Войти
Экономайзеры (США и оксфордское написание ) или экономайзеры (Великобритания), являются механическими устройствами, предназначенными для уменьшения потребления энергии или для выполнения полезной функции, такой как предварительный нагрев текучей среды. Термин «экономайзер» используется и для других целей. Использование бойлера, электростанции, отопления, охлаждения, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC ) рассматривается в этой статье. Проще говоря, экономайзер - это теплообменник.
Инновационный вклад Роберта Стирлинга в конструкцию двигателей горячего воздуха 1816 года было тем, что 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.
В котлах экономайзеры представляют собой теплообменные устройства, которые нагревают текучую среду, обычно воду, до, но не выше точки кипения эта жидкость. 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 улучшая эффективность котла. Это устройство, прикрепленное к котлу, которое экономит энергию за счет использования выхлопных газов из котла для предварительного нагрева холодной воды, используемой для его заполнения (питательная вода ).
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. В среднем за последние годы 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 охлаждены до 38 ° C и имеется 15% избыточного воздуха, то эффективность составит 94%. Таким образом, конденсационный экономайзер может утилизировать явное и скрытое тепло парового конденсата, содержащегося в топочных газах, для процесса. Экономайзер изготовлен из сплава алюминия и нержавеющей стали. Газы проходят через цилиндр, а вода - через оребренные трубы. Он конденсирует около 11% воды, содержащейся в газах.
Один из двух оригинальных «экономайзеров Грина» 1940-х годов внутри котельной на окраине Лонсестона Первый успешный Конструкция экономайзера применена для повышения пароподъемного КПД котлов стационарных паровых машин. Он был запатентован Эдвардом Грином в 1845 году и с тех пор известен как экономайзер Грина. Он состоял из набора вертикальных чугунных трубок, 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 котле горящие газы нагревают воду, чтобы произвести пар для привода двигателя, будь то поршневой или турбины, тогда как в экономайзере часть тепловой энергии, которая в противном случае была бы потеряна в атмосфере, вместо этого используется используется для нагрева воды и / или воздуха, которые поступают в котел, тем самым экономя топливо. Самой успешной особенностью конструкции экономайзера Грина было его механическое устройство для очистки, которое было необходимо для защиты трубок от отложений сажи.
Экономайзеры в конечном итоге 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 участков является Трест насосных двигателей Клеймиллс 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. Третий объект - Музей рабочей шерсти фабрики Колдхарбор, где находится в рабочем состоянии экономайзер Грина, укомплектованный приводными валами от паровой машины Поллита и Вигзелла.
Современные котлы, такие как котлы на угольных электростанциях, по-прежнему оснащены экономайзерами, которые являются потомками Оригинальный дизайн Грина. В этом контексте они часто упоминаются как нагреватели питательной воды и нагревают конденсат от турбин перед его перекачкой в котлы.
Экономайзеры обычно используются как часть парогенератора-утилизатора (HRSG) на электростанции с комбинированным циклом. В котле-утилизаторе вода проходит через экономайзер, затем через котел и затем через перегреватель. Экономайзер также предотвращает затопление котла жидкой водой, которая слишком холодна для кипячения с учетом расхода и конструкции котла.
Обычно экономайзеры на паровых электростанциях используются для улавливания отработанного тепла от дымовых газов котла (дымовых газов ) и его передачи к питательной воде котла. 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.
Система HVAC (отопления, вентиляции и кондиционирования) здания может использовать экономайзер на стороне воздуха для экономии энергии в зданиях за счет охлаждения снаружи воздух как средство охлаждения помещения. 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 ОВК в холодном и умеренном климате, а также потенциально улучшить качество воздуха в помещении, но чаще всего не подходят для жаркого и влажного климата. климат. 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 температура наружного воздуха по сухому и влажному термометрам достаточно низка, в экономайзере с водяной стороной можно использовать водяное охлаждение с помощью влажной градирни. или сухой охладитель (также называемый охладителем жидкости) для охлаждения зданий без использования охладителя . Исторически они 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.
Хорошие органы управления, клапаны или заслонки, а также техническое обслуживание необходимы для обеспечения правильной работы экономайзеров на стороне воздуха и воды.
Распространенной формой экономайзера охлаждения является «экономайзер с встроенным охладителем» 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 холодопроизводительность помещения, компрессорная система также должна будет работать, иначе температура внутри помещения повысится.
Другое использование этого термина встречается в промышленном холодильном оборудовании, в частности парокомпрессионное охлаждение. Обычно концепция экономайзера применяется, когда конкретная конструкция или особенность холодильного цикла позволяет уменьшить количество энергии, потребляемой из энергосистемы; в размере компонентов (в основном, номинальная мощность газового компрессора ), используемых для охлаждения, или того и другого. Например, для морозильной камеры, в которой поддерживается температура -20 ° F (-29 ° C), основные холодильные компоненты будут включать: змеевик испарителя (плотное расположение труб, содержащих хладагент, и тонких металлические ребра, используемые для отвода тепла изнутри морозильной камеры), вентиляторы, обдувающие змеевик и коробку, конденсатор с воздушным охлаждением, расположенный на открытом воздухе, и клапаны и трубопроводы. Конденсаторная установка будет включать компрессор, змеевик и вентиляторы для обмена теплом с окружающим воздухом.
Отображение экономайзера использует тот факт, что холодильные системы имеют повышенную эффективность при увеличении давления и температуры. мощность, необходимая для газового компрессора, сильно коррелирует как с соотношением, так и с разницей между давлением нагнетания и всасывания (а также с другими характеристиками, такими как тепло хладагента . мощность и 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 обеспечивать достаточное давление и поток для системы, которая обычно требует более мощных компрессоров; 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 место для применения понятия увеличения эффективности. Вспоминая пример с морозильной камерой, нормальная температура на жидкостной линии в этой системе составляет около 60 ° F (16 ° C) или даже выше (она варьируется в зависимости от конденсации. температура). Это условие гораздо менее опасно для охлаждения, чем испаритель при -35 ° F (-37 ° C).
Несколько дисплеев позволяют охлаждающему 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.
Для двухступенчатой системы может потребоваться удвоение обработчиков давления, установленных в цикле. На схеме показаны два различных тепловых расширительных клапана (TXV) и две отдельные стадии сжатия газа.Система считается состоящей из двух ступенчатая установка, если два отдельных газовых компрессора на последовательном дисплее работают вместе для создания сжатия. Обычная бустерная установка представляет собой двухступенчатую систему, в которую поступает жидкость, охлаждающая выход 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, давлениями и соленоидными клапанами.
A бустер с переохлаждением имеет теплообменник переохлаждения (SHX), который обеспечивает переохлаждение для линии конденсированной жидкости.Стандартный двухступенчатый цикл такого типа будет иметь расширительный клапан , который расширяет и регулирует количество хладагента, поступающего на промежуточную ступень. По мере того, как жидкость, поступающая в промежуточную ступень, расширяется, она будет стремиться испаряться, вызывая общее падение температуры и охлаждение всасывания второго компрессора при смешивании с жидкостью, выпускаемой первым компрессором. В такой установке может быть теплообменник между расширением и промежуточной ступенью, ситуация, в которой этот второй испаритель может также служить для производства холода, хотя и не такого холодного, как основной. испаритель (например, для производства кондиционирования воздуха или для хранения свежих продуктов). Говорят, что двухступенчатая система настроена на бустерный дисплей с переохлаждением, если хладагент, поступающий на промежуточный этап, проходит через теплообменник переохлаждения, который переохлаждает главный жидкостный трубопровод, поступающий в главный испаритель той же системы.
Некоторые производители винтовых компрессоров предлагают их с экономайзером. Эти системы могут использовать газ мгновенного испарения для входа в экономайзер. Необходимость использования двух компрессоров при рассмотрении установки дожимного компрессора имеет тенденцию увеличить стоимость 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.
A переохлажденный экономайзер снижает количество газовых компрессоров в системе. 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: основной всасывающий и межступенчатый боковой вход для газа с более высоким давлением. Это означает, что нет необходимости устанавливать два компрессора и при этом использовать концепцию бустера.
Для этих компрессоров существует два типа настроек экономайзера: флэш и переохлаждение. Последний работает по тому же принципу, что и два ступенчатых бустерных дисплея с переохлаждением. Экономайзер flash отличается тем, что в нем не используется теплообменник для создания переохлаждения. Вместо этого он имеет испарительную камеру или резервуар, в котором мгновенный газ производится для понижения температуры жидкости перед расширением. мгновенный газ, который производится в этом резервуаре, покидает линию жидкости и поступает на вход экономайзера винтового компрессора.
оптимизаторов цикла охлаждения, таких как EcoPac серии E, сохраните первоначальную конструкцию холодильного цикла без изменений. Все предыдущие системы производят эффект экономайзера за счет использования компрессоров, счетчиков, клапанов и теплообменников внутри холодильный цикл. В зависимости от системы, в некоторых холодильных циклах может быть удобно производить экономайзер с использованием независимого холодильного механизма. Так обстоит дело с переохлаждением жидкостной линии любым другим способом, который отводит 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 увеличение производительности системы.
В последнее время были разработаны машины, предназначенные исключительно для этой цели. В Чили производитель EcoPac Systems разработал оптимизатор цикла, способный стабилизировать температуру жидкостной линии и позволяющий либо увеличить холодопроизводительность системы, либо снизить потребляемую мощность. Такие системы имеют то преимущество, что они не мешают исходной конструкции холодильной системы, являющейся интересной альтернативой для расширения одноступенчатых систем, не имеющих экономайзера компрессора.
Переохлаждение также может быть произведено путем перегрева газа, выходящего из испарителя и направляющегося в газовый компрессор. Эти системы отбирают тепло из жидкостной линии, но нагревают всасывание газовых компрессоров. Это очень распространенное решение, гарантирующее, что газ достигнет компрессора, а жидкость достигнет клапана. Это также позволяет максимально использовать теплообменник , поскольку сводит к минимуму часть теплообменников, используемых для изменения температуры жидкости, и максимизирует объем, в котором хладагент изменяет свою фазу (явления, включающие гораздо больший тепловой поток, основной принцип парокомпрессионного охлаждения).
Внутренний теплообменник - это просто тип теплообменника, в котором холодный газ, выходящий из змеевика испарителя, используется для охлаждения жидкости высокого давления, 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. Термин переохлаждение 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).
| authormask =()