Applications des systèmes de pompes de récupération des condensats dans les économies d'énergie

Dans la transformation chimique, la production alimentaire, les produits pharmaceutiques, les textiles, la fabrication du papier, le chauffage urbain et de nombreuses autres industries, la vapeur est largement utilisée pour le chauffage, le séchage, la stérilisation et le traçage des processus. Une fois que la vapeur a libéré sa chaleur latente à l’intérieur d’un équipement consommateur de chaleur, elle se transforme en condensat. Bien que le condensat ne soit plus sous forme de vapeur, il conserve néanmoins une énergie thermique considérable et a généralement déjà subi un traitement d'adoucissement ou de déminéralisation.

L'évacuation des condensats gaspille directement de la chaleur et de l'eau traitée tout en augmentant la consommation de carburant, d'eau d'appoint, de produits chimiques de traitement de l'eau et de ressources de traitement des eaux usées. Un système de pompe de récupération des condensats collecte, met sous pression et transporte le condensat vers un réservoir d'eau d'alimentation de chaudière, un dégazeur ou une autre unité de récupération de chaleur afin qu'il puisse être réutilisé dans le système de vapeur.

Un bien conçu Le système de récupération des condensats de vapeur  constitue donc une mesure d’économie d’énergie importante pour les chaufferies industrielles.

1. Pourquoi les condensats doivent-ils être pompés ?

Le condensat est normalement évacué des équipements utilisant de la vapeur via un purgeur de vapeur. S'il existe une différence ou une élévation de pression suffisante entre l'équipement et le récepteur de condensat, le condensat peut revenir naturellement par pression résiduelle ou par gravité.

Cependant, le retour naturel peut devenir peu fiable dans les conditions suivantes :

• Le condensat doit parcourir une longue distance.

• La pression dans la conduite de retour est relativement élevée.

• L'équipement utilisant de la vapeur est installé sous la conduite de retour.

• La vanne de régulation de vapeur fonctionne en position partiellement fermée.

• La charge du processus change considérablement.

• La pression différentielle disponible à travers le purgeur de vapeur est insuffisante.

Dans ces conditions, des condensats peuvent s’accumuler à l’intérieur de l’échangeur thermique ou de l’équipement de procédé. Cela peut réduire l’efficacité du transfert de chaleur, provoquer une instabilité de la température et augmenter le risque de coup de bélier.

UN La pompe de récupération des condensats surmonte la résistance du pipeline et la contre-pression du système de retour, permettant ainsi au condensat d'être livré de manière fiable à l'emplacement désigné. Un système complet comprend normalement un récepteur de condensats, des purgeurs de vapeur, une pompe de récupération, des clapets anti-retour, un contrôleur de niveau, des instruments de pression et de température, des crépines et un système de contrôle électrique ou pneumatique.

2. Comment un système de récupération des condensats permet-il d'économiser de l'énergie ?

2.1 Récupération de la chaleur sensible des condensats

La chaleur sensible contenue dans les condensats à haute température est l’une des sources d’économies d’énergie les plus directes. Si le condensat chaud est rejeté et remplacé par de l'eau d'appoint froide, la chaudière doit consommer du carburant supplémentaire pour élever l'eau entrante à la température requise de l'eau d'alimentation.

La chaleur sensible récupérable peut être estimée à l’aide de l’équation suivante :

Q = m × cₚ × (T₁ − T₂)

Où:

• Q est la chaleur récupérable ;

• m est la masse de condensats récupérés ;

• cₚ est la capacité thermique spécifique de l'eau ;

• T₁ est la température du condensat ;

• T₂ est la température de l’eau d’appoint.

Par exemple, supposons qu'une usine récupère 5 tonnes de condensats par heure à 90°C et les utilise à la place de l'eau d'appoint à 20°C. En utilisant une capacité thermique spécifique de 4,186 kJ/(kg·°C), la chaleur récupérable est d'environ :

Q = 5 000 × 4,186 × (90 − 20) ≈ 1,47 × 10⁶ kJ/h

Cela équivaut à une puissance thermique d'environ 407 kW.

La réduction réelle de la consommation de combustible doit également tenir compte de l'efficacité de la chaudière, du taux de récupération des condensats, des heures de fonctionnement annuelles, des pertes de chaleur des canalisations, de la consommation d'énergie des pompes et d'autres conditions du système. Par conséquent, un pourcentage fixe d’économie d’énergie ne devrait pas être appliqué à chaque projet de récupération des condensats.

2.2 Réduire la demande en eau d’appoint des chaudières

Le condensat provient de la vapeur générée par la chaudière. À condition qu'elle n'ait pas été contaminée par les fluides du procédé, elle peut être renvoyée dans le système de chaudière et utilisée pour réduire la demande en eau fraîche, adoucie ou déminéralisée.

UN les besoins inférieurs en eau d'appoint réduisent la charge de fonctionnement des équipements d'adoucissement de l'eau, de déminéralisation, de dosage de produits chimiques et de désaération. Le condensat contient également généralement moins d’impuretés dissoutes que l’eau d’appoint brute ou traitée, ce qui peut aider à maintenir une qualité stable de l’eau d’alimentation des chaudières.

Cependant, la qualité du condensat doit toujours être vérifiée avant sa réutilisation. Les condensats pouvant contenir de l'huile, des acides, des alcalis, des résidus de produits ou d'autres contaminants du processus ne doivent pas être renvoyés directement à la chaudière.

2.3 Réduction des pertes dues aux chaudières

La purge de chaudière est utilisée pour contrôler la concentration de matières dissoutes et en suspension dans l'eau de chaudière. Lorsque davantage de condensats propres sont renvoyés, moins d'impuretés pénètrent dans la chaudière avec l'eau d'appoint. Dans des conditions de qualité de l'eau appropriées, cela peut permettre de réduire le taux de purge.

Étant donné que l’eau de purge de la chaudière est évacuée à une température et une pression relativement élevées, une purge excessive entraîne des pertes d’eau et de chaleur. La réduction des purges inutiles peut donc améliorer l’efficacité globale du système.

Néanmoins, le taux de purge doit être déterminé en fonction de l'analyse de l'eau, de la conception de la chaudière, de la pression de fonctionnement et des normes applicables. Il ne faut jamais la réduire dans le seul but de réaliser des économies d'énergie sans vérifier la qualité de l'eau de chaudière.

2.4 Récupération de Flash Steam

Lorsque le condensat à haute pression pénètre dans un système de récupération à basse pression, une partie du condensat se réévapore immédiatement. Cette vapeur est connue sous le nom de vapeur flash.

La vapeur de flash peut être séparée dans un récipient de flash et réutilisée pour des applications telles que :

• à basse pressionChauffage industriel

• Production d'eau chaude

• Préchauffage de l'air

• Chauffage de l'eau alimentaire

• Chauffage du dégazeur

• à basse température Procédés de nettoyage

Si la vapeur de flash est libérée directement par l'évent du récepteur de condensat, de la chaleur et de l'eau sont perdues. Une ventilation incontrôlée peut également créer des conditions de travail à haute température, des panaches de vapeur visibles, de la corrosion et des risques pour la sécurité.

Pour les projets impliquant des condensats à haute pression, le potentiel de génération de vapeur de flash doit donc être évalué en même temps que la récupération des condensats.

3. Types de pompes de récupération de condensats

Différentes conceptions de pompes sont adaptées à différentes conditions de fonctionnement. La sélection doit être basée sur la température du condensat, le débit, la contre-pression, la source d'alimentation disponible, la hauteur d'installation et les exigences du processus.

Dans les échangeurs de chaleur contrôlés par une vanne de vapeur modulante, la pression côté vapeur peut chuter considérablement à de faibles charges de processus. Si la pression devient inférieure à la pression de retour des condensats, le  purgeur  ne peut pas évacuer efficacement les condensats. Cette condition est souvent appelée « décrochage ».

Le simple fait d'augmenter la taille du purgeur ne résout normalement pas une condition de décrochage, car le problème fondamental est une pression différentielle insuffisante. Une pompe mécanique, une combinaison pompe-siphon ou un autre dispositif de retour de condensat basse pression correctement conçu peut être nécessaire.

4. Considérations de conception importantes

4.1 Dimensionnement de la pompe et du récepteur

La pompe et le récepteur de condensats doivent être sélectionnés en fonction de la charge maximale de condensats plutôt que du seul débit moyen. Le retour des condensats peut varier considérablement lors du démarrage de l'équipement, des changements de processus ou de la production par lots.

Si le volume tampon du récepteur est insuffisant, le système peut subir des démarrages fréquents de la pompe, une variation excessive du niveau de liquide, un débordement ou un fonctionnement instable. S'il est trop important, les pertes de chaleur et les coûts d'installation peuvent augmenter inutilement.

4.2 Prévention de la cavitation

Le condensat à haute température peut être proche de sa température de saturation à la pression correspondante. Si la pression à l'entrée de la pompe descend en dessous de la pression de vapeur du liquide, une partie du condensat peut se vaporiser et provoquer une cavitation.

La cavitation peut produire du bruit, des vibrations, un débit instable, une érosion de la turbine et une durée de vie réduite de la pompe. La hauteur d'aspiration nette positive disponible doit donc être soigneusement vérifiée.

Les mesures visant à réduire le risque de cavitation comprennent :

• Installation de la pompe sous le récepteur

• Augmenter la hauteur d'aspiration statique

• Minimiser la longueur et la résistance du tuyau d'aspiration

• Utilisation d'une tuyauterie d'aspiration plus grande, le cas échéant

• Réduire les coudes et raccords inutiles

• Sélection d'une pompe à faible vitesse ou à faible NPSH

• Éviter une température excessive des condensats à l’entrée de la pompe

Pour des condensats extrêmement chauds ou des conditions de pression instables, une pompe mécanique alimentée par pression peut être plus adaptée qu'une pompe centrifuge électrique conventionnelle.

4.3 Dimensionnement du tuyau de retour

La tuyauterie de retour des condensats peut transporter à la fois du condensat liquide et de la vapeur de flash. Il doit donc être conçu comme un système à écoulement diphasique plutôt que comme une simple conduite d'eau.

Un tuyau de retour sous-dimensionné peut créer une vitesse, une contre-pression, des vibrations, du bruit, une érosion et des coups de bélier excessifs. Un tuyau surdimensionné augmente les coûts de matériaux et d'installation et peut également produire un comportement de drainage instable dans certaines configurations.

La conception doit prendre en compte la charge de condensats, le pourcentage de vapeur de détente, la chute de pression, la longueur de la canalisation, les changements d'élévation et le nombre de purgeurs de vapeur connectés à la conduite de retour.

4.4 Surveillance de la qualité de l'eau

Seuls les condensats propres doivent être renvoyés vers la chaudière. Dans les processus où les fuites pourraient introduire de l'huile, des produits chimiques, des ingrédients alimentaires, des acides, des alcalis ou d'autres contaminants, une surveillance en ligne peut être nécessaire.

Les paramètres de surveillance courants incluent :

• électriqueConductivité

• valeur pH

• Turbidité

• Teneur en huile

• Solides dissous totaux

• spécifiques au procédéContaminants

Lorsqu'une qualité d'eau anormale est détectée, le système doit automatiquement détourner le condensat vers un emplacement de collecte ou de traitement sûr plutôt que de le renvoyer vers le système d'alimentation en eau de la chaudière.

4.5 Contrôle et protection de sécurité

Le Le système de récupération des condensats  doit inclure un contrôle approprié du niveau de liquide, des verrouillages de pompe, des alarmes et une protection contre la marche à sec ou une pression excessive.

Selon l'application, une protection supplémentaire peut inclure :

• Alarmes de niveau haut et bas

• Commutation de pompe de secours

• Protection contre les surcharges de la pompe

• Dispositifs de décompression

• Surveillance de la température

• Déviation automatique des condensats

• Surveillance à distance de l'état de fonctionnement

• Clapet anti-retour aux entrées et sorties de la pompe

Pour les processus industriels critiques, une configuration de pompe en service et en veille peut améliorer la fiabilité du système.

5. Comment évaluer les avantages économiques

La valeur économique d'un Le système de pompe de récupération des condensats  ne doit pas être calculé uniquement à partir de la chaleur récupérée. Une évaluation complète devrait inclure des économies dans :

• de chaudière Combustible

• Eau douce

• Adoucissement ou déminéralisation de l'eau

• Produits chimiques pour le traitement de l'eau

• Purge de chaudière

• Rejet et traitement des eaux usées

• Émissions de carbone , le cas échéant

Le calcul doit également déduire :

• de la pompeConsommation électrique

• Consommation de vapeur motrice ou d'air comprimé

• Pertes de chaleur du récepteur et de la tuyauterie

• Frais d'entretien

• d’inspection et de surveillance de la qualité de l’eauCoûts

Avant d'évaluer un projet, l'usine doit collecter des données fiables sur le débit de condensat, la température, la pression, les heures de fonctionnement, le taux de récupération actuel, la température de l'eau d'appoint, l'efficacité de la chaudière, le prix du carburant et le coût du traitement de l'eau.

Un bilan de masse et d'énergie basé sur les conditions de fonctionnement réelles fournit une estimation plus fiable que l'application d'un pourcentage général d'économie d'énergie.

Conclusion

UN Le système de pompe de récupération des condensats fait plus que renvoyer l’eau chaude à une chaudière. Il s'agit d'un système intégré d'économie d'énergie impliquant le piégeage de la vapeur, la collecte des condensats, le pompage, l'utilisation de la vapeur instantanée, le contrôle de la qualité de l'eau, la conception de la tuyauterie et le fonctionnement automatique.

Un système correctement conçu peut récupérer la chaleur sensible, réduire la demande en eau d'appoint et en produits chimiques, diminuer les pertes par purge de la chaudière et améliorer l'efficacité globale d'une centrale à vapeur.

Pour les systèmes à vapeur avec de longues distances de retour, une contre-pression élevée, des équipements positionnés bas ou des charges considérablement variables, le La pompe de récupération des condensats  doit être sélectionnée en fonction du débit, de la pression, de la température, des conditions d'installation et de la qualité de l'eau réels. Ce n'est que lorsque la pompe, les purgeurs de vapeur, la tuyauterie, les commandes et la stratégie de fonctionnement sont correctement adaptés que le Le système de récupération des condensats  permet des économies d'énergie stables et durables.

Site web: www.fuchen-steam.com

E-mail: Fuchen@fuchensteam.com

Tél/Whatsapp :  +86- 19357103769