Действие вращающегося регенератора показано на рис. 1 . Так же как теплообменник с тепловыми трубами, регенератор соеди¬няет две прилегающие трубы, по одной из которых движется отработанный газ, а по другой — поток газа, который необходимо нагревать. Газы поступают противотоком. По мере вращения регенератора теплота, абсорбцируемая из проходящего через него потока горячего газа И передается потоку холодного. С появлением гигроскопического регенератора появилась возможность передавать влагу точно так же, как теплоту из одного потока в другой.
Вращающиеся регенераторы, так же как и многие другие системы утилизации теплоты, могут применяться в условиях жаркого климата для предварительного охлаждения воздуха, используемого в системах кондиционирования больших зданий. Они также эффективно работают в тех случаях, когда разница температур между потоками горячего и холодного воздуха слишком низкая, чтобы эффективно использовать теплообменник с тепловыми трубами.
Фирма Wing производит вращающиеся регенераторы трех типов. В регенераторах наиболее распространенного типа насадки в виде матрицы изготовлены из плетеной алюминиевой сетки или из нержавеющей стали. Сама насадка обходится дешево и имеет достаточно вы-
1— трубопровод для подачи Воздуха; 2 — вращяющийся регенератор; 3 — трубопровод для отработанного воздуха
сокий термический КПД. Однако сопротивление насадок такого типа может быть сравнительно высоким, и их загрязнение происходит быстрее, чем в регенераторах других типов.
Разработка регенераторов, обеспечивающих ламинарный поток, с гофрированной насадкой, напоминающей соты с мелкими ячейками, позволила уменьшить падение давления, загрязнение и облегчить их очистку.
Третьим типом являются вращающиеся регенераторы с неметаллическими насадками, известные под названием гигроскопических. Они обеспечивают передачу влаги, а также теплоты и особенно широко используются в. системах отопления и вентиляции. Конструкция такая же, как и для металлического регенератора с ламинарным потоком. Хотя гигроскопический регенератор примерно на 35% дороже металлического, фирма Wing считает, что более высокие капитальные затраты обычно окупаются лучшим переносом теплоты, в том числе скрытой теплоты парообразования. Следует иметь в виду, что содержание скрытой теплоты может быть различным и должно быть точно оценено перед выбором типа регенератора.
Применение насадки из нержавеющей стали позволяет эксплуатировать вращающиеся регенераторы при температуре до 820 °С. В некоторых процессах регенерация должна идти при более высокой температуре. Фирма Corning выпускает регенераторы из пеностекла и керамики, которые имеют большой срок службы при температуре 900 °С, а разработанные для газовых турбин вращающиеся регенераторы с насадкой, изготовленной из нитрида кремния, испытывались при температуре свыше 1000 °С .
-рабочую температуру. Как было указано выше, тип насадки (металлическая пли керамическая) зависит от предела рабочей температуры в каждом конкретном случае;
-рабочее давление. В принципе вращающийся регенератор желательно применять в тех случаях, когда поступающий и отработанный потоки газа имеют одинаковое давление. Если в качестве насадки применяется плетеная сетка, то существует возможность значительных протечек через сетку, если давление неодинаковое. В колесах с
1— вытяжной вентилятор; 2 — вентилятор приточного воздуха
-перенос загрязнений. Возможность загрязнения чистого поступающего потока газа в регенераторе этого типа привела к тому, что производители предусматривают продувку, как показано на рис.2.
В этом случае часть поступающего воздуха используется для продувки матрицы и выходит через вытяжной канал, а загрязненный или остаточный отработанный газ снова поступает в вытяжной канал. Нормальная работа продувки зависит от правильного расположения вентилятора, так чтобы давление на стороне всасывания было выше, чем на стороне вытяжки, и в тех случаях, когда это требование может быть удовлетворено, перенос загрязнений может составлять всего 0,04 % по объему, а перенос частиц — менее 2%.
Продувка невозможна без снижения эффективности. Мощность системы вентиляторов должна быть увеличена на 10% номинальной, для того чтобы можно было работать при более высоких скоростях газа, и если в связи с определенными практическими трудностями невозможно добиться правильного расположения вентиляторов, то в каждой радиальной перегородке может быть предусмотрен затвор, хотя это не так эффективно, и перенос примесей может достигать 8% но объему.
В некоторых высокотемпературных металлических регенерато pax может быть установлен отдельный вентилятор специально для продувкй. Эти вентиляторы имеют мощность до 4 кВт. Расход электроэнергии на привод вентилятора и двигателя для вращения регенератора учитывается при подсчете суммарных эксплуатационных затрат.
В высокотемпературных керамических регенераторах также происходит перенос примесей. В случае применения их для газовых турбин при степени сжатия 4:1 поперечный поток составляет лишь 0,3% потока воздуха в двигателе при максимальной нагрузке.
Неодинаковые скорости потока. Большинство изготовителей регенераторов приводят показатели их работы при одинаковых скоростях поступающего и отработанного потоков воздуха. Если скорости
В тех случаях, когда скорость потока поступающего газа гораздо выше скорости потока отработанного газа (например, в 4 раза), вращающийся регенератор может быть выбран по скорости потока отработанного газа, и он может быгь использован для нагрева части поступающего воздуха (например 25%). Устройство, показанное на рис. 3, позволяет балансировать ноток поступающего в регенератор воздуха, после чего он смешивается с подогретым воздухом.
Падение давления в теплообменнике зависит ог скорости газа и конструкции матрицы. Некоторые изготовители предлагают два типа матриц, одна из которых предназначена для максимального переноса теплоты. Из-за большой площади поверхности теплообмена падение давления может оказаться неприемлемым для ряда случаев. Идя на определенное снижение термического КПД, можно применять регенератор с матрицей, имеющей более крупные поры и соответственно низкое сопротивление. Обычно на агрегатах с КПД 81 % при скорости воздуха 4 м/с падение давления составляет около 35 Па, в то время как соответствующая система с КПД 76% при той же скорости приводит к падению давления всего на 17 Па (данные фирмы Wing).
-Регулирование. Большинство ротационных регенераторов (исключая высокотемпературные керамические регенераторы) приводится в движение с помощью электродвигателей, мощность которых при самом большом диаметре 4 м составляет около 0,5 кВт. Для достижения оптимального переноса теплоты частота вращения обычно составляет
Таблица 1. Показатели работы регенератора фирмы Wing модели WCM-1400
GB м3/ч |
νв м/с |
Δh, Па |
η |
GB м3/ч |
νв м/с |
Δh, Па |
η |
4399 |
1,0 |
21 |
0,83 |
19 796 |
4,5 |
91 |
0,65 |
6599 |
1,5 |
30 |
0,82 |
21 996 |
5,0 |
102 |
0,63 |
8798 |
2,0 |
41 |
0,79 |
24 196 |
5,5 |
112 |
0,61 |
10 998 |
2,5 |
51 |
0,76 |
26 395 |
6,0 |
122 |
0,60 |
13 198 |
3,0 |
61 |
0,73 |
28 595 |
6,5 |
132 |
0,58 |
15 397 |
3,5 |
71 |
0,70 |
30 794 |
7,0 |
142 |
0,57 |
17 597 |
4,0 |
81 |
0,68 |
|
|
|
|
Показатели работы типичного вращающегося регенератора приведены в табл. 1. Выбранный для этой цели металлический регенератор СОRMED фирмы Wing предназначен для работы при температуре в пределах 150—400 °С. Выпускается с различными диаметрами — от 11, до 3,2 м. Максимальное количество воздуха в регенераторах большого размера составляет около 70 тыс. м3/ч, что соответствует скорости 7 м/с. В таблице представлены показатели для модели WCM-1400 среднего размера.
Подобные таблицы представляются изготовителями с поправочными коэффициентами на количество поступающего воздуха и с ука-
Средняя температура |
КПД регенератора |
|||||||
65 |
0,51 |
0,56 |
0,61 |
0,66 |
0,72 |
0,77 |
0,82 |
0,88 |
95 |
0,52 |
0,57 |
0,62 |
0,67 |
0,73 |
0,78 |
0,83 |
0,89 |
120 |
0,54 |
0,59 |
0,64 |
0,69 |
0,74 |
0,79 |
0,84 |
0,89 |
1 % |
0,55** |
0,60** |
0,65** |
0,70** |
0,75** |
0,80** |
0,85** |
0,90** |
175 |
-,56 |
0,61 |
0,66 |
0,71 |
0,76 |
0,81 |
0,86 |
0,91 |
20-5 |
0,58 |
0,63 |
0,67 |
0,72 |
0,78 |
0,81 |
0,86 |
0,91 |
230 |
0,59 |
0,64 |
0,68 |
0,73 |
0,78 |
0,82 |
0,87 |
0,92 |
* В столбце известного базисного значения КПД определяется по фактической средней температуре колеса скорректированное значение.
**Базисное значение КПД регенератора при средней температуре колеса 150 С.
занием влияния температуры на падение давления. Таким оОразом, методика выбора абсолютно проста, и потребителю- нет необходимости производить соответствующие тепловые расчеты. В табл. 7.3 приведены данные по зависимости КПД от средней температуры.
Методика выбора состоит в следующем.
Для того чтобы выбрать регенератор для утилизации теплоты 35 тыс. м3/ч сухого отработанного газа при температуре 260° С при постоянном количестве нагреваемого воздуха с начальной температурой 20° С, необходимо:
определить количество отработанного воздуха при нормальной температуре и давлении;
(20+273)/(260+273)·35000=18 900 мз/ч;
определить среднюю температуру в регенераторе:
(260+20)/2=140 0С
выбрать размер и КПД из таблицы. Модель WCM-I400 имеет ц = 0,65 при количестве пост чающего воздуха 19 796 м3/ч;
откорректировать КПД для средней температуры (табл. 7.3). Необходима незначительная поправка;
определить температуру воздуха после регенератора: 20 + (260 —20) = 176° С;
определить количество утилизированной теплоты, равное произведению кол-личества газа, теплоемкости газа и температлры воздуха после регенератора:
18 900 • 1,206 • 176 = 4,02 ГДж/ч.
Области применения и экономическое обоснование. С учетом описанных выше ограничений вращающиеся регенераторы могут применяться для тех же целей, что и теплообменники с тепловыми трубами, однако они могут работать при более высоких температурах.
Фирма Howden, производящая вращающиеся регенераторы для котельных установок электростанций, изготавливает также регенераторы меньшего размера для применения в промышленности [7.161.
Экономия топлива, которая может быть получена при утилизации теплоты сбросных газов котла или технологической установки, графически показана на рис. 4.
Исходя из температуры газа, выходящего из котла или процесса, необходимой температуры газа после регенератора (А) определяется процент экономии топлива. Далее по паропроизводительности котла (В), стоимости топлива и с учетом коэффициента избытка воздуха можно получить годовую экономию затрат (С) при 6000 ч работы установки в году.
Одной из областей применения гигроскопического регенератора является печатное производство . В этом случае гигроскопический вращающийся регенератор устанавливали на отсосе из меловального и гравюрного станков фирмы Harrison Sons Ltd. В этих станках используют большое количество горячего воздуха для испарения растворителей из типографской краски и покрытий. Теплоту часто непосредственно сбрасывают с воздухом в атмосферу после прохождения через печатный станок, хотя в некоторых случаях практикуется регенерация растворителя.
В этой типографии воздух, поступающий на меловальный и гравюрный станки, нагревают в теплообменнике с оребренными трубками, по которым циркулирует органический теплоноситель (масло). Максимальная производительность нагревателя 12 700 кДж/ч, при этом расход жидкого топлива на нагрев органического теплоносителя составляет 0,39 м3/ч. За счет утилизации 70% теплоты сбросного воз-
Рис 4. Номограмма определения экономии топлива при использовании вращающегося регенератора
Рис. 5. Вращающийся регенератор, применяемый для утилизации теплоты гравировальной установки на печатной фабрике:1— ременной привод: 2 — электродвигатель
духа затраты на топливо снижены на 600 ф. ст. в неделю. В этой типографии применяются два регенератора, их расположение на одном станке показано на рис. 7.14. Диаметр их 2 м, толщина 280 мм. Насадка представляет собой лист из асбестового волокна, пропитанный хлоридом лития. Благодаря гигроскопическим свойствам улавливается влага, поступающая в канал для подогрева; предусмотрен также сектор продувки.
Общая стоимость установки 42 тыс. ф. ст., из которых 11 тыс. ф. ет. затрачено на регенератор. Большая часть воздухопроводов, стоимость которых включена в общую стоимость, необходима для отвода отработанного воздуха, даже если утилизация теплоты не была бы предусмотрена. Период окупаемости капиталовложений в этом случае меньше двух лет.
Детальную оценку работы вращающегося регенератора найти трудно, но одно такое исследование было проведено в университете Манитобы. Рассмотрено применение их в системах кондиционирования воздуха, в частности в больницах. До сих пор еще не опубликованы подробные результаты, но общий итог сводится к тому, что максимальное значение КПД (70—75%) достигается при частоте вращения более 16 с-1. КПД возрастает по мере того как соотношение масс потоков отработанного и поступающего воздуха снижается с 1,0 до 0,5.
Автор: Д.Рей 1983 г
Приобететение доступа к файлам
ВНИМАНИЕ: Данная информация получена путем сканирования, цифровой обработки физических носителей или обмена с неравнодушными пользователями. Она не имеет отметок грифа секретности и тайны, если вы считаете, что эта информация нарушает Ваши авторские или другие права. Незамедлительно сообщите администратору для удаления ее из портала.