Prilagođeni rebrasti cijevni izmjenjivač topline za korištenje otpadne topline zračnog kompresora

U mnogim tvornicama zračni kompresor radi satima svaki dan, tiho radeći svoj posao u kutu pogona. Dobavlja komprimirani zrak za ventile, alate, linije za pakiranje i proizvodnu opremu, ali također odbacuje iznenađujuću količinu energije u obliku topline. Zbog toga se povratu topline kompresora počelo pridavati više pažnje. Atlas Copco primjećuje da se više od 90% električne energije koju koristi kompresor pretvara u kompresijsku toplinu, dok Kaeser navodi da zapravo 100% električne energije koja ide u industrijski zračni kompresor završi kao toplina negdje u sustavu, s vrlo velikim udjelom te topline koja se može povratiti u korisne svrhe.

Ovdje izmjenjivač topline s rebrastim cijevima postaje vrlo praktično rješenje. Ideja je jednostavna: umjesto da dopusti da toplina kompresora nestane u atmosferi, sustav tu toplinu prenosi na drugu struju zraka ili struju tekućine koja se zapravo može koristiti u postrojenju. Dizajn s rebrastom cijevi posebno dobro funkcionira kada je zrak jedan od medija, jer rebra povećavaju površinu za prijenos topline i pomažu učinkovitijem prijenosu topline između tekućine-strane cijevi i okolnog zraka. Reference Ministarstva energetike SAD-a o parnom i procesnom-grijanju posebno napominju da se izmjenjivači topline s rebrastim cijevima obično koriste za grijanje zraka u aplikacijama za sušenje i-grijanje prostora, što je upravo razlog zašto se tako prirodno uklapaju u projekte povrata topline kompresora.

U stvarnoj industrijskoj uporabi, toplina iz zračnog kompresora može se povratiti na dva uobičajena načina. Prvi je uhvatiti topli ispušni zrak iz kompresora-zračno hlađenog i usmjeriti ga na drugo područje kojem je potrebna toplina. Kaeser ovo opisuje kao jednostavnu metodu za grijanje prostora, koristeći kanale i kontrole za slanje zagrijanog zraka u radionice, skladišta ili obližnje prostorije. Druga metoda je vraćanje topline u vodenu ili procesnu{4}}petlju tekućine, zatim propuštanje vruće tekućine kroz izmjenjivač topline za drugu korisnu svrhu. Atlas Copco objašnjava da kompresorski-sustavi hlađeni vodom mogu povratiti toplinu u krugove tople vode, a Kaeser napominje da se zagrijavanje tekućine iz kompresora može koristiti za primjene kao što je nadopunska voda u kotlu, grijanje procesne-tekućine, procesi hrane i pića te servis tople vode.

Za mnoga postrojenja rebrasti cijevni izmjenjivač topline privlačan je jer tu povratnu energiju pretvara u nešto odmah korisno: zagrijani zrak. Na primjer, tvornica može povratiti toplinu iz hladnjaka ulja kompresora ili rashladne-vodene petlje, poslati tu vruću tekućinu kroz zavojnicu s rebrastim cijevima i koristiti ventilator za puhanje okolnog zraka preko rebara. Rezultat je topli zrak koji se može dovoditi u radionicu, sušionicu, -jedinicu za pripremu-svježeg zraka ili proizvodni prostor tijekom hladnijih mjeseci. Zbog toga se sustav manje osjeća kao dodatak-energetske učinkovitosti-a više kao dio opreme radnog postrojenja koji nadoknađuje druge potrebe za grijanjem svaki dan kada kompresor radi. Smjernice DOE-a o kompresorskim sustavima kažu da se otpadna toplina kompresora može učinkovito koristiti za grijanje prostora i procesne{9}}vode, često uz privlačan povrat jer se toplina ionako već proizvodi.

Ono što stil s rebrastom cijevi čini posebno prikladnim je priroda samog zraka. Zrak je relativno loš medij-za prijenos topline u usporedbi s vodom, tako da same cijevi često nisu dovoljne ako želite kompaktnu, učinkovitu zavojnicu. Dodavanjem rebara, izmjenjivač dobiva puno više kontaktne površine na strani zraka, što poboljšava performanse, a da jedinicu ne čini pretjerano velikom. Zbog toga se zavojnice s rebrastim cijevima tako široko koriste u grijačima zraka, grijačima kanala,-komponentama zraka i opremi za sušenje. U kompresorskom sustavu povrata topline, ovaj isti princip pomaže pretvoriti jeftinu-otpadnu toplinu u stabilnu i upotrebljivu struju toplog procesnog zraka.

Dobar dizajn povrata topline kompresora ne odnosi se samo na sam izmjenjivač topline. Cijeli sustav mora biti pravilno usklađen. Kaeser naglašava važnost toplinske usklađenosti između topline dostupne iz kompresora i topline koja je stvarno potrebna procesu. Ta točka je važnija nego što mnogi ljudi shvaćaju. Ako kompresor radi samo povremeno, ali je zahtjev za grijanjem neprekidan, obnovljena toplina sama po sebi možda neće biti dovoljna. Ako je dostupna temperatura vode preniska, zrak koji napušta zavojnicu s rebrastom cijevi možda neće biti dovoljno topao za primjenu. A ako je zavojnica odabrana samo nagađanjem, rezultat može biti veliki pad tlaka, slab protok zraka ili razočaravajuća temperatura na izlazu. Dobro-projektiran sustav mora uravnotežiti radne sate kompresora, dostupnu toplinu, temperaturu tekućine, protok zraka i ciljne{8}}uvjete isključenja zraka.

Još jedan razlog zašto ovi sustavi zaslužuju pozornost je razmjer uštede. Atlas Copco kaže da se do 94% topline kompresije može povratiti, a Kaeser kaže da se do 96% topline može koristiti pod pravim uvjetima. To nisu obećanja za svaku instalaciju, ali pokazuju zašto je povrat topline iz kompresora često jedan od praktičnijih energetskih projekata u tvornici. Umjesto sagorijevanja novog goriva ili dodavanja električnih grijača za svaki zadatak grijanja, postrojenje može ponovno koristiti toplinu koju je već jednom platilo kroz potrošnju energije kompresora.

Sa stajališta operatera-postrojenja, to je zaista najjači argument za izmjenjivač topline s rebrastim cijevima u ovoj vrsti sustava. Nije glamurozna oprema. Obično ne dolazi u središte pažnje. Ali pomaže pretvoriti kompresor iz čistog potrošača u djelomični izvor energije. Može smanjiti troškove grijanja, poboljšati ukupnu učinkovitost sustava i bolje iskoristiti opremu koja već radi svaki dan. U mnogim slučajevima, najpametnije grijanje u tvornici uopće nije novo grijanje. To je toplina koja je već bila tu, čekajući da se povrati i pravilno iskoristi.