluiters. Naast warmte gaat ook water verloren. Besparing: Door een opening van 2 mm. gaat bij een stoomdruk van 10 bar op jaarbasis voor


14

ca. 11.500 Nm3 aardgas aan warmte verloren en 110 m3 water. Zelfs bij een druk van 5 bar bedraagt dit nog 7.500 Nm3 aardgas eq. en 70 m3 water. 2. Maatregel: Controle isolatie; isolatiescan Controleer maandelijks en na een bedrijfsstop de isolatie van alle warme delen: is de isolatie beschadigd, zitten er scheuren in, ontbreekt isolatie, zijn er hot spots waarbij de beplating contact maakt met de leiding of afsluiter of is er inwaterings gevaar. Her isolatie van een te dunne isolatielaag kan worden overwogen, maar heeft over het algemeen een lange terugverdientijd. Het regelmatig (laten) uitvoeren van een isolatiescan levert veel besparings -mogelijkheden. Zie voor meer informatie: Best Practice Isolatie: http://www.agentschapnl.nl/content/brochure-isolatie-de-industrie-en-utiliteitsbouw-mja Het verdient aanbeveling om na alle onderhoudswerkzaamheden te controleren of isolatie van bijvoorbeeld afsluiters weer zorgvuldig is aangebracht. Besparing: Door 1 m2 vochtige isolatie gaat net zoveel warmte verloren als door 100 m2 droge isolatie. Voor een indicatie van de besparingsmogelijkheden zie onderstaande maatregel met voorbeelden. 3. Maatregel: isoleren Naast warmte verlies door het ontbreken van isolatie, levert het isoleren van de stoomketel, ontgasser, leidingen, afsluiters en appendages ook een belangrijke bijdrage aan de persoonlijke bescherming van de bedienend personeel. Ook afsluiters en appendages moeten daarom geïsoleerd worden. De huidige isolatieschalen zijn eenvoudig en snel te monteren en demonteren, zodat onderhoud en inspectie eenvoudig kan blijven plaatsvinden. Naast isolatieschalen zijn er voor afsluiters e.d. isolatie matrassen met schoenveter sluiting. De Stichting Commissie Isolatie Nederlandse Industrie8) (CINI) heeft het handboek isolatie voor de industrie samengesteld. Het is geen norm, maar hiernaar kan wel verwezen worden bij een opdracht tot isolatie. In de praktijk blijkt controle op de isolatie werkzaamheden noodzakelijk. Besparing: Isolatie is financieel bijzonder interessant vanwege de terugverdientijden die doorgaans minder dan 1 jaar bedragen. Jaarlijkse besparing: 2-5%. Voorbeeld: Door een ongeïsoleerde DN 150 stoomafsluiter op een 10 bar ketel, gaat jaarlijks voor meer dan 3.250 Nm3 aardgasequivalent aan

warmte verloren (ca. € 800,= bij een gasprijs van € 0,25) Isolatie ervan kost ca. € 200,=.

Het warmteverlies door een ongeïsoleerde 4 bar stoomleiding van 100 mm. komt overeen met 850 W/m. 25 mm isolatie doet het

warmteverlies afnemen tot 90 W/m, terwijl 50 mm isolatie het warmteverlies verder doet afnemen tot 56 W per meter leiding.

Op jaarbasis betekent dit bij een rendement van 75% een warmteverlies, uitgedrukt in m3 aardgasequivalent van 1133, respectievelijk

120 en 75 Nm3 gas. Deze 25 mm extra isolatie bespaart op jaarbasis 45 Nm3 aardgas per meter.


15

2.5 Condenspot Functie: De functie van een condenspot is het doorlaten van condensaat en lucht en het tegenhouden van stoom. Een condenspot wordt geplaatst in de condensaat afvoer van de stoomverbruiker en als ontwatering op de laagste punten in de stoomleiding. De condenspot moet er voor zorgen dat in de warmtewisselaar of door condensatie in de stoomleiding gevormd condensaat, samen met lucht wordt afgevoerd zonder dat verse stoom mee ontsnapt. Lucht is in het systeem aanwezig bij het opstoken van de ketel en bij in bedrijf name van een proces gedeelte. Lucht verslechtert de warmteoverdracht en geeft zuurstof corrosie (pitting boven in de leiding). Vrije CO2 wordt in de ontgasser samen met zuurstof verwijderd. Gebonden CO2 ontleed in de ketel, gaat met de stoom mee en lost op in het condensaat waar het zuur corrosie veroorzaakt (egale corrosie op de bodem van de leiding). Een “lekkende” condenspot laat stoom door naar het condensaat net, zonder dat de warmte ervan is gebruikt. Het slecht functioneren van condenspotten uit zich door een hoge druk in het condensaatnet en vaak met een stoompluim op het condensaat vat of de veiligheids klep van de ontgasser. 1. Maatregel: controle werking condenspotten en bypass Lekkende condenspotten zijn één van de belangrijkste oorzaken van energieverlies in een stoomsysteem. Minimaal één keer per maand moeten condenspotten gecontroleerd worden op hun werking: geen stoom doorlaten, maar wel voldoende condensaat. Controle kan met behulp van een stethoscoop of Ultrasoon detectie-apparaat. Voorkom een te snelle slijtage van condenspotten door:

• Het filter vóór de condenspot halfjaarlijks te reinigen; • Een juiste dimensionering van de condensaatleidingen.

Een defecte condenspot kan het condensaatsysteem ontregelen. Controleer of de afsluiter in de omloopleiding om de condenspot gesloten is. Besparing: Als een condenspot in een drukloos condensaat retoursysteem is opgenomen, bedraagt het energieverlies door een stoom doorlatende condenspot ca. 75 Nm3 gas per ton lek stoom van 10 bar. Wordt het condensaat geloosd, dan bedraagt het verlies ca. 88 Nm3 gas per ton lek stoom. Bovendien zal een kunststof riool vervormen. Bij Gresbuizen smelten de pakkingverbindingen. 2. Maatregel: keuze condenspot Er zijn vele soorten condenspotten, die op hoofdlijn verdeeld kunnen worden in mechanische-, thermische- en thermodynamische condenspotten. De keuze is zeer belangrijk en afhankelijk van de soort stoomgebruiker (o.a. continu, discontinue, toelaatbare drukverschillen). In diverse literatuur en leveranciersdocumentatie wordt aangegeven hoe een verantwoorde keuze gemaakt kan worden. Desondanks wordt geadviseerd hiervoor een deskundige te raadplegen. Zie hiervoor bijvoorbeeld de website van het stoomplatform (bijlage V, lit.[6]). Besparing: Een verkeerde condenspot keuze kan qua energieverlies vergeleken worden met een slecht werkende condenspot


16

2.6 Reduceertoestel Functie: Omdat niet alle stoomverbruikers op dezelfde temperatuur en druk functioneren, wordt de te produceren stoomdruk bepaald door de verbruiker die de hoogste druk of temperatuur vraagt. Voor een stoom verbruiker waarvoor absoluut droge stoom is vereist, is oververhitting noodzakelijk of kan deze verbruiker via een reduceer worden gevoed Voor de overige verbruikers zal de stoomdruk dan verlaagd (gereduceerd) moeten worden tot de gewenste druk. Door het reduceren van de stoomdruk zal energie vrijkomen. In de praktijk wordt deze energie gebruikt om de verzadigde stoom, die veelal toch nog iets vocht bevat, volledig te verzadigen tot “droge” stoom; of de gereduceerde stoom raakt iets oververhit. N.B Vóór het reduceer een ontwaterings condenspot met zakpijp plaatsen.

1. Maatregel: controle stoomdrukken en -verbruikers Controleer de gevraagde en geleverde stoomdrukken van de aangesloten stoomverbruikers, evenals de gebruiksuren en een indicatie van de stoomvraag. Als stoomdrukken niet op hetzelfde niveau liggen, probeer dan in kaart te brengen welke maatregelen getroffen kunnen worden om dit wel te realiseren. Dit kunnen maatregelen zijn in de sfeer van vergroting van het VO (Verwarmend Oppervak). Besparing: Het verschil in warmte-inhoud tussen verzadigde stoom van 1 bar en 10 bar is 3,7%; dit komt overeen met 3,2 Nm3 aardgas eq. per ton stoom. Het verschil in warmte-inhoud neemt af bij hogere drukken. Het verschil in warmte-inhoud tussen 1 ton stoom van 9 en 1 ton stoom van 10 bar bedraagt nog slechts 0,13 Nm3 aardgas eq. (0,14%), hetgeen in de praktijk vaak betekent dat dit geen nadelige invloed hoeft te hebben voor het proces. Voor de stoomketelinstallatie betekent stoomdrukverlaging echter besparing door:

• dat er minder flashstoom ontstaat achter de condenspot; • een lagere stoomtemperatuur dus minder leidingverliezen; • een lagere stoomdruk, dus een hoger ketelrendement door minder rookgas- en stralingsverliezen.

2.7 Condensaat Functie: Condensaat ontstaat nadat de stoom is gecondenseerd. Dit condensaat bevat, afhankelijk van de stoomdruk, nog 16 (1 bar) tot 25 (10 bar) m3 gas aan warmte per ton. Bij een aantal processen, zoals stoom luchtbevochtiging ontstaat geen condensaat. Algemeen gesteld, kan met het condensaat het volgende gebeuren:

• condensaat retourneren naar het ketelhuis; • warmte hergebruiken; • afvoeren naar het riool in geval van vervuiling of grote afstand naar het ketelhuis.

Er kan onderscheid gemaakt worden in “druk-” en “atmosferisch condensaat”. Drukcondensaat is het condensaat vóór de condenspot en kan beschouwd worden als water. Drukcondensaat is ook condensaat na de condenspot wanneer het in een tegendruk condensaat net of naar een ontspanningsvat wordt afgevoerd. Dit condensaat bestaat in beide situaties uit een mengsel van condensaat en ontspanningstoom. Wanneer condensaat in een ontspannings vat is ontspannen en het resterende condensaat b.v. naar het ketelhuis wordt geretourneerd, zal ook in deze leiding het condensaat weer ontspannen. De diameter van deze condensaat leidingen waarin ontspanningsstoom aanwezig is, dient berekend te worden op basis van het volume van de ontspanningsstoom.


17

Condensaat wordt atmosferisch genoemd als het condensaat in een vat met een open afblaas is afgevoerd (stoompluim). 1. Maatregel: Inventariseer het condensaatsysteem Alvorens maatregelen te treffen, zal er bekend moeten zijn welke condensaatstromen er zijn en wat er mee gebeurt. Maak een overzicht van de stoomverbruikers met hoeveelheden en tijd en maak inzichtelijk wat er met het condensaat gebeurt. Bepaal van elke verbruiker de warmte-inhoud (en de temperatuur) van het condensaat op jaarbasis en de kosten. Bedenk dat van het totale gasverbruik van de stoomketelinstallatie tussen de 19% (1 bar) en 28% (10 bar) aanwezig is in het condensaat. Voorbeeld: Een 10 bar stoominstallatie heeft een jaarlijks gasverbruik van 1,5 miljoen Nm3. 50% van het condensaat wordt geretourneerd. Het

condensaatverlies bedraagt:

• Ca. 210.000 Nm3 aardgas eq. aan warmte;

• Ca. 8.500 m3 water;

• Een extra spui van ca. 850 m3 per jaar.

2. Maatregel: Condensaat retourneren Retourneer het condensaat zoveel mogelijk. De inventarisatie geeft aan welke besparingen zijn te realiseren. Het temperatuurverschil in het condensaatnet tussen naverdampingsstoom en afgekoeld condensaat mag maximaal 40 à 50°C bedragen. 3. Maatregel: Condensaatwarmte benutten Als retourneren van het condensaat niet mogelijk is, gebruik de condensaatwarmte dan om in hetzelfde proces het product vóór te verwarmen. De benodigde warmte vanuit de stoom zal hierdoor afnemen. Het bijkomend effect kan zijn dat de stoomdruk voor deze verbruiker verlaagd zou kunnen worden als niet de temperatuur, maar de totale warmte maatgevend is voor het desbetreffende proces. 4. Maatregel: Condensaat ontspanningsvat Als uit de inventarisatie blijkt dat er verbruikers zijn van hoge én lage druk en dat deze qua tijd op elkaar aansluiten, kan in de condensaatleiding achter de stoomverbruiker die de hoogste stoomdruk vraagt (>3 bar), een condensaat ontspanningsvat geplaatst worden. In dit vat ontspant het condensaat, waardoor stoom van een lagere druk wordt verkregen en aan een andere stoomverbruiker toegevoerd kan worden. Besparing: Een condensaat ontspanningsvat achter een stoomverbruiker op 10 bar stoom, kan per 10 kg. stoomverbruik één kg stoom van 3 bar leveren. Voorbeeld: Een 10 bar stoomverbruiker verbruikt gedurende 4.000 uur per jaar 1000 kg stoom per uur. Een tweede verbruiker vraagt gedurende

dezelfde bedrijfstijd stoom van 3 bar. Het toepassen van een ontspanningsvat achter de 10 bar verbruiker levert 10% van de

stoombehoefte van de 3 bar verbruiker de resterende 90% kan via het bestaande net worden geleverd.

Vuistregel: het percentage ontspanningsstoom die ontstaat van 10 naar 3 bar is

het verschil in stoomtemperatuur bij die drukken x 0,2 = 180-130 = 50 x 0,2 = 10%.


18

2.8 Spuien Functie: Door het verdampingsproces neemt de concentratie van zouten in het ketelwater toe. Door te spuien wordt de concentratie op een bepaalde waarde gehouden. Wordt er niet gespuid, dan loopt de concentratie zover op dat inwendige corrosie kan ontstaan en dat de kwaliteit van de stoom niet meer gegarandeerd kan worden. De ketel gaat opkoken (ketelwater gaat met de stoom mee het stoomnet in). Om de concentratie van zouten in het ketelwater vast te stellen wordt de geleidbaarheid van het ketelwater gemeten Op basis van deze meting wordt meer of minder gespuid. Naast de geleidbaarheid wordt ook de alkaliteit van het ketelwater als leidraad genomen. Deze moet binnen bepaalde grenzen blijven. De alkaliteit van het ketelwater dient dagelijks door titratie te worden vast gesteld. Het kan voorkomen dat ondanks een goede geleidbaarheid toch extra moet worden gespuid omdat de alkaliteit te hoog is. Spuien:

• Continue handspui Van het gekoelde monster ketelwater wordt dagelijks de geleidbaarheid gemeten Aan de hand van de uitkomst wordt de handbediende spuiafsluiter verder geopend of gesloten (Spuiafsluiters zijn bijna altijd van een standaanwijzer voorzien).

• Automatische spui Op basis van een continue gemeten geleidbaarheids waarde wordt de van een stelmotor voorziene spuiafsluiter bediend. De meting vindt plaats in de ketel of in de spuistroom.

• Handspui Naast de continue spuiafsluiter is er nog een tweede spuiafsluiter waarmee via een binnenleiding op de bodem van de ketel neergeslagen vuil wordt afgevoerd. Hiermee wordt éénmaal per dag de handspui gedurende een 10 tot 15 sec. geopend. Het spuiwater hiervan wordt in een atmosferisch vat opgevangen. Een enkele keer wordt deze handspui dmv een tijdschakelaar geautomatiseerd. De ontspanningsstoom wordt afgeblazen; het resterende ketelwater wordt gekoeld naar het riool afgevoerd.

Er zijn afhankelijk van de situatie, twee manieren om de warmte in het spuiwater te gebruiken: • Het spuiwater ontspannen en de ontspanningsstoom terugvoeren naar de ontgasser; • Resterende warmte gebruiken voor voorwarmen van het koude suppletiewater. Alvorens één van onderstaande maatregelen uit te voeren, wordt geadviseerd te bepalen hoe en wanneer er wordt gespuid, om welke hoeveelheden het gaat en of dit gereduceerd kan worden. 1. Maatregel: Bepalen/optimaliseren spuihoeveelheid Voordat geïnvesteerd wordt in warmteterugwinning, moet bepaald worden hoeveel er wordt gespuid, wanneer er wordt gespuid, of de spuihoeveelheid kan worden teruggebracht en wat de resterende warmte inhoud is. Als vuistregel wordt gehanteerd dat ca. 10% van het toegevoerde suppletiewater wordt gespuid. Bij een omgekeerde osmose (RO) installatie ligt dat op 1 a 2%. Geadviseerd wordt de suppletiewater hoeveelheid te monitoren. Een watermeter in de suppletiewaterleiding ná de waterbehandeling mag niet ontbreken.


19

Het optimaliseren (minimaliseren) van de spuihoeveelheid kan door: • Dagelijkse analyse van het ketelwater en bijsturing op de uitkomst; • Installatie van een spuiautomaat; • Condensaat retourneren; • Voorkomen van lekkages; • Zo min mogelijk “open” stoomverbruikers toepassen; • Goede suppletiewater kwaliteit.

Besparing: Het verminderen van de spuihoeveelheid met 100 liter per dag, bespaart op jaarbasis bij een 10 bar ketel ca. 1.000 Nm3 gas per jaar. 2. Maatregel: Spuien op geleidbaarheid Het ketelvoedingwater bestaat uit het relatief zuivere retourcondensaat, het van de hardheid vormers calcium en magnesium ontdane suppletiewater en de gecondenseerde stoom nodig voor het ontgassings proces. In het suppletiewater blijven bij het onthardings proces onder meer de chlorides en de sulfaten wel in het suppletiewater achter. De concentratie van deze stoffen dikken door het verdampingsproces in, hetgeen bij een te hoge concentratie opkoken van de ketel tot gevolg kan hebben. Het meten van deze zoutconcentratie (geleidbaarheid) bepaalt of spuien noodzakelijk is. De gewenste waarde voor de geleidbaarheid van het ketelwater bedraagt 6.000 tot 7.000 microSiemens/cm. Te veel spuien kost water, warmte en chemicaliën. De geleidbaarheids meting kan handmatig of automatisch gebeuren. 3. Maatregel: ontspanningsvat spuiwater (flashstoom) De stoom die ontstaat door de drukverlaging van het spuiwater in een ontspanningsvat kan gebruikt worden voor verwarming van de ontgasser. N.B.: De mengtemperatuur van het water naar de ontgasser (retourcondensaat en suppletiewater) mag niet hoger zijn dan 90 ºC. Om de zuurstof uit te drijven is minimaal een temperatuurverhoging tot 105 ºC nodig door middel van stoom. Wordt drukcondensaat naar de ontgasser geretourneerd dan mag de hieruit ontstane ontspanningsstoom als verse stoom worden gerekend .

4. Maatregel: warmteterugwinning uit spuiwater De warmte die overblijft nadat het spuiwater is ontspannen, kan via een warmtewisselaar overgedragen worden op koud suppletiewater. Voorwaarde is dat het aanbod van spuiwater en de behoefte aan suppletiewater gelijktijdig plaatsvindt. Een continue spui en een modulerende suppletiewater regeling zijn dan een voorwaarde De warmtewisselaar moet bestand zijn tegen corrosie door het spuiwater. Het is ook mogelijk het geloosde spuiwater niet eerst te ontspannen in een flash vat, maar deze rechtstreeks door een warmtewisselaar te leiden en daarmee koud suppletiewater op te warmen. Een voorwaarde is dan wel dat de warmtewisselaar op keteldruk wordt bedreven, omdat bij flashend spuiwater in de warmtewisselaar erosie op de pijpenplaat en in de pijpen plaatsvindt Besparing: De warmte-inhoud van het spuiwater is afhankelijk van de druk en varieert van 1,6 (1 bar) tot 2,5 (10 bar) Nm3 gas per 100 kg spuiwater.


20

Voorbeeld: Een stoomketel produceert per uur 10 ton verzadigde stoom van 10 bar. Er wordt 6% gespuid via een flashtank met een druk van 1 bar

(warmte-inhoud 53 Nm3 aardgas). Per uur wordt dan 75 kg. Verzadigde stoom geproduceerd van 1 bar. (warmte-inhoud komt overeen

met 6,5 Nm3 gas). De resterende warmte in het spuiwater: 46,5 Nm3 gas, kan grotendeels via een warmtewisselaar teruggewonnen

worden.

2.9 Waterbehandeling (ontharden en ontgassen) Functie: Voor de lagedruk ketels, waarvoor deze rapportage is opgesteld, is het ontharden van het suppletiewater minimaal noodzakelijk. Ontharden betekent het verwijderen van Calcium en Magnesium zouten, in een ionenwisselaar. Aanvullend kunnen chemicaliën gedoseerd worden die de eventueel aanwezige Ca en Mg binden en doen neerslaan als slip. Dit slip wordt via de periodieke handspui afgevoerd. Als chemicaliën worden meestal fosfaten gebruikt . De controle op voldoende aanwezigheid ervan wordt gedaan door het ketelwater te bemonsteren op P2O5. Plotselinge daling van dat getal duidt op hardheid in het ketelwater. De hardheid kan voortkomen uit een slecht werkende ontharder of door contaminatie van bedrijfswater met het retour condensaat. Daarnaast bevat het water gassen (O2 en CO2) die in de ontgasser dienen te worden verwijderd. Ontbreekt een ontgasser, of functioneert deze slecht, dan worden zuurstofbinders aan het water toegevoegd, zoals sulfiet en tanninen. De water kwaliteitseisen nemen toe naarmate de stoomdruk toeneemt, maar is ook afhankelijk van de stoomtoepassing/gebruik. Ketelsteen vermindert de warmteoverdracht en laat het schoorsteenverlies toenemen. Daarnaast zal ketelsteenafzetting leiden tot hogere ketelpijp temperaturen met uiteindelijk het barsten hiervan. Goede water kwaliteit zorgt ook voor minder spui. Waterbehandeling is bijzonder belangrijk, maar daarnaast ook complex. Het voert te ver om in dit overzicht dat zich met name richt op energiebesparing, hieraan aandacht te besteden. Controle van de waterkwaliteit blijft echter beslist noodzakelijk.


21

2.10 Ketelvoedingwaterpomp Functie: De ketelvoedingwaterpomp zorgt voor de toevoer van water naar de ketel. Het niveau in de ketel wordt door een niveauregelaar op peil gehouden. Het niveau in de ketel kan ook door een pomp met een toerenregeling geregeld worden. 1. Maatregel: Aanpassen pompcapaciteit/toerenregeling Installeer additioneel een pomp met een capaciteit die aan het gemiddeld gevraagde vermogen voldoet of voorzie de pomp van een toerenregeling. N.B.: De ketelinstallatie dient wettelijk uitgerust te zijn met twee onafhankelijke pompen die elk 115 % van de ketelcapaciteit moeten hebben.

Besparing: 5 tot 50% op het elektriciteitsverbruik van de pomp. 2.11 Ontgasser Functie: In de ontgasser worden zuurstof en vrije koolzuur uit het suppletiewater en het retourcondensaat verwijderd door de temperatuur door stoom op 105°C. te brengen. Gebonden CO2 wordt in de ontgasser niet verwijderd, maar ontleed in de ketel om vervolgens in het condensaat te belanden. De zuurstof veroorzaakt putcorrosie en koolzuur kan zuurcorrosie in het condensaatnet tot gevolg hebben. De ontgasser wordt op druk gehouden met stoom van 1,2 bar(g) en valt daarmee buiten de eisen van het drukwarenbesluit drukvaten. In kleine installaties, als een ontgasser ontbreekt, wordt de zuurstof chemisch verwijderd. 2.12 Stoomverbruikers Functie: Voor stoomverbruikers die op het stoomnet zijn aangesloten, maar slechts een temperatuur vragen onder de 100°C, kan het rendabel zijn een andere oplossing te zoeken. De uiteindelijke stoomverbruikers kunnen als volgt worden onderverdeeld:

• “open” verbruikers: de stoom wordt in het product of de lucht geïnjecteerd. Er komt geen condensaat vrij. (luchtbevochtiging, blancheren)

• “gesloten” verbruikers: alleen de condensatiewarmte wordt aan de verbruiker afgegeven ten behoeve van het proces. Het condensaat wordt naar het ketelhuis geretourneerd.

• Combinatie van beide. 1. Maatregel: Drukverlaging Vergelijk de hoogste voor het proces benodigde temperatuur met die van de heersende stoomdruk en controleer of de geleverde stoomdruk ook daadwerkelijk benodigd is. (Stoomtemperatuur ca. 30 ºC boven procestemperatuur). Stoomdrukverlaging geeft lagere transmissie verliezen, maar kan in de ketel opkoken veroorzaken (meer volume, hogere snelheden). Omdat stoom van een lagere druk een groter soortelijk volume heeft, kan drukverlaging capaciteits problemen in het stoomnet tot gevolg hebben. Een goede inventarisatie en analyse is noodzakelijk.


22

2. Maatregel: Cascade schakeling Zijn er meerdere stoomverbruikers met een overeenkomstige bedrijfstijd en stoombehoefte, maar verschillende drukken, dan kan cascadeschakeling overwogen worden, waarbij het condensaat van de hoge druk verbruiker in een ontspanningsketel zorgt voor lage druk stoom van de andere verbruiker. Tekorten worden dan via een reduceer of een pressure controler aangevuld.


23

3. OVERZICHTSTABEL MET ENERGIEBESPARENDE MAATREGELEN Dit hoofdstuk bevat een samenvatting van de energiebesparende maatregelen die in de hoofdstukken 1en 2 zijn genoemd. Deze maatregelen zijn in onderstaande tabel gerangschikt in de categorieën:

1. Organisatie en gedrag 2. Techniek

De organisatorische- en gedragsmaatregelen vragen veelal geen of slechts een beperkte investering en kunnen snel uitgevoerd worden. Voor zover van toepassing, zijn de maatregelen ook binnen de categorieën gerangschikt op volgorde van uitvoering. Onderstaande tabel kan als checklist worden gebruikt.

Indicatie Verwijzing Uitgevoerd Organisatie- en gedragsmaatregelen Besparing in % Tvt in jaren Pag. §,lit. Ja/Nee*

Monitoren: - Gasverbruik - Suppletiewater - Bedrijfsuur ketel - Rookgastemperatuur - Temperatuur en druk stoom

<1

§1.2 §1.2 §1.2

§1.2, 2.1 §1.2

Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee

Verminderen stand-by verliezen 1-2% <1 §1.2, 2.1 Ja / Nee Nacht/weekendverlaging <1 §1.2 Ja / Nee Stoomdrukverlaging <1 §2.6, 2.12 Ja / Nee Controle/onderhoud:

- Isolatie - Condenspotten - Waterkwaliteit - Stoompluim - Stoomlekkages - Brander

<1

§1.2, 2.4 §1.2, 2.5

§1.2, 2.9-1

§2.2

Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee

Opleiding <1 §1.2 Ja / Nee Wet- en regelgeving <1 §1.2 Ja / Nee Inventarisatie/controle:

- Stoomdrukken/verbruikers - Condensaatsysteem - Spuihoeveelheid

<1 <1 <1

§2.6

§2.7-1 §2.8-1

Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee

* doorhalen wat niet van toepassing is


24

Indicatie Verwijzing Uitgevoerd Technische maatregelen

Besparing in % Tvt in jaren Pag. §,lit. Ja/Nee* Stoomketel:

- Economizer - Rookgascondensor - Plaatsen retarders -

5%

8-10% 1-2%

<5

§2.1 §2.1-3 §2.1-4 §2.1-5

Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee

Brander:

- Dry-low NOx branders - Modulerende brander

§2.2 §2.2-1 §2.2-2


Brandstof- en verbrandingslucht - Luchtverwarmer (LUVO) - Voorwarmen verbrandingslucht - Automatische lekdichtheidstest - Automatische zuurstofregeling

1-2%

§2.3 §2.3-1 §2.3-2 §2.3-3 §2.3-4

Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee Ja / Nee

Stoom- en condensaatleidingsysteem - Verhelpen lekkages - Isoleren

<1 <1

§2.4 §2.4-1 §2.4-3


Condenspot - Keuze condenspot

§2.5 §2.5-2

Ja / Nee Ja / Nee

Condensaat: - Condensaat retourneren - Condensaatwarmte benutten - Condensaat ontspanningsvat

§2.7 §2.7-2 §2.7-3 §2.7-4


Spuien: - Spuien op geleidbaarheid - Ontspanningsvat spuiwater - Warmteterugwinning uit spuiwater

§2.8 §2.8-2 §2.8-3 §2.8-4


Waterbehandeling §2.9 Ja / Nee Ketelvoedingwaterpomp §2.10 Ja / Nee Ontgasser §2.11 Ja / Nee Stoomverbruikers:

- Cascade schakeling

§2.12 §2.12-2 §2.7-4


* doorhalen wat niet van toepassing is.


25

BIJLAGE I: Omrekeningsfactoren en formules Omrekeningsfactoren De onderste verbrandingswaarde (stookwaarde) van aardgas(Slochteren) bedraagt: 31,65 MJ/Nm3. De bovenste verbrandingswaarde ligt 10% hoger: 35,17 MJ/Nm3. Het verschil is de condensatiewarmte van de waterdamp in de rookgassen: Per m3 verbrand aardgas is dit: 1,4 kg. water * 2,257 MJ = 3,160 MJ/Nm3. 1 N(ormaal)m3 aardgas (Slochteren) = 0,833 kg 1 Bar = 100 kPa = 105 N/m2

Bar(a) = Bar absoluut Bar(o) = Bar overdruk Bar(g) = Bar gauge = verschildruk met meestal de luchtdruk. Waar in dit rapport wordt gesproken van Bar, is dit meestal Bar(g). Soortelijke warmte water = 4,186 kJ/kg °C Luchtovermaat: de luchtovermaat wordt uitgedrukt met “n”. n=1 betekent dat er precies voldoende lucht wordt toegevoerd om alle brandstof te verbranden. In de praktijk zal ca. 10% overmaat nodig zijn. n is eenvoudig te berekenen op basis van het gemeten %O2 in de rookgassen met de formule:

21/ (21-%O2).


26

BIJLAGE II: Rendementen

• Stookrendement = 100% - %schoorsteenverlies. Het schoorsteenverlies kan berekend worden met de formule van Siegert: {0,677/(21-O2%)+0,00914}*∆T. Hierin is ∆T het temperatuurverschil tussen rookgassen (net na de ketel) en verbrandingslucht.

• Stralingsverlies: 1 tot 1,2% van het opgestelde vermogen. Wordt bepaald door de isolatie van de ketel en de plaats waar deze is opgesteld (binnen/buiten).

• Ketelrendement = 100% - %schoorsteenverlies - %stralingsverlies. • Jaargebruiksrendement van de ketelinstallatie = de netto jaarlijkse warmteproductie door de

stoomketel / bruto jaarlijks gas- en elektriciteitsverbruik door de stoomketel. Veelal ligt dit rendement in de orde van 80%. (Hierin zijn dus de spuiverliezen, energiegebruik ventilatoren, stilstands- en deellastverliezen verdisconteerd).

• Overall rendement kan gedefinieerd worden als het quotiënt tussen het jaarlijks warmtegebruik en het totaal van de bruto toegevoerde energie. Meestal ligt dit in de orde van 60%.

Onderstaand zijn de diverse rendementen weergegeven.

100%

11%

2%

3%

65%

15%

3%

2%

5%

80%

Overall rendement

Jaargebruiks rendement

Schema:

Energiestroomschema (bron: Energiebesparing in de industrie, stoomtechniek)


27

BIJLAGE III: Stoomtabel

Stoomtabel vlgs IAPWS-IF97p t ρ' ρ" v' v" h' h" r

bar(a) °C kg/m3 kg/m3 m3/kg m3/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg0,2 60,1 983,1 0,1308 0,001017 7,648 251,4 2608,9 2357,50,4 75,9 974,3 0,2504 0,001026 3,993 317,6 2636,1 2318,50,6 85,9 968,0 0,3661 0,001033 2,732 359,8 2652,9 2293,00,8 93,5 962,9 0,4791 0,001038 2,087 391,6 2665,2 2273,51,0 99,6 958,6 0,5903 0,001043 1,694 417,4 2674,9 2257,51,2 104,8 954,9 0,7001 0,001047 1,428 439,3 2683,1 2243,81,6 113,3 948,4 0,9162 0,001054 1,091 475,3 2696,0 2220,71,8 116,9 945,6 1,0230 0,001058 0,978 490,7 2701,4 2210,72,0 120,2 942,9 1,1290 0,001061 0,886 504,7 2706,2 2201,62,5 127,4 937,0 1,3914 0,001067 0,719 535,4 2716,5 2181,23,0 133,5 931,8 1,6507 0,001073 0,606 561,5 2724,9 2163,43,5 138,9 927,1 1,9077 0,001079 0,524 584,3 2732,0 2147,74,0 143,6 922,9 2,1627 0,001084 0,462 604,7 2738,1 2133,34,5 147,9 919,0 2,4160 0,001088 0,414 623,2 2743,4 2120,25,0 151,8 915,3 2,6681 0,001093 0,375 640,2 2748,1 2107,95,5 155,5 911,8 2,9189 0,001097 0,343 655,9 2752,3 2096,56,0 158,8 908,6 3,1688 0,001101 0,316 670,5 2756,1 2085,66,5 162,0 905,5 3,4179 0,001104 0,293 684,2 2759,6 2075,47,0 165,0 902,6 3,6662 0,001108 0,273 697,1 2762,7 2065,67,5 167,8 899,7 3,9139 0,001111 0,256 709,4 2765,6 2056,38,0 170,4 897,0 4,1610 0,001115 0,240 721,0 2768,3 2047,38,5 172,9 894,4 4,4076 0,001118 0,227 732,1 2770,8 2038,69,0 175,4 891,9 4,6539 0,001121 0,215 742,7 2773,0 2030,39,5 177,7 889,5 4,8998 0,001124 0,204 752,9 2775,2 2022,3

10,0 179,9 887,1 5,1454 0,001127 0,194 762,7 2777,1 2014,410,5 182,0 884,8 5,3907 0,001130 0,186 772,1 2779,0 2006,811,0 184,1 882,6 5,6358 0,001133 0,177 781,2 2780,7 1999,511,5 186,1 880,5 5,8808 0,001136 0,170 790,0 2782,3 1992,312,0 188,0 878,3 6,1256 0,001139 0,163 798,5 2783,8 1985,312,5 189,8 876,3 6,3703 0,001141 0,157 806,8 2785,2 1978,413,0 191,6 874,3 6,6149 0,001144 0,151 814,8 2786,5 1971,713,5 193,4 872,3 6,8594 0,001146 0,146 822,6 2787,7 1965,214,0 195,0 870,4 7,1039 0,001149 0,141 830,1 2788,9 1958,814,5 196,7 868,5 7,3484 0,001151 0,136 837,5 2790,0 1952,515,0 198,3 866,6 7,5929 0,001154 0,132 844,7 2791,0 1946,315,5 199,9 864,8 7,8374 0,001156 0,128 851,7 2792,0 1940,216,0 201,4 863,1 8,0820 0,001159 0,124 858,6 2792,9 1934,316,5 202,9 861,3 8,3266 0,001161 0,120 865,3 2793,7 1928,417,0 204,3 859,6 8,5713 0,001163 0,117 871,9 2794,5 1922,617,5 205,7 857,9 8,8161 0,001166 0,113 878,3 2795,3 1917,018,0 207,1 856,2 9,0611 0,001168 0,110 884,6 2796,0 1911,418,5 208,5 854,6 9,3061 0,001170 0,107 890,8 2796,6 1905,919,0 209,8 853,0 9,5513 0,001172 0,105 896,8 2797,3 1900,419,5 211,1 851,4 9,7966 0,001175 0,102 902,8 2797,8 1895,120,0 212,4 849,8 10,0421 0,001177 0,100 908,6 2798,4 1889,820,5 213,6 848,2 10,2878 0,001179 0,097 914,4 2798,9 1884,521,0 214,9 846,7 10,5336 0,001181 0,095 920,0 2799,4 1879,421,5 216,1 845,2 10,7797 0,001183 0,093 925,5 2799,8 1874,322,0 217,3 843,7 11,0259 0,001185 0,091 931,0 2800,2 1869,222,5 218,4 842,2 11,2724 0,001187 0,089 936,3 2800,6 1864,223,0 219,6 840,8 11,5191 0,001189 0,087 941,6 2800,9 1859,323,5 220,7 839,3 11,7660 0,001191 0,085 946,8 2801,2 1854,424,0 221,8 837,9 12,0132 0,001193 0,083 952,0 2801,5 1849,6

p druk v' volume watert temperatuur v" volume stoomρ' dichtheid water h' warmteinhoud waterρ" dichtheid stoom h" warmteinhoud stoom

r verdampingswarmte


28

BIJLAGE IV: Wet- en regelgeving

De weten regelgeving inzake stoomketels is niet eenvoudig. De volgende drie wetten zijn van toepassing1): 1. Warenwet , besluit drukapparatuur;

2. Arbowet; arbeidsomstandighedenbesluit 3. Wet Milieubeheer

In de Wet Milieubeheer (WM), worden zowel keurings- als emissie eisen gesteld. Keuringseisen: EBI; eerste inbedrijfsstellingskeuring 4- of 2 jaarlijks voor respectievelijk gas- en niet gasgestookte installaties.

Of, als er een milieuvergunning is afgegeven, prevaleert hetgeen in de milieuvergunning is vermeld. Emissie eisen: Voor de meeste industriële installaties is de BEMS van toepassing (BEES B komt te vervallen). Om dit te bepalen kan gebruik worden gemaakt van de wetswegwijzer. http://www.infomil.nl/organisatie/wetswegwijzer

Voor nieuwe, gasgestookte installaties geldt voor de rookgassen: a. NOx: 20 gram per gigajoule, 70 mg/Nm3 en b. SO2: 200 milligram per Nm3.

Voor de IPPC, vergunningplichtige, bedrijven geldt bovendien dat voldaan moet worden aan BBT’s, Best Beschikbare Technieken. Deze worden beschreven in zogenaamde BREF’s. Voor installaties met een thermische input groter dan 50 MW, is er de BREF “Large Combustion Plants”. 1) Artikelenserie Energiegids maart-juni 2009 door Wessel Hendertink


29

BIJLAGE V: Literatuur, tools en bronvermelding Voor meer informatie wordt verwezen naar onderstaande literatuur. Bij digitaal beschikbare literatuur wordt de hyperlink opgenomen. 1) Best Practices (BP); documenten van de VNCI, BP Proceswater: (6.3 en 7.5)

2) Best Practices (BP); documenten van de VNCI, BP Isolatie:

http://www.agentschapnl.nl/content/brochure-isolatie-de-industrie-en-utiliteitsbouw-mja 3) Best Practices (BP); documenten van de VNCI, BP Capaciteitsregeling roterende apparatuur:

http://www.agentschapnl.nl/content/best-practice-effici%C3%ABnte-aandrijvingen-mja

4) Stoommodel; Excel spreadsheet, opgesteld door Energy Experts Int. B.V. voor eenvoudige stoomberekeningen http://www.agentschapnl.nl/content/generiek-stoommodel-mja

Model stand by ketel http://www.agentschapnl.nl/content/methode-stand-stoomketel-mja 5) Draft Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency; March 2008.

Chapter 3 and 4.3.2. Fout! De hyperlinkverwijzing is ongeldig.

6) Stoomplatform. www.stoomplatform.nl 7) Het ketelhuis, produktie en gebruik van stoom in de praktijk. N.D. Duinkerken. ISBN 90-9021090-3 8) www.cini.nl 9) Diktaat Phoe, Stichting Post Hoger Onderwijs Energiekunde, 2009

Gestructureerd overzicht van ... · De stoom kan op de gewenste plaats worden afgeleverd en de...

Documents

Transcript of Gestructureerd overzicht van ... · De stoom kan op de gewenste plaats worden afgeleverd en de...