W systemie klimatyzacji ciepło powietrza wywiewanego z pomieszczeń można wykorzystać na dwa sposoby:

· Stosowanie schematów z recyrkulacją powietrza;

· Instalowanie wymienników ciepła.

Ta ostatnia metoda jest z reguły stosowana w obwodach bezpośredniego przepływu systemów klimatyzacji. Stosowanie rekuperatorów nie jest jednak wykluczone w schematach z recyrkulacją powietrza.

W nowoczesnych systemach wentylacji i klimatyzacji stosuje się szeroką gamę urządzeń: nagrzewnice, nawilżacze, różnego rodzaju filtry, regulowane kratki i wiele innych. Wszystko to jest niezbędne do osiągnięcia wymaganych parametrów powietrza, utrzymania lub stworzenia komfortowych warunków do pracy w pomieszczeniach. Do utrzymania całego tego sprzętu potrzeba dużo energii. Wymienniki ciepła są skutecznym rozwiązaniem oszczędzania energii w systemach wentylacyjnych. Podstawową zasadą ich działania jest ogrzewanie strumienia powietrza nawiewanego do pomieszczenia, wykorzystując ciepło strumienia usuwanego z pomieszczenia. Przy zastosowaniu wymiennika ciepła potrzeba mniej energii do ogrzania powietrza nawiewanego, co zmniejsza ilość energii potrzebnej do jego działania.

Odzysk ciepła w klimatyzowanych budynkach może odbywać się poprzez odzysk ciepła z emisji wentylacyjnych. Odzysk ciepła odpadowego do ogrzewania świeżego powietrza (lub chłodzenia napływającego świeżego powietrza powietrzem odpadowym z systemu klimatyzacji latem) jest najprostszą formą odzysku. W tym przypadku można wyróżnić cztery typy systemów utylizacji, o których już wspomniano: regeneratory obrotowe; wymienniki ciepła z pośrednim chłodziwem; proste powietrzne wymienniki ciepła; rurowe wymienniki ciepła. Obrotowy wymiennik ciepła w układzie klimatyzacji może podnieść temperaturę powietrza nawiewanego o 15°C zimą i obniżyć temperaturę powietrza nawiewanego o 4-8°C latem (6.3). Podobnie jak w przypadku innych systemów odzysku ciepła, z wyjątkiem pośredniego wymiennika ciepła, obrotowy wymiennik ciepła może działać tylko wtedy, gdy kanały wylotowe i ssawne sąsiadują ze sobą w pewnym punkcie systemu.

Pośredni wymiennik ciepła jest mniej wydajny niż obrotowy wymiennik ciepła. W pokazanym systemie woda krąży przez dwie wężownice wymiennika ciepła, a ponieważ zastosowano pompę, dwie wężownice mogą być umieszczone w pewnej odległości od siebie. Zarówno ten wymiennik ciepła, jak i regenerator obrotowy mają ruchome części (napędzane są pompa i silnik elektryczny, co różni się od powietrznych i rurowych wymienników ciepła. Jedną z wad regeneratora jest to, że w kanałach może dochodzić do osadzania się zanieczyszczeń. Brud może osadza się na kole, które następnie przenosi je do kanału ssącego. Większość kół jest obecnie wyposażona w oczyszczanie, które ogranicza do minimum przenoszenie zanieczyszczeń.

Prosty powietrzny wymiennik ciepła to stacjonarne urządzenie do wymiany ciepła między strumieniami powietrza wywiewanego i nawiewanego, przechodząc przez nie w przeciwprądzie. Ten wymiennik ciepła przypomina prostokątną stalową skrzynkę z otwartymi końcami, podzieloną na wiele wąskich kanałów przypominających komory. Wywiewane i świeże powietrze przepływa przez naprzemienne kanały, a ciepło jest przenoszone z jednego strumienia powietrza do drugiego po prostu przez ściany kanałów. W wymienniku ciepła nie dochodzi do przenoszenia zanieczyszczeń, a dzięki zamknięciu znacznej powierzchni w zwartej przestrzeni uzyskuje się stosunkowo wysoką sprawność. Wymiennik ciepła z rurkami cieplnymi można postrzegać jako logiczne rozwinięcie opisanej powyżej konstrukcji wymiennika ciepła, w której dwa przepływy powietrza do komór pozostają całkowicie oddzielne, połączone wiązką żebrowanych rurek cieplnych, które przenoszą ciepło z jednego kanału do drugiego. Choć ściankę rury można uznać za dodatkowy opór cieplny, to efektywność wymiany ciepła w samej rurze, w której zachodzi cykl parowania-kondensacji, jest na tyle duża, że ​​w tych wymiennikach ciepła można odzyskać nawet 70% ciepła odpadowego . Jedną z głównych zalet tych wymienników ciepła w porównaniu z pośrednim wymiennikiem ciepła i regeneratorem obrotowym jest ich niezawodność. Awaria kilku rur tylko nieznacznie obniży wydajność wymiennika ciepła, ale nie zatrzyma całkowicie systemu utylizacji.

Przy całej różnorodności rozwiązań konstrukcyjnych urządzeń do odzysku ciepła z wtórnych źródeł energii, każde z nich posiada następujące elementy:

· Środowisko jest źródłem energii cieplnej;

· Środowisko jest konsumentem energii cieplnej;

· Odbiornik ciepła – wymiennik ciepła odbierający ciepło ze źródła;

· Urządzenie do wymiany ciepła - wymiennik ciepła, który przekazuje energię cieplną do konsumenta;

· Substancja robocza, która przenosi energię cieplną ze źródła do konsumenta.

W rekuperacyjnych wymiennikach ciepła rekuperacyjnych i powietrze-powietrze (powietrze-ciecz) substancją roboczą są same media wymiany ciepła.

Przykłady aplikacji.

1. Ogrzewanie powietrzne w systemach ogrzewania powietrznego.
Nagrzewnice powietrza przeznaczone są do szybkiego ogrzewania powietrza za pomocą chłodziwa wodnego i jego równomiernego rozprowadzania za pomocą wentylatora i żaluzji prowadzących. To dobre rozwiązanie dla hal budowlanych i produkcyjnych, gdzie szybkie nagrzanie i utrzymanie komfortowej temperatury wymagane jest tylko w godzinach pracy (piekarniki zwykle pracują w tym samym czasie).

2. Ogrzewanie wody w systemie zaopatrzenia w ciepłą wodę.
Zastosowanie rekuperatorów pozwala na wygładzenie szczytów zużycia energii, ponieważ maksymalne zużycie wody występuje na początku i na końcu zmiany.

3. Ogrzewanie wody w instalacji grzewczej.
zamknięty system
Chłodziwo krąży w obiegu zamkniętym. Nie ma więc ryzyka zanieczyszczenia.
Otwarty system. Płyn chłodzący jest podgrzewany gorącym gazem, a następnie oddaje ciepło konsumentowi.

4. Ogrzewanie powietrza podmuchowego do spalania. Pozwala zmniejszyć zużycie paliwa o 10%-15%.

Obliczono, że główną rezerwą oszczędności paliwa podczas pracy palników do kotłów, pieców i suszarni jest wykorzystanie ciepła spalin poprzez ogrzanie spalanego paliwa powietrzem. Odzysk ciepła ze spalin ma ogromne znaczenie w procesach technologicznych, gdyż ciepło powracające do paleniska lub kotła w postaci podgrzanego powietrza podmuchowego pozwala na zmniejszenie zużycia paliwa gaz ziemny nawet o 30%.
5. Podgrzanie paliwa przeznaczonego do spalania za pomocą wymienników ciepła „ciecz-ciecz”. (Przykład - ogrzewanie oleju opałowego do 100˚–120˚ С.)

6. Ogrzewanie płynu procesowego za pomocą wymienników ciepła „ciecz-ciecz”. (Przykład - ogrzewanie roztworu galwanicznego.)

Zatem wymiennik ciepła to:

Rozwiązanie problemu efektywności energetycznej produkcji;

Normalizacja sytuacji ekologicznej;

Dostępność komfortowych warunków w Twojej produkcji - ciepło, ciepła woda w pomieszczeniach administracyjnych i socjalnych;

Obniżenie kosztów energii.

Obrazek 1.

Struktura zużycia energii i potencjał oszczędności energii w budynkach mieszkalnych: 1 – transmisyjne straty ciepła; 2 - zużycie ciepła na wentylację; 3 - zużycie ciepła do zaopatrzenia w ciepłą wodę; 4- oszczędność energii

Spis wykorzystanej literatury.

1. Karadzhi VG, Moskovko Yu.G. Niektóre cechy efektywnego wykorzystania urządzeń wentylacyjnych i grzewczych. Przewodnik - M., 2004

2. Eremkin AI, Byzeev V.V. Ekonomika zaopatrzenia w energię w systemach grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Wydawnictwo Związku Szkół Budowlanych M., 2008.

3. Skanavi AV, Makhov. LM Ogrzewanie. Wydawnictwo DIA M., 2008

Odzysk ciepła jest szeroko stosowany w ciepłownictwie i energetyce od wielu lat. e - podgrzewacze wody zasilającej, ekonomizery, nagrzewnice powietrza, regeneratory turbin gazowych itp., ale w technice chłodniczej wciąż nie poświęca się im zbyt wiele uwagi. Można to wytłumaczyć faktem, że zwykle odprowadzane jest ciepło o niskim potencjale (w temperaturze poniżej 100 ° C), dlatego aby je wykorzystać, konieczne jest wprowadzenie do układu chłodniczego dodatkowych wymienników ciepła i urządzeń automatyki, co go komplikuje. Jednocześnie układ chłodniczy staje się bardziej wrażliwy na zmiany parametrów zewnętrznych.

Ze względu na problem energetyczny projektanci, w tym urządzeń chłodniczych, są obecnie zmuszeni do dokładniejszej analizy tradycyjnych systemów w poszukiwaniu nowych schematów z regeneracją ciepła skraplania.

Jeśli agregat chłodniczy jest wyposażony w skraplacz powietrza, można wykorzystać ogrzane powietrze bezpośrednio za skraplaczem do ogrzewania pomieszczeń. Przydatne może być również wykorzystanie ciepła przegrzanej pary czynnika chłodniczego za sprężarką, która ma wyższy potencjał temperaturowy.

Po raz pierwszy systemy odzysku ciepła zostały opracowane przez firmy europejskie, ponieważ ceny energii elektrycznej w Europie są wyższe niż w USA.

Opracowany w ostatnich latach kompletny sprzęt chłodniczy firmy ''Kostan'' (Włochy) z systemem wykorzystania ciepła skraplaczy powietrza służy do ogrzewania powierzchni handlowej sklepów ''Universam''. Takie systemy mogą zmniejszyć całkowite zużycie energii w sklepie o 20-30%.

główny cel- wykorzystanie maksymalnej możliwej ilości ciepła wydzielanego przez agregat chłodniczy do otoczenia. Ciepło przekazywane jest albo bezpośrednio przepływem ciepłego powietrza za skraplaczem na salę handlową sklepu w sezonie grzewczym, albo do dodatkowego wymiennika ciepła-akumulatora (ciepło przegrzanej pary czynnika chłodniczego) w celu uzyskania ciepłej wody, która jest wykorzystywana na potrzeby technologiczne przez cały rok.

Doświadczenie systemów operacyjnych według pierwszej metody pokazało, że są one łatwe w utrzymaniu, ale stosunkowo nieporęczne, ich użytkowanie wiąże się z koniecznością instalowania dodatkowych wentylatorów w celu przeniesienia dużej ilości powietrza i filtrów powietrza, co ostatecznie prowadzi do wzrostu w obniżonych kosztach. Biorąc to pod uwagę, preferowane są bardziej złożone schematy, mimo że ich wdrożenie komplikuje działanie.

Najprostszym obwodem z wymiennikiem ciepła-akumulatorem jest obwód z szeregowym połączeniem kondensatora i akumulatora. Ten schemat działa w następujący sposób. Przy temperaturach wody na wlocie do wymiennika-akumulatora i temperaturze otoczenia 10°C temperatura skraplania tK wynosi 20°C. W krótkim czasie (np. w nocy) woda w akumulatorze nagrzewa się do 50°C, a t wzrasta do 30°C. Wyjaśnia to fakt, że ogólna wydajność kondensatora i akumulatora spada, ponieważ po podgrzaniu wody początkowa różnica temperatur w akumulatorze maleje.

Wzrost o 10°C jest całkiem akceptowalny, jednak przy niekorzystnych kombinacjach wysokiej temperatury i małego zużycia wody można zaobserwować bardziej znaczący wzrost temperatury skraplania. Ten obwód ma następujące wady podczas pracy: wahania ciśnienia skraplania; okresowy znaczny spadek ciśnienia w odbiorniku, co prowadzi do zakłócenia w dopływie cieczy do parownika; możliwy wsteczny przepływ cieczy do skraplacza powietrza podczas postoju sprężarki, gdy t jest znacznie niższe od temperatury w odbiorniku.

Zainstalowanie regulatora ciśnienia skraplania umożliwia zapobieganie cofaniu się kondensatu z odbiornika do skraplacza, a także utrzymanie wymaganego ciśnienia skraplania, odpowiadającego np. 25°C.

Przy wzroście tw do 50°C i tok do 25°C reduktor ciśnienia otwiera się całkowicie, a spadek ciśnienia w nim nie przekracza 0,001 MPa.

Jeśli i t spadnie do 10 ° C, wówczas regulator ciśnienia zamyka się, a wewnętrzna wnęka skraplacza powietrza, a także część cewki wymiennika ciepła-akumulatora, są wypełnione cieczą. Wraz ze wzrostem t do 25 ° C regulator ciśnienia ponownie się otwiera i ciecz ze skraplacza powietrza wypływa przechłodzona. Ciśnienie nad powierzchnią cieczy w odbiorniku będzie równe ciśnieniu skraplania pomniejszonemu o spadek ciśnienia w reduktorze, a ciśnienie w odbiorniku może być tak niskie (np. odpowiada tK< 15°С), что жидкость перед подачей к регулирующему вентилю не будет переох-лажденной. В этом случае необходимо ввести в схему регенеративный теплообменник.

Aby utrzymać ciśnienie w odbiorniku, do obwodu wprowadza się również zawór różnicowy. Przy tk = 20°C i tok - 40°C zawór różnicowy jest zamknięty, spadek ciśnienia w rurociągach skraplacza powietrza, wymiennika-akumulatora i regulatora ciśnienia jest nieznaczny.

Po obniżeniu do 0°C, a t do 10°C, ciecz przed regulatorem ciśnienia będzie miała temperaturę około 10°C. Spadek ciśnienia w regulatorze ciśnienia stanie się znaczny, zawór różnicowy 6 otworzy się i do odbiornika popłynie gorąca para.

Nie wyklucza to jednak całkowicie problemu braku przechłodzenia cieczy w odbiorniku. Konieczne jest zainstalowanie regeneracyjnego wymiennika ciepła lub zastosowanie specjalnie zaprojektowanego odbiornika. W tym przypadku zimna ciecz ze skraplacza jest kierowana bezpośrednio do przewodu cieczowego. Ten sam efekt można uzyskać montując pionowy odbiornik, w którym zimniejsza ciecz opada na dno, a gorąca para uchodzi do góry.

Umiejscowienie regulatora ciśnienia w obwodzie pomiędzy wymiennikiem ciepła-kom-akumulatorem a skraplaczem powietrza. najlepiej z następujących powodów: zimą osiągnięcie wymaganego ciśnienia skraplania może zająć dużo czasu; w agregacie sprężarkowo-skraplającym długość rurociągu między skraplaczem a odbiornikiem rzadko jest wystarczająca; w istniejących instalacjach konieczne jest odłączenie rury spustowej w celu zamontowania wymiennika-akumulatora. Zgodnie z tym schematem zainstalowany jest również zawór zwrotny.

Opracowano układy z równoległym połączeniem kondensatorów powietrznych do utrzymania temperatury 20°C w jednym pomieszczeniu i 10°C w drugim, gdzie zimą często otwiera się drzwi. Takie schematy wymagają również instalacji regulatorów ciśnienia i zaworów różnicowych.

Skraplacze połączone równolegle z odzyskiem ciepła zwykle nie pracują latem, a ciśnienie w nich jest nieco niższe niż w skraplaczu głównym. Dzięki luźnemu zamknięciu elektrozaworu i zaworów zwrotnych możliwa jest recyrkulacja cieczy i napełnianie skraplacza ciepła odpadowego. Aby tego uniknąć, w obwodzie przewidziano rurociąg obejściowy, przez który skraplacz jest okresowo włączany z odzyskiem ciepła za pomocą sygnału przekaźnika czasowego.

Wahania obciążenia cieplnego skraplacza głównego i skraplaczy z odzyskiem ciepła wiążą się z koniecznością zastosowania w takich obiegach odbiornika o większej wydajności niż w chillerach bez odzysku ciepła lub zainstalowania dodatkowego odbiornika równolegle z pierwszym, co powoduje konieczność zwiększenia ilości czynnika chłodniczego do napełnienia układu.

Analiza różnych schematów odzysku ciepła zastosowanie standardowych współosiowych wymienników ciepła (rura w rurze) z pełną kondensacją w nich i wykorzystaniem wyłącznie ciepła przegrzania pary pokazuje, że instalacja pracuje bardziej ekonomicznie przy pełnym skraplaniu w regeneratorze ciepła tylko przy ciągłym i stabilnym poborze ciepłej wody.

Agregat chłodniczy pracuje w dwóch cyklach (z temperaturą wrzenia 10°C i różnymi temperaturami skraplania 35 i 55°C). Jako regenerator ciepła zastosowano dodatkowy przeciwprądowy wodny wymiennik ciepła, który przekazuje ciepło przegrzania par czynnika chłodniczego przy różnicy temperatur 10 kW mocy chłodniczej sprężarki i poborze mocy 2,1 kW (Tk = 35°C) w skraplacza głównego można podgrzać wodę (przy jej przepływie 0,012 kg/s) z 10 do 30°C, a następnie w regeneratorze podnieść temperaturę wody z 30 do 65°C. W cyklu od 55°C przy mocy chłodniczej 10 kW i poborze mocy 3,5 kW w skraplaczu głównym woda (przy przepływie 0,05 kg/s) jest podgrzewana od 10 do 50°C, a następnie w dodatkowy wymiennik ciepła-regenerator, woda ( przy natężeniu przepływu 0,017 kg / s) jest podgrzewana od 50 do 91 ° C. W pierwszym przypadku użyteczne jest 13,7%, w drugim - 52% całkowitej dostarczanej energii.

We wszystkich przypadkach przy wyborze systemu odzysku ciepła do urządzenia chłodniczego należy ustalić:

• wydajność chłodnicza sprężarki i obciążenie cieplne skraplacza;
• tryb pracy agregatu chłodniczego w okresie letnim i zimowym; możliwość wykorzystania odzyskanego ciepła; związek między wymaganym ciepłem do ogrzewania pomieszczeń a podgrzewaniem wody;
• wymagana temperatura ciepłej wody i jej zużycie w czasie; niezawodność działania maszyny chłodniczej w trybie uzyskiwania chłodu.
• Z doświadczeń eksploatacyjnych systemów odzysku ciepła wynika, że ​​początkowe nakłady inwestycyjne na taki system w dużych sklepach zwracają się w ciągu 5 lat, więc ich wdrożenie jest ekonomicznie wykonalne.

Opis:

Systemy wentylacji nawiewno-wywiewnej pomieszczeń administracyjnych i mieszkalnych są skuteczne nie tylko z sanitarno-higienicznego punktu widzenia. Dzięki automatycznemu odzyskowi ciepła w znacznym stopniu przyczyniają się również do obniżenia kosztów ogrzewania. Powietrze usuwane z pomieszczenia ma temperaturę 20-24 0 C. Niewykorzystanie tego ciepła oznacza dosłownie wypuszczenie go przez okno. Ciepło z powietrza wywiewanego może być wykorzystane do ogrzewania wody i powietrza nawiewanego, przyczyniając się w ten sposób do ochrony środowiska.

Odzysk ciepła

Droste, InnoTech Systemanalysis GmbH, Berlin (Niemcy)

Technologia

Podstawowe przepisy

Systemy wentylacji nawiewno-wywiewnej pomieszczeń administracyjnych i mieszkalnych są skuteczne nie tylko z sanitarno-higienicznego punktu widzenia. Dzięki automatycznemu odzyskowi ciepła w znacznym stopniu przyczyniają się również do obniżenia kosztów ogrzewania. Powietrze usuwane z pomieszczenia ma temperaturę 20-24 o C. Niewykorzystanie tego ciepła oznacza dosłownie wypuszczenie go przez okno. Ciepło z powietrza wywiewanego może być wykorzystane do ogrzewania wody i powietrza nawiewanego, przyczyniając się w ten sposób do ochrony środowiska.

Odzysk ciepła jest zatem konieczny w celu zmniejszenia strat wentylacyjnych.

Rozwiązania techniczne

W systemach wentylacji budynków określona ilość powietrza wywiewanego jest pobierana z pomieszczeń o dużej zawartości wilgoci i zanieczyszczeń: kuchnia, toaleta, łazienka - następnie schładzana w krzyżowo-płytowym wymienniku ciepła i wyrzucana. Taka sama ilość oczyszczonego z kurzu powietrza nawiewanego jest podgrzewana w wymienniku ciepła bez kontaktu z powietrzem wywiewanym i dostarczana do pomieszczeń mieszkalnych, sypialni i pokoi dziecięcych. Odpowiednie urządzenia znajdują się na strychach, w piwnicach lub pomieszczeniach pomocniczych.

W automatycznych systemach wentylacji nawiewnej określona ilość powietrza jest dostarczana do pomieszczenia w sposób ciągły za pomocą wentylatorów. Wentylatory wyciągowe usuwają zanieczyszczone powietrze z kuchni, toalet itp.

Przy prawidłowym doborze wentylatorów zapewniona jest wymiana powietrza spełniająca wymagania rządu federalnego. Aby zapewnić odzysk ciepła, w systemie uwzględniono specjalne wymienniki ciepła, na przykład krzyżowe, w razie potrzeby wyposażone w pompę ciepła.

Nowoczesne instalacje w domach o dobrej izolacji termicznej, w porównaniu z systemem ogrzewania konwekcyjnego, pozwalają zaoszczędzić nawet do 50% ciepła.

Sprawność wymiany ciepła z powietrza wywiewanego do powietrza nawiewanego w płytowych wymiennikach ciepła wynosi około 60%, nawet więcej przy wilgotnym powietrzu wywiewanym. Oznacza to, że w mieszkaniu o powierzchni mieszkalnej 100 m2:

Moc instalacji grzewczej jest mniejsza o 10 W/m2 powierzchni mieszkalnej;

Roczne zużycie ciepła zmniejsza się z około 40 do 15 kW/m 2·rok.

Wydajność ekonomiczna

Kontrolowany system wentylacji i odzysku ciepła wymaga mniejszych kosztów energii do ogrzewania powietrza niż inne systemy. Jednocześnie dzięki zmniejszeniu mocy zainstalowanej systemu ciepłowniczego zmniejszają się koszty inwestycji w nowym budownictwie. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu systemów odzysku ciepła, zmniejszają się koszty paliwa, ponieważ wykorzystuje się domowe emisje ciepła (czyli emisję ciepła człowieka, urządzeń elektrycznych, oświetlenia, a także nasłonecznienia itp.). Emisja ciepła z gospodarstw domowych, zamiast „przegrzewać” pomieszczenie, w którym występuje, jest redystrybuowana przez system kanałów powietrznych do tych pomieszczeń, w których występuje „niedogrzanie”. Należy również pamiętać, że w wielu mieszkaniach długotrwała wentylacja przez otwarte okna jest często niepożądana ze względu na wysoki poziom hałasu. Zastosowanie rekuperatorów i pomp ciepła w systemie wentylacji mechanicznej czyni ją bardziej energooszczędną.

Realizacja

Ekonomiczne przesłanki wprowadzenia nowoczesnych systemów grzewczych są dość zróżnicowane. W wielu krajach związkowych istnieją specjalne zachęty podatkowe, dzięki którym można obniżyć koszty początkowe o 20-30%. Ponadto wiele programów oszczędzania energii zawiera sekcje dotyczące wentylacji mieszkań. Na przykład program Ren-Palatynat przewiduje dopłatę w wysokości do 25%, ale nie więcej niż 7500 DM. Szczególnie zalecane jest wprowadzenie pomp ciepła, przy czym niektóre kraje związkowe przewidują dopłatę w wysokości do 30%.

Przykłady użycia

Odzysk ciepła w budynku mieszkalnym

W typowej lipskiej kamienicy z 1912 roku, która została odnowiona i dodatkowo ocieplona, ​​holenderska firma wentylacyjna Van Ophoven zastosowała kontrolowany system wentylacji z odzyskiem ciepła. Domy tego typu stanowią do 60% zasobów mieszkaniowych Lipska. System wentylacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła w krzyżowym wymienniku ciepła jest autonomiczny do momentu włączenia dodatkowej nagrzewnicy powietrza nawiewanego. Aby zapewnić odzysk ciepła, w systemie zastosowano specjalne wymienniki ciepła, w naszym przykładzie - krzyżowy. W tym przypadku mówimy o równowadze systemu wentylacji. Każde mieszkanie wyposażone jest w urządzenie montowane na ścianie w specjalnie do tego wyznaczonym miejscu. Powietrze zewnętrzne jest wstępnie podgrzewane w urządzeniu rekuperacyjnym, a następnie podgrzewane do wymaganej temperatury za pomocą dodatkowej nagrzewnicy. W tym przypadku mówimy o ogrzewaniu pośrednim. Analiza wydajności tego systemu wykazała, że ​​oszczędność energii wyniosła 40%, a emisja CO 2 spadła o 69%.

Jednostki wymiany powietrza

W wielu budynkach administracyjnych w Nossen, w urzędach, szpitalach, bankach korzystny mikroklimat zapewniają energooszczędne centrale wymiennikowe z odzyskiem ciepła. Sprawność odzysku ciepła w wymiennikach przeciwprądowych może sięgać 60%. Na przedstawionym zdjęciu widać, że centrale dobrze wpasowują się w otoczenie pomieszczenia.

Literatura

1. Arbeitskreis der Dozenten fur Klimatechnik: Handbuch der Klimatechnik, Verlag C.F. Muller GmbH, Karlsruhe

2. Recknagel/Sprenger: Taschenbuchfur Heizung + Klimatechnik, R. Oldenburg Verlag, Munchen/Wien 83/84

3. Ministerium fur Banuen und Wohnen des Landes Nordrhein-Westfalen: Luftung im Wohngebaude

4. THERMIE-Maxibroschure: Leitfaden energiesparende und emisjiarme Anlagen zur Heizung, Kuhlung und Klimatisierung von kleinen und mittleren Unternehmen in den neuen Bundeslandern, erhaltlich under OPET.

Odzysk ciepła ze spalin

Gazy spalinowe opuszczające przestrzeń roboczą pieców mają bardzo wysoką temperaturę i dlatego ponoszą ze sobą znaczną ilość ciepła. Na przykład w piecach martenowskich około 80% całego ciepła dostarczanego do przestrzeni roboczej jest odprowadzane z przestrzeni roboczej wraz ze spalinami, w piecach grzewczych około 60%. Z przestrzeni roboczej pieców spaliny unoszą ze sobą im więcej ciepła, im wyższa jest ich temperatura i tym mniejszy jest współczynnik wykorzystania ciepła w palenisku. W tym zakresie wskazane jest zapewnienie odzysku ciepła ze spalin, który może być realizowany w zasadzie dwoma sposobami: z powrotem części ciepła pobranego ze spalin z powrotem do paleniska oraz bez zwracania tego ciepła do pieca. Aby wdrożyć pierwszą metodę, konieczne jest przekazanie ciepła pobranego z dymu do gazu i powietrza (lub tylko powietrza) wchodzących do paleniska. Aby osiągnąć ten cel, szeroko stosowane są wymienniki ciepła typu rekuperacyjnego i regeneracyjnego, których zastosowanie umożliwia zwiększenie wydajności zespołu pieca, podwyższenie temperatury spalania i oszczędność paliwa. Przy drugim sposobie wykorzystania ciepło spalin wykorzystywane jest w kotłowniach elektrociepłowni i turbozespołach, co pozwala na znaczne oszczędności paliwa.

W niektórych przypadkach obie opisane metody odzysku ciepła odpadowego stosowane są jednocześnie. Dzieje się tak, gdy temperatura spalin za wymiennikami ciepła typu regeneracyjnego lub rekuperacyjnego pozostaje wystarczająco wysoka i wskazany jest dalszy odzysk ciepła w elektrociepłowniach. I tak np. w piecach martenowskich temperatura spalin za regeneratorami wynosi 750-800°C, więc są one ponownie wykorzystywane w kotłach odzysknicowych.

Rozważmy bardziej szczegółowo kwestię wykorzystania ciepła gazów spalinowych z powrotem części ich ciepła do pieca.

Przede wszystkim należy zauważyć, że jednostka ciepła pobrana z dymu i wprowadzona do paleniska powietrzem lub gazem (jednostka ciepła fizycznego) okazuje się znacznie bardziej wartościowa niż jednostka ciepła uzyskanego w piecu jako w wyniku spalania paliwa (jednostka ciepła chemicznego), ponieważ ciepło ogrzanego powietrza (gazu) nie pociąga za sobą utraty ciepła ze spalinami. Wartość jednostki ciepła fizycznego jest tym większa, im niższy jest współczynnik wykorzystania paliwa i wyższa jest temperatura spalin.

Do normalnej pracy pieca wymagana ilość ciepła powinna być dostarczana do przestrzeni roboczej co godzinę. Ta ilość ciepła obejmuje nie tylko ciepło paliwa, ale także ciepło ogrzanego powietrza lub gazu, tj.

Jest oczywiste, że przy = const wzrost pozwoli na zmniejszenie. Innymi słowy, odzysk ciepła odpadowego ze spalin pozwala na osiągnięcie oszczędności paliwa, które zależą od stopnia odzysku ciepła ze spalin.

gdzie - odpowiednio entalpia ogrzanego powietrza i spalin opuszczających przestrzeń roboczą, kW lub kJ / okres.

Stopień odzysku ciepła można również nazwać wydajnością. rekuperator (regenerator), %

Znając stopień odzysku ciepła, można określić oszczędność paliwa za pomocą następującego wyrażenia:

gdzie I "d, Id - odpowiednio entalpia gazów spalinowych w temperaturze spalania i opuszczaniu pieca.

Zmniejszenie zużycia paliwa w wyniku wykorzystania ciepła gazów odlotowych zwykle daje znaczący efekt ekonomiczny i jest jednym ze sposobów na obniżenie kosztów nagrzewania metalu w piecach przemysłowych.

Oprócz oszczędności paliwa, stosowaniu ogrzewania powietrznego (gazowego) towarzyszy wzrost kalorymetrycznej temperatury spalania, co może być głównym celem rekuperacji przy ogrzewaniu pieców paliwem o niskiej kaloryczności.

Wzrost at prowadzi do wzrostu temperatury spalania. Jeśli konieczne jest podanie określonej wartości, to wzrost temperatury ogrzewania powietrza (gazu) prowadzi do zmniejszenia tej wartości, czyli do zmniejszenia udziału gazu o dużym cieple spalania w mieszance paliwowej.

Ponieważ odzysk ciepła pozwala na znaczną oszczędność paliwa, należy dążyć do jak największego, ekonomicznie uzasadnionego stopnia jego wykorzystania. Należy jednak od razu zauważyć, że recykling nie może być całkowity, to znaczy zawsze. Wyjaśnia to fakt, że zwiększenie powierzchni grzewczej jest racjonalne tylko do pewnych granic, po przekroczeniu których prowadzi już do bardzo nieznacznego przyrostu oszczędności ciepła.

Państwowa instytucja edukacyjna wyższego szkolnictwa zawodowego

„Państwowy Uniwersytet Techniczny Samara”

Katedra Technologii Chemicznej i Ekologii Przemysłu

PRACA KURSU

w dyscyplinie „Termodynamika techniczna i ciepłownictwo”

Temat: Obliczenia instalacji do odzysku ciepła z gazów odlotowych pieca technologicznego

Ukończył: Student Ryabinina E.A.

Kurs ZF III grupa 19

Sprawdzone przez: Konsultant Churkina A.Yu.

Samara 2010

Wstęp

Większość przedsiębiorstw chemicznych wytwarza wysoko- i niskotemperaturowe odpady termiczne, które mogą być wykorzystane jako wtórne zasoby energii (SER). Należą do nich gazy spalinowe z różnych kotłów i pieców technologicznych, schłodzone strumienie, woda chłodząca i para odlotowa.

Termiczne VER w dużym stopniu pokrywają zapotrzebowanie na ciepło poszczególnych gałęzi przemysłu. I tak w przemyśle azotowym ponad 26% zapotrzebowania na ciepło pokrywane jest za pomocą VER, w przemyśle sodowym ponad 11%.

Liczba używanych HOR zależy od trzech czynników: temperatury HOR, ich mocy cieplnej i ciągłości mocy wyjściowej.

Obecnie najbardziej rozpowszechnione jest wykorzystanie ciepła z przemysłowych gazów odlotowych, które mają wysoki potencjał temperaturowy dla prawie wszystkich procesów inżynierii pożarowej i mogą być wykorzystywane w sposób ciągły w większości gałęzi przemysłu. Ciepło z gazów odlotowych jest głównym składnikiem bilansu energetycznego. Wykorzystywany jest głównie do celów technologicznych, aw niektórych przypadkach - do celów energetycznych (w kotłach odzysknicowych).

Jednak powszechne stosowanie wysokotemperaturowych termicznych VER wiąże się z rozwojem metod utylizacji, w tym ciepła gorących żużli, produktów itp., nowych metod wykorzystania ciepła spalin, a także z poprawą projekty istniejących urządzeń utylizacji.

1. Opis schematu technologicznego

W piecach rurowych bez komory konwekcyjnej lub w piecach typu konwekcja promienista, ale mających stosunkowo wysoką temperaturę początkową ogrzewanego produktu, temperatura spalin może być stosunkowo wysoka, co prowadzi do zwiększenia strat ciepła, zmniejszenia sprawności pieca i zwiększenia zużycie paliwa. Dlatego konieczne jest wykorzystanie ciepła gazów odlotowych. Można to osiągnąć albo poprzez zastosowanie nagrzewnicy powietrza, która podgrzewa powietrze wprowadzane do paleniska do spalania paliwa, albo poprzez zainstalowanie kotłów odzysknicowych, które umożliwiają uzyskanie pary wodnej niezbędnej do potrzeb technologicznych.

Jednak wykonanie ogrzewania powietrznego wiąże się z dodatkowymi kosztami budowy nagrzewnicy powietrza, dmuchaw, a także dodatkowym poborem mocy przez silnik dmuchawy.

Aby zapewnić normalną pracę nagrzewnicy powietrza, ważne jest, aby zapobiec możliwości korozji jej powierzchni od strony przepływu spalin. Zjawisko to jest możliwe, gdy temperatura powierzchni wymiany ciepła jest niższa od temperatury punktu rosy; jednocześnie część spalin stykających się bezpośrednio z powierzchnią nagrzewnicy ulega znacznemu ochłodzeniu, zawarta w nich para wodna częściowo skrapla się i absorbując z gazów dwutlenek siarki tworzy agresywny słaby kwas.

Punkt rosy odpowiada temperaturze, w której ciśnienie pary nasyconej wody jest równe ciśnieniu cząstkowemu pary wodnej zawartej w spalinach.

Jednym z najbardziej niezawodnych sposobów ochrony przed korozją jest w jakiś sposób wstępne podgrzanie powietrza (na przykład w nagrzewnicach wodnych lub parowych) do temperatury powyżej punktu rosy. Korozja taka może wystąpić również na powierzchni rur konwekcyjnych, jeżeli temperatura surowca wpływającego do pieca jest niższa od punktu rosy.

Źródłem ciepła do podniesienia temperatury pary nasyconej jest reakcja utleniania (spalania) paliwa podstawowego. Powstające podczas spalania spaliny oddają swoje ciepło w komorach radiacyjnych, a następnie konwekcyjnych do strumienia surowca (pary). Przegrzana para wodna dostaje się do konsumenta, a produkty spalania opuszczają piec i wchodzą do kotła odzysknicowego. Na wylocie z KU nasycona para wodna jest kierowana z powrotem do pieca przegrzewania pary, a spaliny schładzane przez wodę zasilającą trafiają do nagrzewnicy powietrza. Z nagrzewnicy spaliny trafiają do CTAN, gdzie woda przepływająca przez wężownicę jest podgrzewana i trafia bezpośrednio do odbiorcy, a spaliny są uwalniane do atmosfery.

2. Obliczenia pieca

2.1 Obliczenia procesu spalania

Zdefiniujmy dolną wartość opałową paliwa Q İ н. Jeżeli paliwem jest pojedynczy węglowodór, to jego wartość opałowa Q p n jest równa wartości opałowej standardowej pomniejszonej o ciepło parowania wody w produktach spalania. Można go również obliczyć ze standardowych efektów termicznych powstawania produktów początkowych i końcowych w oparciu o prawo Hessa.

Dla paliwa składającego się z mieszaniny węglowodorów wartość opałową wyznacza się według zasady addytywności:

gdzie Q pin n jest wartością opałową i-tego składnika paliwa;

y i jest stężeniem i-tego składnika paliwa w ułamkach jednostki, wtedy:

Q p n cm \u003d 35,84 ∙ 0,987 + 63,80 ∙ 0,0033+ 91,32 ∙ 0,0012+ 118,73 ∙ 0,0004 + 146,10 ∙ 0,0001 \u003d 35,75 MJ / m 3 .

Masa molowa paliwa:

M m = Σ M ja ∙ y ja ,

gdzie M i jest masą molową i-tego składnika paliwa, stąd:

M m 0,007 = 16,25 kg/mol.

kg/m3,

wtedy Q p n cm, wyrażone w MJ / kg, jest równe:

MJ/kg.

Wyniki obliczeń podsumowano w tabeli. 1:

Skład paliwa Tabela 1

Część	Masa molowa Mi ,	Ułamek molowy y i , kmol/kmol
	16,042	0,9870	15,83
	30,070	0,0033	0,10
	44,094	0,0012	0,05
	58,120	0,0004	0,02
	72,150	0,0001	0,01
	44,010	0,0010	0,04
	28,010	0,0070	0,20
CAŁKOWITY:		1,0000	16,25

Określmy skład pierwiastkowy paliwa, % (masa):

,

gdzie n i C , n i H , n i N , n i O to liczba atomów węgla, wodoru, azotu i tlenu w cząsteczkach poszczególnych składników wchodzących w skład paliwa;

Zawartość każdego składnika paliwa, wag. %;

M i jest masą molową poszczególnych składników paliwa;

M m to masa molowa paliwa.

Sprawdzenie składu:

C + H + O + N = 74,0 + 24,6 + 0,2 + 1,2 = 100% (masa).

Wyznaczmy teoretyczną ilość powietrza potrzebną do spalenia 1 kg paliwa, którą wyznacza się ze stechiometrycznego równania reakcji spalania i zawartości tlenu w powietrzu atmosferycznym. Jeżeli znany jest skład pierwiastkowy paliwa, teoretyczną ilość powietrza L 0 , kg/kg oblicza się ze wzoru:

W praktyce, aby zapewnić całkowite spalanie paliwa, do paleniska wprowadza się nadmiar powietrza, rzeczywisty przepływ powietrza znajdujemy przy α = 1,25:

gdzie L jest rzeczywistym przepływem powietrza;

α - współczynnik nadmiaru powietrza,

L=1,25∙17,0 = 21,25 kg/kg.

Specyficzna objętość powietrza (nie dotyczy) do spalenia 1 kg paliwa:

gdzie ρ in \u003d 1,293 - gęstość powietrza w normalnych warunkach,

m3 / kg.

Znajdźmy ilość produktów spalania powstałych podczas spalania 1 kg paliwa:

jeżeli znany jest skład pierwiastkowy paliwa, to skład masowy spalin przypadających na 1 kg paliwa podczas jego całkowitego spalania można wyznaczyć na podstawie następujących równań:

gdzie m CO2 , m H2O , m N2 , m O2 - masa odpowiednich gazów, kg.

Całkowita ilość produktów spalania:

m p. s \u003d m CO2 + m H2O + m N2 + m O2,

m p. s \u003d 2,71 + 2,21 + 16,33 + 1,00 \u003d 22,25 kg / kg.

Sprawdzanie otrzymanej wartości:

gdzie Wf jest jednostkowym zużyciem pary wtryskiwacza podczas spalania paliwa płynnego, kg/kg (dla paliwa gazowego Wf = 0),

Ponieważ paliwem jest gaz, pomijamy wilgotność powietrza i nie uwzględniamy ilości pary wodnej.

Znajdźmy objętość produktów spalania w normalnych warunkach powstających podczas spalania 1 kg paliwa:

gdzie m i jest masą odpowiedniego gazu powstającego podczas spalania 1 kg paliwa;

ρ i - gęstość danego gazu w warunkach normalnych, kg/m 3 ;

M i jest masą molową danego gazu, kg/kmol;

22,4 - objętość molowa, m3 / kmol,

m 3 /kg; m 3 /kg;

m 3 /kg; m3 / kg.

Całkowita objętość produktów spalania (nd.) przy rzeczywistym przepływie powietrza:

V = V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 ,

V \u003d 1,38 + 2,75 + 13,06 + 0,70 \u003d 17,89 m3 / kg.

Gęstość produktów spalania (nd.):

kg / m 3.

Obliczmy pojemność cieplną i entalpię produktów spalania 1 kg paliwa w zakresie temperatur od 100 °C (373 K) do 1500 °C (1773 K), korzystając z danych w tabeli. 2.

Średnie ciepło właściwe gazów c đ, kJ/(kg∙K) Tabela 2

					Powietrze
0	0,9148	1,0392	0,8148	1,8594	1,0036
100	0,9232	1,0404	0,8658	1,8728	1,0061
200	0,9353	1,0434	0,9102	1,8937	1,0115
300	0,9500	1,0488	0,9487	1,9292	1,0191
400	0,9651	1,0567	0,9877	1,9477	1,0283
500	0,9793	1,0660	1,0128	1,9778	1,0387
600	0,9927	1,0760	1,0396	2,0092	1,0496
700	1,0048	1,0869	1,0639	2,0419	1,0605
800	1,0157	1,0974	1,0852	2,0754	1,0710
1000	1,0305	1,1159	1,1225	2,1436	1,0807
1500	1,0990	1,1911	1,1895	2,4422	1,0903

Entalpia spalin powstałych podczas spalania 1 kg paliwa:

gdzie c CO2, c H2O, c N2, c O2 to średnie ciepło właściwe odpowiedniego trawnika przy stałym ciśnieniu w temperaturze t, kJ/(kg K);

c t to średnia pojemność cieplna gazów spalinowych powstających podczas spalania 1 kg paliwa w temperaturze t, kJ/(kg K);

przy 100 °С: kJ/(kg∙K);

w 200 °С: kJ/(kg∙K);

w 300 °C: kJ/(kg∙K);

przy 400 °С: kJ/(kg∙K);

przy 500 °С: kJ/(kg∙K);

w 600 °C: kJ/(kg∙K);

przy 700 °С: kJ/(kg∙K);

przy 800 °С: kJ/(kg∙K);

przy 1000 °С: kJ/(kg∙K);

w 1500 °C: kJ/(kg∙K);

Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli. 3.

Entalpia produktów spalania Tabela 3

Temperatura		Pojemność cieplna produkty spalania z t, kJ/(kg∙K)	Entalpia produkty spalania H t ,
°C	DO
			Ponieważ gazy opuszczające regenerator pieca do topienia szkła są dość czyste. W innych przypadkach wymagany jest również montaż specjalnego filtra, który oczyściłby gazy zanim trafią do wymiennika ciepła. Ryż. 1. Rekuperacyjny wymiennik ciepła do odzysku ciepła odpadowego. Ciepła woda t = 95 °C Ciepły odpad... Oszczędności różnych rodzajów energii. 2. Przedstawienie problemu Przeanalizować działanie pieca przegrzewającego parę wodną iw celu efektywności wykorzystania ciepła paliwa pierwotnego zaproponować instalację odzysku ciepła na wtórne zasoby energii. 3. Opis schematu blokowego Objętości azotu i pary wodnej w produktach spalania SG. 1. CEL PRACY 1.1 Zapoznanie się z budową kotłów odzysknicowych 1.2 Nabycie praktycznych umiejętności prowadzenia analizy termodynamicznej sprawności jednostek energetycznych układów technologicznych i zachodzących w nich procesów. 2. TREŚĆ PRACY 2.1 Przeprowadzenie analizy termodynamicznej sprawności kotła odzysknicowego według energii i ...