Varmegenvinding

Social ansvarlighed tvinger producenter til at finde nye måder at reducere deres CO2-udledning og energiforbrug på. Indlysende trin, som brugen af ​​lavenergipærer og automatiseret opvarmning, giver nogle øjeblikkelige kulstofbesparelser. Men selv når disse skridt er taget, er der fortsat et pres for at reducere yderligere.

Leverandører af trykluft fittings

Bortset fra den negative påvirkning af CO2-produktionen på miljøet, er der også den økonomiske byrde ved energiforbrug. Af denne grund udforsker produktionsvirksomheder aktivt måder at sænke deres CO2-fodaftryk og forbedre energieffektiviteten.

Et område, der giver producenterne en betydelig mulighed for at reducere CO2-udledningen, er genvinding af spildvarmen fra luftkompressorer. Denne tilgang har vundet et vis indpas i Europa. Forskning viser, at der kan opnås betydelige fordele. Erfaringerne fra dem, der allerede forfølger denne strategi, bekræfter disse data.

Statistikker viser, at trykluft typisk tegner sig for omkring 12 % af de samlede energiomkostninger for industriproducenter. For nogle kan tallet nå helt op på 40 %. Imidlertid kan 70-94 % af energien, der forbruges af kompressorer, genvindes. Uden nogen form for genvinding går denne energi tabt gennem stråling til atmosfæren eller gennem kølesystemer. Værdien af kulstofækvivalenter for hver kW sparet energi gør denne driftsomkostning til et levedygtigt mål for omkostningsbesparende CO2-reduktionsforanstaltninger.

Sådan genereres varm luft under komprimering af trykluft

Komprimering af luft genererer varme. Det er en naturlig konsekvens af at tvinge flere luftmolekyler ind i det samme rum. Problemet er, at luften skal afkøles, før den kan bruges. I mange systemer afkøles luften mellem kompressionstrinene og så igen til sidst. Mellemkølere fjerner varme mellem første og andet trin, og efterkølere fjerner varme efter andet trin.

Sådan kan varme genvindes i trykluftsystemer

Kølere fjerner varme fra trykluft ved hjælp af luft, vand eller olie. De arbejder på et varmeudvekslingssystem. Luften overfører varme til kølemediet i en køler designet til kompressorens flowhastighed og energioverførselskrav. Der er forskellige typer kølesystemer, der anvendes i luftkompressorer. Hver enkelt har fordele og ulemper, og nogle kan genvinde op til 94 % af forsyningsenergien til luftkompressoren

Varmegenvindingens uudnyttede potentiale

Erfaring viser både de økonomiske og miljømæssige muligheder ved at investere i varmegenvinding af trykluft, men alligevel mangler de fleste industrivirksomheder endnu at omfavne og realisere fordelene ved teknologien. Det anslås faktisk, at 90 % af alle industrielle luftkompressorer kunne udstyres med varmegenvindingssystemer. Og som nævnt ovenfor kan 70-94 % af forsyningsenergien til en kompressor genvindes.

For at illustrere det store uudnyttede potentiale ved tryklufts varmegenvinding er det beregnet, at teknologien kan spare 1,99 % af det samlede industrielle elforbrug i f.eks. Storbritannien. Hvis den statistik ikke er overbevisende nok, svarer det til at fjerne emissionerne fra 913.000 diesel-/benzinbiler om året eller genvinde den energi, der kræves til at drive 1.544 millioner husstandes elforbrug om året. Hvis det nu ikke er et overbevisende argument for varmegenvinding af trykluft, er det svært at sige, hvad det er.

*Beregninger er baseret på det samlede industrielt elforbrug i Storbritannien, og et gennemsnit på 10% af det industrielle elforbrug bliver brugt af kompressorer.

*Cirka 70 % af energien kan genvindes fra olieindsprøjtede skruekompressorer og op til 94 % fra oliefri vandkølede skruekompressorer.

Kedelvand blæses ned for at kontrollere mængden af total dissolved solids (TDS) i kedlen. Dette vand er under tryk, varmt og snavset, hvilket skaber store mængder flashdamp og mulige bortskaffelsesproblemer. Et varmegenvindingssystem kan genvinde store mængder energi under denne vigtige proces.

Nedblæsningsvand har en række egenskaber:

Det er beskidt, hvilket betyder at:

• Vandet er generelt uegnet til andre anvendelser.
• Det snavsede vand kan udgøre et bortskaffelsesproblem.

Det er varmt, hvilket betyder at:

• En del af vandet vil blinke til damp ved atmosfærisk tryk.
• Det varme vand kan udgøre et bortskaffelsesproblem. For eksempel kan der være en betydelig mængde at bortskaffe.

Et system til varmegenvinding kan løse mange af disse problemer.

Energiflowhastighed ved nedblæsning

Ved at bruge data fra nedblæsningsberegningen, eksempel 3.12.5, kan mængden af energi, der sendes til nedblæsning, beregnes ved hjælp af damptabellerne.

Bemærk: 1 kJ/s = 1 kW

Eksempel 3.13.1

For at få energi flowhastighed i kW:

For at sætte energiflowhastigheden i sammenhæng, er det gennemsnitlige husholdningscentralvarmesystem i Nordvesteuropa vurderet til ca. 13 kW, så energiflow nedblæsning i eksempel 3.13.1 er tilstrækkelig til at opvarme 19 huse.

For klarhedens skyld bruger ovenstående beregning damptabeller, hvor vand ved 0°C er referencepunktet.

Mere nyt fra Spirax Sarco

I virkeligheden vil efterfyldningsvand til erstatning for nedblæsningen blive tilført ved en temperatur, der er højere end dette, så energiudblæsningen bliver lidt mindre. Hvis f.eks. efterfyldningsvandet var på 10°C, ville den nedblæste energi være 228 kW.

Flash damp

Bundblæsningsvandet, der frigives fra kedlen, er vand ved den mætningstemperatur, der passer til kedeltrykket. For kedlen i eksempel 3.13.1 - 10 bar g er denne temperatur 184 °C. Det er klart, at vand ikke kan eksistere ved 184 °C under atmosfæriske forhold, fordi der er et overskud af entalpi eller energi i bundblæsningsvandet.

Forudsat at nedblæsningsvandet frigives til et flashdampsystem, der opererer ved 0,5 bar g, kan damptabeller bruges til at kvantificere dette energioverskud:

Denne overskydende energi fordamper en del af vandet til damp, og dampen omtales som flashdamp.

Mængden af flashdamp bestemmes let ved beregning eller kan aflæses fra tabeller eller diagrammer.

Eksempel 3.13.2

Den specifikke fordampningsentalpi ved 0,5 bar g (hfg) fra damptabeller er 2.226 kJ/kg.

Derfor vil 14,1 % af vandet, der blæses ned fra kedlen, ændre sig til damp, når dets tryk falder fra 10 til 0,5 bar g over nedblæsningsventilen.

Der er to muligheder:

1. Udluft denne flashdamp til atmosfæren via nedblæsningsbeholderen med det tilhørende spild af energi og potentielt vand af god kvalitet fra den kondenserede damp.

2. Udnyt energien i flash-dampen, og genvind vand ved at kondensere flash-dampen. Det er nyttigt at kvantificere energiflowhastigheden i flashdampen. Dette kan gøres ved hjælp af damptabeller.

Eksempel 3.13.3.

Sammenlign dette med den energi på 241 kW, der blæses ned fra kedlen.

Denne flashdamp kan muligvis bruges: I dette eksempel repræsenterer den cirka 49 % af energiflowhastigheden i nedblæsningen og 14,1 % af det nedblæste vand.

Ved at bruge værdier fra damptabeller til ovenstående beregninger antages det, at fødevand vil blive tilført ved en temperatur på 0 °C. For større nøjagtighed bør den faktiske ændring i fødevandstemperaturen bruges.

Genvinding og brug af flashdamp

Flashdampen bliver tilgængelig til genvinding ved flashbeholderen. Det betyder egentligt, at flashbeholderen har et område, hvor hastigheden er lav nok til at tillade det varme vand og flashdampen at blive adskilt og derfra ledes til forskellige dele af anlægget.

Udformningen af flashbeholderen er vigtig ikke kun ud fra et damp-/vandadskillelsessynspunkt, men strukturelt bør den designes og bygges efter en anerkendt trykbeholderstandard, såsom PD 5500.

Dette er ikke kun god ingeniørskik. Kedelinspektøren vil også insistere på dette, hvis anlægget skal forsikres.

Det mest oplagte sted for flashdampen at blive brugt er i kedlens fødetank, som normalt er i nærheden.

Vandtemperaturen i fødetanken er vigtig. Hvis den er for lav, kræves der kemikalier for at fjerne ilt fra vandet; hvis den er for høj, kan fødevandspumpen kavitere. Det er klart, at hvis varmegenvinding sandsynligvis vil resultere i en for høj fødetanktemperatur, er det ikke praktisk at udlede flashdamp i tanken. Andre løsninger er mulige, såsom fødevandsopvarmning på tryksiden af fødepumpen eller opvarmning af udstødningsluften.

Figur 3.13.2 viser en simpel installation, som gør genvinding af de 97 kW energiflow og 157 kg/h kedelvand ekstremt omkostningseffektivt.

Følgende udstyr er påkrævet

• Flashenhed - Producenter vil have størrelsesdiagrammer for flashenheder. Bemærk: damphastigheden i den øverste del af beholderen bør ikke overstige 3 m/s.
• Vandudladere til at dræne beholderen - En kuglevandudlader er ideel til denne applikation, da den frigiver det resterende nedblæsningsvand, så snart det når udladeren.

Flashenheden arbejder ved lavt tryk, så der er praktisk talt ingen energi til at løfte den resterende nedblæsning efter vandudladeren, så dette skal drænes af tyngdekraften gennem fælden og afgangsrør.

Bemærk: På grund af det lave tryk vil vandudladeren være ret stor. Dette har den yderligere fordel, at det er usandsynligt, at den bliver blokeret af de faste stoffer i det resterende nedblæsningsvand.

Nogle gange kan man med fordel installere en snavssamler før vandudladeren; til denne applikation skal filterhætten være forsynet med en nedblæsningsventil for at forenkle vedligeholdelsen, og snavssamleren bør ikke være for finmasket.

Vacuumafbryder - Der vil være tilfælde, hvor kedlen ikke behøver nedblæsning. På disse tidspunkter vil enhver damp i flashbeholderen og tilhørende rørledninger kondensere, og et vakuum vil blive dannet. Hvis dette vakuum ikke udløses, vil der blive trukket vand fra kedlens fødebeholder ind i rørsystemet. Når kedlen blæser ned igen, vil dette vand blive presset langs røret med høj hastighed, og der vil opstå vandslag.

En vakuumafbryder monteret på afløbshovedet vil beskytte mod denne risiko.

Dampfordelingsudstyr - Korrekt fordeling af flashdampen i fødevandstanken er meget vigtig for at sikre kondensering og vand- og varmegenvinding. Det udstyr, der kræves til at gøre dette, omfatter, i rækkefølge efter effektivitet:

1. Atmosfærisk aflufter

2. Dampfordeler

3. Spargerør

Varmegenvinding ved hjælp af varmevekslere

Varmegenvinding fra resterende nedblæsning

Omkring 40 % af energien ved kedelblæsning kan genvindes ved brug af en flashenhed og tilhørende udstyr; der er dog mulighed for yderligere varmegenvinding fra selve restblæsningen.

Fortsat fra eksempel 3.13.3, hvis flashbeholderen arbejder ved et tryk på 0,5 bar g, betyder dette, at den resterende nedblæsning passerer gennem flashenhedens kuglevandudlader ved ca. 105 °C. Yderligere nyttig energi kan genvindes fra den resterende nedblæsning, før den sendes til dræning. Den bedste metode til dette er, at føre det gennem en varmeveksler, der opvarmer efterfyldningsvand på vej til fødetanken. Denne fremgangsmåde afkøler typisk den resterende nedblæsning til ca. 20°C. Dette system genvinder ikke kun energien i udblæsningsvandet, det afkøler også vandet, før det udledes i afløbssystemet.

Eksempel 3.13.4 (fortsat fra eksempel 3.13.3)

En typisk løsning til varmegenvinding kan ses på figur 3.13.3.

Designhensyn

Et problem med løsningen på figur 3.13.3 er, at den samtidige strøm af indkommende koldt efterfyldningsvand og resterende nedblæsning fra flashenheden muligvis ikke kan garanteres.

En god løsning er vist på figur 3.13.4, hvor en koldtvands-pausetank bruges som køleplade. En termostat bruges til at styre en lille cirkulationspumpe, så når den resterende nedblæsning er ved en tilstrækkelig høj temperatur, pumpes vand gennem varmeveksleren, hvilket hæver den gennemsnitlige tanktemperatur og sparer energi.

Hvis temperaturen på nedblæsningsudløbet, der forlader varmeveksleren, kan være over 43 °C, skal det ledes til nedblæsningsbeholderen i stedet for direkte til spildevandsafløbet.

Den bedst egnede varmeveksler

Pladevarmevekslere er bedst egnede til denne anvendelse, da de er meget kompakte og lette at vedligeholde.

Erfaringen viser, at de højere hastigheder og turbulens i pladevarmevekslere er med til at holde dem rene, og derfor er demontering sjældent nødvendig. Men skulle der være behov for rengøring, er det relativt ligetil at åbne varmeveksleren og rense pladerne.

Rengøringen af en shell-and-tube varmeveksler er mere kompleks og vil involvere en komplet afinstallation, og ofte kan selve rørene ikke fjernes så man kan komme til at rengøre.

Når varmegenvinding sker gennem flashdamp og kondensat, bliver 82 % af den samlede energi indeholdt i den oprindelige nedblæsning genvundet. Derudover er 14 % (i vægt) af vandet genvundet, hvilket bidrager til yderligere besparelser.

Med en varmegenvinding på mere end 80%, er AM 1000 blevet tildelt Passivhaus´ ”Passivhaus Component Certification”.

Med en varmegenvinding på mere end 80%, er AM 1000 blevet tildelt Passivhaus´ ”Passivhaus Component Certification”. Dette gør, at enheden kan bruges til Passivhaus-bygninger, samtidig med at den er idéel for projekter med fokus på energieffektivitet og bæredygtighed.

Passivhaus er en frivillig standard, der sikrer komfort og energieffektivitet i bygninger, og støtter reduktionen af en bygnings økologiske fodaftryk og økonomiske udgifter. Passivhaus-standarden er højt respekteret på grund af sin ambition om ultra-lave energistandarder, og certificerer kun de komponenter som kan opfylde de strenge kriterier.

For at bygninger skal kunne opfylde Passivhaus-standarden og opnå det nødvendige varmegenvindingsniveau, må bygningerne være lufttætte og opfylde kravene om rumopvarmning. Som følge af at moderne bygninger bliver mere lufttætte, kan indeklimaet let påvirkes – noget som fremhæver ventilationens afgørende rolle i Passivhaus-bygninger. Dermed bliver mekanisk ventilation idéelt for at støtte og håndtere luftkvaliteten i bygningen, sådan at bortkastet energi bliver reduceret til et minimum.

For Airmaster betyder certificeringen af AM 1000 at selskabet nu kan tilbyde anlægget til Passivhaus-bygninger og projekter, eftersom ventilationsanlægget er i stand til at forbedre indeklimaet uden at påvirke den termiske komfort.