EE Metal
Wymienniki ciepła
Najlepsze dostępne techniki (BAT)
BAT polegają na utrzymaniu wydajności wymienników ciepła poprzez:
- okresowe monitorowanie wydajności;
- zapobieganie zanieczyszczeniu lub jego usuwanie.
Krótki opis techniczny
Bezpośredni odzysk ciepła odbywa się za pomocą wymienników ciepła. Wymiennik ciepła to urządzenie, w którym energia jest przekazywana z jednej cieczy lub gazu do innej poprzez stałą powierzchnię. Są one stosowane albo do podgrzewania, albo do schładzania procesów lub systemów. Przenoszenie ciepła odbywa się zarówno na zasadzie konwekcji, jak i przewodzenia.
Wymienniki ciepła są zaprojektowane do konkretnych zoptymalizowanych energetycznie zastosowań. Kolejne działania wymienników ciepła w różnych lub zmiennych warunkach pracy jest możliwe tylko w pewnych granicach. Spowoduje to zmiany w przekazywanej energii, współczynnik przenikania ciepła (U) i spadek ciśnienia czynnika.
Współczynnik przenikania ciepła, a tym samym przekazana moc, są pod wpływem przewodnictwa cieplnego, jak również stanu powierzchni i grubości materiału wymieniającego ciepło. Odpowiednia konstrukcja mechaniczna i wybór materiałów, mogą zwiększyć wydajność wymiennika ciepła.
Koszty i naprężenia mechaniczne również odgrywają ważną rolę w wyborze materiału i projekcie konstrukcyjnym.
Moc przeniesiona przez wymiennik ciepła jest silnie uzależniona od powierzchni wymiennika ciepła. Powierzchnia wymiennika ciepła może być zwiększona za pomocą żeber (np. wymienniki ciepła z rurami żebrowanymi, lamelowe wymienniki ciepła). Jest to szczególnie przydatne w osiągnięciu niskich współczynników przenikania ciepła (np. gazowe wymienniki ciepła).
Nagromadzenie brudu na powierzchni wymiennika ciepła zmniejszy przepływ ciepła. Poziom zanieczyszczenia może być zmniejszony poprzez zastosowanie odpowiednich materiałów (bardzo gładkich powierzchni), zorganizowane kształty (np. spiralne wymienniki ciepła) lub zmianę warunków pracy (np. wysokie prędkości płynu). Ponadto, wymienniki ciepła mogą być czyszczone lub wyposażone w systemy automatycznego czyszczenia (powierzchnia dynamiczna lub skrobakowa).
Wyższe natężenia przepływu, zwiększą współczynnik przenikania ciepła. Jednak zwiększone natężenia przepływów spowodują również większe spadki ciśnienia. Wysoki poziom przepływów turbulentnych poprawi wymianę ciepła, ale spowoduje zwiększony spadek ciśnienia. Turbulencja może zostać wygenerowana przy użyciu tłoczonych płyt wymiennika ciepła lub montaż przełącznika.
Przekazana moc zależy także od stanu fizycznego płynu (np. temperatura i ciśnienie). Jeśli powietrze jest używane jako nośnik podstawowy, to może być ono nawilżane przed wejściem do wymiennika ciepła, gdyż poprawia to przepływ ciepła.
Osiągnięte korzyści środowiskowe
Oszczędności energii są dokonywane przy użyciu wtórnych przepływów energii.
Skutki przenoszenia zanieczyszczeń pomiędzy komponentami środowiska
Nie przedstawiono danych.
Dane operacyjne
Monitorowanie stanu rur wymiennika ciepła może być przeprowadzane za pomocą kontroli prądów wirowych. Często jest to symulowane przez obliczeniową mechanikę płynów (computational fluid dynamics - CFD). Fotografia w podczerwieni może również być używana na zewnątrz wymienników ciepła, aby ujawnić znaczne wahania temperatury lub hot spoty.
Zanieczyszczenia mogą być poważnym problemem. Często do chłodzenia używa się wody z rzek, ujścia rzek lub morza, w związku z tym mogą przedostać się biologiczne zanieczyszczenia i tworzyć warstwy osadów. Innym problemem jest kamień, który jest warstwami chemicznych osadów, takich jak węglan wapnia lub węglan magnezu. Proces produkcyjny, który jest schładzany może również osadzić kamień, taki jak kamień krzemionki w rafinerii tlenku glinu.
- płytowe wymienniki ciepła powinny być okresowo czyszczone poprzez demontaż, czyszczenie i ponowny montaż
- rurowe wymienniki ciepła mogą być czyszczone poprzez trawienie, czyszczenie nabojem (bullet cleaning) lub hydrodrillling (dwie ostatnie techniki mogą być zastrzeżone)
- konkretne techniki są wybierane indywidualnie dla każdego przypadku.
Możliwość zastosowania
Systemy odzysku ciepła są powszechnie stosowane z dobrym skutkiem w wielu sektorach przemysłu i systemach.
Jest to stosowane dla coraz większej liczby przypadków i wiele z nich można znaleźć na zewnątrz instalacji. Odzysk ciepła nie jest stosowane, gdy nie ma popytu, który pasuje do krzywej produkcji.
Ekonomia
Czas zwrotu inwestycji może być krótki, już od sześciu miesięcy lub długi, do nawet 50 lat lub więcej. W austriackim przemyśle celulozowo-papierniczym, okres zwrotu nakładów na systemy złożone i różne, wynosił od jednego do około trzech lat.
Okresy kosztów - korzyści i zwroty (amortyzacja), mogą być obliczone.
W niektórych przypadkach, zwłaszcza tam, gdzie ciepło jest wykorzystywane na zewnątrz instalacji, może być możliwe wykorzystanie środków z działań dotacyjnych.
Korzyści z realizacji
- obniżenie kosztów energii, zmniejszenie emisji i często szybki zwrot z inwestycji
- poprawa działania procesu, np. zmniejszenie zanieczyszczenia powierzchni (w systemach skrobakowych), poprawa istniejących urządzeń / przepływów, ograniczenie spadków ciśnienia systemu (co zwiększa potencjalną maksymalną wydajność instalacji)
- oszczędności w opłatach ściekowych.
Przykład
Trawienie: Eurallumina, Portovecompany, Włochy.