Ponad 30 lat potwierdzonej skuteczności

Duży szpital uniwersytecki

Pracując nieprzerwanie przez 35 lat w istniejącej instalacji wysokociśnieniowej pary, systemy odzyskują energię ze spalin kotłowych, wspierając kluczowe obciążenia grzewcze 24/7 w warunkach zimowego klimatu Kanady.

Branża

Szpitale

Lokalizacja

Kanada

Rozwiązanie

PERCO-ACE™ i FLU-ACE™

Poznaj rozwiązania

Projekt stanowił pierwsze zastosowanie podgrzewacza wody w technologii bezpośredniego kontaktu jako głównego źródła ciepła dla systemu ogrzewania budynku.

Jako jeden z najstarszych szpitali w prowincji, obiekt ten reprezentuje złożoną, historyczną infrastrukturę kształtowaną przez niemal sto lat nieprzerwanej działalności. Początkowo zbudowany na początku XX wieku jako pojedynczy budynek, był stopniowo rozbudowywany poprzez kolejne dobudowy, a nie jako jednolity kompleks, co doprowadziło do powstania połączonych ze sobą obiektów wznoszonych w różnych okresach i według odmiennych standardów.

W tej złożonej infrastrukturze system odzysku energii ze spalin kotłowych FLU-ACE, wykorzystywany do wstępnego podgrzewania ciepłej wody użytkowej i pralniczej oraz ogrzewania obwodowego, a także podgrzewacz wody PERCO-ACE obsługujący ogrzewanie budynków, pozostają w pełni operacyjne po 35 latach ciągłej eksploatacji. W tym czasie systemy te pozwoliły zaoszczędzić znaczne ilości energii cieplnej, która w przeciwnym razie zostałaby odprowadzona przez kominy, przy jednoczesnym zapewnieniu niezawodnej produkcji ciepłej wody dla kluczowych operacji szpitalnych.

Wszystkie wartości finansowe podano w dolarach kanadyjskich (CAD), co odzwierciedla lokalizację projektu oraz okres, w którym osiągnięto przedstawione wyniki.

Starzejąca się infrastruktura i ograniczenia systemowe

Instalacja grzewcza dostarcza parę do wielu budynków na potrzeby ogrzewania pomieszczeń i powietrza wentylacyjnego, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz procesów takich jak pralnia, żywienie zbiorowe i sterylizacja, przy zmiennych profilach zapotrzebowania.

Zbudowana w 1925 roku jako samodzielny obiekt kotłownia została pierwotnie zaprojektowana wokół wytwarzania pary z węgla, z trzema wysokociśnieniowymi kotłami obsługującymi zarówno ogrzewanie, jak i procesy technologiczne. Urządzenia pomocnicze sterowane parą, w tym systemy cyrkulacji ciepłej wody i uzupełniania wody kotłowej, odzwierciedlały podejście projektowe oparte na stałej dostępności pary, a nie zmiennym zapotrzebowaniu.

Wraz z rozbudową obiektu kotłownia była adaptowana, a nie projektowana od nowa. Instalowano dodatkowe kotły dla nowych budynków, a pierwotne jednostki stopniowo modernizowano, przechodząc z węgla na ciężki olej opałowy, a następnie na gaz ziemny. Choć modyfikacje te wydłużyły żywotność instalacji, jej podstawowa konfiguracja pozostała zakorzeniona w pierwotnym, węglowym projekcie

Wyzwania operacyjne

Kotły pracowały z niską sprawnością, szczególnie przy częściowym obciążeniu, i oferowały niewielką elastyczność operacyjną przy zmiennym zapotrzebowaniu w ciągu dnia. W rezultacie instalacja musiała pracować w trybie ciągłym, nawet przy niskim zapotrzebowaniu, aby zapewnić ciągłość dostaw energii w całym obiekcie.

Ograniczenia te były dodatkowo potęgowane przez wiek urządzeń. Wymagania serwisowe były wysokie, części zamienne do oryginalnych kotłów stawały się trudno dostępne, a rutynowa eksploatacja obejmowała częste czyszczenie kotłów i kominów. Dalsze wykorzystanie spalania oleju powodowało emisję sadzy i związków kwaśnych, co wpływało na otoczenie i zwiększało obciążenia operacyjne oraz środowiskowe.
Przez znaczną część roku urządzenia opalane olejem musiały pracować nawet przy bardzo niskim obciążeniu, co prowadziło do stałego osadzania się sadzy i kwaśnych kondensatów na pobliskich budynkach i pojazdach oraz zwiększało częstotliwość czyszczenia instalacji.
Zgodnie z przepisami prowincjonalnymi kotły o tej mocy wymagały stałego nadzoru, interpretowanego zazwyczaj jako jedna godzina obecności operatora na każde dwie godziny pracy. W praktyce zapewnienie całodobowej obsługi wymagało rotacyjnego zespołu około sześciu licencjonowanych operatorów, generując znaczące i w dużej mierze nieelastyczne koszty pracy, niezależne od rzeczywistego obciążenia instalacji czy sezonowego zapotrzebowania.

Modernizacja skoncentrowała się więc na dwóch głównych czynnikach kosztowych: wymaganiach nadzoru oraz efektywności energetycznej instalacji kotłowej.

Roczne oszczędności operacyjne: 298 000 USD

Rozwiązanie wdrożono w oparciu o dwutorowe podejście, obejmujące zarówno ograniczenie wymagań nadzoru, jak i poprawę efektywności energetycznej: instalację podgrzewacza wody w technologii bezpośredniego kontaktu PERCO-ACE oraz kondensacyjnego ekonomizera spalin FLU-ACE.

PERCO-ACE: redukcja zapotrzebowania na parę i wymagań nadzoru

Choć maksymalne zapotrzebowanie na parę w roku poprzedzającym modernizację wynosiło 16 MW, strategia modernizacji celowo ograniczyła zainstalowaną moc wytwarzania pary do 12 MW. Obciążenia związane z ogrzewaniem pomieszczeń i przygotowaniem ciepłej wody użytkowej częściowo przeniesiono na alternatywne źródło ciepła niewymagające ciągłego nadzoru – system PERCO-ACE.

Dzięki utrzymaniu łącznej mocy wszystkich jednocześnie pracujących kotłów poniżej 12 MW znacząco ograniczono wymagania regulacyjne dotyczące nadzoru. W tym trybie eksploatacji nadzór ograniczono do jednej wizyty operatora na dobę, co bezpośrednio zmniejszyło jeden z głównych składników kosztów operacyjnych.

System PERCO-ACE działa jako podgrzewacz wody w technologii bezpośredniego kontaktu. Obieg grzewczy jest oddzielony wymiennikiem płytowym, natomiast woda jest rozpylana na pakiecie elementów ze stali nierdzewnej i wchodzi w bezpośredni kontakt z gazami spalania. Taka konfiguracja umożliwia efektywną wymianę ciepła przy niskich temperaturach wody oraz oddzielenie obciążeń grzewczych budynków od ciągłej produkcji pary.

Przewaga efektywnościowa PERCO-ACE jest szczególnie widoczna w warunkach zimowych Montrealu, gdzie średnia temperatura w sezonie grzewczym wynosi około −10°C, a temperatura powrotu wody w instalacji grzewczej wynosi około 44°C.
W tych warunkach PERCO-ACE osiąga chwilową sprawność konwersji gazu ziemnego na ciepłą wodę na poziomie około 94,6%, przy temperaturze spalin opuszczających urządzenie wynoszącej około 45°C. Dla porównania, konwencjonalny kocioł parowy z wymiennikiem pośrednim osiągałby w podobnych warunkach sprawność poniżej 65%.

Temperatura zewnętrzna °C	Temperatura wody zasilającej instalację grzewczą °C	Temperatura wody powrotnej instalacji grzewczej °C	Temperatura spalin °C	Sprawność chwilowa %
-1	41	37	38	96.7
-10	47	44	45	94.6
-20	56	51	53	92.5
-29	60	53	54	91.0

Tabela 1 – Sprawność podgrzewacza wody w technologii bezpośredniego kontaktu w zależności od temperatury powrotu w obiegu grzewczym

Uzyskana poprawa sprawności przekłada się na około 35% redukcję zużycia gazu ziemnego oraz emisji CO₂, a poziom ten jest utrzymywany w ciągłej eksploatacji od ponad 35 lat.

Poznaj PERCO-ACE™

FLU-ACE: maksymalizacja odzysku ciepła ze spalin

Równolegle zainstalowano kondensacyjny ekonomizer spalin FLU-ACE w technologii bezpośredniego kontaktu, aby odzyskiwać niskotemperaturowe ciepło ze spalin kotłów parowych. W standardowych warunkach pracy kotły wytwarzające parę o ciśnieniu około 8,6 barg odprowadzają spaliny o temperaturze od 232°C do 260°C. Znaczną poprawę efektywności można osiągnąć poprzez obniżenie temperatury spalin do około 38°C, pod warunkiem dostępności odpowiednio niskiej temperatury wody na wejściu do wymiennika.

Projekt instalacji grzewczej został skonfigurowany tak, aby wykorzystać kilka źródeł niskotemperaturowych, w tym wodę uzupełniającą do ciepłej wody użytkowej, wodę zasilającą kotły, wodę pralniczą, powroty z instalacji wentylacyjnych oraz niskie temperatury powrotu charakterystyczne dla istniejącego systemu grzejników żeliwnych.

Spaliny z dwóch kotłów o mocy 6 MW są wprowadzane do dolnej części ekonomizera za pomocą wentylatora wyciągowego. Woda jest rozpylana w górnej części urządzenia na pakiecie elementów ze stali nierdzewnej, co umożliwia jej bezpośredni kontakt z gorącymi spalinami. Aby sprostać zmiennemu zapotrzebowaniu na ciepłą wodę, szczególnie w pralni, podgrzana woda jest magazynowana w zbiorniku o pojemności 22 700 litrów u podstawy ekonomizera.

W normalnych warunkach temperatura spalin opuszczających urządzenie jest o około 5,6°C wyższa od temperatury rozpylanej wody. W okresach dużego zapotrzebowania ze strony pralni, gdy temperatura wody zasilającej jest najniższa, temperatura spalin może spaść nawet do około 10°C. Oznacza to, że temperatura rozpylanej wody staje się kluczowym czynnikiem determinującym efektywność odzysku energii.

Modernizacja ograniczyła roczne zużycie gazu ziemnego do 600 000 m³, co przełożyło się na oszczędności rzędu 170 000 USD rocznie. W połączeniu z redukcją kosztów nadzoru i utrzymania całkowite roczne oszczędności operacyjne wyniosły 298 000 USD. Okres zwrotu z inwestycji wyniósł 4,5 roku, potwierdzając korzystną relację między nakładami inwestycyjnymi a długoterminowymi korzyściami operacyjnymi.

Poznaj FLU-ACE™

Wykorzystanie wysokiej sprawności przy niskotemperaturowych obciążeniach ogrzewania budynków

Duże systemy ogrzewania pomieszczeń często pracują przy stosunkowo niskich temperaturach powrotu, szczególnie w instalacjach opartych na grzejnikach, nagrzewnicach powietrza wentylacyjnego lub innych układach wodnych. Warunki te stwarzają znaczący potencjał odzysku energii, którego konwencjonalne wymienniki ciepła często nie są w stanie w pełni wykorzystać. Systemy odzysku ciepła w technologii bezpośredniego kontaktu są szczególnie dobrze dopasowane do takich zastosowań, ponieważ bezpośrednie oddziaływanie gazów spalania z rozpylaną wodą umożliwia bardzo intensywną wymianę ciepła oraz jednoczesny odzysk zarówno ciepła jawnego, jak i utajonego ze strumienia spalin.

Poprzez kondensację pary wodnej zawartej w spalinach i bezpośrednie przekazanie tej energii do obiegu grzewczego, systemy bezpośredniego kontaktu mogą odzyskać znacznie więcej użytecznego ciepła niż tradycyjne wymienniki pośrednie. Efektem jest niższe zużycie paliwa, wyższa sprawność całej instalacji oraz ograniczenie strat kominowych, szczególnie w obiektach o dużych i ciągłych obciążeniach grzewczych.

Porozmawiaj o swoim projekcie

Skontaktuj się z naszym zespołem

Jeśli chcesz ograniczyć zużycie paliwa, emisje Scope 1 lub koszty operacyjne, pomożemy określić realne możliwości wdrożenia:

identyfikacja strat energii
wybór najbardziej efektywnych rozwiązań
jasne wytyczne wdrożeniowe