Экономайзер - Economizer

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: «Экономайзер»  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Апрель 2011 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Экономайзеры (США и Оксфордское правописание ), или же экономайзеры (Великобритания), механические устройства, предназначенные для уменьшения потребление энергии, или для выполнения полезной функции, такой как предварительный нагрев жидкость. Термин «экономайзер» используется и для других целей. Котел, электростанция, отопление, охлаждение, вентиляция и кондиционирование (HVAC ) обсуждаются в этой статье. Говоря простым языком, экономайзер - это теплообменник.

двигатель Стирлинга

Роберт Стирлинг инновационный вклад в дизайн двигатели горячего воздуха 1816 года был тем, что он называл «экономайзером». Теперь известный как регенератор, он накапливал тепло от горячей части двигателя, когда воздух проходил в холодную сторону, и отдавал тепло охлажденному воздуху, когда он возвращался в горячую сторону. Это нововведение повысило эффективность двигатель Стирлинга Достаточно, чтобы сделать его коммерчески успешным в определенных приложениях, и с тех пор он является компонентом каждого воздушного двигателя, который называется двигателем Стирлинга.

Котлы

В котлы, экономайзеры представляют собой теплообменные устройства, которые нагревают жидкости, обычно воду, до, но обычно не выше кипячение точка этой жидкости. Экономайзеры названы так потому, что они могут использовать энтальпия в потоках текучей среды, которые являются горячими, но недостаточно горячими для использования в котле, тем самым восстанавливая более полезную энтальпию и повышая эффективность котла. Это устройство, прикрепленное к котлу, которое экономит энергию за счет использования выхлопные газы от бойлера для предварительного нагрева холодной воды, использованной для его заполнения ( питательная вода ).

Паровые котлы используют большое количество энергии, поднимая питательную воду до температуры кипения, превращая воду в пар и иногда перегревая этот пар выше температуры насыщения. Эффективность теплопередачи повышается, когда для кипения и перегрева используются самые высокие температуры около источников горения, при этом охлажденные дымовые газы выходят из котла через экономайзер для повышения температуры питательной воды, поступающей в паровой барабан. Непрямой контакт или конденсация прямого контакта. экономайзер утилизирует остаточное тепло продуктов сгорания. Серия заслонок, эффективная система управления, а также вентилятор позволяют всем или части продуктов сгорания проходить через экономайзер, в зависимости от потребности в подпиточной и / или технологической воде. Температура газов может быть понижена от температуры кипения текучей среды до температуры, немного превышающей температуру поступающей питательной воды, при предварительном нагреве этой питательной воды до температуры кипения. Котлы высокого давления обычно имеют большую поверхность экономайзера, чем котлы низкого давления. Трубки экономайзера часто имеют выступы, похожие на ребра, для увеличения поверхности теплопередачи на стороне продуктов сгорания.^[1] В среднем за годы^{[требуется разъяснение ]} КПД сгорания котла увеличился с 80% до более чем 95%. Эффективность производимого тепла напрямую связана с КПД котла. Процент избыточного воздуха и температура продуктов сгорания - две ключевые переменные при оценке этой эффективности.

Для полного сгорания природного газа требуется определенное количество воздуха, поэтому горелкам для работы необходим поток избыточного воздуха. При сгорании образуется водяной пар, количество которого зависит от количества сожженного природного газа. Также оценка точки росы зависит от избытка воздуха. Природный газ имеет разные кривые эффективности сгорания, связанные с температурой газов и избыточного воздуха. Например, если газы^{[требуется разъяснение ]} охлаждены до 38 ° C и имеется 15% избытка воздуха, тогда КПД будет 94%.^{[нужна цитата ]} Таким образом, конденсационный экономайзер может утилизировать явное и скрытое тепло парового конденсата, содержащегося в дымовых газах, для технологического процесса. Экономайзер изготовлен из сплава алюминия и нержавеющей стали.^{[нужна цитата ]} Газы проходят через цилиндр, а вода - через оребренные трубы. Он конденсирует около 11% воды, содержащейся в газах.^{[нужна цитата ]}

История

Один из двух оригинальных «экономайзеров Грина» 1940-х годов внутри Killafaddy Board Mills котельная на окраине Лонсестон

Первая удачная конструкция экономайзера была использована для увеличения пароподъема. эффективность котлов стационарные паровые машины. Он был запатентован Эдвардом Грином в 1845 году и с тех пор известен как Экономайзер Грина. Он состоял из массива вертикальных чугун трубы, подключенные к резервуару с водой сверху и снизу, между которыми проходили выхлопные газы котла. Это расположение, обратное тому, которое обычно, но не всегда наблюдается в топочных трубах котла; там горячие газы обычно проходят через трубы, погруженные в воду, тогда как в экономайзере вода проходит через трубы, окруженные горячими газами. Хотя оба являются теплообменными устройствами, в котел горящие газы нагревают воду, чтобы произвести пар для привода двигателя, будь то поршень или турбина, тогда как в экономайзерчасть тепловой энергии, которая в противном случае была бы потеряна в атмосфере, вместо этого используется для нагрева воды и / или воздуха, которые поступают в котел, тем самым экономя топливо. Самой успешной особенностью конструкции экономайзера Грина было его механическое устройство для зачистки, которое было необходимо для защиты трубок от отложений сажа.

В конечном итоге экономайзеры были установлены практически на всех стационарных паровых двигателях в течение десятилетий после изобретения Грина. На некоторых сохранившихся стационарных площадках с паровыми машинами все еще есть свои экономайзеры Грина, хотя обычно они не используются. Одним из таких сохранившихся мест является Claymills Pumping Engines Trust в Стаффордшире, Англия, который находится в процессе восстановления одного комплекта экономайзеров и соответствующего парового двигателя, который приводил их в движение. Другой такой пример - Британский инженериум в Брайтон-энд-Хове, где используется экономайзер, связанный с котлами для двигателя № 2, в комплекте с соответствующим небольшим стационарным двигателем. Третий сайт Музей рабочей шерсти Coldharbour Mill, где экономайзер Грина находится в рабочем состоянии, укомплектованный приводными валами паровой машины Поллита и Вигзелла.

Электростанции

Современные котлы, например, в каменный уголь -уволенный энергостанции, все еще оснащены экономайзерами, которые являются потомками оригинальной конструкции Грина. В этом контексте их часто называют подогреватели питательной воды и нагрейте конденсат от турбины перед тем, как его перекачать в котлы.

Экономайзеры обычно используются как часть парогенератор с рекуперацией тепла (HRSG) в комбинированный цикл электростанция. В HRSG вода проходит через экономайзер, затем через котел а затем перегреватель. Экономайзер также предотвращает затопление котла жидкой водой, которая слишком холодна для кипячения с учетом расхода и конструкции котла.

Обычно экономайзеры на паровых электростанциях используются для улавливания отходящее тепло из котел дымовые газы (дымовые газы ) и передать в питательную воду котла. В результате повышается температура питательной воды котла, снижается потребляемая энергия и, в свою очередь, снижается скорость горения, необходимая для номинальной мощности котла. Экономайзеры понижают температуру дымовой трубы, что может вызвать конденсацию кислых продуктов сгорания и серьезное повреждение оборудования, вызванное коррозией, если не будет уделено внимание их конструкции и выбору материала.

HVAC

Система HVAC здания (отопления, вентиляции и кондиционирования) может использовать воздушный экономайзер для экономии энергии в зданиях за счет использования холодного наружного воздуха как средства охлаждения внутреннего пространства. Когда температура наружного воздуха ниже температуры рециркуляционного воздуха, кондиционирование наружным воздухом более энергоэффективно, чем кондиционирование рециркуляционным воздухом. Когда наружный воздух достаточно холодный и достаточно сухой (в зависимости от климата), количество энтальпии в воздухе является приемлемым, и его дополнительное кондиционирование не требуется; эта часть схемы управления экономайзером воздушной стороны называется свободное охлаждение.

Экономайзеры на стороне воздуха могут уменьшить HVAC затраты на энергию в холодном и умеренном климате, а также потенциально улучшаются качество воздуха в помещении, но чаще всего не подходят в жарком и влажном климате. При соответствующем контроле экономайзеры можно использовать в климатических условиях с различными погодными условиями. Для получения информации о том, как экономайзеры и другие средства контроля могут повлиять на энергоэффективность и качество воздуха внутри зданий, см. Отчет Агентства по охране окружающей среды США «Исследование затрат на энергию и качество воздуха в помещении для систем вентиляции и средств контроля». [4]

Когда температура наружного воздуха по сухому и влажному термометру достаточно низкая, водяной экономайзер можно использовать воду с водяным охлаждением градирни или сухой охладитель (также называемый охладителем жидкости) для охлаждения зданий без использования чиллер. Они исторически известны как цикл сита, но водяной экономайзер не является термодинамический цикл. Кроме того, вместо того, чтобы пропускать воду из градирни через сетчатый фильтр, а затем в охлаждающие змеевики, что вызывает засорение, чаще всего между градирней и контурами охлажденной воды вставляют пластинчатый теплообменник.

Для обеспечения правильной работы экономайзеров со стороны воздуха и воды необходимы хорошие органы управления и клапаны или заслонки, а также техническое обслуживание.

Холодильное оборудование

Кулер-экономайзер

Распространенной формой экономайзера охлаждения является «экономайзер-охладитель открытого типа» или «система охлаждения наружным воздухом». В такой системе наружный воздух, который холоднее, чем воздух внутри охлаждаемого помещения, подается в это пространство, и такое же количество более теплого внутреннего воздуха выводится наружу. В результате охлаждение дополняет или заменяет работу холодильной системы на основе компрессора. Если воздух внутри охлаждаемого помещения только примерно на 5 ° F теплее, чем воздух, который его заменяет (то есть ∆T> 5 ° F), этот охлаждающий эффект достигается более эффективно, чем такое же количество охлаждения, получаемое от компрессора. основанная система. Если наружный воздух недостаточно холоден, чтобы преодолеть холодопроизводительность помещения, компрессорная система также должна будет работать, иначе температура внутри помещения повысится.

Парокомпрессионное охлаждение

Другое использование этого термина встречается в промышленном охлаждении, а именно: парокомпрессионное охлаждение. Обычно концепция экономайзера применяется, когда конкретная конструкция или особенность цикл охлаждения, позволяет уменьшить количество энергия используется от электросети; в размере компонентов (в основном газовый компрессор номинальная мощность), используемого для производства холода, или того и другого. Например, для морозильной камеры, которая поддерживается при температуре -20 ° F (-29 ° C), основные компоненты охлаждения будут включать: испаритель змеевик (плотное расположение трубок с хладагентом и тонкими металлическими ребрами, используемыми для отвода тепла изнутри морозильной камеры), вентиляторы для обдува змеевика и вокруг корпуса, воздушное охлаждение уплотнение блок, расположенный на открытом воздухе, и клапаны и трубопровод. Конденсаторный блок будет включать компрессор змеевик и вентиляторы для обмена теплом с окружающим воздухом.

Дисплей экономайзера использует тот факт, что холодильные системы имеют повышенную эффективность при увеличении давления и температуры. В мощность то газовый компрессор потребности сильно коррелируют как с соотношением, так и с разницей между давлением нагнетания и всасывания (а также с другими характеристиками, такими как теплоемкость хладагента и тип компрессора). Низкотемпературные системы, такие как морозильные камеры, перемещают меньше жидкости в тех же объемах. Это означает, что насос компрессора менее эффективен в низкотемпературных системах. Это явление является печально известным, если учесть, что температура испарения для морозильной камеры при -20 ° F (-29 ° C) может составлять около -35 ° F (-37 ° C). Системы с экономайзерами предназначены для производства деталей. холодильной работы при высоких давлениях, в которых газовые компрессоры обычно более эффективны. В зависимости от области применения эта технология позволяет либо меньшие мощности сжатия, чтобы обеспечить достаточно давление и расход для системы, для которой обычно требуются компрессоры большего размера; увеличивает производительность системы, которая без экономайзера будет производить меньше холода, или позволяет системе производить такое же количество холода, используя меньшую мощность.

Концепция экономайзера связана с переохлаждение как конденсированная жидкость температура в линии обычно выше, чем на испаритель, что делает его подходящим местом для применения концепции повышения эффективности.^[2] Вспоминая пример с морозильной камерой, нормальный температура из жидкостная линия в этой системе составляет около 60 ° F (16 ° C) или даже выше (это зависит от температуры конденсации). Это условие гораздо менее опасно для охлаждения, чем испаритель при -35 ° F (-37 ° C).

Установки экономайзера в холодильной технике

Несколько дисплеев позволяют цикл охлаждения работать экономайзерами и извлекать выгоду из этой идеи. Конструкция такого рода систем требует определенных знаний в данной области, а изготовление некоторых механизмов требует особой утонченности и долговечности. Падение давления, управление электрическим клапаном и сопротивление масла - все это требует особой осторожности.

Для двухступенчатой ​​системы может потребоваться удвоение обработчиков давления, установленных в цикле. На схеме показаны два разных тепловые расширительные клапаны (TXV) и два отдельных этапа сжатие газа.

Двухступенчатые системы и бустеры

Система считается двухступенчатой, если две отдельные газовые компрессоры в последовательном дисплее работают вместе, чтобы произвести сжатие. Обычная установка повышения давления представляет собой двухступенчатую систему, в которую поступает жидкость, охлаждающая нагнетание первого компрессора, прежде чем она попадет на вход второго компрессора. Жидкость, которая поступает в промежуточную ступень обоих компрессоров, поступает из жидкостная линия и обычно контролируется расширение, напорные и соленоидные клапаны.

А переохлажденный бустер имеет теплообменник переохлаждения (SHX) что обеспечивает переохлаждение для трубопровод для конденсированной жидкости.

Такой стандартный двухступенчатый цикл будет иметь расширительный клапан который расширяет и модулирует количество хладагент входящий на межкультурный пост. По мере того, как жидкость, поступающая в межступенчатое пространство, расширяется, она будет стремиться к испариться, вызывая общий перепад температуры и охлаждая всасывающую часть второго компрессора при смешивании с жидкостью, выпускаемой первым компрессором. Такая установка может иметь теплообменник между расширением и промежуточным этапом, ситуация, в которой второй испаритель может также служить для производства холода, хотя и не такого холодного, как основной испаритель (например, для производства кондиционер или для хранения свежих продуктов). Говорят, что двухступенчатая система устанавливается на бустер-дисплее с переохлаждение, если хладагент, поступающий на промежуточную ступень, проходит через теплообменник переохлаждения который переохлаждение то главная жидкостная линия прибытие в главный испаритель той же системы.^[3]

Немного винтовой компрессор производители предлагают их с экономайзером. Эти системы могут использовать мгновенный газ для входа экономайзера.

Компрессоры газовые экономайзеры

Необходимость использования двух компрессоры при рассмотрении установки бустера имеет тенденцию увеличивать стоимость системы охлаждения. Помимо цены на редуктор, двухступенчатые системы требуют особого внимания к синхронизации, контролю давления и смазке. Для снижения этих затрат было разработано специальное снаряжение.

А переохлажденный экономайзер уменьшает количество газовые компрессоры в системе.

Винтовые компрессоры экономайзера строятся несколькими производителями, такими как Refcomp, Mycom, Bitzer и York. Эти машины объединяют оба компрессоры двухступенчатой ​​системы в одну винтовой компрессор и имеют два входа: основной всасывающий и боковой вход между ступенями для газа более высокого давления.^{[нужна цитата ]} Это означает, что нет необходимости устанавливать два компрессора и при этом использовать концепцию бустера.

Для этих компрессоров существует два типа настроек экономайзера: вспышка и переохлаждение. Последний работает по тому же принципу, что и два ступенчатых бустерных дисплея с переохлаждение. В вспышка экономайзер отличается тем, что не использует теплообменник производить переохлаждение. Вместо этого у него есть испарительная камера или резервуар, в котором мгновенный газ производится для снижения температуры жидкость перед расширением. В мгновенный газ произведенное в этом резервуаре оставляет жидкость линии и идет к входу экономайзера винтовой компрессор.^[4]

Оптимизаторы цикла охлаждения, такие как серия E EcoPac, сохраняют исходную конструкцию цикла охлаждения без изменений.

Оптимизаторы цикла переохлаждения и охлаждения

Все предыдущие системы производят эффект экономайзера за счет использования компрессоров, счетчиков, клапанов и теплообменники в холодильном цикле. В зависимости от системы, в некоторых холодильных циклах может быть удобно производить экономайзер с использованием независимого холодильного механизма. Так обстоит дело с переохлаждение то жидкостная линия любыми другими способами, которые привлекают высокая температура вне основной системы. Например, теплообменник который подогревает холодную воду, необходимую для другого процесса или использования человеком, может отводить тепло от жидкостная линия, эффективно переохлаждение линии и увеличения пропускной способности системы.^[5]

В последнее время были разработаны машины, специально предназначенные для этой цели. В Чили производитель EcoPac Systems разработал оптимизатор цикла, способный стабилизировать температуру жидкостная линия и позволяя либо увеличить холодопроизводительность системы, либо уменьшить потребляемая мощность.^[6] Такие системы имеют то преимущество, что не нарушают оригинальный дизайн система охлаждения является интересной альтернативой для расширения одноступенчатых систем, не имеющих экономайзера. компрессор.^[7]

Внутренние теплообменники

Переохлаждение также может производиться перегрев газ выходит из испаритель и направляемся в газовый компрессор.^[8] Эти системы выводят высокая температура от жидкостная линия но нагревают всасывание газовых компрессоров. Это очень распространенное решение, гарантирующее, что газ достигнет компрессора, а жидкость достигнет клапан. Это также позволяет максимально теплообменник использование as минимизирует долю теплообменников, используемых для изменения температуры жидкости, и максимизирует объем, в котором хладагент меняет свою фазу (явление, включающее гораздо больший тепловой поток, основной принцип парокомпрессионного охлаждения).

Внутренний теплообменник это просто тип теплообменника, который использует холодный газ, выходящий из испаритель змеевик для охлаждения жидкости под высоким давлением, которая направляется в начало змеевика испарителя через расширительное устройство. Газ используется для охлаждения камеры, которая обычно имеет ряд труб для проходящей через нее жидкости. В перегретый газ затем переходит к компрессору. В переохлаждение термин относится к охлаждению жидкости ниже ее точки кипения. 10 ° F (5,6 ° C) переохлаждения означает, что температура на 10 ° F холоднее, чем кипение при заданном давлении. Поскольку оно представляет собой разницу температур, значение переохлаждения не изменится, если оно измерено по абсолютной или относительной шкале (10 ° F переохлаждения равняется 10 ° R (5,6 K) переохлаждения).

Смотрите также

• Противоточный обмен
• Регенеративный теплообменник
• Подогреватель питательной воды
• Тепловая эффективность

Рекомендации

• Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от Steam. Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-45834-X.