مبدل حرارتی لوله پره دار سفارشی برای استفاده از گرمای اتلاف کمپرسور هوا

در بسیاری از کارخانه ها، کمپرسور هوا هر روز ساعت ها کار می کند و بی سر و صدا کار خود را در گوشه کارخانه انجام می دهد. هوای فشرده را برای دریچه‌ها، ابزارها، خطوط بسته‌بندی و تجهیزات تولید تامین می‌کند، اما مقدار شگفت‌انگیز انرژی را به شکل گرما دور می‌کند. به همین دلیل است که بازیابی حرارت کمپرسور توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. اطلس کوپکو خاطرنشان می کند که بیش از 90 درصد انرژی الکتریکی مورد استفاده توسط یک کمپرسور به گرمای تراکمی تبدیل می شود، در حالی که Kaeser بیان می کند که اساساً 100 درصد انرژی الکتریکی که به یک کمپرسور هوای صنعتی می رود به عنوان گرما در جایی در سیستم ختم می شود و سهم بسیار زیادی از آن گرما قابل بازیافت برای اهداف مفید است.

اینجاست که مبدل حرارتی لوله پره دار به یک راه حل بسیار کاربردی تبدیل می شود. ایده ساده است: به جای اینکه اجازه دهیم گرمای کمپرسور در اتمسفر ناپدید شود، سیستم آن گرما را به جریان هوا یا جریان سیال دیگری که در واقع می تواند در کارخانه استفاده شود، منتقل می کند. طراحی لوله پره دار مخصوصاً زمانی که هوا یکی از رسانه ها باشد خوب عمل می کند، زیرا پره ها سطح انتقال حرارت را افزایش می دهند و به حرکت موثرتر گرما بین سیال کناری لوله و هوای اطراف کمک می کنند. منابع بخار و فرآیند گرمایش وزارت انرژی ایالات متحده{6}به طور خاص اشاره می‌کنند که مبدل‌های حرارتی لوله پره‌دار معمولاً برای گرم کردن هوا در خشک‌کردن و گرمایش فضا استفاده می‌شوند، دقیقاً به همین دلیل است که آنها به طور طبیعی در پروژه‌های بازیابی حرارت کمپرسور قرار می‌گیرند.

در مصارف صنعتی واقعی، گرمای یک کمپرسور هوا را می توان به دو روش معمول بازیابی کرد. اولین مورد این است که هوای گرم خروجی از یک کمپرسور{1}}خنک شده با هوا را گرفته و آن را به ناحیه دیگری که به گرما نیاز دارد هدایت کنید. Kaeser این روش را به عنوان روشی ساده برای گرمایش فضا توصیف می‌کند که از کانال‌ها و کنترل‌ها برای ارسال هوای گرم شده به کارگاه‌ها، انبارها یا اتاق‌های مجاور استفاده می‌کند. روش دوم بازیابی گرما در یک حلقه آب یا فرآیند{4}سیال، سپس عبور آن سیال داغ از یک مبدل حرارتی برای هدف مفید دیگری است. Atlas Copco توضیح می‌دهد که سیستم‌های کمپرسور خنک‌شده با آب می‌توانند گرما را به مدارهای آب گرم بازیابی کنند، و Kaeser خاطرنشان می‌کند که گرمایش سیال از کمپرسورها را می‌توان برای کاربردهایی مانند آب آرایشی دیگ بخار، فرآیند{7}}گرمایش مایعات، فرآیندهای غذا و نوشیدنی، و خدمات آب گرم استفاده کرد.

برای بسیاری از گیاهان، یک مبدل حرارتی لوله پره دار جذاب است زیرا انرژی بازیافتی را به چیزی فوری تبدیل می کند: هوای گرم. به عنوان مثال، یک کارخانه ممکن است گرما را از خنک کننده روغن کمپرسور یا حلقه آب خنک کننده-بازیابی کند، آن مایع داغ را از طریق یک سیم پیچ لوله پره دار بفرستد، و از یک فن برای دمیدن هوای محیط در سراسر پره ها استفاده کند. نتیجه هوای گرمی است که می تواند در ماه های سردتر به یک کارگاه، یک اتاق خشک کن، یک واحد-هوای تازه-یا یک منطقه تولید عرضه شود. این باعث می‌شود که سیستم کمتر شبیه به یک-افزودن کارآیی انرژی-روی آن باشد و بیشتر شبیه به یک قطعه از تجهیزات کارخانه در حال کار باشد که هر روز کمپرسور در حال کارکردن، سایر نیازهای گرمایشی را جبران می‌کند. دستورالعمل DOE در مورد سیستم‌های کمپرسور می‌گوید که گرمای اتلاف کمپرسور می‌تواند به طور موثر برای گرم کردن فضا و فرآیند{9} گرمایش آب استفاده شود، اغلب با بازپرداخت جذاب زیرا گرما در حال حاضر تولید می‌شود.

آنچه که سبک لوله پره دار را به خصوص مناسب می کند ماهیت خود هوا است. هوا در مقایسه با آب، وسیله انتقال حرارت نسبتاً ضعیفی است، بنابراین اگر یک سیم پیچ فشرده و مؤثر می‌خواهید، اغلب لوله‌های خالی به تنهایی کافی نیستند. با افزودن پره‌ها، مبدل سطح تماس بسیار بیشتری در سمت هوا به دست می‌آورد که بدون بزرگ‌کردن بیش از حد واحد، عملکرد را بهبود می‌بخشد. به همین دلیل است که سیم‌پیچ‌های لوله پره‌دار به‌طور گسترده در بخاری‌های هوا، بخاری‌های کانالی، واحدهای هوای ترکیبی و تجهیزات خشک‌کن استفاده می‌شوند. در یک سیستم بازیابی حرارت کمپرسور، همین اصل کمک می‌کند-گرمای هدر رفته کم هزینه را به جریانی پایدار و قابل استفاده از هوای فرآیند گرم تبدیل کند.

طراحی خوب بازیابی حرارت کمپرسور فقط مربوط به خود مبدل حرارتی نیست. کل سیستم باید به درستی تطبیق داده شود. Kaeser بر اهمیت تطابق حرارتی بین گرمای موجود از کمپرسور و گرمای واقعی مورد نیاز فرآیند تأکید می‌کند. این نکته بیش از آن چیزی است که بسیاری از مردم متوجه می شوند. اگر کمپرسور فقط به طور متناوب کار کند، اما تقاضای گرمایش مداوم باشد، گرمای بازیافتی ممکن است به تنهایی کافی نباشد. اگر دمای آب موجود خیلی پایین باشد، هوای خروجی از سیم پیچ لوله پره دار ممکن است برای استفاده به اندازه کافی گرم نباشد. و اگر سیم پیچ فقط با حدس و گمان انتخاب شود، نتیجه ممکن است افت فشار زیاد، جریان هوا ضعیف یا دمای خروجی ناامیدکننده باشد. یک سیستم خوب طراحی شده باید ساعات کار کمپرسور، گرمای موجود، دمای سیال، جریان هوا و هوای هدف را در شرایط خاموش تنظیم کند.

دلیل دیگری که این سیستم ها مستحق توجه هستند، مقیاس پس انداز است. اطلس کوپکو می گوید که تا 94 درصد گرمای تراکمی را می توان بازیابی کرد و کایزر می گوید تا 96 درصد از گرما را می توان در شرایط مناسب استفاده کرد. اینها وعده‌هایی برای هر نصب نیستند، اما نشان می‌دهند که چرا بازیابی گرما از کمپرسورها اغلب یکی از پروژه‌های انرژی کاربردی‌تر در یک کارخانه است. به جای سوزاندن سوخت جدید یا اضافه کردن بخاری های برقی برای هر وظیفه گرمایشی، نیروگاه می تواند از گرمایی که قبلاً پرداخت کرده است، یک بار از طریق مصرف برق کمپرسور دوباره استفاده کند.

از دیدگاه اپراتور-این واقعا قوی ترین استدلال برای مبدل حرارتی لوله پره دار در این نوع سیستم است. این تجهیزات پر زرق و برق نیست. معمولاً مورد توجه قرار نمی گیرد. اما کمک می کند تا یک کمپرسور از یک مصرف کننده برق خالص به یک منبع انرژی جزئی تبدیل شود. این می تواند هزینه گرمایش را کاهش دهد، کارایی کلی سیستم را بهبود بخشد و از تجهیزاتی که در حال حاضر هر روز در حال کار هستند استفاده بهتری کند. در بسیاری از موارد، هوشمندترین گرمای یک کارخانه اصلاً گرمای جدید نیست. این گرمایی است که قبلاً وجود داشت و منتظر بازیابی و استفاده مناسب بود.