Восстановитель

Эта статья о теплообменнике. Термин «артиллерия» см. в Глоссарии британских терминов по артиллерийскому вооружению § Рекуператор .

Виды рекуператора, или крестообразного пластинчатого теплообменника

Рекуператор расположенный — это специальный противоточный для рекуперации энергии, теплообменник в потоках приточного и вытяжного воздуха системы обработки воздуха или в выхлопных газах промышленного процесса для рекуперации отходящего тепла . Обычно они используются для извлечения тепла из выхлопных газов и использования его для предварительного нагрева воздуха, поступающего в систему сгорания. Таким образом, они используют ненужную энергию для нагрева воздуха, компенсируя часть топлива и тем самым повышая энергоэффективность системы в целом.

Описание

Во многих типах процессов сжигание используется для выработки тепла, а рекуператор служит для рекуперации или восстановления этого тепла с целью его повторного использования или переработки. Термин «рекуператор» также относится к противоточным теплообменникам жидкость-жидкость, используемым для рекуперации тепла в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также в закрытых процессах, таких как абсорбционный холодильный цикл аммиак-вода или LiBr-вода.

Рекуператоры часто используются вместе с горелкой теплового двигателя для повышения общего КПД. Например, в газотурбинном двигателе воздух сжимается, смешивается с топливом, которое затем сжигается и используется для привода турбины. Рекуператор передает часть отходящего тепла из выхлопных газов сжатому воздуху, тем самым предварительно нагревая его перед поступлением на ступень сгорания топлива. Поскольку газы предварительно нагреты, для нагрева газов до температуры на входе в турбину требуется меньше топлива. Восстанавливая часть энергии, которая обычно теряется в виде отходящего тепла, рекуператор может сделать тепловой двигатель или газовую турбину значительно более эффективными.

Процесс передачи энергии

Обычно теплообмен между воздушными потоками, обеспечиваемый устройством, называется « явным теплом », который представляет собой обмен энергией или энтальпией , приводящий к изменению температуры среды (в данном случае воздуха), но без изменения влажности. содержание. Однако если уровень влажности или относительной влажности в потоке возвратного воздуха достаточно высок, чтобы в устройстве могла образоваться конденсация, это приведет к высвобождению « скрытого тепла », и материал теплопередачи покроется пленкой воды. . Несмотря на соответствующее поглощение скрытого тепла, поскольку некоторая часть водяной пленки испаряется в противоположном воздушном потоке, вода снизит термическое сопротивление пограничного слоя материала теплообменника и, таким образом, улучшит коэффициент теплопередачи устройства и, следовательно, улучшит коэффициент теплопередачи устройства. повысить эффективность. Энергообмен таких устройств теперь включает как явную, так и скрытую передачу тепла; Помимо изменения температуры происходит также изменение влажности потока вытяжного воздуха.

Однако пленка конденсата также немного увеличит перепад давления в устройстве, и в зависимости от расстояния между материалами матрицы это может увеличить сопротивление до 30%. Если агрегат не уложить так, чтобы конденсат не стекал должным образом, это увеличит энергопотребление вентилятора и снизит сезонную эффективность устройства.

Использование в системах вентиляции.

В системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, HVAC рекуператоры обычно используются для повторного использования отходящего тепла из отработанного воздуха, обычно выбрасываемого в атмосферу . Устройства обычно состоят из ряда параллельных пластин из алюминия , пластика , нержавеющей стали или синтетического волокна , чередующиеся медные пары которых заключены с двух сторон, образуя двойные наборы воздуховодов, расположенных под прямым углом друг к другу, и которые содержат приточную и вытяжную систему. воздушные потоки. Таким образом, тепло от потока вытяжного воздуха передается через разделительные пластины в поток приточного воздуха. Производители заявляют, что общая эффективность достигает 95% в зависимости от спецификации устройства.

Характеристики этого устройства обусловлены соотношением между физическими размерами устройства, в частности, расстоянием между воздушными путями и расстоянием между пластинами. Для одинакового перепада давления воздуха в устройстве небольшой блок будет иметь более узкое расстояние между пластинами и более низкую скорость воздуха, чем более крупный блок, но оба блока могут быть одинаково эффективными. Из-за конструкции устройства с поперечным потоком его физический размер будет определять длину пути прохождения воздуха, и по мере его увеличения теплопередача будет увеличиваться, но падение давления также будет увеличиваться, поэтому расстояние между пластинами увеличивается, чтобы уменьшить падение давления, но это в свою очередь, уменьшит теплопередачу.

Как правило, рекуператор, выбранный для перепада давления в пределах 150–250 паскалей (0,022–0,036 фунтов на квадратный дюйм), будет иметь хороший КПД, оказывая при этом небольшое влияние на энергопотребление вентилятора, но, в свою очередь, будет иметь более высокий сезонный КПД, чем этот для физически меньшего по размерам, но с более высоким перепадом давления рекуператора.

Когда рекуперация тепла не требуется, обычно устройство обходится с помощью заслонок, расположенных внутри вентиляционной распределительной системы. Если предположить, что вентиляторы оснащены инверторным регулятором скорости, настроенным на поддержание постоянного давления в вентиляционной системе, то уменьшенное падение давления приведет к замедлению вращения двигателя вентилятора и, таким образом, к снижению энергопотребления и, в свою очередь, к повышению сезонной эффективности системы. .

Использование в металлургических печах.

Рекуператоры также использовались для рекуперации тепла из отходящих газов для предварительного нагрева воздуха для горения и топлива в течение многих лет с помощью металлических рекуператоров для снижения затрат на электроэнергию и выбросов углекислого газа при эксплуатации. По сравнению с альтернативами, такими как регенеративные печи, первоначальные затраты меньше, нет клапанов, которые нужно переключать вперед и назад, нет тяговых вентиляторов и не требуется сеть газоходов, проложенных по всей печи.

Исторически коэффициенты рекуперации рекуператоров по сравнению с регенеративными горелками были низкими. Однако недавние усовершенствования технологии позволили рекуператорам рекуперировать 70–80% отходящего тепла, и теперь возможен предварительный нагрев воздуха до 850–900 ° C (1560–1650 ° F).

Газовые турбины

Разрез рекуперированной микротурбины

Рекуператоры можно использовать для повышения эффективности газовых турбин для выработки электроэнергии при условии, что температура выхлопных газов выше температуры на выходе компрессора. Тепло выхлопных газов турбины используется для предварительного нагрева воздуха из компрессора перед его дальнейшим нагревом в камере сгорания, что снижает требуемый расход топлива. Чем больше разница температур на выходе турбины и компрессора, тем больше выгода от рекуператора. Таким образом, микротурбины (<1 МВт), которые обычно имеют низкую степень сжатия, получают наибольшую выгоду от использования рекуператора. На практике удвоение эффективности возможно за счет использования рекуператора. Основная практическая задача рекуператора в микротурбинах — справиться с температурой выхлопных газов, которая может превышать 750 °C (1380 °F).

Другие типы теплообменников газ-газ

• Тепловая трубка
• Обходная катушка
• Тепловое колесо или ротационный теплообменник (включая энтальпийное колесо и осушительное колесо)
• Конвекционный рекуператор
• Рекуператор радиации

См. также

• Обработчик воздуха
• Вентиляция с рекуперацией энергии
• Вентиляция с рекуперацией тепла
• HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха)
• Качество воздуха в помещении
• Регенеративный теплообменник
• Тепловой комфорт