Kaasun lämmön talteenotto kaasumoottorien jälkeen kuuman veden tuottamiseksi
Kaasun lämmön talteenotto kaasumoottorien jälkeen kuuman veden tuottamiseksi
Kaasumoottorit (esim. Maakaasu, biokaasumoottorit) tuottavat suuren määrän jätelämmöä toiminnan aikana -, ja niiden osuus polttoaineen energian kokonaistulosta on yleensä 30–50%. Suurin osa tästä jätealueesta kuljetetaan pakokaasu (lämpötila yleensä 350 astetta –600 astetta) ja sylinterin takin jäähdytysvettä. Kuuman veden palauttaminen on kustannus - tehokas energia - Säästöliuos, ja sen ydin on sopivan kaasun lämmön talteenottolämmönvaihtimen sovittaminen moottorin käyttöominaisuuksiin.
Järjestelmä käyttää lämmönvaihtimen siirtämään korkean - lämpötilan pakokaasun järkevän lämmön kaasumoottorista alhaiseen - lämpötilaveteen, nostaen veden lämpötilaa vaaditulle "kuumavesi" -standardiin (yleensä 50 astetta - 90 astetta, kuten lämmitys, teollisuusprosessivettä tai kotitalousvettä). Prosessi seuraa kolmea avainvaihetta:
Vaihe 1: Pakokaasun ja veden virtauspolun suunnittelu
Pakokaasupuoli: korkea - Lämpötilan pakokaasu (350 astetta –600 astetta) kaasumoottorin pakoputkesta johdetaan lämmönvaihtimen pakokammioon (yleensä "kuoren puolella" tai "putken puolella", vaihtotyypistä riippuen). Se virtaa lämmönsiirtopinnan läpi (esim. Finoidut putket) ja vapauttaa lämpöä jäähdytetyn pakokaasun ollessa (lämpötila laski 120 asteeseen –200 asteeseen kastepisteen korroosion välttämiseksi) lopulta purkautui savupiipun läpi.
Vesipuoli: matala - Lämpötila Make - ylös vettä (esim. 15 astetta –30 astetta) pumpataan lämmönvaihtimen vesikammioon (pakokaasun vastakkainen virtauspolku). Se imee lämpöä pakokaasusta lämmönsiirtopinnan läpi, ja lämmitetty vesi (50 astetta –90 astetta) lähetetään kuuman veden varastosäiliöön tai suoraan loppukäyttäjälle (esim. Lämmitysjärjestelmät, teollisuustyöpajat).
Vaihe 2: Lämmönsiirtomekanismi
Lämmönsiirto tapahtuu lämmönvaihtimen putken seinämän (tai pinnan) läpi. Prosessissa on kolme vaihetta:
Konvektio pakokaasusta lämmönsiirtopintaan: korkea - Lämpötilan pakokaasu virtaa pinnan yli, siirtämällä lämpöä metalliseinään pakotetun konvektion kautta.
Lämmönsiirtopinnan johtaminen: Lämpö suoritetaan metalliputken/evän (esim. Hiiliterästä, ruostumattomasta teräksestä) läpi sisäpuolelle kosketuksessa veden kanssa.
Konvektio lämmönsiirtopinnasta veteen: matala - Lämpötilavesi virtaa putken sisällä, absorboi lämpöä seinästä pakotetun konvektion avulla ja nousee lämpötilan avulla.
Vaihe 3: Järjestelmän ylimääräinen ohjaus
Turvallisuuden ja tehokkuuden varmistamiseksi järjestelmä on varustettu avainohjaimilla:
Lämpötilan valvonta: Anturit seuraavat pakokaasun sisääntulon/poistolämpötilaa ja kuuman veden poistoaukkoa. Jos pakokaasun lämpötila on liian alhainen (kastepisteen korroosion riski) tai kuuman veden lämpötila on liian korkea (skaalariski), järjestelmä säätää veden virtausta tai ohittaa osan pakokaasusta.
Veden virtauksen ohjaus: muuttuja - taajuuspumppu säätää veden virtausta moottorin kuorman perusteella (pakokaasun lämpötila vaihtelee kuorman mukaan) kuuman veden poistolämpötilan vakauttamiseksi.
Painesuojaus: Veden puolelle asennetaan paineenalennusventtiili ja painemittari veden laajentumisen aiheuttaman ylipaineen estämiseksi.
Kastepisteen korroosion ehkäisy: Jos pakokaasu sisältää happamia komponentteja (esim. Biokaasumoottorit voivat tuottaa H₂s), lämmönvaihtimen poistoaukon pakokaasun lämpötilaa säädetään happaman kastepisteen yläpuolella (yleensä 120 astetta –150 astetta) happaman veden kondensoitumisen välttämiseksi metallin pinnalla.
Tyypilliset sovellusskenaariot
COGENRAPER (CHP) -järjestelmät:
Kaasumoottorit tuottavat sähköä tehtaille, yhteisöille tai datakeskuksille, kun taas pakokaasumämpö otetaan talteen kuuman veden tuottamiseksi:
Teollisuusprosessivesi (esim. Elintarvikkeiden jalostus, tekstiilivärit).
Asuin/kaupallinen lämmitys (jäähdyttimien tai lattialämmityksen kautta).
Biokaasutekniikka:
Biokaasuottorit polttavat biokaasua (karjan lannasta tai orgaanista jätettä) sähkön tuottamiseksi, ja pakokaasua käytetään:
Lämpöbiokaasun keittimet (ylläpitä 35 astetta –40 astetta mesofiiliseen käymiseen, parantaen biokaasun satoa).
Tarjoa kuumaa vettä maatilan puhdistukseen tai henkilökunnan asuntoloille.
Pienet hajautetut energiajärjestelmät:
Hotellille, sairaaloille tai kouluille: kaasumoottorin pakokaasu tuottaa kuumaa vettä päivittäiseen käyttöön (uima, puhdistus) ja apulämmitys, mikä vähentää kunnan lämmön tarjontaa.
