Экономайзер

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Поиск источников:  «Economizer»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( апрель 2011 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Экономайзеры (США и оксфордское написание ) или экономайзеры (Великобритания) - это механические устройства, предназначенные для снижения потребления энергии или для выполнения полезной функции, такой как предварительный нагрев жидкости . Термин «экономайзер» используется и для других целей. В этой статье обсуждаются варианты использования котлов , электростанций, отопления, охлаждения , вентиляции и кондиционирования воздуха ( HVAC ). Говоря простым языком, экономайзер - это теплообменник .

Двигатель Стирлинга [ править ]

Новаторский вклад Роберта Стирлинга в конструкцию двигателей горячего воздуха 1816 г. он называл «экономайзером». Теперь известный как регенератор, он накапливал тепло от горячей части двигателя, когда воздух проходил в холодную сторону, и отдавал тепло охлажденному воздуху, когда он возвращался в горячую сторону. Это нововведение повысило эффективность двигателя Стирлинга в достаточной мере, чтобы сделать его коммерчески успешным в определенных областях применения, и с тех пор оно является компонентом каждого воздушного двигателя, который называется двигателем Стирлинга.

Котлы [ править ]

В котлах экономайзеры представляют собой теплообменные устройства, которые нагревают текучие среды, обычно воду, до, но обычно не выше точки кипения этой текучей среды. Экономайзеры названы так потому, что они могут использовать энтальпию в потоках текучей среды, которые являются горячими, но недостаточно горячими для использования в котле, тем самым восстанавливая более полезную энтальпию и повышая эффективность котла. Это устройство, прикрепленное к котлу, которое экономит энергию за счет использования выхлопных газов котла для предварительного нагрева холодной воды, используемой для его заполнения ( питательной воды ).

Паровые котлы используют большое количество энергии, поднимая питательную воду до температуры кипения, превращая воду в пар и иногда перегревая этот пар выше температуры насыщения. Эффективность теплопередачи повышается, когда для кипения и перегрева используются самые высокие температуры вблизи источников сгорания, когда охлажденные газообразные продукты сгорания выходят из котла через экономайзер для повышения температуры питательной воды, поступающей в паровой барабан. Конденсационный экономайзер с косвенным или прямым контактом рекуперирует остаточное тепло продуктов сгорания. Серия заслонок, эффективная система управления, а также вентилятор позволяют всем или части продуктов сгорания проходить через экономайзер, в зависимости от потребности в подпиточной и / или технологической воде.Температура газов может быть понижена от температуры кипения текучей среды до температуры, немного превышающей температуру поступающей питательной воды, при предварительном нагреве этой питательной воды до температуры кипения. Котлы высокого давления обычно имеют большую поверхность экономайзера, чем котлы низкого давления. Трубки экономайзера часто имеют выступы, похожие на ребра, для увеличения поверхности теплопередачи на стороне продуктов сгорания.^[1] В среднем с годами ^{[ необходимо пояснение ]} эффективность сгорания котла выросла с 80% до более чем 95%. Эффективность производимого тепла напрямую связана с КПД котла. Процент избыточного воздуха и температура продуктов сгорания - две ключевые переменные при оценке этой эффективности.

Для полного сгорания природного газа требуется определенное количество воздуха, поэтому горелкам для работы необходим поток избыточного воздуха. При сгорании образуется водяной пар, количество которого зависит от количества сожженного природного газа. Также оценка точки росы зависит от избытка воздуха. Природный газ имеет разные кривые эффективности сгорания, связанные с температурой газов и избыточного воздуха. Например, если газы ^{[ требуется осветление ]} охлаждены до 38 ° C и имеется 15% избытка воздуха, то эффективность составит 94%. ^{[ необходима цитата ]}Таким образом, конденсационный экономайзер может утилизировать явную и скрытую теплоту парового конденсата, содержащегося в топочных газах, для процесса. Экономайзер изготовлен из сплава алюминия и нержавеющей стали. ^{[ необходима цитата ]} Газы проходят через цилиндр, а вода - через ребристые трубы. Он конденсирует около 11% воды, содержащейся в газах. ^{[ необходима цитата ]}

История [ править ]

Первый успешный дизайн экономайзера был использован для увеличения пара-повышения эффективности из котлов паровых стационарных двигателей . Он был запатентован Эдвардом Грином в 1845 году и с тех пор известен как экономайзер Грина . Он состоял из набора вертикальных чугунных труб, соединенных с резервуаром с водой сверху и снизу, между которыми проходили выхлопные газы котла. Это расположение, обратное тому, которое обычно, но не всегда наблюдается в топочных трубах котла; там горячие газы обычно проходят через трубы, погруженные в воду, тогда как в экономайзере вода проходит через трубы, окруженные горячими газами. Хотя оба являются теплообменными устройствами, в котлегорящие газы нагревают воду для производства пара для привода двигателя, будь то поршневой или турбинный, тогда как в экономайзере часть тепловой энергии, которая в противном случае была бы потеряна в атмосфере, вместо этого используется для нагрева воды и / или воздуха, который войдет в котел, тем самым сэкономив топливо. Самой успешной особенностью конструкции экономайзера Грина была его механическая скребковая машина, которая была необходима для защиты трубок от отложений сажи .

В конечном итоге экономайзеры были установлены практически на всех стационарных паровых двигателях в течение десятилетий после изобретения Грина. На некоторых сохранившихся стационарных площадках с паровыми машинами все еще есть свои экономайзеры Грина, хотя обычно они не используются. Одним из таких сохранившихся объектов является Трест насосных двигателей Claymills в Стаффордшире, Англия, который находится в процессе восстановления одного комплекта экономайзеров и соответствующего парового двигателя, который приводил их в движение. Другим таким примером является British Engineerium в Брайтон-энд-Хоув, где используется экономайзер, связанный с котлами для двигателя № 2, вместе с соответствующим небольшим стационарным двигателем. Третье место - Музей рабочей шерсти Coldharbour Mill., где экономайзер Грина находится в рабочем состоянии, укомплектованный приводными валами паровой машины Поллита и Вигзелла.

Электростанции [ править ]

Современные котлы, такие , как в угольных -fired электростанций , по - прежнему оснащены экономайзерами , которые являются потомками оригинального дизайна Грина. В этом контексте их часто называют нагревателями питательной воды, которые нагревают конденсат от турбин перед его перекачкой в ​​котлы.

Экономайзеры обычно используются в составе парогенератора-утилизатора (HRSG) на электростанции с комбинированным циклом . В HRSG вода проходит через экономайзер, затем через бойлер, а затем через перегреватель . Экономайзер также предотвращает затопление котла жидкой водой, которая слишком холодна для кипячения с учетом расхода и конструкции котла.

Общее применение экономайзеров в паровых электростанций для захвата отходящего тепла из котла дымовых газов ( топочных газов ) и передать его в котел питательной воды. В результате повышается температура питательной воды котла, снижается потребляемая энергия и, в свою очередь, снижается скорость горения, необходимая для номинальной мощности котла. Экономайзеры понижают температуру дымовой трубы, что может вызвать конденсацию кислых дымовых газов и серьезное повреждение оборудования, вызванное коррозией, если не будет уделено внимание их конструкции и выбору материала.

HVAC [ править ]

В системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха здания может использоваться экономайзер на стороне воздуха для экономии энергии в зданиях за счет использования холодного наружного воздуха в качестве средства охлаждения внутреннего пространства. Когда температура наружного воздуха ниже температуры рециркуляционного воздуха, кондиционирование наружным воздухом более энергоэффективно, чем кондиционирование рециркуляционным воздухом. Когда наружный воздух достаточно холодный и достаточно сухой (в зависимости от климата), количество энтальпии в воздухе является приемлемым, и его дополнительное кондиционирование не требуется; Эта часть схемы управления экономайзером воздушной стороны называется естественным охлаждением .

Экономайзеры на стороне воздуха могут снизить затраты на энергию для ОВК в холодном и умеренном климате, а также потенциально улучшить качество воздуха в помещении , но чаще всего не подходят для жаркого и влажного климата. При соответствующем управлении экономайзеры могут использоваться в климатических условиях, подверженных различным погодным условиям. Для получения информации о том, как экономайзеры и другие средства контроля могут повлиять на энергоэффективность и качество воздуха внутри зданий, см. Отчет Агентства по охране окружающей среды США «Исследование затрат на энергию и качество воздуха в помещении для систем вентиляции и средств контроля». [4]

Когда температуры наружного воздуха по сухому и влажному термометрам достаточно низки, в экономайзере с водяной стороной можно использовать водяное охлаждение с помощью мокрой градирни или сухого охладителя (также называемого жидкостным охладителем) для охлаждения зданий без использования чиллера . Они исторически известны как сетчатый цикл , но экономайзер на стороне воды не является истинным термодинамическим циклом. Кроме того, вместо того, чтобы пропускать воду из градирни через сетчатый фильтр, а затем в охлаждающие змеевики, что вызывает засорение, чаще всего между градирней и контурами охлажденной воды вставляют пластинчатый теплообменник.

Для обеспечения правильной работы экономайзеров со стороны воздуха и воды необходимы хорошие органы управления и клапаны или заслонки, а также техническое обслуживание.

Холодильное [ править ]

Кулер-экономайзер [ править ]

Распространенной формой экономайзера охлаждения является «экономайзер-охладитель открытого типа» или «система охлаждения наружным воздухом». В такой системе наружный воздух, который холоднее, чем воздух внутри охлаждаемого помещения, подается в это пространство, и такое же количество более теплого внутреннего воздуха выводится наружу. В результате охлаждение дополняет или заменяет работу холодильной системы на основе компрессора. Если воздух внутри охлаждаемого помещения только примерно на 5 ° F теплее, чем воздух, который его заменяет (то есть ∆T> 5 ° F), этот охлаждающий эффект достигается более эффективно, чем такое же количество охлаждения, получаемое от компрессора. основанная система. Если наружный воздух недостаточно холодный, чтобы преодолеть холодовую нагрузку помещения, компрессорная система также должна будет работать, иначе температура внутри помещения повысится.

Парокомпрессионное охлаждение [ править ]

Другое использование этого термина встречается в промышленном охлаждении, в частности в парокомпрессионном охлаждении . Обычно концепция экономайзера применяется, когда конкретная конструкция или особенность холодильного цикла позволяет уменьшить количество энергии, потребляемой из электросети; в размере компонентов (в основном номинальная мощность газового компрессора ), используемых для производства холода, или того и другого. Например, для морозильной камеры, которая поддерживается при температуре −20 ° F (−29 ° C), основные холодильные компоненты будут включать: испаритель.змеевик (плотное расположение труб, содержащих хладагент и тонкие металлические ребра, используемые для отвода тепла изнутри морозильной камеры), вентиляторы для обдува змеевика и вокруг корпуса, конденсаторный блок с воздушным охлаждением, расположенный на открытом воздухе, а также клапаны и трубопроводы. Блок конденсации будет включать компрессор, змеевик и вентиляторы для обмена теплом с окружающим воздухом.

Дисплей экономайзера использует тот факт, что холодильные системы имеют повышенную эффективность при повышении давления и температуры. Мощности на газокомпрессорных потребности сильно коррелирует как с отношением , а разница между разрядом и всасывающих давлениях (а также другие функции , такие как теплоемкость холодильного агента ви тип компрессора). Низкотемпературные системы, такие как морозильные камеры, перемещают меньше жидкости в тех же объемах. Это означает, что насос компрессора менее эффективен в низкотемпературных системах. Это явление печально известно, если учесть, что температура испарения для морозильной камеры при -20 ° F (-29 ° C) может составлять около -35 ° F (-37 ° C). Системы с экономайзерами предназначены для выполнения части холодильной работы при высоких давлениях, условиях, при которых газовые компрессоры обычно более эффективны. В зависимости от области применения эта технология позволяет либо меньшие мощности сжатия, чтобы обеспечить достаточное давление.и расход для системы, для которой обычно требуются компрессоры большего размера; увеличивает производительность системы, которая без экономайзера будет производить меньше холода, или позволяет системе производить такое же количество холода, используя меньшую мощность.

Концепция экономайзера связана с переохлаждением, поскольку температура в трубопроводе конденсированной жидкости обычно выше, чем на испарителе , что делает его хорошим местом для применения концепции повышения эффективности. ^[2] ссылаясь на душевом в примере морозильного, нормальная температура в линии жидкости в этой системе составляет около 60 ° F (16 ° C) , или даже выше (она изменяется в зависимости от температуры конденсации). Это условие гораздо менее опасно для охлаждения, чем испаритель при -35 ° F (-37 ° C).

Установки экономайзера в холодильном оборудовании [ править ]

Несколько дисплеев позволяют холодильному циклу работать как экономайзеры, и эта идея выгодна. Конструкция такого рода систем требует определенных знаний в данной области, а изготовление некоторых механизмов требует особой утонченности и долговечности. Падение давления, управление электрическим клапаном и сопротивление масла - все это требует особой осторожности.

Две ступенчатые системы и ускорители [ править ]

Система называется двухступенчатой, если два отдельных газовых компрессора на последовательном дисплее работают вместе для создания сжатия. Обычная установка повышения давления представляет собой двухступенчатую систему, в которую поступает жидкость, охлаждающая нагнетание первого компрессора, прежде чем она попадет на вход второго компрессора. Жидкость, которая поступает в промежуточную ступень обоих компрессоров, поступает из жидкостной линии и обычно регулируется расширительными клапанами, клапанами давления и соленоидными клапанами.

Стандартный двухступенчатый цикл такого типа будет иметь расширительный клапан, который расширяет и регулирует количество хладагента, поступающего на промежуточных ступенях. По мере того, как жидкость, поступающая в промежуточную ступень, расширяется, она будет иметь тенденцию к испарению , вызывая общее падение температуры и охлаждение всасывания второго компрессора при смешении с жидкостью, выпускаемой первым компрессором. Такой тип установки может иметь теплообменник между расширительным блоком и промежуточной ступенью, ситуация, в которой второй испаритель может также служить для производства холода, хотя и не такого холодного, как основной испаритель (например, для кондиционирования воздуха).или для хранения свежих продуктов). Два поставлена система называется быть настроена на дисплее усилителя с переохлаждением , если хладагент , прибывающих в межстадиала проходит через переохлаждение теплообменник , который subcools главной линии жидкости , поступающей в основной испаритель той же системы. ^[3]

Газовые компрессоры экономайзера [ править ]

Необходимость использовать два компрессора при рассмотрении установки бустера приводит к увеличению стоимости холодильной системы. Помимо цены на редуктор, двухступенчатые системы требуют особого внимания к синхронизации, контролю давления и смазке. Для снижения этих затрат было разработано специальное снаряжение.

Винтовые компрессоры экономайзера производятся несколькими производителями, такими как Refcomp, Mycom, Bitzer и York. Эти машины объединяют оба компрессора двухступенчатой ​​системы в один винтовой компрессор и имеют два входа: главный всасывающий и межступенчатый боковой вход для газа более высокого давления. ^[ Требуется ^{цитата ]} Это означает, что нет необходимости устанавливать два компрессора, и при этом можно использовать концепцию бустера.

Для этих компрессоров существует два типа экономайзера: мгновенное охлаждение и переохлаждение . Последний работает по тому же принципу, что и два ступенчатых бустерных дисплея с переохлаждением . Вспышки экономайзер отличается тем , что она не использует теплообменник для получения переохлаждения . Вместо этого он имеет испарительную камеру или резервуар, в котором образуется мгновенный газ для понижения температуры жидкости перед расширением. Флэш - газ , который образуется в этом резервуаре покидает жидкую линию и переходит к входу в экономайзере от винтового компрессора . ^[4]

Оптимизаторы цикла переохлаждения и охлаждения [ править ]

Все предыдущие системы производят эффект экономайзера за счет использования компрессоров, счетчиков, клапанов и теплообменников в холодильном цикле. В зависимости от системы, в некоторых холодильных циклах может быть удобно производить экономайзер с использованием независимого холодильного механизма. Такой случай переохлаждения в жидкостную линии с помощью любых других средств , которые привлекают на тепло из основной системы. Например, теплообменник, который предварительно нагревает холодную воду, необходимую для другого процесса или использования человеком, может отводить тепло из жидкостной линии , эффективно переохлаждая линию и увеличивая производительность системы. ^[5]

В последнее время были разработаны машины, специально предназначенные для этой цели. В Чили производитель EcoPac Systems разработал оптимизатор цикла, способный стабилизировать температуру жидкостной линии и позволяющий либо увеличить холодопроизводительность системы, либо снизить потребление энергии . ^[6] Такие системы имеют то преимущество, что они не мешают исходной конструкции холодильной системы, являясь интересной альтернативой для расширения одноступенчатых систем, которые не имеют компрессора экономайзера . ^[7]

Внутренние теплообменники [ править ]

Переохлаждение также может быть произведено путем перегрева газа, выходящего из испарителя и направляющегося в газовый компрессор . ^[8] Эти системы отбирают тепло из жидкостной линии, но нагревают всасываемые газовые компрессоры. Это очень распространенное решение, гарантирующее, что газ достигнет компрессора, а жидкость - клапана . Это также позволяет максимально использовать теплообменник, поскольку сводит к минимуму часть теплообменников, используемых для изменения температуры жидкости, и максимизирует объем, в котором хладагент меняет свою фазу (явление, включающее гораздо больший тепловой поток, основной принцип сжатия пара. охлаждение).

Внутренний теплообменник - это просто тип теплообменника, в котором холодный газ, покидающий змеевик испарителя, используется для охлаждения жидкости под высоким давлением, которая направляется в начало змеевика испарителя через расширительное устройство. Газ используется для охлаждения камеры, которая обычно имеет ряд труб для проходящей через нее жидкости. Затем перегретый газ поступает в компрессор. переохлаждениетермин относится к охлаждению жидкости ниже ее точки кипения. 10 ° F (5,6 ° C) переохлаждения означает, что температура на 10 ° F холоднее, чем кипение при заданном давлении. Поскольку оно представляет собой разницу температур, значение переохлаждения не изменится, если оно измерено по абсолютной или относительной шкале (10 ° F переохлаждения равняется 10 ° R (5,6 K) переохлаждения).

См. Также [ править ]

• Противоточный обмен
• Регенеративный теплообменник
• Подогреватель питательной воды
• Тепловая эффективность

Ссылки [ править ]

• Холмы, Ричард Л. (1989). Питание от Steam . Издательство Кембриджского университета . ISBN 0-521-45834-X.