Energia cieplna i wymiennik ciepła

Transkrypt

1 Leonardo da Vinci Project Równowaga w procesach pralniczych na wielką skalę Moduł 5 Użycie energii w pralnictwie Rozdział 4 Energia cieplna i wymiennik ciepła Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 1

2 Spis treści Podstawy odzysku ciepła w procesie prania 4 podstawowe zasady z zakresu termodynamiki Optymalizacja wymiany ciepła (rodzaj przepływów, różnice temperatur, masy przepływu itp.) Rodzaje wymienników ciepła Przykład: falista rura wymiennika w firmie Kannegiesser Podsumowanie zalet Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 2

3 Cel szkolenia Po zakończeniu szkolenia otrzymacie: podstawową wiedzę z zakresy wymiennikow ciepła w procesie prania. Podstawową wiedzę o 4 podstawowych zasadach prawa termodynamiki. Zrozumiecie wpływ rodzaju przepływu (i.e. przeciwbieżny/współbieżny, laminarny/turbulentny) na sprawność wymienników ciepła. Będziecie w stanie wybrać metodę optymalizacji wymienników ciepła na bazie zdobytych podstaw teoretycznych. Wiedzę na temat różnicy w projektach wymienników ciepła i ich możliwości do użycia scieków. Wiedzę o korzyściach wynikających ze stosowania wymienników ciepła w procesie prania. Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 3

4 Magazyn "Wirtschaftswoche" z sierpnia 26, 2004: Gaz naturalny Olej Węgiel Koszty energii wzrosły ponad 100% od 1990 roku! Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 4

5 Co oznacza hasło Odzysk Ciepła? Energia która w normalnych warunkach jest tracona w procesach a jest odtworzona w wymiennikach ciepła i zdolna do ponownego uzycia Podstawa kalkulacji: Qin= Qout Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 5

6 Jak działa odzysk ciepła w kąpieli piorącej? Bardzo proste! Przed spustem gorąca woda przechodzi przez wymiennik ciepła aby ją schłodzić co w efekcie powoduje podgrzanie czystej wody. Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 6

7 Ile energii można odzyskać? Teoretycznie > 50 % Generalnie, tylko 40 do 45 % kąpieli piorącej jest odzyskane, ponieważ temperatura prania wstępnego przekroczyłaby 40 C. Akceptowana temperatura prania wstępnego przekraczająca 40 C pozwala użyć wyższą wartośc recyklingu wody. Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 7

8 Jak kalkulujemy wymiennik ciepła? Różnicę temperatur po każdej stronie, mnozymy przez wielkość przepływu i wartość energetyczną = KWh wyjścia. T1in: T1out: T2in: T2out: ściek wejście ściek wyjście woda wejście woda wyjście Oszczednos ci = Q kwh Λ T = T in T out Q = Λ T c m Q = FW Q waste water Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 8

9 Podstawowe prawa termodynamiki Zerowe prawo termodynamiki Jeśli układ A jest w równowadze termiczne z układem B, a układ B jest w równowadze termicznej z układem C, to układ A pozostaje w równowadze termicznej z układem C. Pierwsze prawo termodynamiki Energii nie można stworzyć lub usunąć; energia może tylko zmienić formę. Drugie prawo termodynamiki Dwa ciała o różnych temperaturach wymieniają ciepło w taki sposób, że ciepło przepływa naturalnie z cieplejszego ciala do zimniejszego. Trzecie prawo termodynamiki Nie jesteśmy w stanie uzyskać temperatury zera absolutnego (1K). Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 9

10 Drugie prawo termodynamiki Ciepło może przesuwać się wyłącznie z wyższej do niższej temperatury: Przepływ współbieżny Source: Przepływ przeciwbieżny Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 10

11 Przepływ współbieżny i przeciwbieżny w wymiennikach ciepła Temperatura T1in T2in T1out T2out Temperatura T1out T2in T1in T2out (gdzie T1in = 100% a T2in = 0%) Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 11

12 Przepływ laminarny i turbulentny w wymiennikach ciepła Przepływ laminarny Przepływ turbulentny spowodowany zwiększoną prędkością Przepływ turbulentny Spowodowany uformowaniem powierzchni Charakter przepływu zależy od prędkości przepływu, długości przepływu oraz od lepkości płynu. ( liczba Reynoldsa") Przepływ laminarny prowadzi do słabej wymiany ciepła. Ale! W wymiennikach ciepła, prędkość przepływu i długość są ograniczone, wiąże się to ze stratami ciśnienia. Stąd, turbulencje są różnorodne w zależności od typu wymiennika ciepła Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 12

13 Optymalizacja odzysku ciepła T1in: ścieki wejście T2in: woda wejście T1out: ścieki wyjście T2out: woda wyjście T1: T1in - T1out T2: T2out - T2in Idealny odzysk ciepła: T2out = T1in Jest to tylko możliwe teoretycznie w przypadku przepływu przeciwbieżnego i bez strat do otoczenia i w nieskończonym czasie. W idealnej sytuacji, jeżeli cała energia została przejęta ze ścieków do czystej wody, wtedy T1out musi być równe T2in! Warunek konieczny dla optymalizacji wymiennika ciepła: T1 = T2 Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 13

14 Co to oznacza w praktyce? Q = T x c x m Q woda = Q ścieki (pierwsze prawo termodynamiki) T woda = T ścieki (jak wyżej) c woda = c ścieki (pojemność cieplna wody = kj/kgxk) Stąd: m woda = m ścieki Równoważne różnice temperaturowe dla obu płynów są osiągalne w przypadku przepływu jednakowych ilości w obu kierunkach. Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 14

15 Przykład Falista rura wymienika ciepła firmy Kannegiesser Pomiar w pralni: Wejście ścieków: 54.1 C Wyjście ścieków:36 C Wyjście wody: 38.5 C Wejście wody: 21.4 C Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 15

16 Podsumowanie podstaw Optymalizując wymiennik ciepła bądź pewny, że: kierunki przepływów są podłączone przeciwbieżnie w płynach występują turbulencje dostępna jest duża powierzchnia wymiany ciepła przepływ masy i temperatury w obu kierunkach jest taki sam wymiana ciepła nie jest ograniczona czasowo Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 16

17 Rodzaje wymiennków ciepła Muszlowo rurowy wymiennika ciepła Płatowy wymiennik ciepła Wymiennika ciepła Rura falista Panelowy wymiennika ciepła Wymiennik ciepła Rotujące Dyski Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 17

18 Muszlowo rurowy wymiennik ciepła Zimna woda przepływa przez przestrzeń zbiornika (przegroda). Ciepła woda płynie w rurkach wewnątrz zbiornika. Przetestowana metoda Dostateczna wydajność Dostateczny stosunek cena-jakość Odporna na działanie mechaniczne wody Nie nadaje się do użycia ze ściekiem Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 18

19 Płytowy wymiennik ciepła Złożony z profilowanych płytek z wyciętami otworami. Optymalny przepływ Dobry stosunek cena-jakość Dobra wydajność Możliwość rozbudowania Nie nadaje się do użycia ze ściekiem Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 19

20 Panelowy wymiennik ciepła Przepływ ciepła za pomocą paneli termicznych. Panel tworzą dwie blachy zgrzewane punktowo ze sobą. Elastyczna budowa Kompaktowość Bardzo wysoka wydajność Nie wymaga serwisu Zastosowanie w pralniach Autonomiczna jednostka chłodząca ścieki i podgrzewająca czystą wodę Ustawiona za pralnicą Nie podłączona do sterowania pralnicą Również: Niecka w maglu Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 20

21 Wymiennik ciepła Rotujace Dyski Woda przepływa przez rurę wewnętrzną i wypychana jest przez rotujące dyski. Soiled water counterflows the discs. Ogromna powierzchnia wymiany Samoczyszczący wirnik Wysoka wydajność Kompaktowa budowa Nadaje się do użycia ze ściekami Do zastosowania w pralni Oferowany przez dostawców środków Wolnostojące urządzenie schładza ścieki i podgrzewa świerzą wode Nie podłączony do sterowania pralnicy Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 21

22 Wymiennik ciepła rura falista System rury w rurze do zastosowania w pralnictwie. Woda brudna przepływa przez wewnętrzną rurę falistą. Woda czysta przepływa falistą rurą zewnętrzną w przeciwnym kierunku. Proste elementy Bez serwisu, odporna na zużycie Wysoka wydajność Jednolity materiał Odporna na działanie wody Nadaje się do użycia ze ściekami Ustawienie poziome i poziome Podłączony do sterowania pralnicy Falistość obydwuch rur ma dwa znaczenia: Zwiększenie powierzchni zwiększenie wydajności Powstawanie turbulencji wzrost wydajności, utrzymanie czystych rur Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 22

23 Zestaw wymienika ciepła firmy Kannegiesser Wymiennik ciepła rura falista Rura wewnętrzna do Ø 114 mm (4 ) Rura zewnętrzna Ø 154 mm (6 ) Wielkość przepływy 40 m³/h Ciśnienie operacyjne 6 do 40 bar Kompaktowa budowa Żadnych problemów z osadami i z różnicami ciśnień! Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 23

24 Zestaw wymienika ciepła firmy Kannegiesser Wymiennik ciepła rura falista Standardowy wymiennik Wymiennik z kontrola temperatury przepływu Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 24

25 W ymienniki standardowy Woda do płukania Prasa 60 Pompa zsynchronizowana z przepływem wody 18 C Woda Wymiennik Woda brudna Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 25

26 Zestaw wymiennika ciepła firmy Kannegiesser Wymiennik ciepła rura falista Spust scieków do oddzielnego zbiornika. 60 Pump syncronized with rinse flow 18 C Fresh water Heat exchanger Waste water to drain Rinse Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 26

27 Zestaw wymiennika ciepła firmy Kannegiesser Wymiennik ciepła rura falista Wchodząca kąpiel Woda wyjście Wychodząca kąpiel Woda wejście Wyższa wydajność dzięki przepływowi przeciwbieżnemu Time Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 27

28 W ymiennik kontrolowany Woda do płukania Prasa Pompa zsynchronizowana z przepływem wody Woda Wymiennik Woda brudna Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 28

29 Zestaw wymiennika ciepła firmy Kannegiesser Wymiennik ciepła z kontrolowaną temperaturą przepływu Wybór ustalonych temperatur płukania dla każdego programu prania. Bazując na temperaturze wyjścia wymiennika ciepła, program sterujący zaworem oblicza ilość czystej wody potrzebnej do osiągnięcia zadanej temperatury płukania. Woda brudna Pompa zsynchronizowana z przepływem wody Wymiennik Woda 39 Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 29

30 Zestaw wymiennika ciepła firmy Kannegiesser Przykład Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 30

31 Zestaw wymiennika ciepła firmy Kannegiesser FAVORIT 2700 Technologia niskiej konsumpcji Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 31

32 Zestaw wymiennika ciepła firmy Kannegiesser FAVORIT 2700 Technologia niskiej konsumpcji Wydajność 300 kg/h System odzysku wody wykorzystujący energię z wody brudnej Redukcja temperatury scieków oraz wartości ph zgodnie z niemiecką normą ATV-A 115 Redukcja zużycia wody do 80 % (4,0-8,0 ltr/kg) Redukcja zużycia pary do 60 % z zintegrowanycm wymiennikiem ciepła Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 32

33 Zestaw wymiennika ciepła firmy Kannegiesser Podsumowanie KORZYŚCI: Systemów odzysku ciepła Niższa temperatura ścieków, spełnienie ról publicznych Wyższa temperatura płukania wpływa na lepsze płukanie poprzez rozszerzenie włókien Wyższy stopień odwirowania, niższa wilgotność, krótszy czas suszenia Oszczędności poprzez zmniejszenie konsumpcji energii w procesie wykańczania Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 33

34 Zestaw wymienników firmy Kannegiesser Podsumowanie ZALETY: Kannegiesser Wymiennik Ciepła Rura Falista Proste elementy Bez serwisu, odporna na zużycie Wysoka wydajność Jednolity materiał Odporna na działanie wody Nadaje się do użycia ze ściekami Ustawienie poziome i poziome Podłączony do sterowania pralnicy Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 34

35 Zestaw wymienników firmy Kannegiesser Podsumowanie ZALETY: Kannegiesser Wymiennik Ciepła Rura Falista Osobne ustawienie temperatury płukania dla każdego programu prania Nie ma ryzyka wystąpienia zbyt wysokich temperatur przy wirowaniu (włókna mieszane) Sterowanie temperaturą zbiornika z pralnicy Module 5 Usage of energy in laundries Chapter 4 Heat exchangers 35