Recuperator
En rekuperator är en värmeväxlare för motströmsenergiåtervinning för speciella ändamål som är placerad i till- och frånluftsströmmarna i ett luftbehandlingssystem, eller i avgaserna från en industriell process, för att återvinna spillvärmen . I allmänhet används de för att extrahera värme från avgaserna och använda den för att förvärma luft som kommer in i förbränningssystemet. På så sätt använder de spillenergi för att värma luften, kompensera en del av bränslet och därigenom förbättra energieffektiviteten i systemet som helhet.
Beskrivning
I många typer av processer används förbränning för att generera värme, och rekuperatorn tjänar till att återvinna eller återvinna denna värme för att återanvända eller återvinna den. Termen rekuperator avser även vätske-vätskemotströmsvärmeväxlare som används för värmeåtervinning i kemisk industri och raffinaderiindustri och i slutna processer såsom ammoniak-vatten eller LiBr-vattenabsorberande kylcykel.
Recuperatorer används ofta i samband med brännardelen av en värmemotor för att öka den totala effektiviteten. Till exempel i en gasturbinmotor komprimeras luft, blandas med bränsle, som sedan förbränns och används för att driva en turbin. Recuperatorn överför en del av spillvärmen i avgaserna till den komprimerade luften och förvärmer den på så sätt innan den går in i bränslebrännarstadiet. Eftersom gaserna har förvärmts behövs mindre bränsle för att värma upp gaserna till turbinens inloppstemperatur. Genom att återvinna en del av den energi som vanligtvis går förlorad som spillvärme kan rekuperatorn göra en värmemotor eller gasturbin betydligt effektivare.
Energiöverföringsprocess
Normalt kallas värmeöverföringen mellan luftströmmar som tillhandahålls av enheten som " sensibel värme ", vilket är utbyte av energi, eller entalpi , vilket resulterar i en förändring av temperaturen hos mediet (luft i detta fall), men utan förändring i fukt innehåll. Men om fukt eller relativ fuktighetsnivåer i returluftströmmen är tillräckligt höga för att tillåta kondens att äga rum i enheten, kommer detta att orsaka att " latent värme " frigörs och värmeöverföringsmaterialet kommer att täckas med en film av vatten . Trots en motsvarande absorption av latent värme, eftersom en del av vattenfilmen förångas i den motsatta luftströmmen, kommer vattnet att minska den termiska resistansen hos gränsskiktet för värmeväxlarmaterialet och därmed förbättra värmeöverföringskoefficienten för anordningen, och därmed öka effektivitet. Energiutbytet av sådana anordningar omfattar nu både känslig och latent värmeöverföring; förutom en förändring av temperaturen sker också en förändring av fukthalten i frånluftsströmmen.
Dock kommer kondensfilmen också att öka tryckfallet genom anordningen något, och beroende på avståndet mellan matrismaterialet kan detta öka motståndet med upp till 30 %. Om enheten inte läggs för fall och kondensatet inte får rinna ut ordentligt, kommer detta att öka fläktens energiförbrukning och minska enhetens säsongsmässiga effektivitet.
Användning i ventilationssystem
I värme-, ventilations- och luftkonditioneringssystem, HVAC , används rekuperatorer vanligtvis för att återanvända spillvärme från frånluft som normalt släpps ut i atmosfären . Enheter består vanligtvis av en serie parallella plattor av aluminium , plast , rostfritt stål eller syntetiska fibrer , vars växelvis kopparpar är inneslutna på två sidor för att bilda dubbla uppsättningar av kanaler i rät vinkel mot varandra, och som innehåller tillförsel och extrakt luftströmmar. På detta sätt överförs värme från frånluftsströmmen genom separeringsplattorna och in i tilluftsströmmen. Tillverkare hävdar en bruttoeffektivitet på upp till 95 % beroende på enhetens specifikation.
Egenskaperna hos denna anordning kan tillskrivas förhållandet mellan enhetens fysiska storlek, i synnerhet luftvägsavståndet, och plattornas avstånd. För ett lika stort lufttrycksfall genom enheten kommer en liten enhet att ha ett smalare plattavstånd och en lägre lufthastighet än en större enhet, men båda enheterna kan vara lika effektiva. På grund av enhetens tvärflödesdesign kommer dess fysiska storlek att diktera luftvägens längd, och när denna ökar, kommer värmeöverföringen att öka men tryckfallet kommer också att öka, och så plåtavståndet ökas för att minska tryckfallet, men detta i sin tur minskar värmeöverföringen.
Som en allmän regel kommer en rekuperator som väljs för ett tryckfall på mellan 150–250 pascal (0,022–0,036 psi) att ha en bra verkningsgrad, samtidigt som den har en liten effekt på fläktens energiförbrukning, men kommer i sin tur att ha en högre säsongseffektivitet än så. för fysiskt mindre, men högre tryckfallsrecuperator.
När värmeåtervinning inte krävs är det typiskt att enheten förbigås med hjälp av spjäll anordnade i ventilationsdistributionssystemet. Förutsatt att fläktarna är försedda med inverterhastighetskontroller, inställda för att upprätthålla ett konstant tryck i ventilationssystemet, leder det minskade tryckfallet till att fläktmotorn saktar ner och därmed strömförbrukningen minskar, och i sin tur förbättrar systemets säsongsmässiga effektivitet. .
Användning i metallurgiska ugnar
Recuperatorer har också använts för att återvinna värme från avfallsgaser för att förvärma förbränningsluft och bränsle i många år av metalliska recuperatorer för att minska energikostnaderna och koldioxidavtrycket från driften. Jämfört med alternativ som regenerativa ugnar är initialkostnaderna lägre, det finns inga ventiler att växla fram och tillbaka, det finns inga inducerade fläktar och det kräver inte en väv av gaskanaler utspridda över hela ugnen.
Historiskt sett var återvinningsgraden för rekuperatorer låga jämfört med regenerativa brännare. De senaste förbättringarna av tekniken har dock gjort det möjligt för rekuperatorer att återvinna 70–80 % av spillvärmen och förvärmd luft upp till 850–900 °C (1 560–1 650 °F) är nu möjligt.
Gasturbiner
Recuperatorer kan användas för att öka effektiviteten hos gasturbiner för kraftgenerering, förutsatt att avgaserna är varmare än kompressorns utloppstemperatur. Avgasvärmen från turbinen används för att förvärma luften från kompressorn innan ytterligare uppvärmning i brännkammaren, vilket minskar bränsletillförseln som krävs. Ju större temperaturskillnad mellan turbin ut och kompressor ut, desto större nytta av rekuperatorn. Därför har mikroturbiner (<1 MW), som vanligtvis har låga tryckförhållanden, mest att vinna på att använda en rekuperator. I praktiken är en fördubbling av effektiviteten möjlig genom att använda en rekuperator. Den stora praktiska utmaningen för en rekuperator i mikroturbinapplikationer är att klara avgastemperaturen, som kan överstiga 750 °C (1 380 °F).
Andra typer av gas-till-gas värmeväxlare
- Värmeledning
- Run-around spole
- Termohjul , eller roterande värmeväxlare (inklusive entalpihjul och torkmedelshjul)
- Konvektionsrecuperator
- Strålningsrecuperator
Se även
- Lufthanterare
- Energiåtervinningsventilation
- Värmeåtervinningsventilation
- HVAC (värme, ventilation och luftkonditionering)
- Luftkvalitet inomhus
- Regenerativ värmeväxlare
- Termisk komfort