Рекуператор - Recuperator

Типы рекуператора или крестообразного пластинчатого теплообменника

Рекуператор является специальным контр-поток рекуперации энергии теплообменник , расположенный внутри потоков приточного и вытяжного воздуха из системы обработки воздуха, или в выхлопных газах промышленного процесса, для того , чтобы восстановить отработанного тепла . Как правило, они используются для извлечения тепла из выхлопных газов и использования его для предварительного нагрева воздуха, поступающего в систему сгорания. Таким образом, они используют ненужную энергию для нагрева воздуха, компенсируя часть топлива и тем самым повышая энергоэффективность системы в целом.

Описание

Во многих типах процессов сжигание используется для выработки тепла, а рекуператор служит для рекуперации или регенерации этого тепла с целью его повторного использования или рециркуляции. Термин рекуператор относится также к противоточным теплообменникам жидкость-жидкость, используемым для рекуперации тепла в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также в замкнутых процессах, таких как цикл охлаждения аммиак-вода или абсорбция LiBr-вода.

Рекуператоры часто используются вместе с горелочной частью теплового двигателя для повышения общей эффективности. Например, в газотурбинном двигателе воздух сжимается, смешивается с топливом, которое затем сжигается и используется для привода турбины. Рекуператор передает часть отработанного тепла в выхлопных газах сжатому воздуху, таким образом предварительно нагревая его перед входом в ступень топливной горелки. Поскольку газы были предварительно нагреты, требуется меньше топлива для нагрева газов до температуры на входе в турбину. За счет рекуперации части энергии, обычно теряемой в виде отработанного тепла, рекуператор может значительно повысить эффективность теплового двигателя или газовой турбины.

Процесс передачи энергии

Обычно теплообмен между воздушными потоками, обеспечиваемый устройством, называется « явным теплом », который представляет собой обмен энергией или энтальпией , приводящий к изменению температуры среды (в данном случае воздуха), но без изменения влажности. содержание. Однако, если уровень влажности или относительной влажности в потоке возвратного воздуха достаточно высок, чтобы позволить конденсацию в устройстве, то это вызовет выделение « скрытого тепла », и материал теплопередачи будет покрыт пленкой воды. . Несмотря на соответствующее поглощение скрытой теплоты, так как некоторые из водной пленки выпаривают в противоположном воздушном потоке, вода будет снижать тепловое сопротивление в пограничном слое теплообменника материала и тем самым улучшить коэффициент теплопередачи устройства, и , следовательно , увеличить эффективность. Энергетический обмен в таких устройствах теперь включает как явную, так и скрытую теплопередачу; Помимо изменения температуры, также изменяется влажность потока отработанного воздуха.

Однако пленка конденсации также немного увеличит падение давления в устройстве, и в зависимости от расстояния между матричным материалом это может увеличить сопротивление до 30%. Если агрегат не укладывать вниз, и конденсат не может стекать должным образом, это увеличит потребление энергии вентилятором и снизит сезонную эффективность устройства.

Использование в системах вентиляции

В системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, HVAC рекуператоры обычно используются для повторного использования отработанного тепла отработанного воздуха, обычно выбрасываемого в атмосферу . Устройства обычно состоят из ряда параллельных пластин из алюминия , пластика , нержавеющей стали или синтетического волокна , чередующиеся пары медных труб заключены с двух сторон, образуя двойные наборы воздуховодов, расположенных под прямым углом друг к другу, и которые содержат подводящий и вытяжной трубопроводы. воздушные потоки. Таким образом тепло от потока отработанного воздуха передается через разделительные пластины в поток приточного воздуха. Производители заявляют, что общий КПД достигает 95% в зависимости от технических характеристик устройства.

Характеристики этого устройства обусловлены соотношением между физическими размерами устройства, в частности, расстоянием между воздушными путями и расстоянием между пластинами. При равном падении давления воздуха через устройство у небольшого устройства будет более узкое расстояние между пластинами и более низкая скорость воздуха, чем у большего устройства, но оба устройства могут быть столь же эффективными. Из-за конструкции устройства с поперечным потоком, его физический размер будет определять длину пути прохождения воздуха, и по мере ее увеличения теплопередача будет увеличиваться, но падение давления также будет увеличиваться, и поэтому расстояние между пластинами увеличивается, чтобы уменьшить падение давления, но это в свою очередь снизит теплопередачу.

Как правило, рекуператор, выбранный для перепада давления в пределах 150–250 паскалей (0,022–0,036 фунт / кв. Дюйм), будет иметь хороший КПД, хотя и мало влияет на потребляемую мощность вентилятора, но, в свою очередь, будет иметь более высокий сезонный КПД, чем этот. для рекуператора физически меньшего размера, но с большим перепадом давления.

Когда рекуперация тепла не требуется, обычно устройство обходится путем использования заслонок, установленных в системе распределения вентиляции. Если предположить, что вентиляторы оснащены инверторным регулятором скорости, настроенным на поддержание постоянного давления в системе вентиляции, то снижение падения давления приводит к замедлению работы двигателя вентилятора и, таким образом, к снижению энергопотребления и, в свою очередь, к повышению сезонной эффективности системы. .

Использование в металлургических печах

Рекуператоры также использовались для рекуперации тепла из отходящих газов с целью предварительного нагрева воздуха для горения и топлива в течение многих лет металлическими рекуператорами для снижения затрат на энергию и снижения выбросов углекислого газа при эксплуатации. По сравнению с такими альтернативами, как регенеративные печи, начальные затраты ниже, нет клапанов, которые можно переключать вперед и назад, нет вытяжных вентиляторов и не требуется сеть газовых каналов, разбросанных по всей печи.

Исторически коэффициент рекуперации рекуператоров по сравнению с регенеративными горелками был низким. Однако недавние усовершенствования технологии позволили рекуператорам утилизировать 70–80% отработанного тепла, и теперь возможно предварительно нагреть воздух до 850–900 ° C (1560–1650 ° F).

Газовые турбины

Разрез восстановленной микротурбины

Рекуператоры могут использоваться для повышения эффективности газовых турбин для выработки электроэнергии при условии, что выхлопные газы горячее, чем температура на выходе компрессора. Тепло выхлопных газов турбины используется для предварительного нагрева воздуха от компрессора перед дальнейшим нагревом в камере сгорания, что снижает количество потребляемого топлива. Чем больше разница температур между выходом турбины и выходом компрессора, тем больше польза от рекуператора. Следовательно, микротурбины (<1 МВт), которые обычно имеют низкий коэффициент давления, больше всего выигрывают от использования рекуператора. На практике удвоение КПД возможно за счет использования рекуператора. Основная практическая задача рекуператора в микротурбинных установках - это выдержать температуру выхлопных газов, которая может превышать 750 ° C (1380 ° F).

Другие типы газо-газовых теплообменников

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки