Într-un sistem de aer condiționat, căldura aerului evacuat din incintă poate fi utilizată în două moduri:

· Aplicarea schemelor cu recirculare a aerului;

· Instalarea schimbatoare de caldura.

Această din urmă metodă, de regulă, este utilizată în circuitele cu flux direct ale sistemelor de aer condiționat. Cu toate acestea, utilizarea unităților de recuperare a căldurii nu este exclusă în schemele cu recirculare a aerului.

În sistemele moderne de ventilație și aer condiționat este utilizată o mare varietate de echipamente: încălzitoare, umidificatoare, diverse tipuri de filtre, grile reglabile și multe altele. Toate acestea sunt necesare pentru a atinge parametrii de aer necesari, pentru a menține sau pentru a crea condiții confortabile pentru lucrul în interior. Este nevoie de multă energie pentru întreținerea tuturor acestor echipamente. Schimbatoarele de caldura sunt o solutie eficienta pentru economisirea energiei in sistemele de ventilatie. Principiul de bază al funcționării lor este încălzirea fluxului de aer furnizat încăperii, folosind căldura fluxului scos din încăpere. Când se utilizează un schimbător de căldură, este necesară mai puțină putere pentru încălzirea aerului de alimentare, reducând astfel cantitatea de energie necesară pentru funcționarea acestuia.

Recuperarea căldurii în clădirile cu aer condiționat se poate face prin recuperarea căldurii din emisiile de ventilație. Recuperarea căldurii reziduale pentru încălzirea cu aer proaspăt (sau răcirea aerului proaspăt care intră cu aer rezidual dintr-un sistem de aer condiționat vara) este cea mai simplă formă de recuperare. În acest caz, pot fi remarcate patru tipuri de sisteme de eliminare, care au fost deja menționate: regeneratoare rotative; schimbătoare de căldură cu un lichid de răcire intermediar; schimbătoare de căldură cu aer simple; schimbătoare de căldură tubulare. Un schimbător de căldură rotativ într-un sistem de aer condiționat poate crește temperatura aerului de alimentare cu 15°C iarna și poate reduce temperatura aerului de alimentare cu 4-8°C vara (6.3). Ca și în cazul altor sisteme de recuperare, cu excepția schimbătorului de căldură intermediar, schimbătorul de căldură rotativ poate funcționa numai dacă conductele de evacuare și de aspirație sunt adiacente una de cealaltă la un punct în sistem.

Un schimbător de căldură intermediar este mai puțin eficient decât un schimbător de căldură rotativ. În sistemul prezentat, apa circulă prin două serpentine de schimb de căldură și, deoarece se folosește o pompă, cele două serpentine pot fi amplasate la o oarecare distanță unul de celălalt. Atât acest schimbător de căldură, cât și regeneratorul rotativ au piese mobile (pompa și motorul electric sunt antrenate și aceasta este diferită de schimbătoarele de căldură cu aer și tuburi. Unul dintre dezavantajele regeneratorului este că se poate produce murdărie în canale. Murdăria poate fi depus pe roată, care apoi îl transferă în canalul de aspirație. Cele mai multe roți sunt acum echipate cu scavenging, ceea ce reduce transferul de contaminanți la minimum.

Un simplu schimbător de căldură cu aer este un dispozitiv staționar pentru schimbul de căldură între fluxurile de aer de evacuare și de intrare, trecând prin el în contracurent. Acest schimbător de căldură seamănă cu o cutie dreptunghiulară din oțel cu capete deschise, împărțită în multe canale înguste, cum ar fi camere. Aerul evacuat și proaspăt curg prin canale alternative, iar căldura este transferată de la un curent de aer la altul pur și simplu prin pereții canalelor. Nu există transfer de contaminanți în schimbătorul de căldură și, deoarece o suprafață semnificativă este închisă într-un spațiu compact, se obține o eficiență relativ ridicată. Schimbătorul de căldură cu conducte de căldură poate fi văzut ca o dezvoltare logică a designului schimbătorului de căldură descris mai sus, în care cele două fluxuri de aer în camere rămân complet separate, conectate printr-un mănunchi de conducte de căldură cu aripioare care transferă căldura de la un canal la altul. Deși peretele conductei poate fi considerat o rezistență termică suplimentară, eficiența transferului de căldură în interiorul conductei în sine, în care are loc ciclul de evaporare-condensare, este atât de mare încât până la 70% din căldura reziduală poate fi recuperată în aceste schimbătoare de căldură. . Unul dintre principalele avantaje ale acestor schimbătoare de căldură în comparație cu schimbătorul de căldură intermediar și regeneratorul rotativ este fiabilitatea lor. Defectarea mai multor conducte va reduce doar puțin eficiența schimbătorului de căldură, dar nu va opri complet sistemul de eliminare.

Cu toată varietatea de soluții de proiectare pentru dispozitivele de recuperare a căldurii a resurselor de energie secundară, fiecare dintre ele are următoarele elemente:

· Mediul înconjurător este o sursă de energie termică;

· Mediul este un consumator de energie termică;

· Heat receiver - un schimbător de căldură care primește căldură de la o sursă;

· Dispozitiv de transfer de căldură - un schimbător de căldură care transferă energie termică către consumator;

· O substanță de lucru care transportă energia termică de la o sursă la un consumator.

În schimbătoarele de căldură regenerative și aer-aer (aer-lichid), mediile de schimb de căldură în sine sunt substanța de lucru.

Exemple de aplicații.

1. Încălzirea aerului în sistemele de încălzire cu aer.
Aerotermele sunt concepute pentru încălzirea rapidă a aerului cu ajutorul unui lichid de răcire cu apă și distribuția uniformă a acestuia cu ajutorul unui ventilator și jaluzelele de ghidare. Aceasta este o soluție bună pentru magazinele de construcții și producție, unde încălzirea rapidă și menținerea unei temperaturi confortabile este necesară doar în timpul orelor de lucru (cuptoarele funcționează de obicei în același timp).

2. Încălzirea apei în sistemul de alimentare cu apă caldă.
Utilizarea unităților de recuperare a căldurii vă permite să neteziți vârfurile consumului de energie, deoarece consumul maxim de apă are loc la începutul și la sfârșitul schimbului.

3. Încălzirea apei în sistemul de încălzire.
sistem închis
Lichidul de răcire circulă într-un circuit închis. Astfel, nu există riscul de contaminare.
Sistem deschis. Lichidul de răcire este încălzit cu gaz fierbinte și apoi degajă căldură consumatorului.

4. Încălzirea aerului de explozie pentru ardere. Vă permite să reduceți consumul de combustibil cu 10%-15%.

S-a calculat că principala rezervă pentru economisirea combustibilului în timpul funcționării arzătoarelor pentru cazane, cuptoare și uscătoare este utilizarea căldurii gazelor de eșapament prin încălzirea combustibilului ars cu aer. Recuperarea căldurii din gazele de ardere este de mare importanță în procesele tehnologice, deoarece căldura returnată în cuptor sau cazan sub formă de aer de explozie preîncălzit face posibilă reducerea consumului de combustibil gaz natural cu până la 30%.
5. Încălzirea combustibilului care merge la ardere folosind schimbătoare de căldură „lichid-lichid”. (Exemplu - încălzirea păcurului la 100˚–120˚ С.)

6. Încălzirea fluidului de proces utilizând schimbătoare de căldură „lichid-lichid”. (Exemplu - încălzirea unei soluții galvanice.)

Astfel, schimbătorul de căldură este:

Rezolvarea problemei eficienței energetice a producției;

Normalizarea situației ecologice;

Disponibilitatea unor condiții confortabile în producția dumneavoastră - căldură, apă caldă în spațiile administrative și de agrement;

Reducerea costurilor cu energia.

Poza 1.

Structura consumului de energie și a potențialului de economisire a energiei în clădirile rezidențiale: 1 – pierderi de căldură prin transport; 2 - consumul de căldură pentru ventilație; 3 - consumul de căldură pentru alimentarea cu apă caldă; 4- economisirea energiei

Lista literaturii folosite.

1. Karadzhi VG, Moskovko Yu.G. Câteva caracteristici ale utilizării eficiente a echipamentelor de ventilație și încălzire. Ghid - M., 2004

2. Eremkin A.I., Byzeev V.V. Economia aprovizionării cu energie în sistemele de încălzire, ventilație și aer condiționat. Editura Asociației Universităților de Construcții M., 2008.

3. Skanavi A. V., Makhov. L. M. Încălzire. Editura DIA M., 2008

Recuperarea căldurii a fost utilizată pe scară largă în ingineria termică și energetică de mulți ani. e - încălzitoare de apă de alimentare, economizoare, încălzitoare de aer, regeneratoare cu turbine cu gaz etc., dar nu i se acordă încă o atenție suficientă în tehnologia frigorifice. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că căldura cu potențial scăzut este de obicei descărcată (la o temperatură sub 100 ° C), prin urmare, pentru a o utiliza, în sistemul de refrigerare trebuie introduse schimbătoare de căldură și dispozitive de automatizare suplimentare, ceea ce o complică. În același timp, sistemul de refrigerare devine mai sensibil la modificările parametrilor externi.

Din cauza problemei energetice, proiectanții, inclusiv echipamentele frigorifice, sunt nevoiți în prezent să analizeze mai îndeaproape sistemele tradiționale în căutarea unor noi scheme cu regenerarea căldurii de condensare.

Dacă unitatea frigorifică are un condensator de aer, puteți folosi aerul încălzit direct după condensator pentru încălzirea spațiului. De asemenea, poate fi util să folosiți căldura vaporilor de agent frigorific supraîncălzit după compresor, care are un potențial de temperatură mai mare.

Pentru prima dată, schemele de recuperare a căldurii au fost dezvoltate de firme europene, deoarece prețurile energiei electrice în Europa sunt mai mari decât în ​​SUA.

Echipamentul frigorific complet de la „Kostan” (Italia), dezvoltat în ultimii ani, cu un sistem de utilizare a căldurii condensatoarelor de aer, este utilizat pentru încălzirea podelei comerciale a magazinelor „Universam”. Astfel de sisteme pot reduce consumul total de energie din magazin cu 20-30%.

obiectivul principal- utilizarea cantității maxime posibile de căldură degajată de mașina frigorifică în mediu. Căldura este transferată fie direct prin fluxul de aer cald după condensator către podeaua comercială a magazinului în timpul sezonului de încălzire, fie către un schimbător de căldură-acumulator suplimentar (căldura vaporilor de agent frigorific supraîncălzit) pentru a obține apă caldă, care este utilizată. pentru nevoile tehnologice pe tot parcursul anului.

Experiența sistemelor de operare conform primei metode a arătat că acestea sunt ușor de întreținut, dar relativ voluminoase, utilizarea lor este asociată cu necesitatea instalării de ventilatoare suplimentare pentru a muta o cantitate mare de aer și filtre de aer, ceea ce duce în cele din urmă la o creștere în costurile reduse. Având în vedere acest lucru, se acordă preferință schemelor mai complexe, în ciuda faptului că implementarea lor complică funcționarea.

Cel mai simplu circuit cu un schimbător de căldură-acumulator este un circuit cu o conexiune în serie a unui condensator și a unei baterii. Această schemă funcționează după cum urmează. La temperaturile apei la intrarea în schimbătorul de căldură-acumulator și la o temperatură ambientală de 10 ° C, temperatura de condensare tK este de 20 C. Pentru o perioadă scurtă de timp (de exemplu, în timpul nopții), apa din acumulator se încălzește până la 50 ° C, a t crește la 30 ° C. Acest lucru se explică prin faptul că performanța generală a condensatorului și a bateriei scade, deoarece atunci când apa este încălzită, diferența de temperatură inițială a bateriei scade.

O creștere de 10°C este destul de acceptabilă, totuși, cu combinații nefavorabile de temperatură ridicată și consum redus de apă, se poate observa o creștere mai semnificativă a temperaturii de condensare. Acest circuit prezintă următoarele dezavantaje în timpul funcționării: fluctuații ale presiunii de condensare; scăderea periodică semnificativă a presiunii în recipient, ceea ce duce la o întrerupere a alimentării cu lichid la evaporator; posibil curgere inversă de lichid în condensatorul de aer în timpul opririi compresorului, când t este semnificativ mai scăzută decât temperatura din receptor.

Instalarea unui regulator de presiune de condensare face posibilă prevenirea curgerii condensului înapoi de la receptor la condensatorul de aer, precum și menținerea presiunii de condensare necesare, de exemplu, corespunzătoare la 25 °C.

Cu o creștere a tw la 50 ° C și tok la 25 ° C, regulatorul de presiune se deschide complet, în timp ce căderea de presiune în el nu depășește 0,001 MPa.

Dacă și t scad la 10 ° C, atunci regulatorul de presiune se închide și cavitatea internă a condensatorului de aer, precum și o parte a bobinei schimbătorului de căldură-acumulator, sunt umplute cu lichid. Cu o creștere a t la 25 ° C, regulatorul de presiune se deschide din nou și lichidul din condensatorul de aer iese suprarăcit. Presiunea deasupra suprafeței lichidului din receptor va fi egală cu presiunea de condensare minus căderea de presiune din regulator, iar presiunea din receptor poate deveni atât de scăzută (de exemplu, corespunde cu tK< 15°С), что жидкость перед подачей к регулирующему вентилю не будет переох-лажденной. В этом случае необходимо ввести в схему регенеративный теплообменник.

Pentru a menține presiunea în receptor, în circuit este introdusă și o supapă diferențială. La tk = 20°C și tok - 40°C, supapa diferențială este închisă, căderea de presiune în conductele condensatorului de aer, schimbătorului de căldură-acumulator și regulatorului de presiune este nesemnificativă.

Când este coborât la 0°C, a t la 10°C, lichidul din fața regulatorului de presiune va avea o temperatură de aproximativ 10°C. Scăderea de presiune în regulatorul de presiune va deveni semnificativă, supapa diferențială 6 se va deschide și aburul fierbinte va curge în recipient.

Cu toate acestea, acest lucru nu exclude complet problema absenței suprarăcirii lichidului în receptor. Este necesar să instalați un schimbător de căldură regenerativ sau să utilizați un receptor special conceput. În acest caz, lichidul rece din condensator este direcționat direct către linia de lichid. Același efect poate fi obținut prin instalarea unui receptor vertical, în care lichidul mai rece se scufundă în jos, iar aburul fierbinte intră în partea de sus.

Amplasarea regulatorului de presiune în circuitul dintre schimbătorul de căldură-com-acumulator și condensatorul de aer. de preferință din următoarele motive: iarna poate dura mult timp pentru a atinge presiunea de condensare necesară; într-o unitate compresor-condensare, lungimea conductei dintre condensator și receptor este rareori suficientă; in instalatiile existente este necesara deconectarea conductei de scurgere pentru a monta schimbatorul-acumulator de caldura. Conform acestei scheme, este instalată și o supapă de reținere.

Au fost dezvoltate circuite cu conexiune paralelă a condensatoarelor de aer pentru a menține o temperatură de 20 ° C într-o cameră și 10 ° C în alta, unde ușile sunt adesea deschise iarna. Astfel de scheme necesită, de asemenea, instalarea de regulatoare de presiune și supape diferențiale.

Condensatoarele conectate în paralel cu recuperare de căldură de obicei nu funcționează vara, iar presiunea din ele este oarecum mai mică decât în ​​condensatorul principal. Datorită închiderii libere a solenoidului și supapelor de reținere, sunt posibile recircularea lichidului și umplerea condensatorului de căldură reziduală. Pentru a evita acest lucru, în circuit este prevăzută o conductă de bypass, prin care condensatorul este pornit periodic cu recuperare de căldură printr-un semnal de releu de timp.

Fluctuațiile în sarcina termică a condensatorului principal și a condensatoarelor cu recuperare de căldură sunt asociate cu necesitatea de a utiliza un receptor cu o capacitate mai mare în astfel de circuite decât în ​​răcitoarele fără recuperare de căldură sau de a instala un receptor suplimentar în paralel cu primul, ceea ce face necesară creșterea cantității de agent frigorific pentru încărcarea sistemului.

Analiza diferitelor scheme de recuperare a căldurii folosirea schimbatoarelor de caldura de tip coaxial standard (teava in teava) cu condensare totala in ele si folosirea numai a caldura de supraincalzire a vaporilor arata ca instalatia functioneaza mai economic cu condensare completa in regeneratorul de caldura doar cu utilizarea continua si stabila a apei calde.

Aparatul frigorific functioneaza in doua cicluri (cu un punct de fierbere de 10°C si temperaturi diferite de condensare de 35 si 55°C). Un schimbător de căldură suplimentar cu apă în contracurent este utilizat ca regenerator de căldură, care transferă căldura de supraîncălzire a vaporilor de agent frigorific la o diferență de temperatură de 10 kW din capacitatea de răcire a compresorului și un consum de energie de 2,1 kW (Tk = 35 ° C) în condensatorul principal, apa poate fi încălzită (la debitul său este de 0,012 kg/s) de la 10 la 30°C, iar apoi în regenerator, crește temperatura apei de la 30 la 65°C. În ciclul de la 55°C cu o capacitate de răcire de 10 kW și un consum de putere de 3,5 kW în condensatorul principal, apa (la un debit de 0,05 kg/s) este încălzită de la 10 la 50°C, apoi într-un schimbător de căldură-regenerator suplimentar, apa (la un debit de 0,017 kg / s) este încălzită de la 50 la 91 ° C. În primul caz, 13,7% este util, în al doilea - 52% din energia totală furnizată.

În toate cazurile, atunci când alegeți un sistem de recuperare a căldurii pentru o mașină de refrigerare, este necesar să se determine următoarele:

• capacitatea de răcire a compresorului și sarcina termică a condensatorului;
• modul de funcționare al mașinii frigorifice în perioadele de vară și iarnă; posibilitatea utilizării căldurii recuperate; relația dintre căldura necesară pentru încălzirea spațiului și încălzirea apei;
• temperatura necesară a apei calde și consumul acesteia în timp; fiabilitatea funcționării mașinii frigorifice în modul de obținere a frigului.
• Experiența de exploatare a sistemelor de recuperare a căldurii arată că costurile inițiale de capital pentru un astfel de sistem din magazinele mari se plătesc în 5 ani, astfel încât implementarea lor este fezabilă din punct de vedere economic.

Descriere:

Sistemele de ventilație de alimentare și evacuare pentru spațiile administrative și rezidențiale sunt eficiente nu numai din punct de vedere sanitar și igienic. Cu recuperarea automată a căldurii, acestea contribuie, de asemenea, în mod semnificativ la reducerea costurilor de încălzire. Aerul scos din încăpere are o temperatură de 20-24 0 C. A nu folosi această căldură înseamnă, la propriu, a o lăsa să iasă pe fereastră. Căldura din aerul evacuat poate fi folosită pentru a încălzi apa și a furniza aer și astfel contribuie la protecția mediului.

Recuperare de căldură

D. Droste, InnoTech Systemanalysis GmbH, Berlin (Germania)

Tehnologie

Puncte cheie

Sistemele de ventilație de alimentare și evacuare pentru spațiile administrative și rezidențiale sunt eficiente nu numai din punct de vedere sanitar și igienic. Cu recuperarea automată a căldurii, acestea contribuie, de asemenea, în mod semnificativ la reducerea costurilor de încălzire. Aerul scos din încăpere are o temperatură de 20-24 o C. A nu folosi această căldură înseamnă, la propriu, a o lăsa să iasă pe fereastră. Căldura din aerul evacuat poate fi folosită pentru a încălzi apa și a furniza aer și astfel contribuie la protecția mediului.

Astfel, recuperarea căldurii este necesară pentru a reduce pierderile de ventilație.

Solutii tehnice

În sistemele de ventilație ale clădirilor, o anumită cantitate de aer evacuat este preluată din încăperile cu un conținut ridicat de umiditate și poluare: bucătărie, toaletă, baie - apoi răcită într-un schimbător de căldură cu plăci cu flux încrucișat și aruncată. Aceeași cantitate de aer de alimentare exterior, precurățat de praf, este încălzită într-un schimbător de căldură fără contact cu aerul evacuat și este furnizată în locuințe, dormitoare și camere pentru copii. Dispozitivele adecvate sunt amplasate în poduri, subsoluri sau încăperi auxiliare.

În sistemele automate de ventilație cu alimentare, o anumită cantitate de aer este furnizată în mod continuu în încăpere prin intermediul ventilatoarelor. Ventilatoarele de evacuare extrag aerul poluat din bucatarii, toalete etc.

Prin selectarea corectă a ventilatoarelor se asigură schimbul de aer care îndeplinește cerințele Guvernului Federal. Pentru a asigura recuperarea căldurii, în sistem sunt incluse schimbătoare de căldură speciale, de exemplu, cu flux încrucișat, dacă este necesar, echipate cu o pompă de căldură.

Instalațiile moderne din case cu o izolare termică bună, în comparație cu un sistem de încălzire prin convecție, pot economisi până la 50% din căldură.

Eficiența transferului de căldură de la aerul evacuat la aerul de alimentare în schimbătoarele de căldură cu plăci este de aproximativ 60%, chiar mai mult cu aerul evacuat umed. Aceasta înseamnă că într-un apartament cu o suprafață de locuit de 100 m2:

Puterea sistemului de incalzire este mai mica cu 10 W/m 2 spatiu de locuit;

Consumul anual de căldură este redus de la aproximativ 40 la 15 kW/m 2 ·an.

Eficiență economică

Un sistem de ventilație controlată și de recuperare a căldurii necesită mai puține costuri de energie pentru încălzirea aerului decât alte sisteme. Totodata, datorita reducerii capacitatii instalate a sistemului de incalzire, costurile de investitie sunt reduse in constructii noi. În plus, datorită utilizării sistemelor de recuperare a căldurii, costurile cu combustibilul sunt reduse, deoarece sunt utilizate emisiile de căldură din uz casnic (adică emisiile de căldură ale unei persoane, aparate electrice, iluminat, precum și insolație etc.). Emisiile de căldură menajere, în loc să „supraîncălzească” încăperea în care apar, sunt redistribuite prin sistemul de conducte de aer către acele încăperi în care există „subîncălzire”. De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că, în multe apartamente, ventilația prelungită prin ferestre deschise este adesea nedorită din cauza nivelului ridicat de zgomot. Utilizarea unităților de recuperare a căldurii și a pompelor de căldură în sistemul de ventilație mecanică îl face mai eficient din punct de vedere energetic.

Implementarea

Condițiile economice preliminare pentru introducerea sistemelor moderne de încălzire sunt destul de diverse. Într-un număr de state federale există stimulente fiscale speciale, datorită cărora costurile inițiale pot fi reduse cu 20-30%. În plus, o serie de programe de economisire a energiei conțin secțiuni privind ventilația rezidențială. Deci, de exemplu, programul Rin-Palatinat prevede o plată suplimentară de până la 25%, dar nu mai mult de 7500 DM. Introducerea pompelor de căldură este recomandată în special, unele landuri prevăzând o suprataxă de până la 30%.

Exemple de utilizare

Recuperare căldură într-un bloc de locuințe

Într-o casă tipică din Leipzig din 1912, care a fost renovată și izolata suplimentar, firma olandeză de ventilație Van Ophoven a folosit un sistem de ventilație controlat cu recuperare de căldură. Casele de acest tip reprezintă până la 60% din fondul de locuințe din Leipzig. Sistemul de ventilație de alimentare și evacuare cu recuperare de căldură în schimbătorul de căldură cu flux transversal este autonom până la pornirea încălzitorului suplimentar de aer de alimentare. Pentru a asigura recuperarea căldurii, în sistem sunt incluse schimbătoare de căldură speciale, în exemplul nostru - flux încrucișat. În acest caz, vorbim despre un sistem de ventilație de echilibru. Fiecare apartament este echipat cu un dispozitiv instalat pe perete într-un loc special amenajat. Aerul exterior este preîncălzit în dispozitivul de recuperare și apoi încălzit la temperatura necesară prin intermediul unui încălzitor suplimentar. În acest caz, vorbim de încălzire indirectă. O analiză a eficienței acestui sistem a arătat că economiile de energie s-au ridicat la 40%, iar emisiile de CO 2 au scăzut cu 69%.

Unități de schimb de aer

În multe clădiri administrative din Nossen, în birouri, spitale, bănci, un microclimat favorabil este asigurat de unități de schimb de aer eficiente energetic cu recuperare de căldură. Eficiența recuperării căldurii în schimbătoarele de căldură în contracurent poate ajunge la 60%. În imaginea prezentată aici se poate observa că unitățile de schimb de aer se potrivesc bine în mediul încăperii.

Literatură

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 emissionsarme Anlagen zur Heizung, Kuhlung und Klimatisierung von kleinen und mittleren Unternehmen in den neuen Bundeslandern, erhaltlich under OPET.

Recuperarea căldurii gazelor arse

Gazele de ardere care părăsesc spațiul de lucru al cuptoarelor au o temperatură foarte ridicată și, prin urmare, transportă cu ele o cantitate semnificativă de căldură. În cuptoarele cu focar deschis, de exemplu, aproximativ 80% din toată căldura furnizată spațiului de lucru este transportată din spațiul de lucru cu gaze de ardere, în cuptoarele de încălzire aproximativ 60%. Din spațiul de lucru al cuptoarelor, gazele de ardere transportă cu ele cu cât mai multă căldură, cu atât temperatura lor este mai mare și cu atât factorul de utilizare a căldurii în cuptor este mai mic. În acest sens, este recomandabil să se asigure recuperarea căldurii din gazele de ardere, care poate fi realizată în principiu prin două metode: cu întoarcerea unei părți din căldura preluată din gazele de ardere înapoi la cuptor și fără a returna această căldură. la cuptor. Pentru a implementa prima metodă, este necesar să transferați căldura preluată de la fum la gazul și aerul (sau numai aerul) care intră în cuptor. Pentru a atinge acest obiectiv, sunt utilizate pe scară largă schimbătoare de căldură de tipuri recuperatoare și regenerative, a căror utilizare face posibilă creșterea eficienței unității cuptorului, creșterea temperaturii de ardere și economisirea combustibilului. Cu cea de-a doua metodă de utilizare, căldura gazelor de ardere este utilizată în cazane termice și centrale cu turbine, ceea ce realizează economii semnificative de combustibil.

În unele cazuri, ambele metode descrise de recuperare a căldurii reziduale sunt utilizate simultan. Aceasta se realizează atunci când temperatura gazelor de ardere după schimbătoarele de căldură de tip regenerativ sau recuperator rămâne suficient de ridicată și este recomandabilă recuperarea ulterioară a căldurii în centralele termice. Deci, de exemplu, în cuptoarele cu focar deschis, temperatura gazelor de ardere după regeneratoare este de 750-800 °C, astfel încât acestea sunt reutilizate în cazanele de căldură reziduală.

Să luăm în considerare mai detaliat problema utilizării căldurii gazelor de ardere cu returnarea unei părți a căldurii acestora în cuptor.

În primul rând, trebuie menționat că o unitate de căldură preluată din fum și introdusă în cuptor prin aer sau gaz (o unitate de căldură fizică) se dovedește a fi mult mai valoroasă decât o unitate de căldură obținută în cuptor ca rezultat al arderii combustibilului (o unitate de căldură chimică), deoarece căldura aerului încălzit (gaz) nu implică pierderi de căldură cu gazele de ardere. Valoarea unei unități de căldură fizică este cu atât mai mare, cu atât factorul de utilizare a combustibilului este mai mic și temperatura gazelor arse este mai mare.

Pentru funcționarea normală a cuptorului, cantitatea necesară de căldură ar trebui să fie furnizată spațiului de lucru în fiecare oră. Această cantitate de căldură include nu numai căldura combustibilului, ci și căldura aerului sau gazului încălzit, de exemplu.

Este clar ca cu = const cresterea va permite scaderea . Cu alte cuvinte, recuperarea căldurii reziduale din gazele de ardere permite realizarea de economii de combustibil, care depinde de gradul de recuperare a căldurii din gazele de ardere.

unde - respectiv, entalpia aerului încălzit și gazelor de ardere care părăsesc spațiul de lucru, kW, sau kJ / perioadă.

Gradul de recuperare a căldurii poate fi numit și eficiență. recuperator (regenerator), %

Cunoscând gradul de recuperare a căldurii, se poate determina economia de combustibil prin următoarea expresie:

unde I "d, Id - respectiv, entalpia gazelor de ardere la temperatura de ardere și la ieșirea din cuptor.

Reducerea consumului de combustibil ca urmare a utilizării căldurii gazelor de ardere dă de obicei un efect economic semnificativ și este una dintre modalitățile de reducere a costurilor de încălzire a metalului în cuptoarele industriale.

Pe lângă economia de combustibil, utilizarea încălzirii cu aer (gaz) este însoțită de o creștere a temperaturii calorimetrice de ardere, care poate fi scopul principal al recuperării la încălzirea cuptoarelor cu combustibil cu putere calorică scăzută.

O creștere a at duce la o creștere a temperaturii de ardere. Dacă este necesar să se furnizeze o anumită valoare, atunci o creștere a temperaturii de încălzire a aerului (gazului) duce la o scădere a valorii, adică la o scădere a proporției de gaz cu o căldură ridicată de ardere în amestecul de combustibil.

Deoarece recuperarea căldurii poate economisi combustibil în mod semnificativ, este recomandabil să se depună eforturi pentru cel mai înalt grad de utilizare posibil, justificat din punct de vedere economic. Cu toate acestea, trebuie remarcat imediat că reciclarea nu poate fi completă, adică întotdeauna. Acest lucru se explică prin faptul că o creștere a suprafeței de încălzire este rațională doar până la anumite limite, după care duce deja la un câștig foarte nesemnificativ în economisirea căldurii.

Instituție de învățământ de stat de învățământ profesional superior

„Universitatea Tehnică de Stat Samara”

Departamentul de Tehnologie Chimică și Ecologie Industrială

LUCRARE DE CURS

la disciplina „Termodinamică tehnică și inginerie termică”

Tema: Calculul instalației de recuperare a căldurii din gazele reziduale ale unui cuptor de proces

Completat de: Studenta Ryabinina E.A.

ZF curs III grupa 19

Verificat de: Consultant Churkina A.Yu.

Samara 2010

Introducere

Majoritatea întreprinderilor chimice generează deșeuri termice de înaltă și joasă temperatură, care pot fi utilizate ca resurse energetice secundare (SER). Acestea includ gazele de ardere de la diferite cazane și cuptoare de proces, fluxuri răcite, apă de răcire și abur de evacuare.

VER termic acoperă în mare măsură cererea de căldură a industriilor individuale. Astfel, în industria azotului, peste 26% din cererea de căldură este satisfăcută prin intermediul VER, în industria sifonului - mai mult de 11%.

Numărul de HOR utilizate depinde de trei factori: temperatura HOR, puterea termică a acestora și continuitatea ieșirii.

În prezent, cea mai răspândită este utilizarea căldurii din gazele reziduale industriale, care au un potențial de temperatură ridicat pentru aproape toate procesele de incendiu și pot fi utilizate continuu în majoritatea industriilor. Căldura gazelor reziduale este componenta principală a bilanțului energetic. Este folosit în principal pentru scopuri tehnologice, iar în unele cazuri - pentru scopuri energetice (în cazane de căldură reziduală).

Cu toate acestea, utilizarea pe scară largă a VER termice de înaltă temperatură este asociată cu dezvoltarea metodelor de utilizare, inclusiv căldura zgurii fierbinți, a produselor etc., a noi metode de utilizare a căldurii gazelor de eșapament, precum și cu îmbunătățirea proiectele echipamentelor de utilizare existente.

1. Descrierea schemei tehnologice

În cuptoarele tubulare fără cameră de convecție sau în cuptoarele de tip convecție radiantă, dar având o temperatură inițială relativ ridicată a produsului încălzit, temperatura gazelor de eșapament poate fi relativ ridicată, ceea ce duce la pierderi de căldură crescute, eficiență redusă a cuptorului și mai mare. consum de combustibil. Prin urmare, este necesar să se folosească căldura gazelor reziduale. Acest lucru se poate realiza fie prin utilizarea unui încălzitor de aer care încălzește aerul care intră în cuptor pentru arderea combustibilului, fie prin instalarea de cazane de căldură reziduală care să permită obținerea vaporilor de apă necesari nevoilor tehnologice.

Cu toate acestea, pentru implementarea încălzirii cu aer, sunt necesare costuri suplimentare pentru construcția unui încălzitor de aer, suflante, precum și consumul de energie suplimentară consumat de motorul suflantei.

Pentru a asigura funcționarea normală a încălzitorului de aer, este important să se prevină posibilitatea coroziunii suprafeței acestuia din partea fluxului de gaze arse. Acest fenomen este posibil atunci când temperatura suprafeței de schimb de căldură este mai mică decât temperatura punctului de rouă; în același timp, o parte din gazele de ardere, direct în contact cu suprafața încălzitorului de aer, este răcită semnificativ, vaporii de apă conținuti în ele se condensează parțial și, absorbind dioxidul de sulf din gaze, formează un acid slab agresiv.

Punctul de roua corespunde temperaturii la care presiunea vaporilor saturati ai apei este egala cu presiunea partiala a vaporilor de apa continuti in gazele de ardere.

Una dintre cele mai fiabile modalități de a proteja împotriva coroziunii este preîncălzirea aerului într-un fel (de exemplu, în încălzitoare cu apă sau cu abur) la o temperatură peste punctul de rouă. O astfel de coroziune poate apărea și pe suprafața conductelor de convecție dacă temperatura materiei prime care intră în cuptor este sub punctul de rouă.

Sursa de căldură pentru creșterea temperaturii aburului saturat este reacția de oxidare (combustia) a combustibilului primar. Gazele de ardere formate în timpul arderii își degajă căldura prin radiație și apoi camere de convecție către fluxul de materie primă (abur). Vaporii de apă supraîncălziți intră în consumator, iar produsele de ardere părăsesc cuptorul și intră în cazanul de căldură reziduală. La ieșirea din KU, vaporii de apă saturati sunt reintroduși în cuptorul de supraîncălzire cu abur, iar gazele de ardere, fiind răcite de apa de alimentare, intră în încălzitorul de aer. Din aeroterma, gazele de ardere intră în CTAN, unde apa care curge prin serpentină este încălzită și merge direct la consumator, iar gazele de ardere sunt eliberate în atmosferă.

2. Calcul cuptorului

2.1 Calculul procesului de ardere

Să definim puterea termică inferioară a combustibilului Q р н. Dacă combustibilul este o hidrocarbură individuală, atunci puterea sa calorică Q p n este egală cu puterea calorică standard minus căldura de vaporizare a apei din produsele de ardere. De asemenea, poate fi calculată din efectele termice standard ale formării produselor inițiale și finale pe baza legii Hess.

Pentru un combustibil constând dintr-un amestec de hidrocarburi, puterea calorică se determină în conformitate cu regula aditivității:

unde Q pi n este puterea calorică a i-a componentă a combustibilului;

y i este concentrația i-a componentă a combustibilului în fracții de unitate, atunci:

Q p n cm \u003d 35,84 ∙ 0,987 + 63,80 ∙ 0,0033+ 91,32 ∙ 0,0012+ 118,73 ∙ 0,0004 + 146,10 ∙ 0,0033+ 91,32 ∙ 0,0012+ 118,73 ∙ 0,0004 + 146,10 ∙ 0.0004 + 146,10 ∙ M / 0.0301 \ 0.03 0.

Masa molară a combustibilului:

M m = Σ M i ∙ y i ,

unde M i este masa molară a i-a componentă a combustibilului, prin urmare:

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

kg / m 3,

atunci Q p n cm, exprimat în MJ / kg, este egal cu:

MJ/kg.

Rezultatele calculului sunt rezumate în tabel. 1:

Tabelul de compoziție a combustibilului 1

Componentă	Masa molară M i ,	Fracția molară 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
TOTAL:		1,0000	16,25

Să determinăm compoziția elementară a combustibilului, % (masă):

,

unde n i C , n i H , n i N , n i O este numărul de atomi de carbon, hidrogen, azot și oxigen din moleculele componentelor individuale care alcătuiesc combustibilul;

Conținutul fiecărei componente a combustibilului, în greutate. %;

M i este masa molară a componentelor individuale ale combustibilului;

M m este masa molară a combustibilului.

Verificarea compoziției:

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

Să determinăm cantitatea teoretică de aer necesară pentru arderea a 1 kg de combustibil; aceasta se determină din ecuația stoechiometrică a reacției de ardere și conținutul de oxigen din aerul atmosferic. Dacă se cunoaște compoziția elementară a combustibilului, cantitatea teoretică de aer L 0 , kg/kg, se calculează prin formula:

În practică, pentru a asigura complet arderea combustibilului, se introduce o cantitate în exces de aer în cuptor, găsim debitul real de aer la α = 1,25:

unde L este debitul real de aer;

α - coeficientul de exces de aer,

L=1,25∙17,0 = 21,25 kg/kg.

Volumul specific de aer (n.a.) pentru arderea a 1 kg de combustibil:

unde ρ în \u003d 1,293 - densitatea aerului în condiții normale,

m 3 / kg.

Să aflăm cantitatea de produse de ardere formată în timpul arderii a 1 kg de combustibil:

dacă este cunoscută compoziția elementară a combustibilului, atunci compoziția în masă a gazelor de ardere la 1 kg de combustibil în timpul arderii sale complete poate fi determinată pe baza următoarelor ecuații:

unde m CO2 , m H2O , m N2 , m O2 - masa gazelor corespunzătoare, kg.

Cantitatea totală de produse de ardere:

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.

Verificarea valorii primite:

unde W f este consumul specific de abur al injectorului în timpul arderii combustibilului lichid, kg/kg (pentru combustibil gazos W f = 0);

Deoarece combustibilul este un gaz, neglijăm conținutul de umiditate din aer și nu ținem cont de cantitatea de vapori de apă.

Să găsim volumul de produse de ardere în condiții normale formate în timpul arderii a 1 kg de combustibil:

unde m i este masa gazului corespunzător format în timpul arderii a 1 kg de combustibil;

ρ i - densitatea gazului dat în condiții normale, kg/m 3 ;

M i este masa molară a gazului dat, kg/kmol;

22,4 - volum molar, m 3 / kmol,

m3/kg; m3/kg;

m3/kg; m 3 / kg.

Volumul total al produselor de ardere (n.a.) la debitul real de aer:

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

V \u003d 1,38 + 2,75 + 13,06 + 0,70 \u003d 17,89 m 3 / kg.

Densitatea produselor de ardere (n.a.):

kg/m3.

Să găsim capacitatea termică și entalpia produselor de ardere a 1 kg de combustibil în intervalul de temperatură de la 100 °C (373 K) la 1500 °C (1773 K), folosind datele din tabel. 2.

Capacități termice specifice medii ale gazelor c р, kJ/(kg∙K) Tabelul 2

					Aer
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 gazelor de ardere generate în timpul arderii a 1 kg de combustibil:

unde c CO2, c H2O, c N2, c O2 sunt capacități termice specifice medii la presiune constantă ale gazonului corespunzător la temperatura t, kJ/(kg K);

c t este capacitatea termică medie a gazelor de ardere generate în timpul arderii a 1 kg de combustibil la temperatura t, kJ/(kg K);

la 100 °С: kJ/(kg∙K);

la 200 °С: kJ/(kg∙K);

la 300 °C: kJ/(kg∙K);

la 400 °С: kJ/(kg∙K);

la 500 °С: kJ/(kg∙K);

la 600 °C: kJ/(kg∙K);

la 700 °С: kJ/(kg∙K);

la 800 °С: kJ/(kg∙K);

la 1000 °C: kJ/(kg∙K);

la 1500 °C: kJ/(kg∙K);

Rezultatele calculelor sunt rezumate în tabel. 3.

Entalpia produselor de ardere Tabel 3

Temperatura		Capacitate termica produse de ardere cu t, kJ/(kg∙K)	Entalpie produse de ardere Ht,
°C	LA
			Deoarece gazele care părăsesc regeneratorul cuptorului de topire a sticlei sunt destul de pure. În alte cazuri, este necesară și instalarea unui filtru special, care să curețe gazele înainte de a ajunge la schimbătorul de căldură. Orez. 1. Schimbător de căldură recuperator pentru recuperarea căldurii reziduale. Apă caldă t = 95 °C Deșeuri fierbinți... Economii de diferite tipuri de energie. 2. Enunțarea problemei Analizați funcționarea cuptorului de supraîncălzire cu abur și, pentru eficiența utilizării căldurii combustibilului primar, propuneți o instalație de recuperare a căldurii pentru resursele energetice secundare. 3. Descrierea diagramei de flux Volumele de azot și vapori de apă din produsele de ardere SG. 1. SCOPUL LUCRĂRII 1.1 Familiarizarea cu proiectarea cazanelor de căldură reziduală 1.2 Obținerea deprinderilor practice în efectuarea unei analize termodinamice a eficienței unităților de sisteme tehnologice energetice și a proceselor care au loc în acestea. 2. CONȚINUTUL LUCRĂRII 2.1 Efectuarea unei analize termodinamice a randamentului unui cazan de căldură reziduală prin energie și...