Рекуперативный пластинчатый теплоутилизатор

Содержание.

Ведение. ………………………………………………………………………… 2

Глава 1. Теплоутилизатор……………………………………………………… 4

1.1 Рекуперативный пластинчатый теплоутилизатор………………… 11

1.2 Теплоутилизаторы с промежуточным теплонасителем. ………… 12

Глава 2.Утилизация теплоты в системах кондиционирования воздуха…… 14

2.1 Примеры применения……………………………………………… 17

Список использованной литературы………………………………………… 19

Ведение.

Использование вторичных энергоресурсов для теплоснабжения промышленных зданий приобретает все большее значение и масштабы. Экономически это вполне оправдано. Степень использования так называемых «горючих» вторичных энергоресурсов (конверторный газ, хвостовые газы, образующиеся при выработке многих продуктов, горючие газы легкой промышленности), тепловых выбросов из промышленных печей, теплоэнергетических установок, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха превышает 90%.

Годовой объем «тепловых» вторичных энергоресурсов в нашей стране составляет более 4,5 млрд.ГДж; из них более половины относится к высокопотенциальным вторичным энергоресурсам- это теплота продуктов производства, теплота уходящих газов (t>300С), энергия избыточного давления газов и др.

Низкопотенциальные вторичные энергоресурсы- это теплота промышленных стоков, конденсата, уходящих газов (t>300C), оборотного водоснабжения, вентиляционных выбросов, биологическая теплота животных и др.

Во всех случаях экономическая задача заключается в том, чтобы, в первую очередь, использовать те источники вторичных энергоресурсов, при которых эффект будет наибольшим.

Предприятия с выходом вторичных энергоресурсов повышенного потенциала (стекольные, металлургические заводы и др.) целесообразно становятся дополнительными теплоисточниками своего города. Утилизационные установки предприятий отдают теплоту сетевой воде, возвращающейся к теплоисточнику, которая там доводится до требуемой температуры. Соблюдение такого принципа подключения заводских теплоисточников с возможностью изменения количества отдаваемой теплоты позволяет работать гибко при самых благоприятных условиях для технологического процесса.

Крупным потребителем низкопотенциальной теплоты могут стать заводские системы воздушного отопления. При этом в качестве теплоносителя для воздухоподогревателей используется обратная сетевая вода либо низкопотенциальный водяной поток от технологических установок. При наличии водяных потоков низкого потенциала и возможности использования воды с более высокой температурой следует рассмотреть вопрос о целесообразности установки тепловых насосов.

Среди множества тепловых вторичных энергоресурсов, образующихся при работе технологических установок и энергетического оборудования на промышленных предприятиях, в источниках теплоты можно выделить основные, для использование которых необходима установка теплоутилизационныого оборудования: теплота уходящих дымовых газов котлоагрегатов, печей и других топливоиспользующих установок; теплота сжатого воздуха компрессорных (нагнетательных) установок; теплота охлаждающей воды и других жидкостных потоков (в том числе загрязненных сточных вод) от технологического оборудования; теплота парогазовых потоков от сушильных установок; теплота вытяжного воздуха систем вентиляции и кондиционирования воздуха и некоторые другие.

Утилизация теплоты водяных, воздушных и парогазовых потоков может быть осуществлена как с помощью оборудования, выпускаемого серийно, так и разрабатываемого (нестандартизированного).

Теплоутилизатор.

Теплоутилизатор – это регенератор (рекуператор) с направленным движением теплоносителя, предполагающий наличие локальной системы вентиляции с одновременной утилизацией теплоты воздуха, удаляемого из помещения, в системах кондиционирования и вентиляции. Движение воздуха в теплоутилизаторе осуществляется сразу в двух направлениях, при этом скорость движения остается одинаковой. Также о теплоутилизаторах можно говорить, как об основной составляющей любой когенерационной систиемы - процесса совместной выработки электрической и тепловой энергии, т.е. термодинамического производства двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии. Принцип его работы при этом основан на использовании энергии отходящих горячих газов двигателя электрогенератора (турбины или поршневого двигателя).

Говоря о множестве различных теплоутилизаторов можно рассмотреть наиболее распространенные виды оборудования:

· Теплоутилизаторы рекуперативные (пластинчатые или с промежуточным теплоносителем)

· Теплоутилизаторы регенеративные вращающиеся.

Регенеративный — теплообменный аппарат, в котором теплота передается поочередным соприкосновением нагретой и холодной среды с поверхностями одной и той же теплоаккумулирующей насадки. Регенеративные теплоутилизаторы бывают стационарные, переключающиеся и вращающиеся.

Первые выполняют в виде насадок из металлической стружки, гравия, щебня и др. материалов, которые попеременно переключаются вручную или автоматически в поток греющей или нагреваемой среды, т.е. с режима поглощения на режим отдачи теплоты. Эти регенеративные теплоутилизаторы не получили широкого распространения главным образом из-за громоздкости и трудности обеспечения необходимой герметичности переключаемых воздушных клапанов. Широко распространенные вращающиеся регенеративные теплоутилизаторы изготовляют в виде плоского цилиндра-насадки, разделенного на секторы, заполненные гладкими или гофрированными металлическими, или пластмассовыми листами, сетками или стружками. Вращающиеся регенеретивные теплоутилизаторы могут передавать только либо явную, либо полную (явную и скрытую) теплоту. В последнем случае теплообменники называются энтальпийными или сорбирующими. Их насадки выполняют из тонколистового асбеста, картона, бумаги, целлюлозы и т.п. сорбирующих материалов, обработанных в растворе хлористого лития.

Корпус воздухо-воздушных регенеративных теплоутилизаторов разделен на три сектора: через один проходит греющий вытяжной воздух, через другой — нагреваемый приточный воздух, третий небольшой сектор является продувочным шлюзом для удаления загрязненного вытяжного воздуха, увлекаемого насадкой. Движение теплообменивающихся потоков организуется по противоточной схеме. Насадка вращается с частотой 5-20 минут и теплоаккумулирующая масса, проходя через поток вытяжного воздуха, воспринимает теплоту, а затем, проходя через поток нагреваемого воздуха, отдает ее. Края ротора прилегают к уплотнениям в корпусе, которые разделяют воздушные потоки с различной температурой. По сравнению с рекуперативным теплоутилизатором вращающиеся регенеративные теплоутилизаторы обладают большой компактностью, меньшими аэродинамическим сопротивлением и металлоемкостью; кроме того, при их применении отпадает необходимость непрерывного удаления конденсата. Основные недостатки этих регенеративных теплоутилизаторов: перетекание загрязненного воздуха через уплотнения при вращении ротора (0,07—2%), вследствие чего они непригодны для применения в чистых и стерильных помещениях, помещениях категорий А и Б, а также для утилизации теплоты воздуха, содержащего вредные вещества 1-го класса опасности. Эффективность современных вращающихся регенеративных теплоутилизаторов зависит от скорости движения воздуха, частоты вращения и свойств теплоаккумулирующей насадки и достигает 0,9.

Основное назначение регенеративных теплоутилизаторов — утилизация теплоты отходящих газов и вытяжного воздуха. Технологическая схема утилизации теплоты вращающимися регенеративных теплоутилизаторов аналогична схеме с применением воздухо-воздушных рекуператоров, за исключением того, что регулирование температуры приточного воздуха и борьба с обледенением теплообменной поверхности здесь могут осуществляться путем изменения частоты вращения ротора. При удалении воздуха из верхней зоны с помощью вытяжных крышных вентиляторов выбрасывается большое количество теплоты, для утилизации которой целесообразно применять крышные приточно-вытяжные установки с теплоутилизаторами. Для этой цели применяются приточно-вытяжные камеры крышного типа со встроенными вращающимися теплоутилизаторами. Для этих камер разработано оборудование: регенеративные теплоутилизаторы. Вращающиеся в горизонтальной плоскости (с вертикальной осью вращения); приточные крышные осевые вентиляторы с выбросом воздуха вверх, создающие необходимые давления для преодоления сопротивления теплоутилизатора и фильтра, а также фильтры. Камеры устанавливают на кровле на железобетонном стакане прямоугольного сечения. В верхней части камеры расположен горизонтальный вращающийся регенеративный теплоутилизатор. Теплоутилизатор представляет собой барабан, образованный лентами из гофрированной и гладкой алюминиевой фольги, плотно навитыми на сердечник. Барабан имеет два канала (для приточного и вытяжного воздуха) и продувочный сектор.На летний период теплоутилизатор можно удалить из приточно-вытяжной камеры. Нижняя часть камеры разделена перегородкой на приточный и вытяжной отсеки, в каждо из которых расположен фильтр, выполненный в виде вынимающейся кассеты. Оба фильтра имеют одинаковые размеры и технические характеристики.

В верхней части камеры предусмотрены переходные короба, на флангах которых установлен приточный и вытяжной вентиляторы. Оба вентилятора осевые с колесом, вращающимся в горизонтальной плоскости.

К отверстию приточного канала камеры присоединяется воздуховод, расположенный в помещении. На горизонтальном участке его установлен воздухораспределитель.

При температкре удаляемого воздуха +20С и температуре наружного воздуха -20С установка обеспечивает, нагрев подаваемого воздуха +8С. Т.е. дополнительного подогрева не требуется. При этом происходит экономия теплоты для установки. Применение крышных приточно-вытяжных установок с утилизацией теплоты удаляемого воздуха позволит также уменьшить протяженность воздуховодов, вследствие чего сокращаются затраты мощности на преодоление сопротивления сети, уменьшается металлоемкость и, соответственно. Стоимость воздуховодов. Сокращаются также размеры занимаемой теплоутилизационной установкой производственной площади здания.

Эти установки предназначены в основном для гражданских и общественных зданий, а также промышленных помещений, в которых воздух не загрязнен вредными пожаро- и взрывоопасными примесями и не имеет запаха.

Их можно использовать в тех случаях, когда концентрация вредных веществ в местах размещения приточных вентиляторов не превышает 30%ПДК, установленных для воздуха рабочей зоны помещений (механические цеха, складские помещения, сельскохозяйственные здания, торговые и выставочные залы и т.п.).

Для автономной вентиляции помещений разработана конструкция регенеративного утилизатора, состоящего из реверсивного вентилятора и соединенного с ним диффузором теплоутилизатора- пористой вставки в наружной стене, выполненной из керамзитового гравия или иного материала с незамкнутами порами. При удалении воздуха через эту вставку последняя нагревается, а затем (в течение заданного и постоянного интервала времени) при работе вентилятора в помещении создается инфильтрационный режим, и наружный холодный воздух, проходящий через вставку, нагревается.

При проектировании такого теплоутилизатора толщина пористой вставки обычно принимается равной толщине стены, и расчет сводится к определению периода работы устройства в одном направлении- исходя из допустимой для данного помещения минимальной температуры приточного воздуха и средней его температуры.

Теплоутилизатор со слоем керамзитового гравия обеспечивает не только резкое снижение расхода металла, но и весьма значительную экономию теплоты.

В больших помещениях целесообразно монтировать две вентиляционные установки, работающие с одновременной подачей воздуха в противоположных направлениях, что обеспечивает непрерывность обмена воздуха в помещении.

Регенеративный теплоутилизатор с неподвижной насадкой, выполненный в виде секции, может быть (при установке на техническом этаже здания) использован и в центральной системе вентиляции. В таком случае осуществляется одновременная работа двух теплообменников; в одном наружный воздух нагревается, а в другом отдает часть своей теплоты удаляемый воздух. Через каждые две минуты направление воздушных потоков с помощью автоматически действующих клапанов изменяется на противоположное. Рекомендуется к применению для вентиляции сухих помещений.

Экономическая эффективность и область применения регенеративных вращающихся теплоутилизаторов может быть значительно расширена при использовании в них в качестве насадки новых прогрессивных материалов или в результате использования различных схем решений работы эксплуатируемых теплоутилизаторов.

Рекуперативный теплоутилизатор - теплообменнник, в котором теплота от одного теплоносителя к другому передается через разделительную стенку. По виду теплоносителя рекуперативные теплоутилизаторы бывают воздухо-воздушные и воздухо-жидкостные. Воздухо-воздушные рекуперативные теплоутилизаторы по конструктивным признакам разделяют на пластинчатые и кожухотрубные. Пластинчатые бывают с гладкими, треугольными, U-образными и П-образными каналами; кожухотрубные состоят из пучка труб, помещенных в кожух. По трубам проходит нагреваемый (приточный) воздух, в межтрубном пространстве — вытяжной. В нижней части корпуса предусматривают штуцер для удаления конденсата, образующегося при охлаждении вытяжного воздуха ниже температуры точки росы. В воздухо-жидкостных рекуперативных теплоутилизаторах теплообменные элементы для увеличения площади поверхности осеребрены со стороны воздушного потока.

В качестве рекуперативных теплоутилизаторов можно использовать калориферы общего назначения или специально выпускаемые теплообменные аппараты, если применяемые жидкости и вытяжной воздух не оказывают на них агрессивного воздействия. По направлению движения тепло-обменивающихся сред рекуперативные теплоутилизаторы могут быть противоточной и перекрестно-точной схемы. Несмотря на то, что первая эффективнее в теплотехническом отношении, широкое распространение, особенно в зарубежной практике, получила перекрестно-точная, допускающая простые конструктивные и компоновочные решения и высокую технологичность изготовления. Используют также многоходовые по одному из потоков схемы движения, например, многоходовые калориферы по потоку горячей воды. При числе ходов более двух такие теплообменники по теплотехнической эффективности близки к противоточным. Технологическую схему нагревания или охлаждения приточного воздуха в рекуперативных теплоутилизаторах за счет теплоты (холода) вытяжного воздуха применяют при наличии одной вытяжной и одной приточной установок с примерно одинаковым массовым расходом воздуха. При наличии нескольких вытяжных установок, работающих в одинаковом режиме, и одной приточной большой производительности возможно параллельное или полупараллельное включение рекуперативного теплоутилизатора.

Защиту рекуперативного теплоутилизатора от образования инея и наледи в канале вытяжного воздуха обеспечивают автоматическим регулированием, преимущественно путем снижения подачи наружного воздуха в теплоутилизатор, пропуская часть его через обводную линию. Команда на исполнительные механизмы регулирующих клапанов подается от датчиков перепада давления за и перед рекуперативным теплоутилизатором в потоке вытяжного воздуха. Температуру приточного воздуха при отсутствии необходимости дополнительного подогрева можно регулировать, изменяя расход приточного или вытяжного воздуха путем байпасирования. При необходимости дополнительного подогрева регулирование может осуществляться в дополнительном калорифере общепринятыми методами.

В инженерных тепловых расчетах рекуперативного теплоутилизатора различают конструкторский расчет — с целью получения конструктивных размеров нетиповых теплообменников и параметров приточного и вытяжного воздуха на выходе из них и, технологический — с целью подбора типовых серийно выпускаемых рекуперативноых теплоутилизаторов и определения параметров приточного и вытяжного воздуха после них. Инженерный тепловой расчет может выполняться приближенно для "сухого" режима и более точно с учетом возможной конденсации водяных паров вытяжного воздуха. Приблизительные методы, не учитывающие возможную конденсацию водяных паров, дают заниженное количество утилизуемой теплоты. Теплоутилизаторы применяют также в качестве калориферов (для нагревания воздуха), бойлеров (для нагревания воды), а также конденсаторов и испарителей тепловых насосов и холодильных установок.

Рекуперативный пластинчатый теплоутилизатор.

Рекуперативный пластинчатый теплоутилизатор состоит из корпуса с подводящими и отводящими патрубками и пакетами пластин. Теплообменная поверхность (пакет пластин) выполнена из непрерывной алюминиевой ленты толщиной 0,5 мм, сложенной в поперчном направлении «гармошкой» и образующей чередующиеся каналы для прохода воздушных потоков. Теплообменивающиеся среды движутся по раздельным каналам. Схема движения потоков воздуха может быть противоточной или прямоточной. Торцевые поверхности пакета пластин герметизируются. Конструкция аппарата практически полностью исключает возможность перетекания удаляемого воздуха в поток приточного.

Утилизация теплоты в рекуперативных пластинчатых теплоутилизаторах достигается в результате теплообмена между движущимися потоками воздуха. Передача теплоты осуществляется через стенки каналов: при противоточном направлении – максимальный теплообмен, при прямоточном- минимальный.

Таплотехнической характеристикой теплоутилизатора является относительный перепад температур (коэффициент эффективности). Для снижения металлоемкости разработаны пленочные рекуперативные теплоутилизаторы, состоящие из пакета отдельных деревянных рамок, на которых закреплена гибкая пленка так, чтобы можно было на ее поверхности создавать дискретные «волны», вызывающие ее вибрацию (под давлением движущегося воздуха), и этим увеличивать теплопередачу в утилизаторе.

Из-за почти полного отсутствия металла стоимость такого теплоутилизатора самая низкая по сравнению с другими типами рекуперативных и регенеративных теплоутилизаторов; кроме того, не требуется проводить ремонтов и межремонтного обслуживания. Интенсификация теплоотдачи в аппарате позволяет уменьшить его габариты на 35% по сравнению с обычным пластинчатыми теплоутилизаторами.