Существует два основных подхода к расчету возможности рекуперации отходящего тепла из выхлопных газов:
1. Термодинамический подход:
Этот метод использует принципы термодинамики для определения теоретически максимального количества тепла, которое можно рекуперировать. Вот что необходимо учитывать:
- Массовый расход (ṁ) выхлопных газов (кг/с) — этот показатель можно получить из технических характеристик двигателя или измерить с помощью расходомера.
- Удельная теплоемкость (Cp) выхлопных газов (кДж/кг⋅К) — это значение меняется в зависимости от температуры и должно быть получено из таблиц или термодинамического программного обеспечения для конкретного состава выхлопных газов.
- Температура на входе (T_in) выхлопных газов (°C) - Измеряется датчиком температуры.
- Температура на выходе (T_out) отработавших газов после рекуперации тепла (°C) — это желаемая температура после отвода тепла для выбранного вами применения (например, предварительный нагрев воздуха для горения, получение горячей воды).
Потенциал рекуперации тепла (Q) можно рассчитать по следующей формуле:
Q = ṁ *Cp * (Т_вход - Т_выход)
2. Упрощенный подход:
Этот метод дает приблизительную оценку, и его легче использовать для первоначальных оценок. Предполагается, что определенный процент энергии выхлопных газов может быть восстановлен. Этот процент может варьироваться в зависимости от типа двигателя, условий эксплуатации и эффективности выбранного теплообменника.
Расчетная рекуперация тепла (Q) можно рассчитать с помощью:
Q = Энергоемкость выхлопных газов * Коэффициент восстановления
Энергетическая ценность выхлопных газов можно оценить по:
Энергоемкость выхлопных газов = Массовый расход * Нижняя теплота сгорания (LHV) топлива
Нижняя теплота сгорания (LHV) — количество тепла, выделяющегося при сгорании, когда образующийся водяной пар конденсируется (можно узнать из характеристик топлива).
Коэффициент восстановления представляет собой процентное соотношение, обычно варьирующееся от 20% до 50% в зависимости от типа двигателя, условий эксплуатации и эффективности выбранного теплообменника.
Важные заметки:
- Эти расчеты дают теоретические или расчетные значения. Фактическая рекуперация тепла может быть ниже из-за таких факторов, как неэффективность теплообменника и потери в трубопроводах.
- Выбранная температура на выходе (T_out) в термодинамическом подходе должна быть реалистичной с учетом применения и ограничений теплообменника.
- Соображения безопасности имеют решающее значение при работе с горячими выхлопными газами. Всегда консультируйтесь с квалифицированным инженером по вопросам проектирования и внедрения системы рекуперации отходящего тепла.
Дополнительные факторы, которые следует учитывать:
- Конденсат: Если температура выхлопных газов падает ниже точки росы, водяной пар конденсируется. Это может привести к выделению дополнительного скрытого тепла, но требует надлежащего управления конденсатом.
- Загрязнение: Выхлопные газы могут содержать загрязнения, которые могут загрязнять поверхности теплообменника, снижая эффективность. Может потребоваться регулярная очистка или выбор подходящих материалов.
Понимая эти методы и факторы, вы можете рассчитать потенциал утилизации отходящего тепла из выхлопных газов и оценить ее осуществимость для вашего конкретного применения.