Schimbătoare de căldură regenerative: tipuri, principiu de funcționare, domeniu de aplicare

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Principiul schimbului de căldură folosind medii circulante încălzite este considerat optim pentru menținerea funcționării sistemelor de încălzire. Un sistem organizat corespunzător de canale de transfer de energie termică necesită costuri minime de întreținere, dar oferă în același timp performanțe suficiente. O opțiune de proiectare optimizată pentru un astfel de sistem este un schimbător de căldură regenerativ care oferă procese alternative de încălzire și răcire.

Ce este un schimbător de căldură?

Designele schimbătoarelor de căldură moderne asigură procese de transfer de energie termică cu pierderi minime între mediile de operare. Schimbul are loc cel mai adesea între un lichid fierbinte și suprafețe metalice reci, ai căror pereți, la rândul lor,întoarceți, transferați căldura într-un alt mediu de circulație. Mișcarea constantă oferă efectul unui transfer de masă stabil, care este utilizat atât în întreprinderile industriale, cât și în serviciul casnic al caselor private. Pe lângă schimbul de energie între mediile reci și cele calde, schimbătoarele de căldură pot asigura procesele de evaporare, uscare, topire și condensare cu răcire. În loc de căldură ca mediu de lucru principal, pot fi utilizați și fluxuri reci, ceea ce este obișnuit în special în procesele de producție în care este necesară răcirea periodică a echipamentelor. Cu toate acestea, sarcinile de încălzire sunt mai probabil asociate cu proiectele schimbătoarelor de căldură. De exemplu, echipamentele de în altă temperatură de acest tip pot crește regimul termic până la 400-700 °C.

Caracteristici ale schimbătorului de căldură regenerativ

Designele schimbătoarelor de căldură la nivelul de bază sunt împărțite în suprafață și amestecare. În acest caz, vorbim despre un reprezentant al unui grup de dispozitive de suprafață, care se caracterizează prin faptul că în procesul de lucru sunt implicate două medii active (fluxuri încălzite și reci) și un perete metalic, care transferă energie între mediile circulante. mase. Într-un schimbător de căldură regenerativ, placa metalică de separare este spălată la intervale regulate, dar nu continuu. Pentru comparație, putem da un exemplu de alt schimbător de căldură de suprafață - recuperator. În astfel de dispozitive, procesul de lucru implică spălarea constantă a unui perete similar cu rece sau încălzitfluxuri.

Principiul de funcționare al dispozitivului

Funcția principală a schimbătorului de căldură este îndeplinită în momentul contactului mediului activ de lucru cu o placă metalică care separă fluxurile. Adică, principiul cheie de funcționare este acumularea de energie dintr-un lichid care are în prezent o temperatură diferită de peretele schimbătorului de căldură. Aproximativ vorbind, în primul ciclu de funcționare, fluxurile fierbinți transmit și, prin urmare, rețin căldura în elementul metalic, iar în al doilea și ultimul ciclu, mediul deja rece percepe această căldură. Principiul cumulativ de funcționare a schimbătorului de căldură cu o separare clară în medii în funcție de temperatură are avantaje semnificative. În primul rând, absența necesității de amestecare a mediilor de lucru îmbunătățește calitatea compoziției fluxurilor. Acesta este un factor important în conținutul tehnic și operațional al comunicațiilor. În al doilea rând, eficiența transferului de căldură ca atare este de asemenea crescută. Pe de altă parte, aceste avantaje sunt inextricabil adiacente dezavantajelor designului. Separarea fundamentală a fluxurilor mărește dimensiunile echipamentelor, forțând uneori extinderea segmentelor de conducte în rețelele de încălzire de comunicații vechi. În plus, asigurarea funcției de circulație necesită o creștere a potențialului energetic, care se exprimă în necesitatea racordării stațiilor de pompare de mare capacitate.

Lichizi de răcire uzați

Modelele de schimbătoare de căldură regenerative sunt versatile în ceea ce privește funcționalitatea pentru diferitemedii de lucru. Ca și în cazul altor schimbătoare de căldură, cel mai comun mediu activ este un lichid - apa sau antigel. Lichifii de răcire utilizați în operațiunile tehnologice în producție sunt mai diversi. Vaporii de apă, amestecurile de gaze, fumul și produsele de ardere sunt utilizați pentru încălzire și răcire. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă deloc că același schimbător de căldură regenerativ poate suporta funcționarea cu diferiți purtători de căldură. În principiu, proiectarea permite o astfel de posibilitate teoretică, dar fiecare instanță trebuie proiectată inițial pentru funcționarea în contact cu un anumit mediu agresiv, deoarece atât temperaturile ridicate, cât și lichidul ca atare afectează negativ structura metalică.

Tipuri de schimbătoare de căldură regenerative

Există două tipuri de astfel de unități. Acestea sunt dispozitive cu acțiune continuă și periodică. Schimbătoarele de căldură continue sunt unități cu umplutură granulară cu circulație. Sistemul de control al procesului de mutare a mediului de lucru permite oprirea completă a mișcării, în care lichidul de răcire va menține contactul cu suprafața spălată. Apropo, funcția unui regulator automat natural poate fi îndeplinită de duze speciale de stocare termică. În proiectarea unui schimbător de căldură regenerativ cu duze fixe, posibilitățile de control al debitelor sunt limitate și depind complet de setările stabilite de operator. În ceea ce privește modelele cu acțiune periodică, acesteaau o structură complicată de distribuție a camerelor cu purtători de căldură. Un astfel de dispozitiv mărește eficiența aparatului, dar necesită și o funcție de alimentare mai responsabilă de la pompa de circulație.

Schimbătoare de căldură cu miez fuzibil

Una dintre cele mai avansate versiuni ale regeneratorului cu schimb de căldură în prezent, a cărei ambalare este formată din trombocite cu grosimea medie de 20 mm. În acest sistem, există un miez de topire - un dispozitiv cu metal lichid în interior, care eliberează energie termică în perioadele de topire sau cristalizare. Căldura latentă din schimbătoarele de căldură regenerative cu duză mobilă mărește capacitatea de căldură a circuitului de zece ori în comparație cu unitățile convenționale care creează condiții favorabile proceselor de acumulare a căldurii. Performanța acestui tip de schimbător de căldură la temperatură în altă va fi determinată de suprafața specifică a ambalajului și de capacitatea sa de stocare termică.

Domeniul echipamentului

Unitățile de schimb de căldură sunt utilizate pe scară largă în diverse sisteme de echipamente de încălzire cu instalații de cazane, încălzitoare de apă, rezervoare de stocare, cazane etc. Acest lucru se aplică în principal segmentului privat, dar cei mai înalți indicatori tehnici și operaționali ai acestui dispozitiv sunt dezvăluite în sectorul industrial. De exemplu, aplicațiile țintă pentru un schimbător de căldură cu regenerare discontinuă sunt formate din fabrici de oțel și sticlă, unde este necesar să se lucreze cutemperaturi foarte ridicate. De exemplu, încălzitoarele de aer conectate în astfel de condiții de funcționare sunt calculate pentru moduri de până la 1300 °C. Și din nou, putem vorbi nu numai despre medii lichide, ci și despre amestecuri de gaze, ceea ce crește cerințele de siguranță pentru funcționarea unor astfel de unități.

Concluzie

Modificarea regenerativă a schimbătorului de căldură a fost dezvoltată pentru a optimiza o serie de procese termice. Drept urmare, la aceleași instalații industriale astăzi este posibil să se realizeze procese tehnologice cu un consum minim de combustibil, menținând în același timp o temperatură ridicată de ardere. Dar acest lucru nu înseamnă deloc că principiul de funcționare a unui schimbător de căldură cu funcție acumulativă este complet lipsit de dezavantaje. Punctele slabe ale acestui echipament includ posibilitățile limitate de automatizare a procesului de inginerie termică, dimensiunea și greutatea mare a aparatului, precum și dificultatea de conectare a structurii la principalele comunicații de producție. Un alt lucru este că designul regeneratorului este în mod constant îmbunătățit, fapt dovedit de apariția unor modele mai avansate de schimbătoare de căldură cu miez fuzibil.