Kombinerade värme- och kraftsystem (CHP), även kända som kraftvärmesystem, är högeffektiva energisystem som samtidigt genererar el och nyttig värme från en enda bränslekälla. En av de viktigaste fördelarna med kraftvärmesystem är deras förmåga att återvinna och utnyttja spillvärme, som annars skulle gå till spillo vid konventionell kraftproduktion. Som kraftvärmeleverantör är jag väl insatt i olika värmeåtervinningsmetoder i kraftvärmesystem, och i den här bloggen kommer jag att fördjupa mig i dessa metoder för att hjälpa dig förstå hur du kan maximera effektiviteten i din kraftvärmeinstallation.
1. Värmeåtervinning av avgaser
Avgaserna från drivkraften i ett kraftvärmesystem, såsom en gasturbin eller en förbränningsmotor, bär en betydande mängd värme. Att återvinna denna värme är ett av de vanligaste och mest effektiva sätten att förbättra kraftvärmesystemets totala effektivitet.
1.1 Värmeväxlare
Värmeväxlare är den primära utrustningen som används för värmeåtervinning av avgaser. De överför värmen från de heta avgaserna till en arbetsvätska, som vatten eller ånga. Det finns olika typer av värmeväxlare, inklusive skal - och - rörvärmeväxlare och plattvärmeväxlare.
Skal - och - rörvärmeväxlare består av ett skal (ett stort cylindriskt kärl) och ett knippe rör. Avgaserna strömmar genom rören, medan arbetsvätskan strömmar genom skalet. Värme överförs från avgaserna till arbetsvätskan genom rörväggarna. Plattvärmeväxlare, å andra sidan, består av en serie tunna plattor staplade ihop. Avgaserna och arbetsvätskan strömmar genom alternerande kanaler mellan plattorna och värmeöverföring sker över plattorna.
Den återvunna värmen kan användas för olika ändamål, såsom rumsuppvärmning, vattenuppvärmning eller industriella processer. Till exempel i en kommersiell byggnad kan varmvattnet som produceras av värmeväxlaren användas för radiatorer för att värma upp inomhusutrymmet. I en industriell miljö kan ångan som genereras användas i tillverkningsprocesser, som i en livsmedelsanläggning för matlagning eller sterilisering.
1.2 Spillvärmepannor
Spillvärmepannor är speciellt utformade för att generera ånga från värmen i avgaserna. De används ofta i större kraftvärmesystem, särskilt de med gasturbiner. Avgaserna kommer in i spillvärmepannan, där de värmer upp vatten i pannrören. När vattnet värms upp omvandlas det till ånga, som kan användas för kraftgenerering i en ångturbin (i ett kombinerat kraftvärmesystem) eller för andra industriella tillämpningar.
2. Värmeåtervinning av kylvatten
Förutom avgasvärme innehåller kylvattnet som används i kraftvärmesystem också en betydande mängd värme. Drivkraften i ett kraftvärmesystem, såsom en förbränningsmotor, genererar en stor mängd värme under drift, och kylvatten används för att ta bort denna värme och hålla motorn vid en optimal driftstemperatur.
2.1 Absorptionskylare
Absorptionskylare kan använda värmen från kylvattnet för att producera kylt vatten för luftkonditioneringsändamål. En absorptionskylare fungerar enligt en annan princip jämfört med en konventionell ångkompressionskylare. Den använder en värmekälla (i detta fall det varma kylvattnet) för att driva kylcykeln.
De grundläggande komponenterna i en absorptionskylare inkluderar en absorbator, en generator, en kondensor och en förångare. Det varma kylvattnet används för att värma upp en lösning i generatorn, som frigör en köldmedieånga. Köldmedieångan går sedan genom kondensorn, där den kondenseras till en vätska. Det flytande köldmediet kommer sedan in i förångaren, där det avdunstar och absorberar värme från vattnet som ska kylas. Det kylda vattnet kan sedan cirkuleras genom luftkonditioneringssystemet i en byggnad.
2.2 Fjärrvärme
Värmen från kylvattnet kan även användas till fjärrvärmesystem. Fjärrvärme är ett system där värme genereras på en central plats och distribueras till flera byggnader i ett område genom ett nätverk av rör. Det varma kylvattnet från kraftvärmesystemet kan användas direkt i fjärrvärmenätet eller kan användas för att värma en sekundär vätska som sedan cirkuleras i nätet.
3. Smörjolja värmeåtervinning
Smörjolja används i drivkraften i ett kraftvärmesystem för att minska friktion och slitage mellan rörliga delar. Under drift värms smörjoljan upp. Att återvinna värmen från smörjoljan kan ytterligare förbättra kraftvärmesystemets totala effektivitet.
Värmen från smörjoljan kan återvinnas med hjälp av en värmeväxlare. I likhet med avgasvärmeväxlaren strömmar den heta smörjoljan genom ena sidan av värmeväxlaren och en arbetsvätska (som vatten) strömmar genom den andra sidan. Värmen överförs från smörjoljan till arbetsvätskan.
Den återvunna värmen kan användas för att förvärma bränslet eller förbränningsluften i drivmotorn. Förvärmning av bränslet kan förbättra dess förbränningseffektivitet, medan förvärmning av förbränningsluften kan öka motorns totala termiska verkningsgrad.
4. Fördelar med värmeåtervinning i kraftvärmesystem
Implementeringen av värmeåtervinningsmetoder i kraftvärmesystem ger flera fördelar.
4.1 Energieffektivitet
Genom att återvinna och utnyttja spillvärmen kan kraftvärmesystem uppnå mycket högre total energieffektivitet jämfört med konventionella kraftgenereringssystem. I ett konventionellt kraftverk går en stor del av energin i bränslet till spillo som värme. I ett kraftvärmesystem med effektiv värmeåtervinning kommer spillvärmen till god användning, vilket minskar mängden extra bränsle som behövs för att möta värme- och effektbehovet.
4.2 Kostnadsbesparingar
Högre energieffektivitet leder till kostnadsbesparingar. Eftersom det krävs mindre bränsle för att generera samma mängd värme och kraft, reduceras driftkostnaderna för kraftvärmesystemet. Dessutom kan det i vissa regioner finnas incitament eller subventioner för att använda energieffektiva kraftvärmesystem, vilket ytterligare minskar den ekonomiska bördan för användaren.
4.3 Miljöfördelar
Kraftvärmesystem med värmeåtervinning kan avsevärt minska utsläppen av växthusgaser. Genom att använda mindre bränsle för att generera samma mängd energi, minskar mängden koldioxid och andra föroreningar som släpps ut i atmosfären. Detta gör kraftvärmesystem till ett miljövänligt alternativ för att möta energibehov.
5. Tillämpningar av värmeåtervinning i olika branscher
Värmeåtervinning i kraftvärmesystem kan användas i olika industrier.
5.1 Tillverkning
Inom tillverkningsindustrin kan kraftvärmesystem med värmeåtervinning ge både el och värme för tillverkningsprocesser. Inom textilindustrin kan till exempel ångan som genereras från avgasvärmeåtervinningen användas för färgnings- och efterbehandlingsprocesser. Inom den kemiska industrin kan värmen användas för destillations- och reaktionsprocesser. Några av de kemikalier som används inom den kemiska industrin, som t.exBIBP | CAS 25155 - 25 - 3 | Bis(tert-butyldioxiisopropyl)bensen,DTAP | CAS 10508 - 09 - 5 | Di - tert - amylperoxid, ochDibensoylperoxid, kräver specifika temperaturförhållanden under deras produktion, och den återvunna värmen kan användas för att upprätthålla dessa förhållanden.
5.2 Kommersiella byggnader
Kommersiella byggnader, som kontor, hotell och sjukhus, kan dra nytta av kraftvärmesystem med värmeåtervinning. Den återvunna värmen kan användas för uppvärmning av rum, vattenuppvärmning och luftkonditionering. Till exempel på ett hotell kan det varma vattnet som produceras från värmeåtervinning användas för gästrum, medan det kylda vattnet från absorptionskylare kan användas för luftkonditionering av de allmänna utrymmena.
5.3 Distriktsenergisystem
Fjärrenergisystem kan integrera kraftvärmesystem med värmeåtervinning för att tillhandahålla en pålitlig och effektiv värme- och kraftkälla till flera byggnader i ett distrikt. Värmen som återvinns från kraftvärmesystemet kan distribueras genom ett fjärrvärmenät, medan elen kan användas lokalt eller matas ut i nätet.
Slutsats
Som kraftvärmeleverantör förstår jag vikten av värmeåtervinning för att maximera kraftvärmesystemens effektivitet och prestanda. De olika metoderna för värmeåtervinning, inklusive värmeåtervinning av avgaser, värmeåtervinning av kylvatten och värmeåtervinning av smörjolje, erbjuder betydande fördelar när det gäller energieffektivitet, kostnadsbesparingar och miljöskydd.
Om du är intresserad av att implementera ett kraftvärmesystem med effektiv värmeåtervinning i din anläggning, oavsett om det är en kommersiell byggnad, en industrianläggning eller ett fjärrenergisystem, uppmuntrar jag dig att kontakta oss för en detaljerad konsultation. Vi kan erbjuda dig skräddarsydda lösningar baserade på dina specifika värme- och elbehov. Låt oss arbeta tillsammans för att uppnå en mer hållbar och kostnadseffektiv energiframtid.
Referenser
- Cullinane, K., & Shah, N. (2012). Optimal design av trigenerationssystem för industrianläggningar. Applied Energy, 98, 266 - 277.
- Lund, H. (2006). Kraftvärme (CHP): En genomgång av miljö-, prestanda- och ekonomiska aspekter. Energy, 31(14), 2873 - 2890.
- Mancarella, P. (2014). Kombinerad värme och kraft: En genomgång av teknik, drift och optimering. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 39, 53 - 72.