Leonardo da Vinci Project
Udržitelný rozvoj v průmyslových prádelnách Modul 5 Energie v prádelnách Kapitola 4
Technologie výměníků tepla
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
11
Obsah
Základy recyklace tepla v pracím procesu čtyři základní zákony termodynamiky Optimalizace výměny tepla (typy proudění, teplotní rozdíly, atd.) Různé konstrukce výměníků tepla Příklad: Výměník tepla se zvlněnými trubkami - Kannegiesser Výčet výhod
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
2
Učební cíle Po prostudování kapitoly budete mít základní znalosti o výměnících tepla v procesech praní znát čtyři základní termodynamické zákony rozumět vlivu typu proudění (souproud/protiproud, laminární/turbulentní) na efektivnost tepelných výměníků schopni na teoretickém základě vyvodit praktická doporučení pro optimalizaci tepelných výměníků. znát různé konstrukce tepelných výměníků a jejich vhodnost pro použití s odpadní vodou v prádelnách znát výhody požití teplých výměníků v pracích procesech
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
3
Německý časopis "Wirtschaftswoche" z 26. srpna 2004:
Zemní plyn Ropa Černé uhlí
Náklady na energii se od roku 1999 zvýšily o více než 100 %! Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
4
Co znamená regenerace tepla?
Energie, která se v procesu normálně ztrácí, se regeneruje ve výměníku tepla k opakovanému použití v procesu
Výchozí princip výpočtů: Qin= Qout
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
5
Jak pracuje regenerace tepla u tunelových praček?
Velmi jednoduše!
Horká lázeň před vypuštěním do kanalizace prochází přes výměník tepla, aby se ochladila a tím zase ohřívá v protiproudu čistou vodu
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
6
Jak mnoho energie pro praní je možné regenerovat?
Teoreticky > 50 %
Obecně se regeneruje pouze 40 až 45 % tepla z prací lázně, jinak by teplota předpírání překročila 40 °C. Přijatelné teploty při předpírání přes 40 °C umož ňují recyklování větších objemů prací lázně
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
7
Jak se počítá regenerace tepla?
Rozdíl teplot na každé straně, násobený objemovým průtokem a koeficientem tepelné kapacity = výstup v kWh. T1in: T1out:
vstup odpadní vody výstup odpadní vody
T2in: T2out:
vstup čisté vody výstup čisté vody
ΛT = Tin − Tout
& × € Úspory = Q
Q& = ΛT ∗ c ∗ m&
kWh
Q& FW = Q& waste water
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
8
Základní zákony termodynamiky „Zerothův" zákon termodynamiky Je-li systém A v tepelné rovnováze se systémem B a systém B je v tepelné rovnováze se systémem C, pak systém A je v tepelné rovnováze se systémem C. První zákon termodynamiky Energie se nemůže vytvořit ani zničit, může pouze změnit své formy Druhý zákon termodynamiky Dvě tělesa, která mají různé teploty, si vyměňují teplo takovým způsobem, že teplo přirozeně proudí z teplejšího do studenějšího tělesa Třetí zákon termodynamiky Teplota absolutní nuly (0 K) není dosažitelná. Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
9
Druhý zákon termodynamiky
Teplo může proudit pouze z kapaliny o vyšší teplotě do kapaliny o nižší teplotě:
Souproudý tok
Zdroj: www.cheresources.com
Protiproudý tok
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
10
Temperature
Souproudý a protiproudý tok ve výměnících tepla
T1in
T1out
T2in
T2out
Temperature
T1in T1out T2out T2in
(s T1in = 100% a T2in = 0%)
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
11
Laminární a turbulentní tok ve výměnících tepla
Laminární tok
Turbulentní tok
Turbulentní tok
Kvůli zvýšené rychlosti
Kvůli formě povrchu
Charakteristiky toku záleží na rychlosti toku, na délce toku a na viskozitě kapaliny („Reynoldsovo číslo") Laminární tok vede ke špatné výměně tepla Avšak: Ve výměnících tepla je rychlost a délka toku limitovaná kvůli tlakovým ztrátám Proto se turbulance zvyšují konstrukcí výměníků tepla Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
12
Optimalizace regenerace tepla
T1in: T1out: ∆T1:
vstup odpadní vody výstup odpadní vody T1in - T1out
T2in: T2out: ∆T2:
vstup čisté vody výstup čisté vody T2out - T2in
Ideální regenerace tepla: T2out = T1in To je možné jen v teoretické situaci s protiproudým tokem, s nulovými ztrátami do okolí a v nekonečném čase Za této ideální situace, pokud se všechna energie přenese z odpadní vody do čisté vody, pak T1out se musí rovnat T2in!
Předpoklad pro optimalizaci výměníku tepla :
∆T1 = ∆T2
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
13
Co to znamená v praxi?
Q = ∆T x c x m Qčisté vody = Qodpadní vody ∆Tčisté vody = ∆Todpadní vody cčisté vody = codpadní vody
(první zákon termodynamiky) (jak je uvedeno výše) (tepelná kapacita vody = 4.186 kJ/kg x K)
Proto: mčisté vody = modpadní vody
Stejné teplotní rozdíly pro obě kapaliny jsou dosaženy při stejných hmotnostních průtocích v obou směrech
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
14
Výměník tepla Kannegiesser se zvlněnými trubkami Příklad
Měření v prádelně:
Vstupující lázeň: 54.1 °C
Vystupující čistá voda: 38.5 °C
Vystupující lázeň: 36 °C
Vstupující čistá voda: 21.4 °C
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
15
Shrnutí základních informací
Pro optimalizaci výměníku tepla je třeba se přesvědčit, že Směry toku jsou připojeny v protisměru V kapalinách je turbulentní tok Ve výměníku tepla je pro výměnu tepla k dispozici velký povrch Hmotnostní průtok a teplotní rozdíly jsou v obou směrech stejné Je k dispozici co nejdelší doba pro výměnu tepla (tj. pro tunelovou pračku škrtit průtok pro máchání téměř po celou dobu cyklu)
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
16
Typy výměníků tepla
Deskový výměník tepla
Výměník tepla typu plášť a trubky Výměník tepla se zvlněnými trubkami Panelový výměník tepla
Výměník tepla s rotačními disky
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
17
Výměník tepla typu plášť a trubky
Studené medium protéká přes prostor pláště (usměrňovací desky). Horké medium protéká tru;bkami (jednoduché nebo násobné smyčky). ↑ ↑ ↑ ↑ ↓
Prověřená technologie Uspokojivá účinnost Uspokojivý poměr cena-výkon Není citlivý na prudké nárazy vody Není vhodný pro zašpiněné medium
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
18
Deskový výměník tepla Soustava profilovaných desek s průchozími otvory. Průtokové kanály, které jsou výsledkem stupňovitě uspořádaných desek otočených o 180°. ↑ ↑ ↑ ↑ ↓
Optimální účinnost přestupu tepla na malé ploše Dobrý poměr cena-výkon Dobrá účinnost Velmi flexibilní a rozšiřitelný Není vhodný pro zašpiněné medium
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
19
Panelový výměník tepla Přestup tepla pomocí tepelných sendvičových desek. Sendvič znamená dvě desky stejné tloušťky vzájemně bodově svařené ↑ ↑ ↑ ↑
Flexibilní tvarování Kompaktní konstrukce Velmi vysoká účinnost Snadná údržba
Aplikace v prádelnách Samostatně stojící jednotka pro chlazení odpadní vody a pro ohřívání čisté vody Umístěný vedle pračky Žádné spojení na regulaci pračky Také: Vyhřívací pás pro žehlicí zařízení Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
20
Výměník tepla s rotujícím diskem Čistá voda se protlačuje přes vnitřní trubku a rotací se tlačí na obklopující disky. Špinavá voda teče protiproudem k diskům. ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
Velký povrch pro výměnu tepla Samočisticí rotor Vysoká účinnost Kompaktní konstrukce Vhodný pro zašpiněnou vodu Aplikace v prádelnách Je nabízen dodavateli chemických zařízení (OEM) Samostatně stojící jednotka pro chlazení odpadních vod a pro ohřívání čisté vody Žádné spojení na regulaci pračky
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
21
Výměník tepla se zvlněnými trubkami Systém trubka v trubce speciálně přizpůsobený pro aplikace v prádelnách. Špinavá voda teče centrální zvlněnou trubkou. Čistá voda teče protiproudně vnější obdobně zvlněnou trubkou. ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
Jednoduché komponenty Bez údržby, odolný proti opotřebení Vysoká účinnost Nejde o směs materiálů Není citlivý k prudkým nárazům vody Vhodný pro zašpiněnou vodu Horizontální i vertikální aplikace Spojený s regulací pračky
Zvlnění v obou trubkách má dva hlavní důvody: 1. Zvětšení povrchu zvýšení účinnosti 2. Vytváření turbulencí zvýšení účinnosti, stále čisté trubky Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
22
Souprava výměníku tepla Kannegiesser Výměník tepla se zvlněnými trubkami
Vnitřní trubka až do Ø 114 mm (4“) Vnější trubka až do Ø 154 mm (6“) Objemový průtok až 40 m³/h Provozní tlak 6 až 40 bar Kompaktní konstrukce
Žádné problémy s usazeninami nebo s kolísáním tlaku!
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
23
Souprava výměníku tepla Kannegiesser Výměník tepla se zvlněnými trubkami
Standardní výměník tepla
Výměník tepla s řízenou teplotou průtoku
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
24
Standardní výměník tepla
Fresh water rinse
Press
60° Pump syncronized with water flow 18°C
Fresh water
Heat exchanger Waste water to drain
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
25
Souprava výměníku tepla Kannegiesser Výměník tepla se zvlněnými trubkami
Vypouštění odpadní vody do samostatného zásobníku.
60° Pumpa synchronizovaná s průběhem máchání 18°C
Čistá voda
Výměník tepla Odpadní voda do odpadu
Máchání
Frekvenčně řízené čerpání přesně stejných množství odpadní vody přes výměník tepla, které je rovno množství čisté vody tekoucí protiproudně do zóny máchání pračky.
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
26
Souprava výměníku tepla Kannegiesser Výměník tepla se zvlněnými trubkami
Vstupující lázeň
Vystupující čistá voda
Vystupující lázeň Vstupující čistá voda
Time
Vysoká účinnost v důsledku protiproudu
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
27
Řízený výměník tepla
Fresh water rinse
Press
Pumpa synchronizovaná s průběhem máchání Čistá voda Výměník tepla Odpadní voda do kanalizace
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
28
Souprava výměníku tepla Kannegiesser Výměník tepla s řízenou teplotou průtoku při máchání Výběr definovaných teplot průtoku při máchání pro každý prací program. Založeno na výstupní teplotě výměníku tepla. Ovládání směšovacího ventilu vypočítává požadované množství čisté vody k dosažení programované teploty průtoku na máchání. Pumpa synchronizovaná s průběhem máchání Čistá voda Výměník tepla Odpadní voda do kanalizace
39°
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
29
Souprava výměníku tepla Kannegiesser Příklad
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
30
Souprava výměníku tepla Kannegiesser Technologie s nízkou spotřebou FAVORIT 2700
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
31
Souprava výměníku tepla Kannegiesser Technologie s nízkou spotřebou FAVORIT 2700
Kapacita 300 kg/h
Systém regenerace vody využívající energie z odpadní vody
Snižování teplot a hodnot pH odpadní vody podle německého předpisu ATVA 115
Snížení spotřeby čisté vody až o 80 % (4,0 - 8,0 l/kg)
Snížení spotřeby páry s integrovaným výměníkem tepla až o 60 %
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
32
Souhrn Souprava výměníku tepla Kannegiesser PŘEDNOSTI: Systémy s regenerací tepla obecně Nižší teploty odpadní vody, vyhovění veřejným předpisům Vyšší teplota při máchání vede k vyšším efektům při máchání v důsledku nabobtnání vláken Lepší odvodňování, nižší obsah vlhkosti, kratší doby sušení Úspory v důsledku nižší spotřeby energie v procesu konečné úpravy
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
33
Souhrn Souprava výměníku tepla Kannegiesser PŘEDNOSTI: Výměník tepla Kannegiesser se zvlněnými trubkami •
Vysoká účinnost
Jednoduché komponenty, žádné směsi materiálů Bez údržby, odolné proti opotřebení Necitlivé k prudkým nárazům vody a k tvorbě usazenin Horizontální i vertikální aplikace Napojení na regulaci pračky
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
34
Souhrn Souprava výměníku tepla Kannegiesser VÝHODY: Regulace teploty kapaliny na máchání
Individuální nastavení teploty máchání pro každý program praní Žádné riziko nadměrných teplot při odvodňování (směsová vlákna) Regulace teploty zásobníku odvodňovací jednotky Žádná spotřeba čisté vody v oddělení 1 způsobená nadměrnou teplotou při předpírání
Modul 5 „Energie v prádelnách” Kapitola 4 „Technologie výměníků tepla”
35
