Регенеративни топлообменници: видове, принцип на действие, обхват

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Принципът на топлообмен при използване на нагрята циркулираща среда се счита за оптимален за поддържане на работата на отоплителните системи. Правилно организираната система от канали за пренос на топлинна енергия изисква минимални разходи за поддръжка, но в същото време осигурява достатъчна производителност. Оптимизиран вариант за проектиране за такава система е регенеративен топлообменник, който осигурява алтернативни процеси на отопление и охлаждане.

Какво е топлообменник?

Конструкциите на съвременните топлообменници осигуряват процеси за пренос на топлинна енергия с минимални загуби между работните среди. Обменът най-често се случва между гореща течност и студени метални повърхности, чиито стени от своя страназавъртете, прехвърлете топлината към друга циркулираща среда. Постоянното движение осигурява ефекта на стабилен масов трансфер, който се използва както в промишлени предприятия, така и в битовата услуга на частни къщи. В допълнение към обмена на енергия между студена и гореща среда, топлообменниците могат да осигурят процесите на изпаряване, сушене, топене и кондензация с охлаждане. Вместо топлина като основна работна среда могат да се използват и студени потоци, което е особено често срещано в производствените процеси, където се изисква периодично охлаждане на оборудването. Въпреки това, задачите за отопление е по-вероятно да бъдат свързани с дизайна на топлообменника. Например високотемпературно оборудване от този тип може да повиши топлинния режим до 400-700 °C.

Характеристики на регенеративния топлообменник

Конструкциите на топлообменниците на основно ниво са разделени на повърхностни и смесителни. В този случай говорим за представител на група повърхностни устройства, които се характеризират с това, че в работния процес участват две активни среди (топъл и студен поток) и метална стена, която пренася енергия между циркулиращите маси. В регенеративен топлообменник разделителната метална плоча се промива на редовни интервали, но не непрекъснато. За сравнение можем да дадем пример за друг повърхностен топлообменник - рекуперативен. В такива устройства работният процес включва постоянно измиване на подобна стена със студено или нагряванопотоци.

Принципът на действие на устройството

Основната функция на топлообменника се изпълнява в момента на контакт на активната работна среда с метална пластина, която разделя потоците. Тоест, основният принцип на действие е натрупването на енергия от течност, която в момента има различна температура от стената на топлообменника. Грубо казано, в първия цикъл на работа горещите потоци предават и по този начин задържат топлина в металния елемент, а във втория и последен цикъл вече студената среда възприема тази топлина. Акумулативният принцип на работа на топлообменника с ясно разделяне в среда според температурата има значителни предимства. Първо, липсата на необходимост от смесване на работни среди подобрява качеството на състава на потоците. Това е важен фактор в техническото и оперативно съдържание на комуникациите. Второ, ефективността на топлопреминаването като такава също се увеличава. От друга страна, тези предимства са неразривно съседни на недостатъците на дизайна. Основното разделяне на потоците увеличава размерите на оборудването, като понякога принуждава разширяването на тръбопроводните сегменти в стари комуникационни отоплителни мрежи. Освен това осигуряването на циркулационна функция изисква увеличаване на енергийния потенциал, което се изразява в необходимостта от свързване на помпени станции с голям капацитет.

Използвани охлаждащи течности

Моделите регенеративни топлообменници са гъвкави по отношение на обслужването за различниработни среди. Както при другите топлообменници, най-често срещаната активна среда е течност - вода или антифриз. Охлаждащите течности, използвани в технологичните операции в производството, са по-разнообразни. За отопление и охлаждане се използват водна пара, газови смеси, дим и димни продукти от горенето. Това обаче изобщо не означава, че един и същ регенеративен топлообменник може да поддържа работа с различни топлоносители. По принцип дизайнът допуска такава теоретична възможност, но всеки екземпляр трябва първоначално да бъде проектиран за работа в контакт с определена агресивна среда, тъй като както високите температури, така и течността като такава влияят негативно върху металната конструкция.

Видове регенеративни топлообменници

Има два вида такива единици. Това са устройства с непрекъснато и периодично действие. Непрекъснатите топлообменници са агрегати с гранулиран циркулиращ пълнител. Системата за управление на процеса на преместване на работната среда позволява пълно спиране на движението, при което охлаждащата течност ще поддържа контакт с измитата повърхност. Между другото, функцията на естествен автоматичен регулатор може да се изпълнява от специални дюзи за съхранение на топлина. При проектирането на регенеративен топлообменник с фиксирани дюзи, възможностите за управление на потоците са ограничени и напълно зависят от настройките, зададени от оператора. Що се отнася до моделите с периодично действие, теимат сложна разпределителна структура на камери с топлоносители. Такова устройство повишава ефективността на апарата, но също така изисква по-отговорна функция за захранване от циркулационната помпа.

Топлообменници с топяща сърцевина

Една от най-модерните версии на топлообменния регенератор в момента, чиято опаковка е оформена от тромбоцити със средна дебелина 20 мм. В тази система има топящо ядро - устройство с течен метал вътре, което отделя топлинна енергия по време на периоди на топене или кристализация. Латентната топлина в регенеративните топлообменници с подвижна дюза увеличава топлинния капацитет на веригата десетократно в сравнение с конвенционалните агрегати, които създават благоприятни условия за процеси на акумулиране на топлина. Производителността на този тип високотемпературен топлообменник ще се определя от специфичната повърхност на опаковката и неговия капацитет за съхранение на топлина.

Обхват на оборудването

Топлообменниците намират широко приложение в различни системи на отоплително оборудване с бойлерни инсталации, бойлери, резервоари за съхранение, бойлери и др. Това се отнася основно за частния сегмент, но най-високите технически и експлоатационни показатели на това устройство са разкрити в индустриалния сектор. Например, целевите приложения за регенеративен партиден топлообменник се формират от стоманени и стъклени заводи, където се изисква да се работи смного високи температури. Например свързаните въздушни нагреватели при такива работни условия се изчисляват за режими до 1300 °C. И отново можем да говорим не само за течни среди, но и за газови смеси, което повишава изискванията за безопасност при работата на такива агрегати.

Заключение

Регенеративната модификация на топлообменника е разработена за оптимизиране на редица термични процеси. В резултат на това в същите промишлени съоръжения днес е възможно да се извършват технологични процеси с минимален разход на гориво, като се поддържа висока температура на горене. Но това изобщо не означава, че принципът на работа на топлообменник с акумулаторна функция е напълно лишен от недостатъци. Слабите места на това оборудване включват ограничените възможности за автоматизиране на процеса на топлотехника, големия размер и тегло на апарата, както и трудността за свързване на конструкцията към основните производствени комуникации. Друго нещо е, че дизайнът на регенератора непрекъснато се подобрява, което се доказва от появата на по-модерни модели топлообменници с топящо ядро.