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.

 

Теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем

 

Достоинства установок утилизации тепла с промежуточным теплоносителем заключается в полной аэродинамической изоляции потоков приточного и удаляемого воздуха, исключающей перетекание вредных примесей, а также в возможности размещения приточных и вытяжных вентиляционных центров на значительном расстоянии друг от друга и объединения в единую систему любого числа приточных и вытяжных установок.

Недостаток утилизаторов с промежуточным теплоносителем- повышенная металлоемкость, обусловленная малым потенциалом теплообменивающихся сред и низкой теплотехнической эффективностью применяемых аппаратов.

Проектом дополнительного раздела СНиП «Использование тепловых вторичных энергетических ресурсов» для утилизации теплоты воздуха, удаляемого из помещения с производствами категорий А, Б, Е, а также содержащего взрывоопасные, горючие, легко воспламеняющиеся или вредные вещества 1-го и 2-го классов опасности, рекомендуется использовать рекуперативные теплообменники с промежуточным теплоносителем. Регенеративные теплообменники применять в этом случае запрещено, а рекуперативные типа «воздух-воздух» должны устанавливаться вне здания либо в вентилируемых вентиляционных камерах.

Известны схемы утилизации тепла с помощью устанавливаемых в потоке удаляемого и наружного воздуха поверхностных теплообменников с промежуточной циркуляцией воды или антифриза- растворов хлоридов кальция, лития, натрия, нитрата натрия. Такие решения обеспечивают ощутимую экономию теплоты на нагрев приточного воздуха, экономически эффективны и надежны в эксплуатации.

При возможности утилизации нескольких имеющихся в помещении видов вторичных энергоресурсов (тепловыделений от вырабатываемой продукции, технологического оборудования и др.) выявляют их количество и сопоставляют с потребностью в теплоте на отопительно-вентиляционные и другие нужды. Если количество вторичных энергоресурсов больше потребности в них, то используют те источники, применение утилизации теплоты которых даст наибольший экономический эффект.

Экономически целесообразные для утилизации источники низкотемпературных вторичных энергоресурсов выявляют путем последовательной оптимизации соответствующего решения, добиваясь наибольшей (практически в заданных условиях возможной) эффективночти использования каждого имеющегося источника вторичных энергоресурсов. С этой целью сначала путем упрощенных расчетов определяют возможный экономический эффект от использования рассмтриваемго источника вторичных энергоресурсов при различных, по санитарно-гигиеническим условиям допустимых типах теплоутилизаторов (с промежуточным теплоносителем, термосифоны и др.) и выявляют тот тип, при котором эффект будет наибольшим. Затем выявляют наиболее эффективный типоразмер этого утилизатора.

 

Утилизация теплоты в системах кондиционирования воздуха

В системе кондиционирования воздуха теплоту удаляемого воздуха из помещений можно утилизировать двумя способами:

· Применяя схемы с рециркуляцией воздуха;

· Устанавливая утилизаторы теплоты.

Последний способ, как правило, применяют в прямоточных схемах систем кондиционирования воздуха. Однако использование утилизаторов теплоты на исключается и в схемах с рециркуляцией воздуха.

В современных системах вентиляции и кондиционирования воздуха применяется самое разнообразное оборудование: нагреватели, увлажнители, различные виды фильтров, регулируемые решетки и многое другое. Все это необходимо для достижения требуемых параметров воздуха, поддержания или создания комфортных условий для работы в помещении. На обслуживание всего этого оборудования требуется достаточно много энергии. Эффективным решением сбережения энергии в системах вентиляции становятся теплоутилизаторы. Основной принцип их работы – нагрев потока воздуха, подаваемого в помещение, с использованием теплоты потока, удаляемого из помещения. При использовании теплоутилизатора требуется меньшая мощность калорифера на подогрев приточного воздуха, тем самым уменьшается количество энергии, необходимое для его работы.

Утилизация теплоты в зданиях с кондиционированием воздуха может быть произведена посредством утилизации теплоты вентиляционных выбросов. Утилизация сбросной теплоты для нагрева свежего воздуха (или охлаждение поступающего свежего воздуха сбросным воздухом после системы кондиционирования летом) является простейшей формой утилизации. При этом можно отметить четыре типа систем утилизации, о которых уже упоминалось: вращающиеся регенераторы; теплообменники с промежуточным теплоносителем; простые воздушные теплообменники; трубчатые теплообменники. Вращающийся регенератор в системе кондиционирования воздуха может повышать температуру приточного воздуха зимой на 15 °С, а летом он может снижать температуру поступающего воздуха на 4—8 °С {6.3). Как и в других системах утилизации, за исключением теплообменника с промежуточным теплоносителем, вращающийся регенератор может функционировать только в том случае, если вытяжной и всасывающий каналы прилегают друг к другу в какой-то точке системы.
Теплообменник с промежуточным теплоносителем менее эффективен, чем вращающийся регенератор. В представленной системе вода циркулирует через два теплообменных змеевика, и так как применяется насос, то два змеевика могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга. И в этом теплообменнике, и во вращающемся регенераторе имеются подвижные части (насос и электродвигатель приводятся в движение и это отличает их от воздушного и трубчатого теплообменников. Одним из недостатков регенератора является то, что в каналах может происходить загрязнение. Грязь может осаждаться на колесе, которое затем переносит его во всасывающий канал. В большинстве колес в настоящее время предусмотрена продувка, которая сводит перенос загрязнений до минимума.

Простой воздушный теплообменник представляет собой стационарное устройство для теплообмена между отработанным и поступающим потоками воздуха, проходящими через него противотоком. Этот теплообменник напоминает прямоугольную стальную коробку с открытыми концами, разделенную на множество узких каналов типа камер. По чередующимся каналам идет отработанный и свежий воздух, и теплота передается от одного потока воздуха к другому просто через стенки каналов. Перенос загрязнений в теплообменнике не происходит, и поскольку значительная площадь поверхности заключена в компактном пространстве, достигается относительно высокая эффективность. Теплообменник с тепловой трубой можно рассматривать как логическое развитие конструкции вышеописанного теплообменника, в котором два потока воздуха в камеры остаются абсолютно раздельными, связанными пучком ребристых тепловых труб, которые переносят теп-
лоту от одного канала к другому. Хотя стенка трубы может рассматриваться как дополнительное термическое сопротивление, эффективность теплопередачи внутри самой трубы, в которой происходит цикл испарения-конденсации, настолько велика, что в этих теплообменниках можно утилизировать до 70% сбросной теплоты. Одно из основных преимуществ этих теплообменников по сравнению с теплообменником с промежуточным теплоносителем и вращающимся регенератором — их надежность. Выход из строя нескольких труб лишь незначительно снизит эффективность работы теплообменника, но не остановит полностью систему утилизации.
Все приведенные системы утилизации отличаются высокой экономической эффективностью.

 

 

При всем многообразии конструктивных решений утилизаторов тепла вторичных энергоресурсов в каждом из них имеются следующие элементы:

· Среда- источник тепловой энергии;

· Среда- потребитель тепловой энергии;

· Теплоприемник- теплообменник, воспринимающий тепло от источника;

· Теплопередатчик- теплообменник, передающий тепловую энергию потребителю;

· Рабочее вещество, транспортирующее тепловую энергию от источника к потребителю.

В регенеративных и воздуховоздушных (воздухожидкостных) рекуперативных теплоутилизаторах рабочим веществом являются сами теплообменивающиеся среды.

 

Примеры применения:
1. Подогрев воздуха в системах воздушного отопления.
Калориферы предназначены для быстрого нагрева воздуха с помощью водяного теплоносителя и равномерного его распределения с помощью вентилятора и направляющих жалюзи. Это хорошее решение для строительства и производственных цехов, где требуется быстрый нагрев и поддержание комфортной температуры только в рабочее время (в это же время, как правило, работают и печи).
2. Нагрев воды в системе горячего водоснабжения.
Применение теплоутилизаторов позволяет сгладить пики потребления энергии, так как максимальное потребление воды приходится на начало и конец смены.
3. Подогрев воды в системе отопления.
Закрытая система
Теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру. Таким образом, отсутствует риск его загрязнения.
Открытая система
Теплоноситель нагревается горячим газом, а затем отдает тепло потребителю.
4.Подогрев дутьевого воздуха, идущего на горение. Позволяет сократить потребление топлива на 10%–15%.

Подсчитано, что основным резервом экономии топлива при работе горелок для котлов, печей и сушилок является утилизация теплоты отходящих газов путем нагрева воздухом сжигаемого топлива. Рекуперация тепла отходящих дымовых газов имеет большое значение в технологических процессах, поскольку тепло, возвращенное в печь или котел в виде подогретого дутьевого воздуха, позволяет сократить потребление топливного природного газа до 30 %.
5. Подогрев топлива, идущего на горение с использованием теплообменников "жидкость – жидкость". (Пример – подогрев мазута до 100˚–120˚ С.)

6. Подогрев технологической жидкости с использованием теплообменников "жидкость – жидкость". (Пример – подогрев гальванического раствора.)

Таким образом, теплоутилизатор – это:

• решение проблемы энергоэффективности производства;
• нормализация экологической обстановки;
• наличие комфортных условий на вашем производстве – тепла, горячей воды в административно-бытовых помещениях;
• уменьшение затрат на энергоресурсы.