Rodzaje wymienników ciepła

Transkrypt

Projekt „Perspektywy RSI Świętokrzyskie -IV Etap” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Partner Projektu: Świętokrzyskie Centrum Innowacji i Transferu Technologii Sp. z o.o.
al. Solidarności 34, 25–323 Kielce
tel.041 34 32 910, fax: 041 34 32 912
e–mail: [email protected], www.it.kielce.pl
2002 - 2012
Tomasz Mania
Kielc 30.06.2015
Możliwości zagospodarowania ciepła odpadowego podczas dnia informacyjnego w ramach projektu „Perspektywy
RSI Świętokrzyskie - IV Etap” finansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Tomasz Mania
PREZES ZARZĄDU
Polskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła
Uniwersytet Technologiczno - Przyrodniczy Bydgoszcz
Sopocka Szkoła Wyższa SOPOT
e-mail: [email protected]; tel.506-792-051
Wstęp
-
podstawy odzysku i sposoby wykorzystania energii cieplnej odpadowej
-
ocena zasobów energii odpadowej
-
wskaźniki jakościowe i ilościowe
-
źródła ciepła odpadowego - instalacje grzewcze
-
chłodnicze i klimatyzacyjne itp.
-
instalacje odzysku ciepła
-
przykłady wykorzystania ciepła odpadowego
-
podsumowanie
Literatura
Literatura
Literatura
Pojęcie Energii
Nazwa pochodzi od T. Younga (1807r).
ENERGIA (jedna z podstawowych wielkości fizycznych) – jest skalarną wielkością
charakteryzującą stan układu; służy do ilościowego określenia różnych rodzajów ruchu i
wzajemnego oddziaływania układów fizycznych (ciał, układów ciał, pól fizycznych).
(W myśl Dyrektywy 2012/27/UE energia oznacza wszelkie formy nośników energii, paliwa, energię
cieplną, energię ze źródeł odnawialnych, energię elektryczną lub każdą inną formę energii)
Zasada zachowania energii: w odosobnionym układzie ciał całkowita energia w nim
zawarta jest wielkością niezmienną.
Energia nie może powstać z niczego, ani całkowicie zniknąć. Może przepływać z układu
do otoczenia lub na odwrót. Może podlegać konwersji z jednej postaci w drugą.
Sposoby doprowadzania i wyprowadzania energii w urządzeniach technicznych:
- za pomocą prądu elektrycznego,
- przez wykonanie pracy mechanicznej,
- przez przepływ ciepła,
- za pomocą strumienia czynnika.
Energia i nośniki energii
Przemiany energii:
-przetwarzanie energii z jednej postaci w inną
-zmiana parametrów nośnika energii:
-
transformacja, tzn. zmiana parametrów tego samego
nośnika (wymiennik ciepła, transformator)
konwersja, tzn. zmiana rodzaju nośnika
(kocioł: en.chem. paliwa en. spalin en. pary wodnej) (turbozespół: en. pary wodnej en.
mech. en.elektrycz.)
Przetwórnie energii:
-elektrownie: cieplne (kondensacyjne, spalinowe, geotermalne), wodne, wiatrowe,
-elektrociepłownie i ciepłownie,
-gazownie, koksownie,
-rafinerie.
Podział energii:
-proste zjawiska fizyczne – energia mechaniczna, elektromagnetyczna, grawitacyjna,
chemiczna, jądrowa
-układy ciał makroskopowych (domena termodynamiki): energia zewnętrzna:
- en. kinetyczna ruchu makroskopowego układu (ruch postępowy, obrotowy, płaski)
- en. potencjalna układu w zewnętrznym polu sił energia wewnętrzna:
- en. ruchu postępowego i obrotowego cząsteczek
- en. ruchu drgającego (oscylacji) atomów w cząsteczkach
- en. potencjalna sił międzycząsteczkowych
- en. stanów elektronowych w atomach i cząsteczkach
- en. chemiczna, związana ze zmianami budowy chemicznej cząsteczek
- en. jądrowa, związana ze zmianami budowy jąder atomów
Poziomy wykorzystania energii:
energia pierwotna (nie podlegała żadnej przemianie) = nieodnawialne zasoby pierwotnych
paliw organicznych (węgiel kamienny i brunatny, drewno, torf, ropa naftowa, gaz),
energia wtórna
(uzyskana w wyniku przemian dokonanych na energii pierwotnej lub innej wtórnej)
energia elektryczna, energia cieplna,
paliwa wtórne: stałe, ciekłe i gazowe
(koks, benzyna, olej opałowy, LPG itd.)
nośniki energii: woda, para wodna, wodór, sprężone powietrze itd.
Energia wtórna:
-en. bezpośrednia (do przesyłania),
-en. użyteczna (dopasowana do odbiorników):
en. świetlna – lampy (prawie wyłącznie en. elektryczna), en. mechaniczna – silniki
en. cieplna nisko-, średnio- i wysokotemperaturowa – grzejniki, termy, piece, reaktory
en. chemiczna – reaktory chemiczne (przemysłowe procesy technologiczne)
Ciepło
Ciepło to forma transportu energii termicznej (składowej energii wewnętrznej);
transport ten odbywa się w sposób samorzutny od jednego ciała do drugiego na skutek
istniejącej między nimi różnicy temperatury (gradientu temperatury)
promieniowanie
Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki następuje zatem wymiana energii, przy czym część układu
czy też układ o temperaturze wyższej oddaje energię układowi o temperaturze niższej.
Związki ilościowe określające ilości wymienianej energii podlegają oczywiście pierwszej
zasadzie termodynamiki.
Tak więc nauka o wymianie ciepła wiąże się w sposób zasadniczy i bliski z termodynamiką .
Gradient temperatury
Największa zmiana temperatury na jednostkę długości zachodzi w kierunku
normalnym do powierzchni (linii) izotermicznych i nosi nazwę
gradientu temperatury.
Możliwości zagospodarowania ciepła odpadowego podczas spotkania branżowego w ramach projektu „Perspektywy RSI Świętokrzyskie - IV
Etap” finansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Strumień ciepła
W niejednorodnym polu temperatury występuje przepływ ciepła, dla
którego można zdefiniować strumień ciepła.
STRUMIEŃ CIEPŁA jest to stosunek elementarnej ilości ciepła dQ do
czasu trwania wymiany tej ilości ciepła
Po odniesieniu strumienia ciepła do jednostki powierzchni F (ściśle określonej w
przestrzeni) otrzymuje się wektor zwany gęstością strumienia ciepła
Mechanizmy wymiany ciepła
Występują 3 główne mechanizmy wymiany ciepła:
-przewodzenie, jeżeli gradient temperatury występuje w nieruchomym ośrodku, który
może być ciałem stałym lub cieczą
-konwekcja, to wymiana ciepła zachodząca między powierzchniami, a omywającymi je
płynami (poruszającymi się) posiadającymi różne temperatury
-promieniowanie (radiacja) - wszystkie powierzchnie znajdujące się w skończonej
temperaturze emitują promieniowanie elektromagnetyczne, stąd w przypadku braku
medium pośredniczącego, występuje wymiana ciepła poprzez radiację między
powierzchniami o różnej temperaturze
Mechanizmy wymiany ciepła
1 – promieniowanie
2 – przewodzenie
3 - konwekcja
Przewodzenie ciepła
Przewodzenie ciepła jest zjawiskiem polegającym na przenoszeniu się energii
wewnątrz ośrodka materialnego lub z jednego ośrodka do drugiego przy ich
bezpośrednim zetknięciu, z miejsc o temperaturze wyższej do miejsc o temperaturze
niższej, przy czym poszczególne cząstki rozpatrywanego układu nie wykazują
większych zmian położenia.
W gazach oraz cieczach energia przenosi się głównie przez bezładne
zderzenia cząsteczek. W ciałach stałych przewodzenie ciepła polega przede
wszystkim na przenoszeniu energii przez swobodne elektrony (dobre przewodniki
ciepła) oraz drgania atomów w siatce krystalicznej.
q = - l gradT
dla ścianki plaskiej
Þ
q =
gdzie:
q – gęstość strumienia ciepła [W/m2],
λ – współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK],
T – temperatura [K],
d – grubość warstwy [m].
l (t - t )
w1
w2
d
Jean Baptiste Joseph Fourier
(1768-1830)
Konwekcja
Konwekcja albo unoszenie ciepła występuje wówczas, gdy poszczególne cząstki
ciała, w którym przenosi się ciepło, zmieniają swoje położenie. Zjawisko to jest
charakterystyczne dla płynów i gazów, przy czym przenoszenie energii odbywa
się wskutek mieszania się płynu, a także w niewielkim stopniu przez przewodzenie.
Konwekcja wiąże się ściśle z przejmowaniem ciepła - wymianą ciepła między
powierzchnią ciała stałego a opływającym ją płynem.
Gęstość strumienia ciepła przekazywanego tą drogą opisuje prawo Newtona:
q = a (Ts - T p )
gdzie:
q – gęstość strumienia ciepła [W/m2],
a – współczynnik przejmowania ciepła [W/m2K],
Tp – temperatura płynu [K],
Ts – temperatura ścianki [K]
Isaac Newton (1643-171227)
Promieniowanie
Promieniowanie ciepła odbywa się zgodnie z prawem Stefana—Boltzmanna,
według którego energia wypromieniowana przez ciało doskonale czarne jest
proporcjonalna do czwartej potęgi temperatury bezwzględnej tego ciała.
Joseph Stefan (1835-1893)
Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906)
Matematycznie prawo to wyraża się wzorem:
eb (T ) = q = s T 4
gdzie:
s – stała Stefan’a-Boltzmann’a, 5.67 10-8
[W/m2K4] T – temperatura ciała [K]
Klasyfikacja wymienników stosowanych
w systemach odzyskiwania energii
Systemy odzyskiwania
energii
Regeneracja (wymiana za
pomocą masy lub roztworu
akumulacyjnego)
Rekuperacja powierzchniowa
wymiana ciepła
Wymiana ciepła poprzez
ściankę
Wymienniki z
rur gładkich
Wymienniki
płytowe
Wymiana ciepła za pomocą
czynnika pośredniczącego
Wymienniki z
wymuszonym
obiegiem czynnika
Roztwór akumulacyjny
Wymienniki
termowodne z
płynnymi żebrami
Z termowodami
grawitacyjnymi
Z termowodami
kapilarnymi
Pompa Ciepła
Masa akumulacyjna
Szybkoobrotowe
wymienniki ciepłą
Wymienniki
ciepła jawnego
Wymienniki
wolnoobrotowe
Wymienniki ciepła
i masy
Sposoby odzyskiwania ciepła stosowane w
urządzeniach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych
Układy bez medium
pośredniczącego
Recyrkulacja
Regerneracyjny
obrotowy wymiennik
ciepła
Krzyżowo – płytowy
wymiennik ciepła
Stosowane metody odzyskiwania ciepła (energii)
z powietrza wymienianego
Płynne żebro
Układy z medium
pośredniczącym
Układ glikolowy
Pompa ciepła
Wybrane technologie w układach odzysku energii cieplnej
1. wytwornice pary technologicznej (kotły odzyskowe)
– napędzane wysokotemperaturowym źródłem ciepła
2. pompy ciepła
3. turbiny gazowe połączone z generatorem
4. układy skojarzone (kogeneracyjne):
• ORC
• silniki spalinowe tłokowe
• silniki Stirlinga
• ogniwa paliwowe
http://automatykab2b.pl/technika/6230-technologia-kogeneracyjna-i-trojgeneracyjna-orazodzyskiwanie-ciepla-w-systemach-zintegrowanych-zapewniaja-oszczednosci#.VZEO9_l_t8k
Wymienniki ciepła to urządzenia, w których zachodzi celowa wymiana ciepła
między czynnikami. Urządzenia takie są szeroko stosowane we współczesnej
technice.
W najbardziej ogólnym podziale rozróżnia się następujące typy wymienników
ciepła:
•wymienniki przeponowe (rekuperatory),
•wymienniki z wypełnieniem (regeneratory),
•wymienniki mieszankowe.
Podział alternatywny:
•współprądowe
•przeciwprądowe
•krzyżowe
Rekuperator
http://ekoryniec.pl/rekuperacja
Rekuperatory (wymienniki przeponowe lub
powierzchniowe). Oba płyny, tj. oddający i
pobierający ciepło, płyną po obu stronach
ściany (przepony) w sposób ciągły.
Wymiana ciepła i temperatur obu płynów
najczęściej nie zmienia się w czasie, a cały
proces wymiany ciepła można traktować
jako ustalony.
https://pl.wikipedia.org/wiki/Rekuperator
Regenerator
W wymiennikach tych nie ma przepony oddzielającej oba gazy, a ich przepływ odbywa się w tych samych kanałach na zmianę. Gaz
grzewczy oddaje swe ciepło wypełnieniu, ogrzewając je, a gaz ogrzewany odbiera ciepło zmagazynowane w tym wypełnieniu.
Wypełnienia regeneratora mogą być ceramiczne (ceglane) lub metalowe (z blach falistych lub folii karbowanej). Aparaty te są
przełączane okresowo, wobec czego procesy wymiany ciepła i temperatur są nieustalone, czyli zmienne w czasie
Regeneracyjny obrotowy wymiennik ciepła z sekcją czyszczącą
Rodzaje wymienników ciepła - podsumowanie
Wymiennik mieszankowy – szczególny przypadek wymiennika w których proces
wymiany ciepła następuje poprzez bezpośredni kontakt, na skutek mieszania się
czynników, choć sam proces wymiany ciepła traktowany jest jako uboczny.
Chłodnia kominowa
Skraplacz natryskowy
http://energetyka.inzynieria.com/cat/1/art/37007/wymienniki-ciepla#ixzz3eOuR9Msb
•współprądowe
Przebieg przemiany termicznej w wymienniku współprądowym.
http://atermal.pl/budowa-wymiennika-ciepla.html
•przeciwprądowe
http://atermal.pl/budowa-wymiennika-ciepla.html
http://rekuperacjalodz.pl/tmasl-32/43-krzyzowo-przeciwpradowy-wymiennik-ciepla.html
Przebieg przemiany termicznej w wymienniku ciepła przeciwprądowym
•Przeciwprądowy – krzyżowy
http://rekuperacjalodz.pl/tmasl-32/43-krzyzowo-przeciwpradowy-wymiennik-ciepla.html
Odzysk ciepła w układach wentylacji i klimatyzacji
SPRAWNOŚĆ
-
ηc
=
h2
h3
h1
h1
ηt
=
t2
t3
-
t1
t1
× 100
ηX
=
X2
X3
-
X1
X1
× 100
× 100
Recyrkulacja powietrza
ZALETY
-prostota i niezawodność,
-niski koszt inwestycyjny,
-łatwe sterowanie;
WADY
-zawracanie części zużytego
powietrza do pomieszczenia
ß
-przenikanie zapachów i
zanieczyszczeń, gorsza jakość
powietrza
ß
-ograniczenia stosowania
Oznaczenia wymienników ciepła
Symbole wymienników ciepła stosowane na schematach procesowych zdefiniowane są
normami (np. ISO 10628[7])
Przykłady symboli stosowanych na schematach procesowych
https://pl.wikipedia.org/wiki/Wymiennik_ciep%C5%82a
http://mailgrupowy.pl/shared/resources/12708,aparaturoznawstwo/35569,wyklady
http://mailgrupowy.pl/shared/resources/12708,aparaturoznawstwo/35569,wyklady
Podsumowanie
Energia tracona na sposób ciepła
– Ciepło wysokotemperaturowe z przedziału około 650⁰C wzwyż, można
zagospodarować efektywnie na wiele sposobów. Rozsądnym kierunkiem
wykorzystania energii odpadowej o wysokiej jakości jest tworzenie kaskady,
począwszy od wysokiej aż do umiarkowanej temperatury – istnieje wtedy
możliwość zagospodarowania takiego ciepła z zyskiem. Należy pamiętać, że
tak wysokie wartości temperatury nośnika ciepła odpadowego powstają
wyłącznie bezpośrednio ze spalania paliwa.
–Ciepło średniotemperaturowe w zakresie temperatur od około 230 do 650⁰C.
W większości są do wykorzystania jako gazy odlotowe procesu spalania.
–Ciepło niskotemperaturowe już od kilkudziesięciu °C, za to z reguły nie
przekraczające 120-150⁰C (czyli z zakresu, który do niedawna uchodził
za ciepło nieopłacalne w odzysku). Stosunkowo niskie zainteresowanie
konwersją ciepła na pracę, chociaż jest to możliwe. Niskotemperaturowe ciepło
odpadowe służy głównie do celów grzewczych oraz do wstępnego ogrzewania
substratów używanych w procesach technologicznych.
Przykładowe źródła ciepła wysokotemperaturowego
Przykładowe źródła ciepła średniotemperaturowego Przykładowe źródła ciepła niskotemperaturowego
Definicje Energia Odpadowa, Egzergia
Energia odpadowa – energia bezużytecznie odprowadzana do
otoczenia pomimo tego, że dzięki wysokiej jakości (egzergii) nadaje się
do dalszego wykorzystania w sposób ekonomicznie opłacalny.
Korzyści płynące z wykorzystania energii odpadowej:
-oszczędność paliw podstawowych (pierwotnych i wtórnych)
-obniżenie nakładów na transport
-obniżenie nakładów na przetwarzanie paliw
-efekt ekologiczny – obniżenie emisji związków szkodliwych
Egzergia º praca maksymalna (miara ilościowa jakości energii): praca, jaką
można uzyskać z ciała fizycznego dążącego na drodze przemian odwracalnych
do równowagi z otoczeniem, przy ewentualnym wykorzystaniu
bezwartościowego ciepła z otoczenia.
dla dowolnej substancji fizycznej:
b º lmax = h1 - hot + Tot (sot - s1 ) [kJ / kg]
Rodzaje energii odpadowej
Energia odpadowa:
- fizyczna - entalpia fizyczna spalin i gazów odlotowych o podwyższonej temperaturze
- egzergia fizyczna gazów odlotowych, wynikająca z ich podwyższonego ciśnienia
- entalpia fizyczna oparów
- entalpia fizyczna stałych i ciekłych produktów procesu, wynikająca z podwyższonej
temperatury (dotyczy także produktów użytecznych jeśli ich wysoka temperatura
nie jest potrzebna do dalszego procesu technologicznego)
- ciepło chłodzenia elementów konstrukcyjnych
- chemiczna - energia chemiczna palnych gazów odlotowych
- egzergia chemiczna niepalnych gazów odlotowych (np. azotu, gazów szlachetnych)
- energia chemiczna palnych odpadów stałych komunalnych i przemysłowych
- egzergia chemiczna niepalnych odpadów komunalnych i przemysłowych (surowce
wtórne)
Chemiczna energia odpadowa wynika z różnicy składu chemicznego substancji odpadowej w
stosunku do powszechnie występujących składników otoczenia.
Egzergię chemiczną określa się na podstawie tablic (w przypadku substancji jednorodnych) lub
wzorów empirycznych (zależnych od rodzaju paliwa)
Sposoby wykorzystania energii odpadowej
➢wewnętrzne: energia odpadowa jest wykorzystana dla potrzeb procesu
wykorzystującego tą energię (np. wstępne podgrzanie powietrza potrzebnego do spalania,
wstępne podgrzanie wsadu)
zalety:
- zgodność czasowa podaży z zapotrzebowaniem
- bezpośrednia oszczędność energii (np. energii chemicznej paliwa)
- znaczna efektywność energetyczna procesu
➢zewnętrzne: wytwarzanie nośnika energii dla odbiorców znajdujących się poza
rozpatrywanym urządzeniem; podaż energii odpadowej jest zależna od sposobu działania
urządzenia, więc nie może być dostosowana do zapotrzebowania (okresowe nadmiary lub
niedobory wytwarzanego nośnika energii) – konieczność instalowania zasobników energii lub
źródeł szczytowych
przykłady - produkcja pary z gorącej wody w kotłach odzyskowych
- produkcja energii elektrycznej w turbinach odzyskowych
- produkcja „chłodu” w urządzeniach absorpcyjnych zasilanych spalinami
- produkcja pary w instalacjach chłodzenia wyparkowego
Efekt ekonomiczny odzysku energii odpadowej
Sposoby definiowania oszczędności energii:
- oszczędność bezpośrednia – dotyczy urządzenia wytwarzającego energię odpadową i urządzeń
zasilanych nośnikiem wytworzonym w urządzeniu odzyskowym (Ezi)
- oszczędność energii pierwotnej (na przykładzie kogeneracji):
gdzie:
hH CHP – sprawność cieplna produkcji kogeneracyjnej def. jako roczna produkcja ciepła użytkowego
podzielona przez wsad paliwa wykorzystany do wyprodukowania sumy ciepła użytkowego i energii
elektrycznej z kogeneracji,
hH Ref – wartość referencyjna sprawności produkcji ciepła w układzie rozdzielonym,
hE CHP – sprawność elektryczna produkcji kogeneracyjnej def. jako roczna produkcja energii
elektrycznej z kogeneracji podzielona przez wsad paliwa wykorzystany do wyprodukowania
sumy ciepła użytkowego i energii elektrycznej z kogeneracji. Jeżeli dana jednostka wytwarza
energię mechaniczną, roczna produkcja energii elektrycznej z kogeneracji może być
zwiększona o dodatkowy element stanowiący ilość energii elektrycznej równą ilości tej energii
mechanicznej,
hE Ref – wartość referencyjna sprawności dla produkcji energii elektrycznej w układzie rozdzielonym.
Kotły odzyskowe
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Rys. Schematy kotłów odzyskowych;
a) wysokotemperaturowy, b) niskotemperaturowy
przegrzewacz pary
parownik
podgrzewacz wody
podgrzewacz powietrza
pompa zasilająca
pompa obiegowa
Kotły odzyskowe
Po oksydacji substancji zanieczyszczających w wysokiej temperaturze, energia jest
odzyskiwana z strumienia odlotowego w dopalaczu lub w innym miejscu, zmniejszając w
ten sposób ogólne koszty eksploatacyjne.
Rys. Schematy kotłów odzyskowych;
a) wysokotemperaturowy, b) niskotemperaturowy
Kotły odzyskowe
Podział kotłów odzyskowych cd.:
-ze względu na sposób cyrkulacji wody:
- kotły o cyrkulacji naturalnej
- kotły o cyrkulacji wymuszonej
-ze względu na mechanizmy wymiany ciepła:
- radiacyjne
- konwekcyjne
- radiacyjno-konwekcyjne
-ze względu na kierunek przepływu:
- pionowe (jednociągowe, dwuciągowe)
- poziome
Kocioł odzyskowy o temperaturze spalin wyższej od 500°C powinien być wyposażony w „b
pass” - kanał obejściowy spalin.
Kotły odzyskowe
Sposoby czyszczenia powierzchni ogrzewalnych:
(stężenie pyłu w piecach metalurgicznych dochodzi do 3.5 kg/kmol)
➢rozpuszczanie i zmywanie osadów:
- zmywanie wodą (najczęściej; stosowane przy stalowych, gładkich rurach)
wady: częste wyłączenia kotła, wzmożona korozja orurowania i zużycia wymurówki
➢metody mechaniczne wykorzystujące:
- dynamikę strugi (np. zdmuchiwanie powietrzne lub parowe – zużycie pary w takim
procesie to ok. 10% wydajności kotła)
- uderzenie mechaniczne (uderzenie śrutem transportowanym pneumatycznie)
- działanie sił bezwładności
metoda wibracyjna (wibratory elektromagnetyczne lub elektromechaniczne) metoda impulsowa
(wykorzystanie fali uderzeniowej kontrolowanego wybuchu
mieszanki paliwa gazowego i powietrza)
Odzysk strat ciepła z elementów konstrukcyjnych
Chłodzenie wodne: najczęstszy przypadek chłodzenia ze względu na powszechną
dostępność wody (w naszym klimacie);
optimum:
prędkości przepływu wody – do 3 m/s,
temperatura wody poniżej 40°C (dla ochrony przed kamieniem kotłowym),
przyrost temperatury do 20 K.
Zalety:
-brak konieczności przygotowania chemicznego wody jeśli jej temperatura nie przekracza 40°C
-niewielkie ciśnienia w instalacji chłodzenia
Wady:
-znaczne wydatki objętościowe
-nakłady energetyczne napędu pomp obiegowych
-w zamkniętych układach chłodzenia konieczność stosowania chłodni (wentylatorowych,
kominowych)
-konieczność uzdatniania wody jeśli jej temperatura w układzie chłodzenia przekracza 40°C
Odzysk strat ciepła z elementów konstrukcyjnych
Chłodzenie wodne z odparowaniem (chłodzenie wyparkowe):
jedna z najskuteczniejszych metod chłodzenia z uwagi na wykorzystanie ciepła utajonego
(przemiany fazowej)
Systemy chłodzenia:
-w obiegu naturalnym
-w obiegu wymuszonym
-współpraca z kotłem odzyskowym (pozwala na produkcję pary przegrzanej)
-z czynnikiem pośrednim
W obiegu naturalnym zdecydowanie niższe nakłady inwestycyjne ze wzgl. na brak pomp obiegowych.
W obiegu wymuszonym stosuje się min. 2 pompy obiegowe (zasilane z różnych źródeł); czynnik roboc
występuje w podwyższonym ciśnieniu (do 1.5 MPa).
W układach chłodzenia z nośnikiem pośrednim wykorzystuje się czynnik wysokowrzący, tj. o normalne
temperaturze wrzenia do 250°C (oleje, gliceryna, naftalen) – czynnik ten przekazuje energię cieplną w
wymienniku, który stanowi jednocześnie rolę parownika systemu chłodzenia.
Odzysk niskotemperaturowej energii odpadowej
Nośnik niskotemperaturowej energii odpadowej: ciecz (do ~150°C) i gaz (do ~ 300°C). Obszary
wykorzystania – kogeneracja w układach ORC, rolnictwo, cele socjalno- grzewcze
Wskaźniki oceny źródła energii odpadowej niskotemperaturowej:
- wskaźnik jakości energii
je =
Tźr - Tot
Tźr
Tźr – temperatura źródła/nośnika
Tot – temperatura otoczenia
- sprawność wykorzystania nośnika
he =
Dhe
hf
Dhe – spadek entalpii nośnika podczas przekazu ciep
hf – entalpia fizyczna nośnika energii odpadowej
Sposoby zagospodarowania energii odpadowej:
- przygotowanie ciepłej wody użytkowej
- podgrzew powietrza dla celów kotłowych
- podgrzew wody dla celów ciepłowniczych
- źródło ciepła dla ORC, pomp ciepła, chłodziarek absorpcyjnych, rur ciepła
Wymienniki do odzysku niskotemperaturowej en. odpadowej
Aspekty stosowania rur ciepła:
-zastosowanie w przemyśle chemicznym, spożywczym, suszarniach, instalacjach klimatyzacyjnowentylacyjnych, chłodnictwie
-odzysk energii ze środowisk korozyjnych (media agresywne chemicznie nie mają bezpośredniego
kontaktu z nośnikiem energii po stronie użytkownika)
-współczynnik przejmowania ciepła od strony czynnika niskowrzącego do 10 kW/m 2K
-współczynnik przejmowania ciepła po stronie odbioru do 50 W/m2K
Aspekty stosowania wymienników regeneracyjnych:
-zastosowanie w układach gaz-gaz instalacji wentylacyjno-klimatyzacyjnych
-nośniki o niskim stopniu zanieczyszczenia i zbliżonych ciśnieniach roboczych
-prędkość obrotowa płynnie regulowana w zakresie 0 10 obr/min
-znaczne opory hydrauliczne przepływu
-obecność dodatkowej warstwy absorbującej wilgoć pokrywającej wirnik przeznaczony do pracujący
w temperaturach poniżej punktu rosy
Wymienniki do odzysku niskotemperaturowej en. odpadowej
Aspekty stosowania wymienników z czynnikiem pośrednim:
-czynnik pośredniczący w odzysku energii cieplnej stanowi głównie woda lub olej grzewczy
-koszt inwestycyjny podwyższa obecność pompy cyrkulacyjnej
-zaletę stanowi możliwość transportu energii na znaczne odległości, przy czym sprawność
energetyczna uwarunkowana jest jakością izolacji termicznej
Aspekty stosowania wymienników płytowych:
-możliwość pracy z cieczami agresywnymi chemicznie
-możliwość pełnienia funkcji parownika lub skraplacza w instalacji
-typowe ciśnienia robocze - do 30 bar
-typowe temperatury pracy - do 200°C
-podstawowy warunek pracy - zachowanie szczelności
Aspekty stosowania wymienników lamelowych:
- wysoki stopień rozwinięcia powierzchni
- wysokie wartości współczynnika przenikania ciepła (podobnie jak dla wym. płytowych)
- ciśnienia robocze - do 40 bar
- temperatury pracy - do 500°C
Źródłem odzyskiwanej energii mogą być piece (łącznie z kotłowniami
termoolejowymi)
oraz
urządzenia
chłodnicze
(mroźnie,
składowania etc.). Pozyskana energia może być wykorzystana
komory
przez
urządzenia grzewcze, chłodnicze, podgrzewacze wody, myjki oraz
garownie, urządzenia do zaparzania mąki, smażalniki, wytwornice pary
oraz temperówki. Najczęściej stosowanym nośnikiem energii jest woda,
która – podgrzana przez wymiennik ciepła – przekazuje wytworzoną
energię docelowo do urządzeń wykorzystujących ciepło z pary i spalin.
ODZYSKIWANIE CIEPŁA ZE SPALIN
Odzysk ciepła z gorących spalin przemysłowych na wymiennikach z rur stalowych
eliptycznych, ocynkowanych ogniowo.
Rysunek 1. Przykłady sposobów zagospodarowania odzyskanej energii.
Projekt obejmował odzysk ciepła z gorących spalin suszarki i przekazanie go do zakładowej
kotłowni, która zapewnia energię cieplną całej technologii produkcji lakierni. Temperatura gorących
spalin dochodzi do maksymalnie 350°C i ochładza się na wymienniku do poziomu 90-100°C.
Medium grzewcze stanowi gorąca woda o parametrach 75°C/95°C, która przekazuję energię do
kotłowni. Sumaryczny zysk energetyczny zrealizowanego projektu wynosi od 700 do 1000kWh w
zależności od temperatury spalin i możliwości „przyjęcia energii” przez kotłownię. Czas zwrotu
instalacji zawiera się w okresie 6-9 miesięcy!!!!!!.
http://www.hx-opole.pl/prasa-foldery/publikacje/111-odzyskiwanie-ciep%C5%82a-ze-spalin
Zalety rur cieplnych
http://www.hx-opole.pl/produkty/ekonomizery
Urządzenia GEA ECONIMIZER to zwarta konstrukcja składająca się z wymiennika ciepła oraz obudowy wraz z
przepustnicą, stanowiącą jedną całość.
Dodatkową zaletą urządzeń GEA ECONOMIZER jest możliwość transformacji odzyskanego ciepła bezpośrednio do
dowolnego innego medium (nośnik ciepła) np. wody, oleju grzewczego. Możliwość bezpośredniej transformacji
wpływa na wzrost sprawności urządzenia.
http://www.ntplus.pl/produkty.html
Instalacja odzysku ciepła z pieca szklarskiego z zastosowaniem minisiłowni i
generatora zasilającego elektrody do podgrzewania szkła.
Instalacja odzysku ciepła spalin do podgrzewania ciepłej wody użytkowej i
centralnego ogrzewania.
Instalacja odzysku ciepła spalin do podgrzewania wsadu pieca
Instalacja odzysku ciepła spalin do podgrzewania powietrz nadmuchowego
palnika.
Recykling energii - system odzysku ciepła z wymiennikami MIWE
http://mistrzbranzy.pl/artykuly/pokaz/id/1335
Absorpcyjny system chłodniczy w piekarni
Piece MIWE i odzysk ciepła
Przetworzyć energię cieplną na chłód – agregat absorpcyjny Termster
Zbiornik do odzysku ciepła pionowy wiszący
Zbiornik do odzysku ciepła pionowy stojący
http://www.grupaibc.pl/pl/euroserwis_system_odzysku_ciepla
ODZYSK CIEPŁA Z URZĄDZEŃ CHŁODNICZYCH z wymiennikiem wewnętrznym
Systemy odzyskiwania ciepła mogą być wykonane w formie zbiorników z wbudowanymi wymiennikami
ciepła dla pojedynczych agregatów chłodniczych oraz jako zbiorniki z zewnętrznymi wymiennikami ciepła
dla zespołów sprężarkowych.
ODZYSK CIEPŁA Z URZĄDZEŃ CHŁODNICZYCH z wymiennikiem zewnętrznym
Zastosowanie przy wymienniku płaszczowo-rurowym zaworu trójdrożnego
gwarantuje stałą temperaturę wyjściową ciepłej wody przy zmiennym obciążeniu
zespołu sprężarkowego.
http://www.kaeser.pl/Products_and_Solutions/Rotary-screw-compressors/heat-recovery/default.asp
Wykorzystanie ciepła odpadowego ze sprężarek w układach sprężonego powietrza
Przepływ energii oraz możliwości wykorzystania energii odpadowej
http://www.kaeser.pl/Products_and_Solutions/Rotary-screw-compressors/heat-recovery/default.asp
Zewnętrzny odzysk ciepła BOGE duotherm oszczędza pieniądze, ponieważ używasz
72 procent nakładu energii do sprężarki w postaci ciepła używanego do ogrzewania lub
ogrzewania
Wymiennik ciepła "Duotherm BPT"
Przykład cenowy układu
12 890.30 zł brutto
http://www.comfilter.pl/faq/odzysk_ciepla.html
Filtr ssania
Regulator ssania
Stopień sprężania
Zbiornik powietrzno - olejowy
Separator oleju
Zawór termostatyczny olejowy
Chłodnica oleju
Filtr oleju
Zawór zwrotny ciśnienia minimalnego
Chłodnica końcowa sprężonego powietrza
Wymiennik ciepła
Do ogrzania wody pitnej i użytkowej służy system "Duotherm BSW". Ze względu na
zaostrzone przepisy sanitarne w systemie tym chodzi o inne wymogi bezpieczeństwa
dla wymiennika ciepła. Dwa niezależne obiegi są oddzielone od siebie za pomocą
cieczy separacyjnej.
Wymiennik ciepła "Duotherm BSW"
Filtr ssania
Regulator ssania
Stopień sprężania
Zbiornik powietrzno - olejowy
Separator oleju
Zawór olejowy termostatyczny
Chłodnica oleju
Filtr oleju
Zawór zwrotny ciśnienia minimalnego
Chłodnica końcowa sprężonego powietrza
Bezpieczny wymiennik ciepła
Bezpiecznik ciśnieniowy przepływu
naczynie wyrównawcze
Mówienie o odzysku ciepła ma sens i przynosi konkretne efekty ekonomiczne dla
urządzeń o dużej i średniej mocy. W praktyce opłaca się rozważać możliwości
odzysku ciepła dla maszyn o mocy przekraczającej 10 kW.
Schemat ideowy odzysku ciepła ze ścieków
(wg Müller E., Schmid F., Stodtmeister W., Kobel B., Heizen und Kühlen mit Abwasser, w: „Ratgeber für
Bauherrn und Kommunen“, 2005)
Odzysk ciepła ze ścieków na poziomie budynku mieszkania
http://betonix83.wrzuta.pl/obraz/09uoDFiVrvI/odzysk_ciepla_z_wody_recover_heat_from_waste_water
Odzysk ciepła ze ścieków
Wymiennik do odzysku ciepła z wody. Zysk pod prysznicem
Rekuperator taki jest w stanie odzyskać od 35% do 45% ciepła z wody, co daje nam od 10 do 16 oC,
które jest przekazywane zimnej wodzie.
Wykorzystanie ciepła zawartegow spalinach polega
na ich schłodzeniu z jednoczesnym skropleniem
pary wodnej w nich zawartej.
Wkład kominkowy lub piec w połączeniu z masą akumulacyjną
http://www.kominkitychy.pl/
Stalowo akumulacyjny wymiennik akumulacyjny HOPPER i CUMULUS
http://www.owo.pl/kominki-wymienniki-bonus/
Nasady kominkowe z odzyskiem ciepła
http://allegro.pl/kominek-duzy-z-montazem-krakow-kominki-niepolomicei5183958105.html
Centrala wentylacyjna z odzyskiem ciepła
Wymiennik ciepła przecipradowy
Gruntowy wymiennik ciepła do podgrzewania i
schładzania powietrza wentylacyjnego
Rekuperator miejscowy z ceramicznym akumulacyjnym wymiennikiem ciepła
Centrale dachowe typu roof-top – systemy odzysku energii
Model ze skraplaczem chłodzonym powietrzem – wersja konfiguracyjna z dwoma wentylatorami:
nawiewnym i wywiewnym, oraz wentylatorami sekcji wymiennika skraplacza
Zastosowanie krzyżowo-płytowych wymienników ciepła to większe zużycie energii przez
system wentylacyjny oraz większa emisja dwutlenku węgla do środowiska naturalnego
Rocznie przy zastosowaniu pompy ciepła jako systemu odzysku ciepła uzyskano 27% oszczędności w
zużyciu energii elektrycznej w odniesieniu do krzyżowo-płytowych wymienników odzysku ciepła. Mniejsze
zużycie energii elektrycznej to również większe korzyści dla środowiska naturalnego.
Porównanie charakterystycznych parametrów
(średniej rocznej efektywności
energetycznej, emisji CO2) krzyżowo-płytowych wymienników ciepła o różnej sprawności
(50, 65, 80%) oraz systemu odzysku ciepła z wykorzystaniem pompy ciepła typu powietrze–
powietrze
Zastosowanie układów chłodniczych o nierównomiernym rozkładzie wydajności ziębienia, wynikającym z
zastosowania sprężarek różnej mocy oraz tradycyjnych rozwiązań, porównano na przykładzie kina z 230
miejscami znajdującego się w centrum handlowym. Analizę przeprowadzono dla zróżnicowanej frekwencji osób.
W pierwszym przypadku sala była w całości wypełniona, w drugim – liczba 90 osób, czyli 40% maksymalnego
obłożenia. Przy pełnej frekwencji ilość powietrza świeżego stanowiła 80% udziału w powietrzu nawiewanym, zaś
przy niskiej frekwencji strumień objętościowy powietrza świeżego miał 30% udziału w powietrzu nawiewanym do
pomieszczenia.
Odzysk ciepła ze ścieków w krytych pływalniach
Odzysk ciepła ze ścieków
Ścieki szare powstające w krytych pływalniach pochodzą z
natrysków, płukania filtrów i zrzucania wody basenowej.
Temperatura wody w krytej pływalni wynosi :
natryski: 39–41°C,
basen pływacki: 25–26°C,
basen rekreacyjny: 28–30°C,
basen dla dzieci (brodzik): 30–32°C,
basen do masażu (whirlpool): 35–36°C,
woda popłuczna z filtrów: 25–35°C.
Odzysk ciepła ze ścieków w krytych pływalniach – schemat działania
Centrala AquaCond ma za zadanie podgrzewać zimną wodę wodociągową do temperatury
użytkowej, wykorzystując ciepłe ścieki jako źródło ciepła. Odzysk ciepła opiera się na
wykorzystaniu układu pompy ciepła oraz współpracującego z nią rekuperatora (przeciwprądowego
wymiennika ciepła).
Odzysk ciepła ze ścieków w krytych pływalniach
Układy odzysku ciepła ze ścieków z zastosowaniem centrali odzysku ciepła ze ścieków
Menerga typu AquaCond zostały zrealizowane w krytych pływalniach
EKONOMIKA ODZYSKU CIEPŁA ZE ŚCIEKÓW
W PRALNIACH PRZEMYSŁOWYCH
Podgrzewanie wody świeżej następuje w wymienniku ciepła (Rys. 1). Do podgrzewania wody świeżej o
temperaturze 10 °C do temperatury 35 °C należy zastosować wymiennik ciepła o parametrach sieci 80/60 °C i
dostarczyć 30 kW ciepła. W układzie tym współczynnik odzysku ciepła wyrażony jako stosunek
zapotrzebowanego ciepła do dostarczonej energii wynosi 1
Rys. 1. Schemat układu z wymiennikiem ciepła
Podgrzewanie wody świeżej następuje w rekuperatorze i wymienniku ciepła (Rys. 2). Odprowadzając do
kanalizacji ścieki o temperaturze początkowej 31°C następuje ich schłodzenie w rekuperatorze ścieki/woda
świeża do temperatury 14 °C. Jednocześnie następuje podgrzanie wody świeżej z 10 °C do 27 °C. Do podgrzania
wody świeżej o temperaturze 27 °C do temperatury 35 °C należy zastosować dodatkowy wymiennik ciepła o
parametrach sieci 80/60 °C i dostarczyć 10 kW ciepła. W układzie tym współczynnik odzysku ciepła wyrażony
jako stosunek zapotrzebowanego ciepła do dostarczonej energii wynosi 3.
Rys. 2. Schemat układu z rekuperatorem i wymiennikiem ciepła.
Podgrzewanie wody świeżej następuje w skraplaczu pompy ciepła (Rys. 3). Odprowadzając do kanalizacji ścieki
o temperaturze 31 °C następuje ich schłodzenie w parowaczu wody pompy ciepła do temperatury 12 °C.
Jednocześnie następuje podgrzanie wody świeżej w skraplaczu pompy ciepła z temperatury 10 °C do 35 °C. Do
otrzymania wymiany ciepła na skraplaczu i parowniku pompy ciepła należy zastosować pompę ciepła ze
sprężarką o mocy elektrycznej 7,5 kW. W układzie tym współczynnik odzysku ciepła wyrażony jako stosunek
zapotrzebowanego ciepła do dostarczonej energii elektrycznej wynosi 4.
Rys. 3. Schemat układu z pompą ciepła.
Podgrzewanie wody świeżej następuje w rekuperatorze i skraplaczu pompy ciepła (Rys. 4). Odprowadzając do
kanalizacji ścieki o temperaturze 31 °C następuje ich schładzanie w rekuperatorze ścieki - woda świeża do
temperatury 14 °C. Kolejne schładzanie ścieków następuje w parowniku pompy ciepła do temperatury 8 °C.
Jednocześnie następuje podgrzewanie wody świeżej w rekuperatorze z temperatury 10 °C do 27 °C, a następnie
w skraplaczu pompy ciepła z temperatury 27 °C do 35 °C. W układzie tym współczynnik odzysku ciepła wyrażony
jako stosunek zapotrzebowanego ciepła do dostarczonej energii elektrycznej wynosi 10.
Rys. 4. Schemat układu z rekuperatorem i pompą ciepła.
Porównując układy podgrzewania wody świeżej można stwierdzić, że z punktu widzenia odzysku ciepła ze
ścieków najlepszy jest układ podgrzewania wody świeżej z rekuperatorem i pompą ciepła. W układzie tym
stosunek ilości zapotrzebowanego ciepła do dostarczonego ciepła (energii elektrycznej) wynosi 10 (Tabela 1).
Oznacza to, że do podgrzania wody świeżej o temperaturze 10 °C do temperatury 35 °C należy dostarczyć 10
razy mniej energii elektrycznej niż w układzie z wymiennikiem ciepła. W układzie tym następuje też największe
schłodzenie ścieków.
Obiekty pralni przemysłowych charakteryzują się nierównomiernym rozłożeniem obciążenia zrzutu ścieków do
kanalizacji w ciągu doby jak i ilościowych w czasie. Zależy to od ilości pracujących jednocześnie urządzeń
pralniczych. Stąd też należy w instalacji odzysku ciepła ze ścieków zastosować zbiornik retencyjny na ścieki, który
umożliwi stały dopływ ścieków do centrali odzysku ciepła ze ścieków niezależnie od stopnia wykorzystania pralni.
Do akumulacji ciepła w wodzie świeżej należy wykorzystać zasobniki ciepłej wody użytkowej służące do
magazynowania ciepłej wody świeżej przeznaczonej do dalszego wykorzystania w procesach zachodzących w
pralni. Pomiędzy zbiornikiem na ścieki oraz pompą ścieków należy zastosować filtr wstępny ścieków (łapacz
włosów i włókien). Układ odzysku ciepła ze ścieków będzie się składał ze: zbiornika retencyjnego na ścieki, filtra
wstępnego ścieków, pompy ścieków, centrali odzysku ciepła ze ścieków, orurowania i zaworów, automatyki
umożliwiającej współpracę układu odzysku ciepła z istniejącymi układami wodno -kanalizacyjnymi oraz przyłączy
ścieków
Rys. 5. Schemat układu odzysku ciepła ze ścieków z centralą z rekuperatorem i pompą ciepła w pralni.
Układ odzysku ciepła ze ścieków z centralą z rekuperatorem
Centrala odzysku ciepła ze ścieków z rekuperatorem posiada parametry:
- czas pracy centrali odzysku ciepła ze ścieków 8400 godz/rok
- sposób odzysku ciepła rekuperator
- wydajność cieplna
32 kW
dla: ścieki dopływ 28 oC
woda świeża dopływ 10 oC
- pobór mocy elektrycznej 0,4 kW (pompa ścieków + automatyka)
Dla przyjętego czasu pracy układu oraz ceny ciepła i energii elektrycznej, koszt zużytej energii elektrycznej przez
układ wyniesie:
0,4 kW * 8 400 godz * 0,50 PLN/kWh = 1 680 PLN/rok (1)
koszt odzyskanego ciepła wyniesie:
32 kW * 8 400 godz * 50 PLN/GJ * 0,0036 = 48 384 PLN/rok (2)
Zaoszczędzona kwota (różnica pomiędzy kosztem odzyskanego ciepła, a kosztem zużytej energii elektrycznej)
wyniesie:
48 384 PLN/rok – 1 680 PLN/rok = 46 704 PLN/rok (3)
Koszt układu odzysku ciepła ze ścieków o wydatku 1,8 m3/godz z centralą odzysku ciepła z rekuperatorem
wynosi ok. 110 000 PLN.
Szacunkowy czas zwrotu poniesionej inwestycji wyniesie:
110 000 PLN : 46 704 PLN/rok = 2,36 lat
(4)
Układ odzysku ciepła ze ścieków z centralą z rekuperatorem i pompą ciepła
Centrala odzysku ciepła ze ścieków z rekuperatorem i pompą ciepła posiada parametry:
- czas pracy centrali odzysku ciepła ze ścieków 8400 godz/rok
- sposób odzysku ciepła rekuperator i pompa ciepła
- wydajność cieplna
52 kW
dla: ścieki dopływ 28 oC
woda świeża dopływ 10 oC
- pobór mocy elektrycznej 3,8 kW (pompa ciepła + pompa ścieków + automatyka)
Dla przyjętego czasu pracy układu oraz ceny ciepła i energii elektrycznej, koszt zużytej energii elektrycznej przez
układ wyniesie:
3,8 kW * 8 400 godz * 0,05 PLN/kWh = 15 960 PLN/rok (5)
koszt odzyskanego ciepła wyniesie:
52 kW * 8 400 godz * 50 PLN/GJ * 0,0036 = 78 624 PLN/rok (6)
Zaoszczędzona kwota (różnica pomiędzy kosztem odzyskanego ciepła, a kosztem zużytej energii elektrycznej)
wyniesie:
78 624 PLN/rok – 15 960 PLN/rok = 62 664 PLN/rok (7)
Koszt układu odzysku ciepła ze ścieków o wydatku 1,8 m3/godz z centralą odzysku ciepła z rekuperatorem i
pompą ciepła wynosi ok. 150 000 PLN.
Szacunkowy czas zwrotu poniesionej inwestycji wyniesie:
150 000 PLN : 62 664 PLN/rok = 2,39 lat
(8)
Koszt ciepła dostarczonego urządzeń pralniczych oraz ciepła traconego ze ściekami
Koszt ciepła
a - koszt ciepła dostarczonego,
b - koszt ciepła traconego ze ściekami,
c – zaoszczędzony koszt w układzie odzysku ciepła z centralą z rekuperatorem i pompą ciepła,
d – zaoszczędzony koszt w układzie odzysku ciepła z centralą z rekuperatorem.
y
Zastosowanie układu odzysku ciepła ze ścieków
Otrzymany czas zwrotu inwestycji jest dla układu odzysku ciepła z centralą z rekuperatorem, jak i z rekuperatorem
i pompą ciepła poniżej 3 lat. Jednak układ z rekuperatorem i pompą ciepła pozwala po następnych 3 latach
eksploatacji zaoszczędzić kwotę 187 922 PLN, natomiast układ z rekuperatorem 140 112 PLN. Zaoszczędzona
kwota z odzysku ciepła ze ścieków w układzie z rekuperatorem i pompą ciepła jest 1,34 razy większa niż w
układzie z rekuperatorem. Potwierdza to założenie z przykładu 4, że układ z rekuperatorem i pompą ciepła jest
najkorzystniejszy z punktu widzenia ekonomiki odzysku ciepła ze ścieków.
Rys. 7. Zwrot kosztów inwestycji układów odzysku ciepła:
a - z centralą z rekuperatorem i pompą ciepła,
b - z centralą z rekuperatorem.
Przykład praktycznie zrealizowanego układu odzysku ciepła ze ścieków został przedstawiony na
rys. 8, 9. W układzie pomierzono temperatury wody świeżej i ścieków w czasie pracy centrali
odzysku ciepła ze ścieków pracującej z rekuperatorem oraz rekuperatorem i pompą ciepła (Tabela
2). Pomierzone temperatury potwierdzają, że ilość odzyskanego ciepła jest większa w przypadku
centrali odzysku ciepła pracującej z rekuperatorem i pompą ciepła, niż centrali pracującej tylko z
rekuperatorem.
Rys. 9. Układ odzysku ciepła ze ścieków z centralą
z rekuperatorem i pompą ciepła.
Rys. 8. Centrala odzysku ciepła ze ścieków z
rekuperatorem i pompą ciepła.
Wnioski
Rozwiązania powyższe, zarówno układu z rekuperatorem, jak i z rekuperatorem i pompą
ciepła, kwalifikują to tego typu termomodernizacje do realizacji inwestycji, w których
finansowanie i zwrot poniesionych kosztów na termomodernizację następuje z pieniędzy
uzyskanych z zaoszczędzonego ciepła ze ścieków.
Zastosowanie układu odzysku ciepła ze ścieków w obiektach pralni może przynieść
znaczne oszczędności w zakresie podgrzewu wody wodociągowej, przy wykorzystaniu
ciepła odpadowego.
Czas zwrotu inwestycji zakupu układu odzysku ciepła ze ścieków jest bardzo krótki,
bowiem wynosi mniej niż 3 lata pracy układu, niezależnie czy układu jest wyposażony w
rekuperator i pompę ciepła, czy sam rekuperator.
Najbardziej efektowny, pod względem energetycznym i ekonomicznym, układ odzysku
ciepła ze ścieków jest wyposażony w rekuperator oraz pompę ciepła!!!!!!!!
Elektrownie rozprężonego strumienia pary są najbardziej
powszechne.
Elektrownie cyklu binarnego (dwuczynnikowe) działają na wodzie o niższych temperaturach od około 225 ° -360 ° F (107 ° -182 ° C).
Elektrownie te wykorzystują wysoką temperaturę wody do gotowania płynu roboczego, zwykle związków organicznych o niskiej
temperaturze wrzenia (np. freon o temperaturze wrzenia – 33 stopnie Celsjusza). Płyn roboczy odparowuje w wymienniku ciepła a
następnie jest użyty do obracania turbiny. Woda jest następnie wstrzykiwana z powrotem do gruntu do ponownego podgrzania.
Zarówno woda jak i ciecz robocza są przechowywane oddzielnie podczas całego procesu, więc szanse na ich emisje do powietrza
są minimalne lub żadne.
Schematy wybranych ciepłowni geotermalnych – Mszczonów
głębokość złoża
temperatura:
wydajność
złoża:
1600 m
40 °C
60 m3/h
Rurociąg preizolowany o dł. 1650 m od ujęcia do ciepłowni w centrum miasta; Brak otworu zatłaczającego;
Bardzo niski stopień mineralizacji (ok. 5g/l)– docelowe wykorzystanie wody jako pitnej;
Druga w Europie ciepłownia pod względem wykorzystania wody geotermalnej jako wody pitnej.
Schematy wybranych ciepłowni geotermalnych – Mszczonów
Absorpcyjna pompa ciepła
1 gazowy wysokotemperaturowy kocioł wodny
2 gazowe niskotemperaturowe kotły wodne
Moc znamionowa instalacji grzewczej 12 MW
Gazowe kotły wodne
moc 1.9 MW
moc 2.4 MW (każdy)
Schematy wybranych ciepłowni geotermalnych – Podhale
System ciepłowniczy Bańska Niżna/Biały Dunajec – Zakopane
Ciśnienie na głowicy 2.6 MPa; Moc – 42 MW
Zasilanie (poprzez wodę sieciową): ok. 200 budynków mieszkalnych, kościół, szkoła w miejscowości Bańska
Niżna oraz system kaskadowy Laboratorium Geotermalnego PAN (suszarnia drewna, szklarnia, hodowla
rybek, tunel foliowy roślin, basen kąpielowy);
Rurociąg długości 15 km
Schematy wybranych ciepłowni geotermalnych – Podhale
Kaskadowy system wykorzystania energii geotermalnej
w Laboratorium Geotermalnym IGSMiE PAN na Podhalu
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2012/27/UE
w sprawie efektywności energetycznej
Celem dyrektywy jest zwiększenie efektywności energetycznej i poprawa bezpieczeństwa dostaw
poprzez stworzenie ram dla wspierania i rozwoju produkcji ciepła i energii elektrycznej w układzie
kogeneracji o wysokiej wydajności opartej na zapotrzebowaniu na ciepło użytkowe i
oszczędnościach w energii pierwotnej na wewnętrznym rynku energii, z uwzględnieniem
specyficznych uwarunkowań krajowych, szczególnie w odniesieniu do warunków klimatycznych i
ekonomicznych.
Technologie kogeneracyjne objęte dyrektywą:
-turbina gazowa w układzie kombinowanym z odzyskiem ciepła,
-turbina parowa przeciwprężna,
-turbina parowa upustowo-kondensacyjna,
-turbina gazowa z odzyskiem ciepła,
-silnik spalinowy,
-mikroturbiny (o maksymalnej mocy niższej niż 50 kW e),
-silniki Stirlinga,
-ogniwa paliwowe,
-silniki parowe,
- organiczny obieg Rankine’a (ORC).
Certyfikaty energetyczne
• zielone – świadectwa pochodzenia energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii
• czerwone – świadectwa pochodzenia energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji, czyli
łącznej produkcji prądu i ciepła
• żółte (wcześniej niebieskie) – świadectwa pochodzenia z małych źródeł kogeneracyjnych o mocy
do 1 MW lub opalanych gazem
•fioletowe – świadectwa pochodzenia ze źródeł wykorzystujących metan uwalniany i ujmowany
przy dołowych robotach górniczych (w czynnych, likwidowanych lub zlikwidowanych kopalniach
węgla kamiennego) lub gaz uzyskiwany z przetwarzania biomasy – biogaz.
•białe – mające na celu promowanie poprawy efektywności energetycznej i obniżanie zużycia
energii końcowej
Dodatkowo, rozważa się wprowadzenie kolejnych certyfikatów:
– pomarańczowego – ze źródeł zaopatrzonych w instalacje wychwytywania i zatłaczania
dwutlenku węgla (CCS- Carbon Capture and Storage)
–
błękitnego – z nowych, wysokosprawnych źródeł
Akty prawne i normatywne
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz. U. nr 75, poz.
690.
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające
rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i
ich usytuowanie. Dz. U. nr 201, poz. 1238.
Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie
ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Dz. U. nr 169, poz. 1650.
Polska Norma PN-83/B-03430 Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania
zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania.
Wybór układu odzysku ciepła
przepisy,
specyfika i przeznaczenie pomieszczeń,
szczelność układu (brak przecieków powietrza wywiewanego do nawiewanego),
odzysk wilgoci,
rewersyjność działania,
niebezpieczeństwo szronienia,
głośność pracy,
uwarunkowania przestrzenne, nośność elementów budowlanych,
bezpieczeństwo, jakość wykonania i wygoda użytkowania,
koszt inwestycyjny,
sprawność odzysku ciepła,
minimalizacja zużycia energii.
8000
Koszt wytworzenia ciepła
[zł/sezon]
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
50
60
70
80
90
Sprawnoś
Etap” finansowanego
ć odzys ku ciepła
przez
[%]
Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Wybór układu odzysku ciepła
Cecha
Średnia sprawność odzysku
ciepła
[%]
Odseparowanie powietrza
wywiewanego od
nawiewanego
Odzysk wilgoci
Konieczność ciągłego
doprowadzania energii
napędowej
Przenoszenie ciepła między
oddalonymi kanałami
powietrza
Rewersyjność
przekazywania ciepła
Wskaźnik zwartości
budowy*** [m3/(10000
m3/h)]
Wymiennik
Obrotowy
krzyżowowymiennik
płytowy
regeneracyjny
50 - 70
65 - 80
Wymiennik
typu „rurka
ciepła”
45 - 60
Układ z
medium
pośrednim
40 - 55
TAK*
NIE
TAK
TAK
NIE
TAK
NIE
NIE
NIE
TAK
NIE
TAK
NIE
NIE
NIE
TAK
TAK
TAK
NIE**
TAK
2 -3
1,0 – 1,8
0,8 – 1,4
0,8 – 1,4
*) możliwość powstania nieszczelności w trakcie eksploatacji,
**) przekazywanie ciepła w obie strony możliwe jedynie w przypadku
rurki ciepła z wewnętrznym pokryciem kapilarnym, zainstalowanej poziomo,
***) stosunek objętości zajmowanej przez wymiennik do natężenia przepływu powietrza.
LITERATURA
1.
Pudlik W.: Wymiana i wymienniki ciepła, Politechnika Gdańska, Gdańsk, 2008.
2.
Szargut J., Ziębik A.: Podstawy energetyki cieplnej. WNT, 1998.
3.
Materiały firmy ORMAT, 2010.
4.
Chmielniak T.: Technologie energetyczne. WNT, 2008.
5.
Nowak W., Stachel A., Borsukiewicz-Gozdur A.: Zastosowania odnawialnych źródeł energii.
Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2008.
6.
Polko K.: Modelowanie procesu odzysku ciepła odpadowego spalin wylotowych. Praca doktorska, Politechnika
Wrocławska, 2012.
7.
Wajs J.: Materiały wykładu „Odzysk ciepła z instalacji przemysłowych”.
8.
Wajs J.: Materiały wykładu „Odzysk ciepła w urządzeniach małej i średniej mocy”, układy energetyczne.
9.
Targański W.: Materiały wykładu „Odzysk ciepła w urządzeniach małej i średniej mocy”, układy wentylacji i
klimatyzacji.
10. www.reku.net.pl
11. www.multicomfort.pl
http://smfpoland.pl/wymienniki-heat-pipe/dla-kogo/
http://www.inzynierbudownictwa.pl/drukuj,7720
Kim jesteśmy :
- organizacją non – profit nie związaną z żadną firmą
- jednostką badawczo – rozwojową
- jednostką sektora MŚP
Czym się zajmujemy :
- organizacja szkoleń i konferencji związanych z OZE i efektywnością energetyczną
- szkolenia instalatorów OZE – program EUCERT / program UDT
- współpraca z biznesem i realizacji projektów inwestycyjnych
- propagowaniem systemów opartych o pompy ciepła i OZE
- doradztwem inwestycyjno – finansowym związanym z OZE i budownictwem
ekoenergetycznym
- koncepcje oraz projekty układów instalacyjnych opartych o OZE
- wdrażanie projektów budynków zero i plus energetycznych
- współpraca z licznymi organizacjami w kraju jak i zagranicą
Musimy nauczyć się uzyskiwać potrzebną nam energię bez zużywania
surowców
http://cytatybaza.pl/autorzy/nikola-tesla.html
PRZYKŁADOWE REALIZACJE, KONCEPCJE, PROJEKTY
Inwestycja zrealizowana 2013 – SOPOT SKŻ
Centrum badawcze PAN w Jabłonnej – koncepcja i założenia
projektowe
systemu pomp ciepła i systemów budowlanych
Inwestycja w trakcie realizacji 2016 – MW w Tczewie
Inwestycja zrealizowana 2012
Projekt budowlano-wykonawczy 2014
Zeroenergetyczny budynek RS w Purdzie
Koncepcja i projekty
Koncepcja energetyczna
Molo Sopot
Termomodernizacja
SEMINARIUM
PRACODAWCY POMORZA 2015
Kolej Metropolitalna
Budynku
I.O. w zastrzeżone
Sopocie
Wszelkie
prawa
Możliwości zagospodarowania ciepła odpadowego podczas spotkania branżowego
w ramach projektu „Perspektywy RSI Świętokrzyskie - IV
Dziękujemy za uwagę

Rodzaje wymienników ciepła

Transkrypt

Podobne dokumenty

Generatora energii elektrycznej i ciepła z gazu ziemnego.