Lämpöputkilämmönsiirtimet HPHE LÄMMÖNTALTEENOTTO Lämmöntalteenotto kuumista usein likaisista ja pölyisistä kaasuista tarjoaa erinomaisen mahdollisuuden energiansäästöön ja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen teollisuudessa. Kuitenkin nämä energiansäästömahdollisuudet ovat suurelta osin hyödyntämättä, koska yksinkertaista, tehokasta ja luotettavaa ratkaisua ei ole ollut saatavilla. Investointien takaisinmaksuajat ovat olleet liian pitkiä ja perinteisten ratkaisujen käyttökustannukset ovat usein olleet korkeat saavutettuun hyötyyn nähden. Teollisuuden kuumat kaasut sisältävät usein hiukkasia, jotka aiheuttavat korroosiota ja kerrostumia lämmönsiirtopinnoille. Lika aiheuttaa lämmönsiirtimien tukkeutumisen rikkoen lämmönsiirtimet korroosion ja lämpörasituksien seurauksena. Lämpöputkilämmönsiirrin ratkaisee nämä ongelmat. Kuumista kaasuista voidaan jätelämpö ottaa talteen kohteissa, joissa sitä on aikaisemmin pidetty mahdottomana toteuttaa järkevin perustein. Lämpöputkia käytetään laajasti eri teollisuuden aloilla ja nyt tämä tunnettu tekniikka on saatavilla prosessiteollisuuden vaikeisiin lämmöntalteenottokohteisiin. Luotettava ratkaisu Vahva ja luja rakenne muodostuu useasta itsenäisestä lämpöputkesta muodostaen lämmönsiirtimen. Lämpöputket ovat kiinnitetty vain yhdestä kohtaa, jolloin vältetään putkeen kohdistuvat lämpörasitukset. Jokainen lämpöputki toimii samassa työlämpötilassa koko pituudeltaan. Kaasu voidaan siten jäähdyttää hyvin lähelle kastepistettä. Lämmöntalteenotto alumiinin sulatuksesta. Jätelämpö hyödynnetään ilman esilämmitykseen uuneille. Joustava rakenne Yksinkertainen ja jämerä lämpöputkilämmönsiirtimen rakenne perustuu lämpöputkiin ja siten ne soveltuvat mainiosti vaikeisiin kohteisiin Lämmönsiirtimeen voidaan lisätä tai ottaa pois yksittäisiä lämpöputkia tai lämpöputkikasetteja. Tällä tavalla voidaan optimoida talteenotto, jopa ilman säätöjärjestelmiä Käyttövarma Jokainen lämpöputki on itsenäinen lämmönsiirrin tuplaseinämällä. Yksittäinen lämpöputki voidaan myös helposti vaihtaa, jos putki on vaurioitunut. Yksittäisen putken rikkoutuminen ei juuri vaikuta lämmönsiirtimen tehokkuuteen. Putken rikkoutuminen ei myöskään aiheuta vuotoa kuuman ja kylmänpuolen välille.
Edullinen käyttää Investoinnin takaisinmaksuaika on usein hyvin lyhyt. Jätelämpö saadaan hyötykäyttöön ja siten päästöt laskevat ja energiatehokkuus paranee. Lämpöputken alempi pää asennetaan kuumalle ja yläpää kylmälle puolelle. Lämpöputki on kiinnitetty yhdestä kohtaa kylmän- ja kuumanpuolen erottavaan levyyn. Painehäviö lämpöputkilämmönsiirtimissä on hyvin matala, joten uusia tehokkaampia savukaasun puhaltimia ei tarvitse hankkia. Yksittäiset lämpöputket ovat helppo puhdistaa ja puhdistus voidaan automatisoida. Mikä lämpöputki on? Rakenne Lämpöputki on lämmönsiirrin, joka siirtää energiaa suljetussa kierrossa olevan nesteen yhtäjaksoisella höyrystymis- ja lauhtumisprosessilla. Lämpöputkeen tuleva lämpö höyrystää työaineena olevan nesteen ja syntynyt höyry kulkeutuu lämpöputken kylmempään päähän, jossa se lauhtuu nesteeksi luovuttaen lämpöä seinämän läpi. Neste palaa takaisin höyrystimelle ja uusi kierto alkaa uudestaan. Metalliputken sisällä käytetään työaineena pientä määrää vaaratonta vettä käyttölämpötiloissa +80ºC - +320ºC. Työaine ja lämpöputken sisäinen paine valitaan käyttökohteen mukaan. Lämpöputken materiaali prosessiteollisuudessa on useimmiten hiiliteräs. Saatavilla olevat materiaalit ovat: kupari hiiliteräs ruotumattoat teräskset (AISI304 &AISI316) alumiini Myös muita materiaaleja on saatavilla. Lämpöputken toiminta Lämpöputki on suljettu säiliö, jossa on sopiva pieni määrä työainetta suljettu putkeen sisään. Putki puhdistetaan erittäin huolellisesti monessa vaiheessa puhtaassa tilassa ennen sulkemista ja paineensäätöä. Lämpöputki muodostuu kolmesta osasta. Höyrystinosa, höyrynsiirtymisosa sekä lauhdutin. Höyrystimessä syntyvä höyrynpaine kuljettaa höyryn siirtymisosan kautta lauhduttimelle, jossa vesihöyryn höyrystymislämpö lauhtuu vakiolämpötilassa putken sisällä ja muodostunut lauhde valuu alas ja kierto alkaa uudestaan. Lämmönsiirtyminen on hyvin nopeaa johtuen nesteen pienestä määrästä, lähes reaaliaikaista. Höyry- ja lauhdekierrossa lämmönsiirtyminen putken sisällä on lähes kitkatonta. Lämpöputki voidaan asentaa jopa vain 4 kulmaan, vaikkakin prosessiteollisuuden asennuksissa useimmiten lämpöputket ovat asennettu pystyyn lämmönsiirtimessä.
Lämpötekniset ominaisuudet Lämpöputkilämmönsiirtimet kestävät hyvin rajuja lämpötilanvaihteluita. Niitä käytetään esimerkiksi tasaamaan avaruusalusten lämpötilaeroja aurinko- ja varjopuolen välillä. Esimerkiksi jos työaineena on vesi. Vesi kiehuu (haihtuu) lähellä tyhjöä noin 0ºC ja veden höyrystymislämpö siirtyy ja tiivistyy hetkessä lämpöputken kylmään päähän. Suurin hyöty lämpöputkilämmönsiirtimissä verrattuna tavallisiin lämmönsiirtimiin on niiden isotermisyys ja häviöttömyys. Lämpöputkilämmönsiirtimen rakenne Lämpöputkilämmönsiirtimillä voidaan usein saada jätelämpö talteen hyvin vaikeista kohteista. Jätekaasun lämpötila voi olla jopa yli 1000 C. Kaasu voi olla likaista ja aiheuttaa korroosiota, jolloin lämpöputkilämmönsiirrin on oivallinen ratkaisu. Lämpöputkilämmönsiirtimiä valmistetaan moniin eri tarpeisiin, kuten: Koko lämpöputken työlämpötila on 190 C (isoterminen) Lämpöputkeen kohdistuu hyvin vähän lämpörasituksia. Lämpöputkessa ei ole kylmiä kohtia, joihin voi syntyä lauhdetta ja korroosiota. Lämpöputkilämmönsiirtimet Johtuen lämpöputkilämmönsiirtimien mekaanisista ja lämpöteknisistä ominaisuuksista ne soveltuvat erinomaisesti erilaisiin lämmöntalteenottokohteisiin. Jätekaasu Ilman lämmitys Jätekaasu Veden lämmitys Jätekaasu Kuumaöljyn lämmitys Jätekaasu Höyryn tuotanto Useimmat asennukset voidaan tehdä vakiomallisilla lämmönsiirtimillä. Lämpöputket ovat asennettuina kasetteihin, joita asennetaan tarvittava määrä vakiokoteloon. Ainoastaan yhteet sovitetaan sopimaan aikaisempaan asennukseen tarvittaessa.
Ohitusventtiili mahdollistaa myös lämmönsiirtimen ohituksen vikatilanteessa, ilman että prosessia tarvitsee pysäyttää. Säätöjärjestelmä Lämmönsiirtimen kylmälle puolelle tulee asentaa tarvittava säätöjärjestelmä, jotta toisiopiirin lämpötilat ovat hallinnassa halutuilla lämpötilatasoilla kaikissa ajotilanteissa. Säätöjärjestelmä varustetaan myös tarvittavilla lukituksilla. Vakiomallinen lämmönsiirrin lämpöputkikaseteilla Myös vakiomallisista poikkeavia rakenteita toimitetaan, kuten esimerkiksi höyrynkehittimiä. Yleensä jätekaasun energian talteenottoasennukset vaativat yhdestä kolmeen kasettia, joihin lämpöputket ovat asennettuina. Kaasun jakoventtiili Usein rakennetaan mahdollisuus ohittaa lämmönsiirrin ajon aikana. Tällöin kaasukanavaan asennetaan turvallinen lukituksella varustettu ohitusventtiili. Ohitus mahdollistaa lämmönsiirtimen puhdistuksen ja huollon. Ohitusventtiili voi olla myös osa säätöjärjestelmää, jolla säädetään hyödynnettävän jätelämmön määrää. Ratkaisut Jakoventtiili kaasulle voidaan liittää myös osaksi säätöjärjestelmää, jolloin kaasu voidaan ohjata tarpeen mukaan joko lämmönsiirtimeen tai lämmönsiirtimen ohi. Säätöjärjestelmä yleiset toiminnot ovat: Hälytykset Tiedonsiirto Lukitukset Raportit Lämmöntalteenoton avulla prosessihäviöiden energia pystytään hyödyntämään uudelleen prosessissa tai sen ulkopuolella. Lämpöä voidaan ottaa talteen muun muassa kuumista palamiskaasuista ja poistoilmavirroista lämpöputkilämmönsiirtimen avulla. Lämpöputkilämmönsiirtimet sopivat erityisesti likaisiin kohteisiin, joita aikaisemmin on pidetty liian vaikeina toteuttaa taloudellisesti. Likaiset palamiskaasut Lämpöputkilämmönsiirrin on usein ainoa realistinen ja taloudellinen vaihtoehto palamiskaasuille. Lämpöputkilämmönsiirtimen rakenne mahdollistaa helpon ja nopean puhdistuksen.
Painehäviö Ratkaisu HPHE-lämmönsiirrin aiheuttaa hyvin pienen painehäviön verrattuna muihin lämmönsiirtimiin. HPHE-lämmönsiirtimet ovat myös pienempiä ja kevyempiä kuin muut lämmönsiirrinratkaisut. Siten esimerkiksi jälkiasennus on helpompaa, koska tilaa tarvitaan vähemmän. Metalli Elintarvike Kemianteollisuus Voima ja lämpö kattilat Luonnostaan turvallinen Jätteenkäsittely Polttouunit HPHE-lämmönsiirrin muodostuu monesta Kunnallistekniikka yksittäisestä lämmönsiirtimestä. Jokainen lämpöputki on hyvin vankka ja luja. Jokainen lämpöputki on täysin itsenäinen lämmönsiirtäjä. Lämmönsiirrin toimii vaikka lämpöputki tai lämpöputkia rikkoutuisi. Tehokas Lämpöputket valmistetaan vahvoista paksuseinämäisistä putkista, koska seinämävahvuus ei juuri vaikuta lämmönsiirron tehokkuuteen. Lämmönsiirto voi olla 1000 kertaa parempi kuin kuparin. Kattilat Lämpöputki on lähes samassa isotermisessä työlämpötilassa koko putken pituudelta. Tämä minimoi lauhtumisriskin ja siksi lämpöputken materiaalina voidaan käyttää hiiliterästä. Referenssejä Alla muutamia esimerkkejä missä lämpöputkilämmönsiirtimiä käytetään jätelämmöntalteenotossa. Lämpöputki on kiinnitetty vain yhdestä kohtaa. Putki voi vapaasti laajentua ja supistua, jolloin vältetään putkeen kohdistuvat lämpörasitukset.
Asiakas Lämmönlähde Ratkaisu Teräksen valu Czech Republic Keramiikan valmistus India Auton osien valmistus USA CHP moottori Botswana Öljyn ja kaasun poraus Canada Kaasu @450ºC sulatuksesta Kaasu @316ºC uuneilta Kaasu @400ºC alumiinin sulatuksesta Kaasu @325ºC moottorilta Kaasu @350ºC moottorilta Muita Spirax Sarcon lämmöntalteenottoratkaisuja Veden lämmitys Paloilman esilämmitys Teho 560kW Takaisinmaksuaika 6 kk 610 kw 16 kk Paloilman esilämmitys uuneille 530kW 16 kk Raskaan öljyn esilämmitys 120kW 3 kk Paloilman esilämmitys moottorille 1,840kW 5 kk EVC paisuntahöyryn jätelämmöntalteenotto FREME paisuntahöyryn jätelämmöntalteenotto Edullinen ja yksinkertainen asentaa puhtaalle paisuntahöyrylle. EVC lämmönsiirtimestä on myös saatavilla kaasuversio, joka sopii puhtaille kaasuille esimerkiksi palokaasuille biokaasumoottorilta. FREME on pakettiratkaisu syöttöveden esilämmitykseen. Lämmönlähteenä käytetään lauhdejärjestelmään muodostuvaa paisuntahöyryä, jolla esilämmitetään höyrykattilan syöttövesi. Polttoainekustannuksien säästö voi olla jopa 15%. QuickHeat ja EasiHeat lämmönsiirrinpaketit QuickHeat ja EasiHeat ovat pakettiratkaisuina helposti käytettävissä mitä moninaisimmissa lämmöntalteenottokohteissa. MFP14-PPU ja PFT4 lauhteenpalautusyksiköt Lauhteenpalautus takaisin kattilalaitokselle uudelleen höyrystykseen yhdistettynä jatkuvaan lauhteen laadun ja lauhteenpoistinten kunnon tarkkailuun voi säästää jopa 20% polttoainekustannuksissa. Lisätietoja: Spirax Oy 09 4136 1611 myynti@fi.spiraxsarco.com www.spiraxsarco.com