کاربرد ورق استیل در رکوپراتور
تعریف
رکوپراتور یک مبدل حرارتی بازیابی انرژی از جنس انواع ورق استیل نسوز خصوصاً ورق استیل 309 است که در جریان هوای خروجی یک سیستم انتقال هوا یا در گازهای خروجی یک فرآیند صنعتی قرار گرفته و گرمای تلف شده را بازیابی کند. به دلیل مناسب بودن قیمت ورق استیل 309، از رکوپراتور عموماً برای استخراج گرما از اگزوز و استفاده از آن برای پیش گرم کردن هوای ورودی به سیستم احتراق با هزینه تمام شده مناسب، استفاده می شود. معمولاً از انرژی تلف شده برای گرم کردن هوا استفاده می گردد تا مقداری از سوخت را جبران کنند و در نتیجه کارایی انرژی سیستم را به طور کلی بهبود بخشند.
تشریح فرآیند
در بسیاری از انواع فرآیندها، از احتراق برای تولید گرما استفاده می‌شود. به همین دلیل در صنایع مختلف از رکوپراتو برای بازیابی گرما به منظور استفاده مجدد یا بازیافت آن استفاده می‌شود. اصطلاح رکوپراتور همچنین به مبدل‌های حرارتی مقاوم در برابر حرارت از جنس انواع ورق استیل نسوز نظیر ورق استیل 309 گفته می شود که برای بازیابی حرارت در صنایع شیمیایی و پالایشگاهی و در فرآیندهای سیکل بسته مانند چرخه تبرید جذب آب از آمونیاک استفاده می‌شوند. همانگونه که گفته شد کیفیت و مناسب بودن قیمت ورق استیل 309 در ساخت رکوپلاتورها، در بلند مدت می تواند میزان سوددهی فرآیندهای صنعتی را بهبود ببخشد و اغلب در ارتباط با بخش مشعل یک موتور حرارتی برای افزایش بازده کلی استفاده می شود. به عنوان مثال، در یک موتور توربین گازی، هوای فشرده با سوخت مخلوط و سپس محترق می شود و برای به حرکت درآوردن یک توربین استفاده می گردد. رکوپراتور مقداری از گرمای تلف شده در اگزوز را به هوای فشرده منتقل می کند. بنابراین قبل از ورود به مرحله مشعل سوخت، آن را از قبل گرم می کند. از آنجایی که گازها از قبل گرم شده اند، سوخت کمتری برای گرم کردن گازها تا دمای ورودی توربین مورد نیاز است. با بازیابی مقداری از انرژی که معمولاً به عنوان گرمای تلف شده از دست می‌رود، بازیابی‌کننده می‌تواند موتور حرارتی یا توربین گازی را به طور قابل توجهی کارآمدتر کند.
فرآیند انتقال انرژی
معمولاً انتقال حرارت بین جریان های هوای تولید شده توسط دستگاه را "حرارت محسوس" می نامند که این تبادل انرژی (آنتالپی) منجر به تغییر دمای محیط می شود. با این حال، اگر سطوح رطوبت یا رطوبت نسبی در جریان هوای برگشتی به اندازه‌ای بالا باشد که تراکم در دستگاه اتفاق بیفتد، این امر باعث آزاد شدن گرمای نهان شده و ماده انتقال حرارت با یک لایه آب پوشانده می‌شود. با وجود جذب متناظر گرمای نهان، از آنجایی که مقداری از آب در جریان هوای مخالف تبخیر می‌شود، این آب مقاومت حرارتی لایه مرزی ماده مبدل حرارتی را کاهش می‌دهد و در نتیجه ضریب انتقال حرارت دستگاه را بهبود می‌بخشد. افزایش کارایی تبادل انرژی چنین وسایلی اکنون شامل انتقال حرارت محسوس و نهان می شود. علاوه بر تغییر دما، میزان رطوبت جریان هوای خروجی نیز تغییر می کند.
استفاده از رکوپراتور در سیستم های تهویه
در سیستم های گرمایش و تهویه مطبوع، بازیابی کننده ها معمولاً برای استفاده مجدد از گرمای تلف شده از هوای خروجی استفاده می شوند. دستگاه‌ها معمولاً شامل یک سری صفحات موازی از آلومینیوم، پلاستیک، فولاد ضد زنگ یا الیاف مصنوعی هستند که جفت‌های متناوب مسی در دو طرف آنها محصور شده‌اند تا مجموعه‌های دوتایی از مجراها را در زوایای قائم به یکدیگر تشکیل دهند. به این ترتیب گرمای حاصل از جریان های هوای خروجی از طریق صفحات جداکننده به جریان هوای تغذیه (ورودی) برگشت داده می شوند. ویژگی های این دستگاه به رابطه بین اندازه فیزیکی واحد، به ویژه فاصله مسیر هوا و فاصله صفحات نسبت داده می شود. یک واحد کوچک فاصله صفحه باریکتر و سرعت هوای کمتری نسبت به واحد بزرگتر خواهد داشت، اما هر دو واحد ممکن است به همان اندازه کارآمد باشند.
استفاده در کوره های متالورژی
بازیابی کننده ها همچنین برای بازیابی گرما از گازهای زائد کوره های متالورژی به منظور پیش گرم کردن هوای احتراق و سوخت برای کاهش هزینه های انرژی و کاهش کربن در عملیات استفاده شده اند. در این شرایط در مقایسه با گزینه‌هایی مانند کوره‌های احیاکننده، هزینه‌های اولیه کمتر است و هیچ دریچه‌ای برای جابجایی گاز و فن با کشش القایی وجود ندارد و نیازی به شبکه‌ای از کانال‌های گازی که در سراسر کوره پخش شده‌اند، نیست.
توربین های گازی
از رکوپراتورها می توان برای افزایش راندمان توربین های گازی تولید برق استفاده کرد، مشروط بر اینکه گاز خروجی داغتر از دمای خروجی کمپرسور باشد. گرمای خروجی از توربین برای پیش گرم کردن هوای کمپرسور قبل از گرم شدن بیشتر در محفظه احتراق استفاده می شود و باعث کاهش سوخت ورودی مورد نیاز می گردد. هر چه اختلاف دما بین توربین بیرون و کمپرسور بیشتر باشد، سود بیشتری از بازیابی کننده خواهد داشت. بنابراین، میکروتوربین‌ها، که معمولاً نسبت‌های فشار پایینی دارند، بیشترین سود به دلیل استفاده از رکوپراتور ایجاد می نمایند. در عمل، دو برابر شدن راندمان با استفاده از یک رکوپراتور امکان پذیر است. چالش عملی اصلی برای یک بازیابی کننده در کاربردهای میکروتوربین، مقابله با دمای گاز خروجی است که می تواند از 750 درجه سانتی گراد (1380 درجه فارنهایت) تجاوز کند.