Regeneratieve warmtewisselaars: typen, werkingsprincipe, toepassingsgebied

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Het principe van warmte-uitwisseling met behulp van verwarmde circulerende media wordt als optimaal beschouwd om de werking van verwarmingssystemen te behouden. Een goed georganiseerd systeem van thermische energieoverdrachtskanalen vereist minimale onderhoudskosten, maar levert tegelijkertijd voldoende prestaties. Een geoptimaliseerde ontwerpoptie voor een dergelijk systeem is een regeneratieve warmtewisselaar die zorgt voor afwisselende verwarmings- en koelingsprocessen.

Wat is een warmtewisselaar?

De ontwerpen van moderne warmtewisselaars bieden processen voor het overbrengen van thermische energie met minimale verliezen tussen bedrijfsmedia. De uitwisseling vindt meestal plaats tussen een hete vloeistof en koude metalen oppervlakken, waarvan de wanden op hun beurtdraai, breng warmte over naar een ander circulerend medium. Constante beweging zorgt voor het effect van een stabiele massaoverdracht, die zowel in industriële ondernemingen als in de huishoudelijke dienst van particuliere huizen wordt gebruikt. Naast energie-uitwisseling tussen koude en warme media, kunnen warmtewisselaars de processen van verdampen, drogen, smelten en condenseren van koeling voorzien. In plaats van warmte als het belangrijkste werkmedium, kunnen ook koude stromen worden gebruikt, wat vooral gebruikelijk is in productieprocessen waar periodieke koeling van apparatuur vereist is. Het is echter waarschijnlijker dat verwarmingstaken worden geassocieerd met ontwerpen van warmtewisselaars. Zo kan apparatuur voor hoge temperaturen van dit type het thermische regime verhogen tot 400-700 °C.

Kenmerken van de regeneratieve warmtewisselaar

Ontwerpen van warmtewisselaars op het basisniveau zijn onderverdeeld in oppervlak en mengen. In dit geval hebben we het over een vertegenwoordiger van een groep oppervlakteapparaten, die worden gekenmerkt door het feit dat twee actieve media (verwarmde en koude stromen) en een metalen wand betrokken zijn bij het werkproces, dat energie overdraagt tussen de circulerende massa's. In een regeneratieve warmtewisselaar wordt de metalen scheidingsplaat met regelmatige tussenpozen gespoeld, maar niet continu. Ter vergelijking kunnen we een voorbeeld geven van een andere oppervlaktewarmtewisselaar - recuperatief. In dergelijke apparaten omvat het werkproces het constant wassen van een vergelijkbare muur met koud of verwarmdstromen.

Het werkingsprincipe van het apparaat

De hoofdfunctie van de warmtewisselaar wordt uitgevoerd op het moment van contact van het actieve werkmedium met een metalen plaat die de stromen scheidt. Dat wil zeggen, het belangrijkste werkingsprincipe is de accumulatie van energie uit een vloeistof die momenteel een andere temperatuur heeft dan de wand van de warmtewisselaar. Globaal gesproken, in de eerste bedrijfscyclus, brengen hete stromen warmte over in het metalen element en houden ze daardoor vast, en in de tweede en laatste cyclus neemt de toch al koude omgeving deze warmte waar. Het accumulatieve werkingsprincipe van de warmtewisselaar met een duidelijke scheiding in media op basis van temperatuur heeft belangrijke voordelen. Ten eerste verbetert de afwezigheid van de noodzaak voor het mengen van werkmedia de kwaliteit van de samenstelling van de stromen. Dit is een belangrijke factor in de technische en operationele inhoud van communicatie. Ten tweede wordt ook het rendement van de warmteoverdracht als zodanig vergroot. Anderzijds zijn deze voordelen onlosmakelijk verbonden met de nadelen van het ontwerp. De fundamentele scheiding van stromen vergroot de afmetingen van de apparatuur, waardoor soms de uitbreiding van pijpleidingsegmenten in oude communicatieverwarmingsnetwerken wordt gedwongen. Daarnaast is voor het waarborgen van de circulatiefunctie een verhoging van het energiepotentieel nodig, hetgeen tot uiting komt in de noodzaak om pompstations met een hoge capaciteit aan te sluiten.

Gebruikte koelvloeistof

Regeneratieve warmtewisselaarmodellen zijn veelzijdig in termen van bruikbaarheid voor verschillendewerkomgevingen. Net als bij andere warmtewisselaars is het meest voorkomende actieve medium een vloeistof - water of antivries. De koelmiddelen die worden gebruikt bij technologische bewerkingen in de productie zijn diverser. Voor verwarming en koeling worden waterdamp, gasmengsels, rook en verbrandingsproducten gebruikt. Dit betekent echter helemaal niet dat dezelfde regeneratieve warmtewisselaar de werking met verschillende warmtedragers kan ondersteunen. In principe laat het ontwerp een dergelijke theoretische mogelijkheid toe, maar elk exemplaar moet in eerste instantie worden ontworpen voor gebruik in contact met een bepaalde agressieve omgeving, aangezien zowel hoge temperaturen als de vloeistof als zodanig de metalen structuur negatief beïnvloeden.

Soorten regeneratieve warmtewisselaars

Er zijn twee soorten van dergelijke eenheden. Dit zijn apparaten met continue en periodieke actie. Continue warmtewisselaars zijn units met korrelig circulerend vulmiddel. Het regelsysteem voor het proces van het verplaatsen van het werkmedium zorgt voor een volledige stop van de beweging, waarbij het koelmiddel contact houdt met het gewassen oppervlak. Trouwens, de functie van een natuurlijke automatische regelaar kan worden uitgevoerd door speciale thermische opslagnozzles. Bij het ontwerp van een regeneratieve warmtewisselaar met vaste sproeiers zijn de mogelijkheden voor het regelen van stromen beperkt en volledig afhankelijk van de instellingen die door de operator zijn ingesteld. Wat betreft modellen met periodieke actie, ze:hebben een ingewikkelde distributiestructuur van kamers met warmtedragers. Een dergelijk apparaat verhoogt de efficiëntie van het apparaat, maar vereist ook een meer verantwoorde voedingsfunctie van de circulatiepomp.

Smeltbare warmtewisselaars

Een van de meest geavanceerde versies van de warmtewisselaarregenerator op dit moment, waarvan de pakking wordt gevormd door bloedplaatjes met een gemiddelde dikte van 20 mm. In dit systeem is er een smeltende kern - een apparaat met vloeibaar metaal erin, dat thermische energie afgeeft tijdens perioden van smelten of kristallisatie. Latente warmte in regeneratieve warmtewisselaars met een beweegbaar mondstuk verhoogt de warmtecapaciteit van het circuit vertienvoudigd in vergelijking met conventionele units die gunstige omstandigheden creëren voor warmteaccumulatieprocessen. De prestaties van dit type warmtewisselaar op hoge temperatuur worden bepaald door het specifieke oppervlak van de verpakking en de thermische opslagcapaciteit.

Omvang van de uitrusting

Warmtewisselaars worden veel gebruikt in verschillende systemen van verwarmingsapparatuur met ketelinstallaties, boilers, opslagtanks, ketels, enz. Dit geldt voornamelijk voor het particuliere segment, maar de hoogste technische en operationele indicatoren van dit apparaat zijn bekend in de industriële sector. De beoogde toepassingen voor een regeneratieve batchwarmtewisselaar worden bijvoorbeeld gevormd door staal- en glasfabrieken, waar moet worden gewerkt metzeer hoge temperaturen. Zo worden aangesloten luchtverwarmers in dergelijke bedrijfsomstandigheden berekend voor modi tot 1300 °C. En nogmaals, we kunnen niet alleen praten over vloeibare media, maar ook over gasmengsels, wat de veiligheidseisen voor de werking van dergelijke eenheden verhoogt.

Conclusie

De regeneratieve modificatie van de warmtewisselaar is ontwikkeld om een aantal thermische processen te optimaliseren. Als gevolg hiervan is het tegenwoordig in dezelfde industriële faciliteiten mogelijk om technologische processen uit te voeren met een minimaal brandstofverbruik, terwijl een hoge verbrandingstemperatuur wordt gehandhaafd. Maar dit betekent helemaal niet dat het werkingsprincipe van een warmtewisselaar met een accumulatieve functie volledig vrij is van nadelen. De zwakke punten van deze apparatuur zijn de beperkte mogelijkheden om het warmte-engineeringproces te automatiseren, de grote omvang en het gewicht van het apparaat, evenals de moeilijkheid om de structuur aan te sluiten op de belangrijkste productiecommunicatie. Een ander ding is dat het ontwerp van de regenerator voortdurend wordt verbeterd, zoals blijkt uit de opkomst van meer geavanceerde modellen van warmtewisselaars met een smeltbare kern.