Prilagođeni izmjenjivač topline s rebrastim cijevima za korištenje otpadne topline zračnog kompresora
U mnogim fabrikama, vazdušni kompresor radi satima svakog dana, tiho obavljajući svoj posao u uglu fabrike. On opskrbljuje komprimiranim zrakom ventile, alate, linije za pakovanje i proizvodnu opremu, ali također odbacuje iznenađujuću količinu energije u obliku topline. Zbog toga je rekuperaciji topline kompresora počela pridavati više pažnje. Atlas Copco napominje da se više od 90% električne energije koju koristi kompresor pretvara u toplinu kompresije, dok Kaeser navodi da u suštini 100% električne energije koja ide u industrijski zračni kompresor završava kao toplina negdje u sistemu, pri čemu se vrlo veliki udio te topline može povratiti u korisne svrhe.
Ovdje izmjenjivač topline s rebrastim cijevima postaje vrlo praktično rješenje. Ideja je jednostavna: umjesto da dopusti da toplina kompresora nestane u atmosferu, sistem tu toplinu prenosi na drugu struju zraka ili tekućinu koja se zapravo može koristiti u postrojenju. Dizajn rebraste cijevi posebno dobro funkcionira kada je zrak jedan od medija, jer rebra povećavaju površinu prijenosa topline i pomažu u efikasnijem kretanju topline između tečnosti sa strane cijevi-i okolnog zraka. Reference za parno i procesno{6}}grijanje američkog Ministarstva energetike posebno navode da se izmjenjivači topline s rebrastim cijevima obično koriste za grijanje zraka u aplikacijama za sušenje i{7}}grijanje prostora, zbog čega se tako prirodno uklapaju u projekte povrata topline kompresora.
U stvarnoj industrijskoj upotrebi, toplina iz zračnog kompresora može se povratiti na dva uobičajena načina. Prvi je da se uhvati topli izduvni zrak iz vazdušno{1}}hlađenog kompresora i usmjeri u drugo područje kojem je potrebna toplina. Kaeser ovo opisuje kao jednostavnu metodu za grijanje prostora, koristeći kanale i kontrole za slanje zagrijanog zraka u radionice, skladišta ili obližnje prostorije. Druga metoda je povrat topline u vodu ili petlju procesne{4}}tečnosti, a zatim propuštanje tog vrućeg fluida kroz izmjenjivač topline u drugu korisnu svrhu. Atlas Copco objašnjava da sistemi kompresora sa hlađenjem vodom{6}}mogu povratiti toplinu u krugove tople vode, a Kaeser napominje da se grijanje tekućine iz kompresora može koristiti za primjene kao što su kotlovska voda, grijanje procesnih{7}}tečnosti, procesi hrane i pića i servis tople vode.
Za mnoga postrojenja, izmjenjivač topline s rebrastim cijevima je privlačan jer pretvara tu obnovljenu energiju u nešto odmah korisno: zagrijani zrak. Na primjer, fabrika može povratiti toplinu iz hladnjaka ulja kompresora ili petlje za hlađenje{1}}vode, poslati tu vruću tekućinu kroz zavojnicu s rebrom cijevi i koristiti ventilator za upuhivanje ambijentalnog zraka preko rebara. Rezultat je topli zrak koji se može dovoditi u radionicu, prostoriju za sušenje, jedinicu za pripremu svježeg-vazduha-ili proizvodni prostor tokom hladnijih mjeseci. Zbog toga se sistem manje osjeća kao-dodatak za energetsku efikasnost-a više kao dio radne opreme postrojenja koja nadoknađuje ostale zahtjeve za grijanjem svaki dan kada kompresor radi. Smjernice DOE o sistemima kompresora kažu da se otpadna toplina kompresora može efikasno koristiti za grijanje prostora i procesnu{9}}zagrijavanje vode, često sa atraktivnim povratom jer se toplina ionako već proizvodi.
Ono što stil rebraste cijevi čini posebno pogodnim je priroda samog zraka. Vazduh je relativno slab medij za{1}}prenošenje toplote u poređenju sa vodom, tako da gole cijevi često nisu dovoljne ako želite kompaktan, efikasan kalem. Dodavanjem rebara, izmjenjivač dobiva mnogo više kontaktne površine na zračnoj strani, što poboljšava performanse bez prevelike veličine jedinice. Zbog toga se namotaji s rebrima cijevi tako široko koriste u grijačima zraka, kanalskim grijačima, jedinicama-dopunskog zraka i opremi za sušenje. U sistemu povrata topline kompresora, ovaj isti princip pomaže u pretvaranju jeftine-otpadne topline u stabilan i upotrebljiv tok toplog procesnog zraka.
Dobar dizajn rekuperacije topline kompresora ne odnosi se samo na sam izmjenjivač topline. Cijeli sistem mora biti pravilno usklađen. Kaeser naglašava važnost termičke usklađenosti između topline dostupne iz kompresora i topline koja je stvarno potrebna za proces. Ta tačka je važnija nego što mnogi ljudi shvataju. Ako kompresor radi samo povremeno, ali je zahtjev za grijanjem kontinuiran, povratna toplina možda neće biti dovoljna sama po sebi. Ako je dostupna temperatura vode preniska, zrak koji izlazi iz zavojnice s rebrom cijevi možda neće biti dovoljno topao za primjenu. A ako je zavojnica odabrana samo nagađanjem, rezultat može biti veliki pad tlaka, slab protok zraka ili razočaravajuća temperatura na izlazu. Dobro{7}}dizajniran sistem mora da uravnoteži radne sate kompresora, dostupnu toplotu, temperaturu fluida, protok vazduha i ciljane uslove{8}}isključenog vazduha.
Drugi razlog zašto ovi sistemi zaslužuju pažnju je obim ušteda. Atlas Copco kaže da se do 94% toplote kompresije može povratiti, a Kaeser kaže da se do 96% toplote može iskoristiti pod pravim uslovima. To nisu obećanja za svaku instalaciju, ali pokazuju zašto je povrat topline iz kompresora često jedan od praktičnijih energetskih projekata u tvornici. Umjesto sagorijevanja novog goriva ili dodavanja električnih grijača za svako grijanje, postrojenje može ponovo koristiti toplinu koju je već jednom platilo kroz potrošnju energije kompresora.
Sa stanovišta operatera{0}}objekata, to je zaista najjači argument za izmjenjivač topline s rebrastim cijevima u ovoj vrsti sistema. To nije glamurozna oprema. Obično ne dolazi u centar pažnje. Ali pomaže da se kompresor iz čistog potrošača energije pretvori u djelomični izvor energije. Može smanjiti troškove grijanja, poboljšati ukupnu efikasnost sistema i bolje iskoristiti opremu koja već radi svaki dan. U mnogim slučajevima, najpametnija toplota u fabrici uopšte nije nova toplota. To je toplina koja je već bila tu, čekajući da se povrati i iskoristi na pravi način.
