Установка рекуперации отходящего тепла

Установка рекуперации отходящего тепла ( WHRU ) — это теплообменник-утилизатор энергии , который передает тепло от продуктов процесса при высокой температуре к другой части процесса для какой-то цели, обычно для повышения эффективности. WHRU – это инструмент, участвующий в когенерации . Отходящее тепло может быть извлечено из таких источников, как горячие дымовые газы дизельного генератора, пар из градирен или даже сточные воды в процессах охлаждения, например, при охлаждении стали .

Установки рекуперации тепла

Отходящее тепло, содержащееся в выхлопных газах различных процессов или даже в выхлопном потоке установки кондиционирования, может быть использовано для предварительного нагрева поступающего газа. Это один из основных методов утилизации отходящего тепла. Многие сталелитейные заводы используют этот процесс как экономичный метод увеличения производительности завода при более низкой потребности в топливе. Существует множество различных коммерческих установок рекуперации для передачи энергии из пространства с горячей средой в нижнюю: ^[1]

Рекуператоры : это название дается различным типам теплообменников , через которые проходят выхлопные газы, состоящих из металлических трубок, по которым входящий газ проходит и таким образом предварительно нагревает газ перед входом в процесс. Тепловое колесо является примером, который работает по тому же принципу, что и солнечный кондиционер .
Регенераторы : это промышленная установка, которая повторно использует один и тот же поток после обработки. При этом типе рекуперации тепла тепло регенерируется и повторно используется в процессе.
Теплообменник тепловой трубки : Тепловые трубки являются одним из лучших проводников тепла. Они обладают способностью передавать тепло в сто раз больше, чем медь. Тепловые трубы в основном известны в технологии возобновляемых источников энергии, поскольку используются в вакуумных трубчатых коллекторах . Тепловая трубка в основном используется для обогрева помещений, технологических процессов или воздуха, при этом отходящее тепло процесса передается в окружающую среду благодаря механизму передачи .
Тепловое колесо или ротационный теплообменник: состоит из круглой сотовой матрицы из теплопоглощающего материала, которая медленно вращается в потоках приточного и вытяжного воздуха системы обработки воздуха.
Экономайзер : в технологических котлах отходящее тепло выхлопных газов передается через рекуператор, по которому подается входящая жидкость в котел, и таким образом снижается потребление тепловой энергии входящей жидкости.
Тепловые насосы : использование органической жидкости, которая кипит при низкой температуре, означает, что энергия может быть регенерирована из отработанных жидкостей.
Оборотный теплообменник : состоит из двух или более многорядных теплообменников с оребренными трубами, соединенных друг с другом насосным контуром трубопровода.
Сажевые фильтры (DPF) улавливают выбросы путем поддержания более высоких температур рядом с нейтрализатором и выхлопными трубами, чтобы уменьшить количество выбросов из выхлопных газов.

Котел-утилизатор тепла (WHRB) отличается от парогенератора-утилизатора тепла ( HRSG ) в том смысле, что нагретая среда не меняет фазу.

Тепло к энергоблокам

Согласно отчету Energetics Incorporated для Министерства энергетики в ноябре 2004 года под названием « Технологическая дорожная карта» ^[2] и нескольким другим, подготовленным Европейской комиссией , большая часть энергии, производимой из традиционных и возобновляемых источников, теряется в атмосфере из-за локальной (неэффективности оборудования) и потери из-за отходящего тепла) и потери за пределами объекта (потери в кабелях и трансформаторах), что в сумме составляет около 66% потерь стоимости электроэнергии. ^[3] Отходящее тепло различной степени может находиться в конечных продуктах определенного процесса или в качестве побочного продукта в промышленности, например, в шлаке на сталелитейных заводах. Агрегаты или устройства, которые могут рекуперировать отходящее тепло и преобразовывать его в электричество, называются WHRU или теплоэнергетическими установками :

В установках с органическим циклом Ренкина (ORC) в качестве рабочей жидкости используется органическая жидкость . Жидкость имеет более низкую температуру кипения, чем вода, что позволяет ей кипеть при низкой температуре и образовывать перегретый газ, который может приводить в движение лопатки турбины и, следовательно, генератора.
Термоэлектрические устройства ( эффекты Зеебека , Пельтье , Томсона ) также можно называть WHRU, поскольку они используют разницу тепла между двумя пластинами для производства мощности постоянного тока (DC).
Сплавы с памятью формы также можно использовать для рекуперации низкотемпературного отходящего тепла и преобразования его в механическое воздействие или электричество. ^[4]

Приложения

Традиционно отходящее тепло низкого температурного диапазона (0–120 °C, или обычно ниже 100 °C) не использовалось для производства электроэнергии, несмотря на усилия компаний ORC, ^{главным}^{образом потому} , что эффективность Карно довольно низкая (макс. 18% для отопления при 90 °C и охлаждения при 20 °C, за вычетом потерь, что обычно составляет 5–7% чистой электроэнергии).
Отходящее тепло средней (100–650 °C) и высокой (>650 °C) температуры можно использовать для производства электроэнергии или механической работы с помощью различных процессов улавливания.
Система рекуперации отходящего тепла также может использоваться для удовлетворения потребностей в охлаждении прицепа (например). Конфигурация проста, поскольку требуется только котел-утилизатор и абсорбционный охладитель . Кроме того, необходимо было обрабатывать только низкие давления и температуры.

Преимущества

Процесс восстановления повысит эффективность процесса и, таким образом, снизит затраты на топливо и энергию, необходимые для этого процесса. ^[5]

Косвенные выгоды

Снижение загрязнения : Термическое загрязнение Термическое загрязнение и загрязнение воздуха резко уменьшится, поскольку с завода выбрасывается меньше дымовых газов с высокой температурой, поскольку большая часть энергии перерабатывается.
Уменьшенные размеры оборудования: по мере снижения расхода топлива уменьшается количество оборудования для управления и обеспечения безопасности при обращении с топливом. Кроме того, больше не требуется фильтрующее оборудование для газа больших размеров.
Снижение потребления вспомогательной энергии. Уменьшение размеров оборудования означает еще одно сокращение энергии, подаваемой в такие системы, как насосы, фильтры, вентиляторы и т. д. ^[6]

Недостатки

Капитальные затраты на внедрение системы рекуперации отходящего тепла могут перевесить выгоду, полученную от рекуперации тепла. Необходимо учитывать затраты на компенсацию тепла.
Часто отходящее тепло имеет низкое качество (температуру). Может оказаться затруднительным эффективно использовать количество тепла низкого качества, содержащегося в отходящем теплоносителе.
Теплообменники, как правило, имеют больший размер для рекуперации значительных количеств, что увеличивает капитальные затраты.
Техническое обслуживание оборудования: Дополнительное оборудование требует дополнительных затрат на обслуживание.
Агрегаты увеличивают размер и массу общего силового агрегата. Особое внимание уделяется мобильным силовым установкам транспортных средств.

Примеры

Циклонный тепловой двигатель-утилизатор предназначен для выработки электроэнергии из рекуперированной тепловой энергии с использованием парового цикла. ^[7]
International Wastewater Heat Exchange Systems — еще одна компания, занимающаяся системами рекуперации отходящего тепла. Их системы, ориентированные на многоквартирные жилые дома, общественные здания, промышленные предприятия и районные энергетические системы, используют энергию сточных вод для производства горячей воды, отопления и охлаждения помещений. ^[8]
В автоспортивной серии Формулы-1 в 2014 году были представлены установки рекуперации отходящего тепла под названием MGU-H .