Jednostka odzysku ciepła odpadowego - Waste heat recovery unit

Regeneracyjny utleniacz cieplny (RTO) jest przykładem jednostki odzyskiwania ciepła odpadowego, który wykorzystuje procesu regeneracyjnego.

Jednostka odzysku ciepła odpadowego (WHRU) to wymiennik ciepła do odzysku energii, który przenosi ciepło z wyjść procesu w wysokiej temperaturze do innej części procesu w pewnym celu, zwykle o zwiększonej wydajności. WHRU to narzędzie zaangażowane w kogenerację . Ciepło odpadowe może być pozyskiwane ze źródeł takich jak gorące gazy spalinowe z generatora diesla, para z wież chłodniczych , a nawet ścieki z procesów chłodzenia, takich jak chłodzenie stali .

Jednostki odzysku ciepła

Gateway Generating Station , elektrownia gazowa w cyklu skojarzonym w Kalifornii, jest wyposażona w dwa generatory pary z odzyskiem ciepła na turbinach spalinowych.

Ciepło odpadowe znajdujące się w gazach odlotowych z różnych procesów lub nawet w strumieniu odlotowym jednostki kondycjonującej można wykorzystać do wstępnego ogrzania wchodzącego gazu. Jest to jedna z podstawowych metod odzysku ciepła odpadowego. Wiele hut wykorzystuje ten proces jako ekonomiczny sposób na zwiększenie produkcji zakładu przy niższym zapotrzebowaniu na paliwo. Istnieje wiele różnych komercyjnych jednostek odzysku do przesyłania energii z gorącej przestrzeni medium do niższej:

  • Rekuperatory : Ta nazwa jest nadawana różnym typom wymienników ciepła , przez które przepuszczane są spaliny, składających się z metalowych rur, które przenoszą gaz wlotowy, a tym samym podgrzewają gaz przed wejściem do procesu. Koło cieplne to przykład, który działa na tej samej zasadzie, co klimatyzator solarny .
  • Regeneratory : jest to jednostka przemysłowa, która ponownie wykorzystuje ten sam strumień po przetworzeniu. W tego typu odzysku ciepła ciepło jest regenerowane i ponownie wykorzystywane w procesie.
  • Wymiennik ciepła : Rurki cieplne są jednym z najlepszych przewodników ciepła. Mają zdolność przenoszenia ciepła sto razy więcej niż miedź. Rurki cieplne są znane głównie w technologii energii odnawialnej jako stosowane w kolektorach próżniowych . Rura cieplna jest wykorzystywana głównie w ogrzewaniu przestrzeni, procesów lub powietrza, ponieważ ciepło odpadowe z procesu jest przenoszone do otoczenia dzięki mechanizmowi przenoszenia .
  • Thermal Wheel lub obrotowy wymiennik ciepła: składa się z okrągłej matrycy o strukturze plastra miodu z materiału pochłaniającego ciepło, który powoli obraca się w strumieniach powietrza nawiewanego i wywiewanego systemu uzdatniania powietrza.
  • Ekonomizer : W przypadku kotłów procesowych, ciepło odpadowe w spalinach jest przepuszczane przez rekuperator, który przenosi płyn wlotowy do kotła, a tym samym zmniejsza pobór energii cieplnej płynu wlotowego.
  • Pompy ciepła : Stosowanie płynu organicznego, który wrze w niskiej temperaturze oznacza, że ​​energia może być regenerowana z płynów odpadowych.
  • Wężownica obiegowa : składa się z co najmniej dwóch wielorzędowych wężownic z rur żebrowanych, połączonych ze sobą za pomocą obwodu rurowego z pompą.
  • Filtry cząstek stałych (DPF) do wychwytywania emisji poprzez utrzymywanie wyższych temperatur w pobliżu konwertera i rur wydechowych w celu zmniejszenia ilości emisji z układu wydechowego.

Kocioł odzysknicowy (WHRB) różni się od wytwornicy pary odzyskowej ( HRSG ) w tym sensie, że ogrzewany czynnik nie zmienia fazy.

Ciepło do jednostek mocy

Według raportu opracowanego przez Energetics Incorporated dla Departamentu Energii w listopadzie 2004 r. zatytułowanego Technology Roadmap i kilku innych sporządzonych przez Komisję Europejską , większość produkcji energii ze źródeł konwencjonalnych i odnawialnych jest tracona do atmosfery z powodu miejscowych urządzeń (niesprawność sprzętu i straty spowodowane do ciepła odpadowego) i poza zakładem (straty kabli i transformatorów), co daje około 66% straty wartości energii elektrycznej. Ciepło odpadowe o różnym stopniu można znaleźć w produktach końcowych pewnego procesu lub jako produkt uboczny w przemyśle, np. żużel w stalowniach . Jednostki lub urządzenia, które mogą odzyskiwać ciepło odpadowe i przekształcać je w energię elektryczną, nazywane są WHRU lub jednostkami ciepła do zasilania :

  • cykl Rankine'a organiczne urządzenie wykorzystuje ciecz organiczna jest płyn roboczy . Płyn ma niższą temperaturę wrzenia niż woda, dzięki czemu może zagotować się w niskiej temperaturze, tworząc przegrzany gaz, który mógłby napędzać łopatę turbiny, a tym samym generator.
  • Jednostki termoelektryczne ( efekt Seebecka , Peltiera , Thomsona ) mogą być również nazywane WHRU, ponieważ wykorzystują różnicę ciepła między dwiema płytami do wytwarzania prądu stałego.
  • Stopy z pamięcią kształtu można również stosować do odzyskiwania ciepła odpadowego w niskiej temperaturze i przekształcania go w działanie mechaniczne lub energię elektryczną.

Aplikacje

  • Tradycyjnie ciepło odpadowe o niskim zakresie temperatur (0-120 °C lub zazwyczaj poniżej 100 °C) nie było wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej pomimo wysiłków firm ORC, głównie dlatego, że sprawność Carnota jest raczej niska (maks. 18% dla 90 ogrzewanie w °C i chłodzenie w temperaturze 20 °C, minus straty, zwykle dające 5-7% energii elektrycznej netto).
  • Ciepło odpadowe o średniej (120-650 °C) i wysokiej (>650 °C) temperaturze może być wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej lub pracy mechanicznej poprzez różne procesy wychwytywania.
  • System odzysku ciepła odpadowego może być również wykorzystany do spełnienia wymagań chłodniczych przyczepy (na przykład). Konfiguracja jest łatwa, ponieważ wymagany jest tylko kocioł odzysknicowy i chłodnica absorpcyjna . Ponadto trzeba było obsługiwać tylko niskie ciśnienia i temperatury.

Zalety

Proces odzysku zwiększy wydajność procesu, a tym samym obniży koszty zużycia paliwa i energii potrzebnej do tego procesu.

Korzyści pośrednie
  • Zmniejszone zanieczyszczenie : Zanieczyszczenie termiczne i powietrza drastycznie się zmniejszy, ponieważ mniej gazów spalinowych o wysokiej temperaturze jest emitowanych z zakładu, ponieważ większość energii jest poddawana recyklingowi.
  • Zmniejszone rozmiary sprzętu: Ponieważ zużycie paliwa zmniejsza się, zmniejsza się ilość urządzeń kontrolnych i zabezpieczających do obsługi paliwa. Ponadto w przypadku dużych rozmiarów nie jest już potrzebny sprzęt do filtrowania gazu.
  • Zmniejszone zużycie energii pomocniczej: Zmniejszenie rozmiarów urządzeń oznacza kolejną redukcję energii dostarczanej do tych systemów, takich jak pompy, filtry, wentylatory itp.

Niedogodności

  • Koszt kapitałowy wdrożenia systemu odzyskiwania ciepła odpadowego może przewyższyć korzyści uzyskane z odzyskanego ciepła. Konieczne jest nałożenie kosztów na kompensację ciepła.
  • Często ciepło odpadowe jest niskiej jakości (temperatura). Efektywne wykorzystanie ilości ciepła niskiej jakości zawartego w nośniku ciepła odpadowego może być trudne.
  • Wymienniki ciepła są zwykle większe, aby odzyskać znaczne ilości, co zwiększa koszt kapitału.
  • Konserwacja sprzętu: Dodatkowy sprzęt wymaga dodatkowych kosztów konserwacji.
  • Jednostki dodają rozmiar i masę do ogólnej jednostki mocy. Zwłaszcza uwaga na mobilne jednostki napędowe w pojazdach.

Przykłady

  • Cyklon odpadów silnika cieplnego jest przeznaczona do wytwarzania energii elektrycznej z energii ciepła odlotowego odzyskane z zastosowaniem cyklu wytwarzania pary.
  • International Wastewater Heat Exchange Systems to kolejna firma zajmująca się systemami odzysku ciepła odpadowego. Koncentrując się na wielorodzinnych budynkach mieszkalnych, budynkach użyteczności publicznej, zastosowaniach przemysłowych i systemach ciepłowniczych, ich systemy wykorzystują energię ze ścieków do produkcji ciepłej wody użytkowej, ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń.
  • Seria Motorsport Formuła 1 wprowadziła jednostki odzysku ciepła odpadowego w 2014 roku pod nazwą MGU-H .

Zobacz też

Bibliografia