Op maat gemaakte Finned Tube-warmtewisselaar voor het gebruik van afvalwarmte van de luchtcompressor

In veel fabrieken draait de luchtcompressor elke dag urenlang en doet stilletjes zijn werk in de hoek van de fabriek. Het levert perslucht voor kleppen, gereedschappen, verpakkingslijnen en productieapparatuur, maar gooit ook verrassend veel energie weg in de vorm van warmte. Daarom krijgt de warmteterugwinning van compressoren steeds meer aandacht. Atlas Copco merkt op dat meer dan 90% van de elektrische energie die door een compressor wordt gebruikt, wordt omgezet in compressiewarmte, terwijl Kaeser stelt dat vrijwel 100% van de elektrische energie die naar een industriële luchtcompressor gaat ergens in het systeem als warmte terechtkomt, waarbij een zeer groot deel van die warmte kan worden teruggewonnen voor nuttige doeleinden.

Dit is waar een lamellenbuiswarmtewisselaar een zeer praktische oplossing wordt. Het idee is simpel: in plaats van de warmte van de compressor in de atmosfeer te laten verdwijnen, draagt ​​het systeem die warmte over aan een andere luchtstroom of vloeistofstroom die daadwerkelijk in de fabriek kan worden gebruikt. Een ontwerp met een lamellenbuis werkt vooral goed als lucht een van de media is, omdat de vinnen het warmteoverdrachtsoppervlak vergroten en ervoor zorgen dat de warmte effectiever wordt verplaatst tussen de vloeistof aan de buis-zijde en de omringende lucht. In de stoom- en procesverwarmingsreferenties van het Amerikaanse ministerie van Energie wordt specifiek vermeld dat lamellenbuiswarmtewisselaars vaak worden gebruikt voor het verwarmen van lucht bij droog- en ruimteverwarmingstoepassingen-, en dat is precies de reden waarom ze zo natuurlijk passen in warmteterugwinningsprojecten met compressoren.

Bij echt industrieel gebruik kan de warmte van een luchtcompressor op twee gebruikelijke manieren worden teruggewonnen. De eerste is het opvangen van de warme uitlaatlucht van een lucht-gekoelde compressor en deze naar een ander gebied leiden dat warmte nodig heeft. Kaeser beschrijft dit als een eenvoudige methode voor ruimteverwarming, waarbij gebruik wordt gemaakt van kanalen en bedieningselementen om de verwarmde lucht naar werkplaatsen, magazijnen of nabijgelegen kamers te sturen. De tweede methode is het terugwinnen van warmte in een water- of procesvloeistofkring-, en het vervolgens door een warmtewisselaar leiden van die hete vloeistof voor een ander nuttig doel. Atlas Copco legt uit dat water-gekoelde compressorsystemen warmte kunnen terugwinnen in warmwatercircuits, en Kaeser merkt op dat vloeistofverwarming van compressoren kan worden gebruikt voor toepassingen zoals boilersuppletiewater, proces-vloeistofverwarming, voedsel- en drankprocessen en warmwaterservice.

Voor veel installaties is een lamellenbuiswarmtewisselaar aantrekkelijk omdat deze de teruggewonnen energie omzet in iets dat onmiddellijk nuttig is: verwarmde lucht. Een fabriek kan bijvoorbeeld warmte terugwinnen uit de oliekoeler of het koelwatercircuit van de compressor-, die hete vloeistof door een lamellenbuisspiraal sturen en een ventilator gebruiken om omgevingslucht over de vinnen te blazen. Het resultaat is warme lucht die tijdens de koudere maanden kan worden toegevoerd aan een werkplaats, een droogruimte, een frisse-luchtmake-up-unit of een productieruimte. Daardoor voelt het systeem minder aan als een extraatje op het gebied van energie-efficiëntie- en meer als een werkende fabrieksinstallatie die elke dag dat de compressor draait, andere verwarmingsbehoeften compenseert. DOE-richtlijnen voor compressorsystemen zeggen dat afvalwarmte van compressoren effectief kan worden gebruikt voor het verwarmen van ruimten en proceswater-, vaak met een aantrekkelijke terugverdientijd omdat de warmte toch al wordt geproduceerd.

Wat de vinnenbuisstijl bijzonder geschikt maakt, is de aard van de lucht zelf. Lucht is een relatief slecht warmteoverdrachtsmedium- vergeleken met water, dus kale buizen alleen zijn vaak niet genoeg als je een compacte, effectieve spoel wilt. Door het toevoegen van vinnen krijgt de wisselaar veel meer contactoppervlak aan de luchtzijde, wat de prestaties verbetert zonder de unit buitensporig groot te maken. Dat is de reden waarom lamellenbuisspiralen zo veel worden gebruikt in luchtverwarmers, kanaalverwarmers, make-make-upluchtunits en droogapparatuur. In een warmteterugwinningssysteem met compressoren helpt ditzelfde principe goedkope-afvalwarmte om te zetten in een stabiele en bruikbare stroom warme proceslucht.

Bij een goed ontwerp van de warmteterugwinning van een compressor gaat het niet alleen om de warmtewisselaar zelf. Het hele systeem moet goed op elkaar afgestemd zijn. Kaeser benadrukt het belang van een thermische match tussen de beschikbare warmte van de compressor en de warmte die het proces daadwerkelijk nodig heeft. Dat punt is belangrijker dan veel mensen zich realiseren. Als de compressor slechts af en toe draait, maar de warmtevraag continu is, is de teruggewonnen warmte op zichzelf mogelijk niet voldoende. Als de beschikbare watertemperatuur te laag is, is de lucht die de lamellenbuisspiraal verlaat mogelijk niet warm genoeg voor de toepassing. En als de spoel alleen op basis van giswerk wordt geselecteerd, kan het resultaat een grote drukval, een zwakke luchtstroom of een teleurstellende uitlaattemperatuur zijn. Een goed-systeem moet de bedrijfsuren van de compressor, de beschikbare warmte, de vloeistoftemperatuur, de luchtstroom en de beoogde lucht--omstandigheden in evenwicht houden.

Een andere reden waarom deze systemen aandacht verdienen, is de omvang van de besparingen. Atlas Copco zegt dat tot 94% van de compressiewarmte kan worden teruggewonnen, en Kaeser zegt dat tot 96% van de warmte onder de juiste omstandigheden kan worden gebruikt. Dat zijn geen beloftes voor elke installatie, maar ze laten zien waarom warmteterugwinning uit compressoren vaak een van de meer praktische energieprojecten in een fabriek is. In plaats van nieuwe brandstof te verbranden of elektrische verwarmingen toe te voegen voor elke verwarmingstaak, kan de centrale de warmte waarvoor ze al betaald heeft, hergebruiken via het stroomverbruik van de compressor.

Vanuit het oogpunt van de exploitant van een fabriek- is dat werkelijk het sterkste argument voor een lamellenbuiswarmtewisselaar in dit type systeem. Het is geen glamoureuze uitrusting. Meestal staat het niet in de schijnwerpers. Maar het helpt een compressor van een pure stroomverbruiker in een gedeeltelijke energiebron te veranderen. Het kan de verwarmingskosten verlagen, de algehele systeemefficiëntie verbeteren en beter gebruik maken van apparatuur die al dagelijks in gebruik is. In veel gevallen is de slimste warmte in een fabriek helemaal geen nieuwe warmte. Het is de warmte die er al was, wachtend om te worden teruggewonnen en op de juiste manier te worden gebruikt.