Regeneracyjne wymienniki ciepła: rodzaje, zasada działania, zakres

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Zasada wymiany ciepła za pomocą podgrzanych mediów obiegowych jest uważana za optymalną dla utrzymania działania systemów grzewczych. Prawidłowo zorganizowany system kanałów wymiany energii cieplnej wymaga minimalnych kosztów utrzymania, ale jednocześnie zapewnia wystarczającą wydajność. Zoptymalizowaną opcją projektową dla takiego systemu jest regeneracyjny wymiennik ciepła, który zapewnia naprzemienne procesy ogrzewania i chłodzenia.

Co to jest wymiennik ciepła?

Konstrukcje nowoczesnych wymienników ciepła zapewniają procesy przekazywania energii cieplnej przy minimalnych stratach pomiędzy czynnikami roboczymi. Do wymiany dochodzi najczęściej pomiędzy gorącą cieczą a zimnymi powierzchniami metalowymi, których ścianki z koleiobrócić, przenieść ciepło do innego krążącego medium. Ciągły ruch zapewnia efekt stabilnego transferu masy, który jest stosowany zarówno w przedsiębiorstwach przemysłowych, jak iw służbie domowej domów prywatnych. Oprócz wymiany energii pomiędzy zimnymi i gorącymi mediami, wymienniki ciepła mogą zapewnić procesy parowania, suszenia, topienia i kondensacji z chłodzeniem. Zamiast ciepła jako głównego czynnika roboczego można również zastosować zimne strumienie, co jest szczególnie powszechne w procesach produkcyjnych, w których wymagane jest okresowe chłodzenie urządzeń. Jednak zadania związane z ogrzewaniem są bardziej związane z projektami wymienników ciepła. Na przykład tego typu urządzenia wysokotemperaturowe mogą zwiększyć reżim termiczny do 400-700 °C.

Cechy regeneracyjnego wymiennika ciepła

Projekty wymienników ciepła na poziomie podstawowym dzielą się na powierzchniowe i mieszające. W tym przypadku mówimy o przedstawicielu grupy urządzeń powierzchniowych, które charakteryzują się tym, że w proces roboczy biorą udział dwa media aktywne (przepływy ciepła i zimna) oraz metalowa ściana przekazująca energię pomiędzy obiegiem. szerokie rzesze. W regeneracyjnym wymienniku ciepła metalowa płyta rozdzielająca jest przepłukiwana w regularnych odstępach czasu, ale nie w sposób ciągły. Dla porównania możemy podać przykład innego wymiennika powierzchniowego – rekuperacyjnego. W takich urządzeniach proces pracy polega na ciągłym myciu podobnej ściany zimnym lub gorącymprzepływy.

Zasada działania urządzenia

Główna funkcja wymiennika ciepła realizowana jest w momencie kontaktu aktywnego czynnika roboczego z metalową płytą oddzielającą przepływy. Oznacza to, że kluczową zasadą działania jest akumulacja energii z cieczy, która aktualnie ma inną temperaturę niż ścianka wymiennika ciepła. Z grubsza mówiąc, w pierwszym cyklu pracy gorące strumienie przekazują i tym samym zatrzymują ciepło w elemencie metalowym, a w drugim i ostatnim cyklu już zimne środowisko odbiera to ciepło. Akumulacyjna zasada działania wymiennika ciepła z wyraźnym rozdziałem na media w zależności od temperatury ma istotne zalety. Po pierwsze, brak konieczności mieszania mediów roboczych poprawia jakość składu strumieni. Jest to ważny czynnik w treści technicznej i operacyjnej komunikacji. Po drugie, zwiększa się również efektywność wymiany ciepła jako taka. Z drugiej strony zalety te nierozerwalnie łączą się z wadami projektu. Zasadnicze rozdzielenie przepływów zwiększa gabaryty urządzeń, wymuszając niekiedy rozbudowę odcinków rurociągów w starych komunikacyjnych sieciach ciepłowniczych. Ponadto zapewnienie funkcji cyrkulacji wymaga zwiększenia potencjału energetycznego, co wyraża się w konieczności podłączenia przepompowni dużej mocy.

Zużyte chłodziwa

Modele regeneracyjnych wymienników ciepła są wszechstronne pod względem użyteczności dla różnychśrodowiska pracy. Podobnie jak w przypadku innych wymienników ciepła, najczęstszym czynnikiem aktywnym jest ciecz - woda lub płyn niezamarzający. Chłodziwa stosowane w operacjach technologicznych w produkcji są bardziej zróżnicowane. Do ogrzewania i chłodzenia wykorzystywana jest para wodna, mieszaniny gazów, produkty spalania dymu i spalin. Nie oznacza to jednak wcale, że ten sam regeneracyjny wymiennik ciepła może wspierać pracę z różnymi nośnikami ciepła. W zasadzie konstrukcja dopuszcza taką teoretyczną możliwość, ale każda instancja musi być początkowo zaprojektowana do pracy w pewnym agresywnym środowisku, ponieważ zarówno wysokie temperatury, jak i sama ciecz negatywnie wpływają na strukturę metalu.

Rodzaje regeneracyjnych wymienników ciepła

Istnieją dwa rodzaje takich jednostek. Są to urządzenia o działaniu ciągłym i okresowym. Ciągłe wymienniki ciepła to urządzenia z granulowanym wypełniaczem cyrkulacyjnym. Układ sterowania procesem przemieszczania czynnika roboczego pozwala na całkowite zatrzymanie ruchu, w którym chłodziwo utrzyma kontakt z mytą powierzchnią. Nawiasem mówiąc, funkcję naturalnego automatycznego regulatora mogą pełnić specjalne dysze magazynujące ciepło. W konstrukcji regeneracyjnego wymiennika ciepła ze stałymi dyszami możliwości sterowania przepływami są ograniczone i całkowicie zależne od ustawień wprowadzonych przez operatora. Jeśli chodzi o modele z okresowym działaniem, to…posiadają skomplikowaną strukturę dystrybucji komór z nośnikami ciepła. Takie urządzenie zwiększa wydajność aparatu, ale również wymaga bardziej odpowiedzialnej funkcji zasilania z pompy obiegowej.

Wymienniki ciepła z rdzeniem topikowym

Jedna z najbardziej zaawansowanych obecnie wersji regeneratora wymiany ciepła, której wypełnienie tworzą płytki o średniej grubości 20 mm. W układzie tym znajduje się rdzeń topiący - urządzenie, w którym znajduje się ciekły metal, który uwalnia energię cieplną w okresach topnienia lub krystalizacji. Ciepło utajone w regeneracyjnych wymiennikach ciepła z ruchomą dyszą zwiększa dziesięciokrotnie pojemność cieplną obwodu w porównaniu z jednostkami konwencjonalnymi, które stwarzają dogodne warunki dla procesów akumulacji ciepła. Wydajność tego typu wysokotemperaturowego wymiennika ciepła będzie zdeterminowana przez powierzchnię właściwą szczeliwa i jego pojemność cieplną.

Zakres wyposażenia

Wymienniki ciepła znajdują szerokie zastosowanie w różnych systemach urządzeń grzewczych z instalacjami kotłowymi, podgrzewaczami wody, zbiornikami akumulacyjnymi, kotłami itp. Dotyczy to głównie segmentu prywatnego, ale najwyższe wskaźniki techniczne i eksploatacyjne tego urządzenia ujawnione w sektorze przemysłowym. Na przykład docelowe zastosowania regeneracyjnego wymiennika ciepła wsadowego są tworzone przez huty stali i szkła, w których wymagana jest praca zbardzo wysokie temperatury. Na przykład podłączone nagrzewnice powietrza w takich warunkach pracy są obliczane dla trybów do 1300 °C. I znowu możemy mówić nie tylko o mediach płynnych, ale także o mieszankach gazowych, co zwiększa wymagania bezpieczeństwa pracy takich jednostek.

Wniosek

Modyfikacja regeneracyjna wymiennika ciepła została opracowana w celu optymalizacji szeregu procesów termicznych. Dzięki temu na tych samych obiektach przemysłowych dziś możliwe jest prowadzenie procesów technologicznych przy minimalnym zużyciu paliwa, przy zachowaniu wysokiej temperatury spalania. Ale to wcale nie oznacza, że zasada działania wymiennika ciepła z funkcją akumulacyjną jest całkowicie pozbawiona wad. Słabymi punktami tego sprzętu są ograniczone możliwości automatyzacji procesu ciepłowniczego, duże rozmiary i waga aparatu, a także trudność podłączenia konstrukcji do głównej komunikacji produkcyjnej. Inną rzeczą jest to, że konstrukcja regeneratora jest ciągle ulepszana, czego dowodem jest pojawianie się coraz bardziej zaawansowanych modeli wymienników ciepła z topliwym rdzeniem.