Рекуператор - Recuperator

Типы рекуператора или крестовины теплообменник

А рекуператор это особая цель противоток восстановление энергии теплообменник расположен в потоках приточного и вытяжного воздуха системы кондиционирования воздуха или в выхлопные газы промышленного процесса, чтобы восстановить отходящее тепло. 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 улучшая энергоэффективность системы в целом.

Описание

Во многих типах процессов горение 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 LiBr-вода.

Рекуператоры часто используются вместе с горелочной частью Тепловой двигатель, чтобы увеличить общую эффективность. Например, в газовая турбина В 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 нагревая его перед входом в ступень топливной горелки. Поскольку газы были предварительно нагреты, для нагрева газов до температуры на входе в турбину требуется меньше топлива. 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 "явное тепло ", который является обменом энергии, или энтальпия, что приводит к изменению температуры среды (в данном случае воздуха), но без изменения содержания влаги. Однако, если влажность или относительная влажность уровень в потоке возвратного воздуха достаточно высок, чтобы позволить конденсации в устройстве, тогда это вызовет:скрытая теплота ", и теплопередающий материал будет покрыт пленкой воды. Несмотря на соответствующее поглощение скрытой теплоты, поскольку часть водной пленки испаряется в противоположном воздушном потоке, вода будет уменьшать термическое сопротивление из пограничный слой материала теплообменника и тем самым улучшить коэффициент теплопередачи устройства, и, следовательно, повысить эффективность. В настоящее время энергообмен таких устройств включает как явную, так и скрытую теплопередачу; Помимо изменения температуры, также изменяется влажность потока отработанного воздуха.

Однако пленка конденсации также немного увеличит падение давления через устройство, 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, HVAC, рекуператоры обычно используются для повторного использования отработанного тепла отработанного воздуха, обычно отводимого в атмосфера. Устройства обычно состоят из серии параллельных пластин алюминий, пластик, нержавеющая сталь, или же синтетическое волокно, чередующиеся пары которых заключены с двух сторон, чтобы сформировать сдвоенные наборы воздуховодов, расположенных под прямым углом друг к другу, и которые содержат потоки приточного и вытяжного воздуха. Таким образом тепло от потока отработанного воздуха передается через разделительные пластины в поток приточного воздуха. Производители заявляют, что общий КПД достигает 80% в зависимости от технических характеристик устройства.

Характеристики этого устройства объясняются соотношением между физическими размерами устройства, в частности, расстоянием между воздушными путями и расстоянием между пластинами. При равном падении давления воздуха через устройство небольшой блок будет иметь меньшее расстояние между пластинами и меньшую скорость воздуха, чем большой блок, но оба блока 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 энергопотребление 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 инверторными регуляторами скорости, настроенными на поддержание постоянного давления в системе вентиляции, то уменьшение падения давления приводит к замедлению работы двигателя вентилятора и, таким образом, к снижению потребления энергии, и, в свою очередь, повышает сезонную эффективность системы. .

Использование в металлургических печах

Рекуператоры также использовались для рекуперации тепла из отходящих газов для предварительного нагрева воздуха для горения и топлива в течение многих лет металлическими рекуператорами, чтобы снизить затраты на энергию и углеродный след операции. 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 газоходов, распределенных по всей печи.

Исторически коэффициенты восстановления рекуператоров по сравнению с регенеративные горелки были низкими. 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 быть использованы для повышения эффективности газовые турбины для выработки электроэнергии при условии, что выхлопные газы горячее, чем температура на выходе компрессора. Тепло выхлопных газов турбины используется для предварительного нагрева воздуха компрессора перед его 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. [1] Следовательно, микротурбины (<1 МВт), которые обычно имеют низкие отношения давлений, больше всего выигрывают от использования рекуператора. На практике удвоение КПД возможно за счет использования рекуператора.[2] 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

Рекомендации

  1. ^ Engel, Yunus A .; Болес, Майкл (1994). Термодинамика: инженерный подход
  2. ^ «Рекуператоры микротурбин». Hiflux Limited.

внешняя ссылка