Odzysk ciepła ze spalin – jak działa i kiedy się opłaca?

Jak działa odzysk ciepła ze spalin?

Proces odzysku ciepła polega na przechwyceniu energii cieplnej zawartej w spalinach i przekazaniu jej do innego medium, np. wody, powietrza lub oleju termicznego. Wykorzystuje się do tego różne typy wymienników ciepła, które dostosowane są do temperatury i składu gazów wylotowych.

Przy odzyskach ciepła z gazów odlotowych, najczęściej stosowane technologie to:

• ekonomizery – stosowane w kotłach przemysłowych do podgrzewania wody zasilającej, co zwiększa sprawność spalania,
• rekuperatory – wymienniki ciepła przekazujące energię do powietrza, co zmniejsza zużycie paliwa w procesach przemysłowych i grzewczych,
• kondensacyjne wymienniki ciepła – wykorzystują ciepło utajone zawarte w parze wodnej, zwiększając odzysk energii w niskotemperaturowych systemach,
• układy ORC (Organic Rankine Cycle) – pozwalają na konwersję ciepła na energię elektryczną, nawet w stosunkowo niskich temperaturach.

Z jakich spalin można odzyskać ciepło?

Spaliny, z których można odzyskiwać ciepło, powstają w wielu procesach przemysłowych i energetycznych, gdzie dochodzi do spalania paliw lub obróbki materiałów w wysokich temperaturach. Odzysk ciepła ze spalin nie ogranicza się tylko do pieców i kotłów. Może być stosowany w różnych procesach przemysłowych i energetycznych, gdzie powstają gorące gazy wylotowe. Będą to na przykład:

• turbiny gazowe i silniki spalinowe,
• piece hutnicze i metalurgiczne,
• instalacje cementowe i szklarskie – gorące spaliny z pieców obrotowych i topielnych,
• przemysł chemiczny i rafineryjny – ciepło odpadowe ze spalin reaktorów czy pieców do krakingu,
• spalarnie odpadów i biogazownie.

W każdym z tych przypadków kluczowe jest dostosowanie technologii odzysku do temperatury i składu spalin, aby zapewnić maksymalną efektywność energetyczną.

Zastosowanie odzysku ciepła w zależności od temperatury spalin

Możliwość zastosowania odzysku ciepła, a w szczególności opłacalność takiej inwestycji, zależy od temperatury spalin i rodzaju dostępnych technologii:

• Powyżej 500°C – wysokotemperaturowe spaliny powstają np. w hutach, cementowniach i elektrociepłowniach. Ciepło może być wykorzystane do produkcji pary technologicznej lub konwersji na energię elektryczną w układach ORC,
• 200–500°C – w tym zakresie pracują kotły przemysłowe, piece metalurgiczne i instalacje chemiczne. Można tu zastosować na przykład ekonomizery i rekuperatory do podgrzewania wody procesowej lub powietrza spalania,
• 100–200°C – tutaj sprawdzą się kondensacyjne wymienniki ciepła, które pozwalają na odzysk energii z gazów wylotowych w przemyśle spożywczym, papierniczym i HVAC,
• Poniżej 100°C – odzysk ciepła staje się mniej opłacalny, ale w niektórych przypadkach można wykorzystać je do wstępnego podgrzewania powietrza, systemów wentylacyjnych lub daje możliwość zastosowania wysokotemperaturowej pompy ciepła.

Czy odzysk ciepła ze spalin można wdrożyć bez wstrzymywania produkcji?

W wielu przypadkach systemy odzysku ciepła ze spalin mogą być instalowane bez konieczności zatrzymywania produkcji, zwłaszcza jeśli infrastruktura zakładu pozwala na montaż wymienników ciepła w sposób modułowy lub w istniejących kanałach spalinowych. Jednak w bardziej skomplikowanych instalacjach, gdzie wymagane jest np. przeprojektowanie układu spalinowego, wykonanie nowych przyłączy lub montaż dużych urządzeń, może być konieczne wstrymanie pracy obiektu.

,,Stopień ingerencji zależy od rodzaju instalacji oraz dostępnej przestrzeni – w przypadku kotłów przemysłowych, turbin gazowych czy pieców metalurgicznych modernizacja może wymagać przerw technologicznych, natomiast w systemach, gdzie można zamontować wymienniki ciepła równolegle do istniejącego układu, prace mogą odbywać się etapowo, minimalizując wpływ na ciągłość produkcji. Przed wdrożeniem odzysku ciepła zawsze przeprowadza się analizę techniczną, aby określić optymalny sposób instalacji przy jak najmniejszych zakłóceniach dla zakładu.” - mówi mgr inż. Przemysław Wojciechowski, Kierownik Projektu w DB Energy. 

Zalety odzysku ciepła ze spalin

Odzysk ciepła ze spalin przynosi korzyści zarówno pod względem ekonomicznym, jak i środowiskowym. Przede wszystkim pozwala na znaczną redukcję zużycia paliwa, ponieważ energia, która w przeciwnym razie zostałaby utracona, może zostać ponownie wykorzystana do podgrzewania wody, powietrza procesowego lub do wytwarzania energii elektrycznej. Za tym idzie oczywista oszczędność finansowa - wykorzystując wytwarzane już ciepło, można uniknąć kosztów zakupu mediów.

Dodatkowo, ograniczenie spalania paliw kopalnych przekłada się na zmniejszenie emisji dwutlenku węgla oraz innych zanieczyszczeń, co jest istotne zarówno ze względu na regulacje środowiskowe, jak i politykę ESG wielu przedsiębiorstw. Odzysk ciepła poprawia również efektywność energetyczną, pozwalając na optymalne wykorzystanie zasobów. W niektórych przypadkach możliwe jest nawet wytwarzanie energii elektrycznej poprzez zastosowanie technologii takich jak ORC, co przekłada się na znaczne oszczędności. Ważną zaletą jest także uniwersalność rozwiązania – odzysk ciepła można dostosować do różnych procesów przemysłowych i szerokiego zakresu temperatur spalin, co sprawia, że znajduje zastosowanie w wielu sektorach gospodarki.

W naszej bazie wiedzy znajdziesz także podobne artykuły na ten temat:

• Technologie odzysku ciepła
• Odzysk ciepła ze sprężarek

Wady i ograniczenia odzysku ciepła ze spalin

Mimo oczywistych korzyści, odzysk ciepła nie zawsze jest opłacalny lub możliwy do wdrożenia. Dlaczego?

• jeśli spaliny mają zbyt niską temperaturę, efektywność odzysku jest ograniczona, co może sprawić, że inwestycja się nie zwróci lub okres zwrotu będzie bardzo długi,
• spaliny mogą zawierać substancje powodujące osadzanie się sadzy lub korozję wymienników ciepła, co zwiększa koszty konserwacji,
• w niektórych zakładach przemysłowych może brakować miejsca na montaż wymienników ciepła lub dodatkowych układów odzysku energii,
• instalacja wymienników ciepła, układów ORC lub rekuperatorów może wymagać dużych nakładów inwestycyjnych, co może być zniechęcające,
• jeśli instalacja nie pracuje w sposób ciągły, okres zwrotu inwestycji może się wydłużyć.

Podsumowując, odzysk ciepła ze spalin to rozwiązanie, które może przynieść znaczące oszczędności i korzyści ekologiczne, szczególnie w branżach energochłonnych i w wysokotemperaturowych procesach. Choć inwestycja w technologie odzysku ciepła może wymagać początkowych nakładów, w dłuższym okresie pozwala na obniżenie kosztów eksploatacyjnych, zmniejszenie emisji CO2 i poprawę efektywności energetycznej. Warto pamiętać, że kluczowe znaczenie dla opłacalności rozwiązania ma odpowiednia analiza, która pomoże dostosować technologię odzysku do specyfiki procesu i temperatury spalin. Właściwie wdrożony odzysk ciepła to krok ku bardziej zrównoważonemu i rentownemu zarządzaniu energią w zakładach przemysłowych, co stanowi istotny element w dążeniu do poprawy efektywności energetycznej i zgodności z regulacjami środowiskowymi.