Centexbel Frank Van Overmeire Warmterecuperatie Centexbel Frank Van Overmeire

Warmterecuperatie Algemene principes Soorten warmtewisselaars Mogelijkheden tot warmterecuperatie

Warmterecuperatie

Concepten en vragen Over welke temperatuur hebben we het ? Over welke warmtehoeveelheden (MJ/h GJ/jaar) Over welke massastromen Lucht, water, stoom, .. Zuiverheid Debieten Kan warmte gerecupereerd worden Wat kunnen we doen met gerecupereerde warmte?

Concepten en vragen Waar is de mogelijkheid tot warmterecuperatie? In proces In utilities (stookplaats, persluchtlokaal) centraal of gedecentraliseerd Wat zijn omgevingsomstandigheden? Bevuiling Latente warmte? Corrosief? Waneer is warmte beschikbaar? Continu batchgewijs

Mogelijkheden tot warmterecuperatie Ketelhuis en warmteverdelingsnetten: rookgassen, de spui, condensaatterugvoer voorverwarming van ketelvoedingswater, verbrandingslucht, rookgascondensors Warmterecuperatie op perslucht Warme afvalwaters Warme extractieluchten WKK Koelwater Klimatisatie Andere ideeën uit zaal?

Andere kant Wat gaat men doen met die warmte?

Mogelijkheden om warmterecuperatie toe te passen Warmterecuperatie in het ketelhuis en warmteverdelingsnetten: de warmte wordt gebruikt om de verbrandingslucht of suppletiewater voor te verwarmen. Proceswater of –lucht voorverwarmen Grondstoffen verwarmen Lokalen verwarmen Water voor douches Zwembad van villa naast fabriek …..

Voorwaarden voor zinvolle warmterecuperatie Voldoende warmte op geschikte temperatuur: Warmteoverschot moet heter zijn dan warmtevraag (soms kan warmtepomp dit verhelpen) Gelijktijdigheid van warmteoverschot en -tekort Warme en koude stroom voldoende dicht bij mekaar Niet te zware belading van de stromen (vooral aanzettingen en vaste deeltjes) economische haalbaarheid wetgeving (bvb over lozing van warm afvalwater)

Basisprincipes Als we warmteverliezen verwaarlozen Rendement = verhouding tussen hoeveelheid effectief gerecupereerde warmte tov wat men maximaal zou kunnen recupereren (als men één van beide fluïda maximaal afkoelt of opwarmt)

T-Q-diagramma Temperatuur warme stroom IN UIT UIT koude stroom IN Hoeveelheid uitgewisselde warmte

T-Q-diagramma Oneindig grote warmte- wisselaar Reële situatie T T Recup DTapproach Recup Maximale Q Q T-Q  Temperaturen bij in- en uittrede van de warmtewisselaar  Recupereerbare warmtehoeveelheid  Brandstofbesparing

T-Q-diagramma T T Recup Recup Q Voorbeelden waar men veel minder recupereert dan er langs warme kant inzit

Temperatuurniveaus Opmerking: Bij verdamping/condensatie: Warme en koude stromen in T-Q-grafiek zetten Beide stromen verschuiven tot minimaal temperatuurverschil optreedt: DTmin Richtwaarden: Faseovergang DTmin = 5 °C Vloeistof-vloeistof: DTmin = 10 °C Vloeistof – gas: DTmin = 15 °C Gas-gas: DTmin = 25 °C Rookgassen DTmin = 50 °C

Recupereren & Recycleren: warmte Q = U * A * DTlm warmtetransfercoëfficiënt * uitwisselingsopp. * DT DTlm = logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil DTlm = (DT1 - DT2) / ln(DT1 / DT2) ---> turbulentie ­, wanddikte , DT

warmterecuperatie DTlm -tegenstroom > DTlm -gelijkstroom ® kleiner warmte-uitwisselingsoppervlak nodig bij tegenstroom Tegenstroom Gelijkstroom DT1 DT1 DT2 DT2

Warmterecuperatie Algemene principes Soorten warmtewisselaars Mogelijkheden tot warmterecuperatie

Type warmtewisselaars pijpenbundels (shell en tubes): groot volume, eenvoudige constructie platen WW: kleiner volume, hogere drukval, hoge warmtetransfercoëfficiënt, gevoelig voor mechanische onzuiverheden Roterende regenerator …

Type warmtewisselaars Vloeistof – vloeistof Gas – gas Vloeistof – gas Met of zonder faseverandering Gelijkstroom Tegenstroom crossflow …

Keuze en soorten warmtewisselaars Keuze warmtewisselaar is belangrijk Hulpmiddel : zie http://www.heattransferabc.com/en/downloads.asp NExT_selection.xls

Types Warmtewisselaars Vloeistof - Vloeistof

Types Warmtewisselaars Gas – Gas Recuperatie

Types Warmtewisselaars Gas – Gas Regeneratie

Lucht-Lucht – warmtewisselaars

Warmterecuperatie Algemene principes Soorten warmtewisselaars Mogelijkheden tot warmterecuperatie

Mogelijkheden om warmterecuperatie toe te passen de eenvoudigste manier om warmte te recupereren: een warme processtroom terug sturen naar het proces. recycleren van verbrandingsgassen in de branderluchttoevoer gecondenseerde verwarmingsstoom verder gebruiken als proceswarmte en terug naar de stoomketel i.p.v. vers ketelwater op een wasmachine warm water naar een andere wasbak sturen

Voorbeelden warmterecuperatie Vloeistof - vloeistof WW koelwater van verfbad (70-80°C) wordt proceswater koeling van warm afvalwater met vers koud proceswater Gas - vloeistof WW warmterecuperatie uit rookgassen van stookketels warmterecuperatie uit afgassen van spanramen Gas - gas WW voorverwarming van ketelverbrandingslucht met warmte uit rookgassen of uit afgassen van spanramen Verse lucht op droger voorverwarmen met warmte uit extractielucht

Warmterecuperatie op globaal afvalwater Voldoende ingeburgerd, onder andere om milieuredenen. Nochtans zijn er nog altijd bedrijven waar men koeling van afvalwater doet via natuurlijke afkoeling in grote buffertanks of waterreservoirs, bijmengen van koelwater ... Men moet wel beseffen dat warmterecuperatie op globaal afvalwater de mogelijkheid voor andere toepassingen waarbij warm water geproduceerd wordt beperkt.

Warmterecuperatie op globaal afvalwater Keuze tussen centrale of gedecentraliseerde warmterecuperatie moet rekening houden met plaats van lozingspunten (ligging van machines), verloop van lozingen in functie van tijd tijdstippen; continu of discontinu ? In het algemeen is gedecentraliseerde warmterecuperatie aan te raden bij continue installaties en gecentraliseerde lozing bij discontinue installaties (tenzij ze ver van mekaar liggen).

Warmterecuperatie op globaal afvalwater Typisch wordt afvalwater van 60 -65° naar 35° afgekoeld en daarmee wordt vers water opgewarmd van 10 naar 45 - 50°. In een aantal bedrijven zou men meer warm water kunnen produceren, doch dit vergt dan lozen van baden aan 130°; nu gebeurt dit door die baden eerst af te koelen tot 80° en die warmte wordt in koeltoren afgevoerd. 2 opties : ofwel HT-lozen in een tank die onder druk staat, ofwel HT-lozing mengen met een deel kouder afvalwater

Voorbeeld koelen van textiel Textielproductie: 25 m/min = 1500 m/h 2,2 m breed 200 g/m² Weefsel moet afgekoeld worden van 60 °C naar 20°C Constructeur stelt voor dit te doen met 10 m³/h koelwater aan 15 °C Commentaar?

Voorbeeld koelen van textiel Oplossing Berekenen textielproductie: 2,2 m * 200 g/m² * 25 m/min * 60 min/h = 660 kg/h Af te voeren warmte: 660 kg/h * 40° * 1,5 kJ/kg° = 39600 kJ/h Als men dit doet met 10 m³/h water, dan wordt dit water opgewarmd over 39600 kJ/h / (10 000 kg/h * 4,2 kJ/kg°) = 0,9 °... Andersom kan men berekenen dat om water bvb met 10° op te warmen men maar 0,9 m³/h mag inzetten... (zie ook Afkoelen.xls)

Energiebesparingen in ververij (TVI)

Energiebesparingen in ververij (TVI)

Warmterecuperatie op wasmachine warmterecuperatie op uw wasmachine of gebruikt u warm water afkomstig van een centraal warmterecuperatiesysteem? voordelen en nadelen van beide systemen? functioneert de warmterecuperatie optimaal?

82 °C 8,5 m³/h 42 °C 14,7 m³/h 40 % van de warme afvalwaters gaan direct naar de riool (bij een temperatuur van 82 °C!) 25 °C 12 °C

Warmterecuperatie op ovens

Warmterecuperatie

Warmterecuperatie op oven

Warmterecuperatie op oven Fixatieprocessen bij hoge temperatuur (190°C), dus interessant WRG-concept Fase 1: opgewarmde lucht naar spanraam Fase 2: warm water gaat naar ververij Maar … Fase 1: verse lucht hooguit 60% extractielucht Fase 2: concurrent voor warmterecuperatie op afvalwater !

Drukdrogen

Drukdroger Grootste deel van energie wordt gerecupereerd onder vorm van warm water Maar wat doet men ermee als men al warmterecuperatie op afvalwater in ververij heeft?

Optimalisatie van koeling bij extruders minstens koelwater niet naar riool sturen Indien men meerdere extruders heeft, alle koelers samen op één circuit aansluiten Hier ook interesse in absorptiekoeling

warmtebalans van een olie-geïnjecteerde schroefcompressor 51

Warmterecuperatie op perslucht meestal beperkt tot gebruik van opgewarmde lucht voor het verwarmen van magazijnen en produktieruimten in de winter. warmte die men afvoert via het koelwater, wordt meestal afgevoerd in koeltorens (in winter naar lokaalverwarming / klimatisatie) 52

Warmterecuperatie op perslucht Totaal elektrisch vermogen 100% Stralingswarmte = 2% Overblijvende warmte in de perslucht = 4% Stralingwarmte van de aandrijfmotor = 9% Warmterecuperatie van de oliekoeler = 72% Warmterecuperatie van de nakoeler = 13% Onder ideale omstandigheden kan 94% van de energie gerecupereerd worden. 53

Warmterecuperatie op perslucht één bedrijf al meer dan 10 jaar een warmterecuperatie op watergekoelde olievrije schroefcompressor van Atlas Copco. geen apart gesloten circuit maar rechtstreeks gevoed met koelwater van 10° positief uitgevallen omdat bijkomende kosten waterbehandeling meevielen; het bekomen warm water van ongeveer 90° wordt gebruikt als ketelvoedingswater 54

Afvalverwerking & luchtzuivering Zuivering van afgassen uit proces (vb. spanramen): terugvoer naar ketel als verbrandingslucht ---> recuperatie van warmte en verbrandingswaarde ---> vermindering van absolute uitstoot van KWS, CO, CO2, NOX

Voorbeeld warmtekrachtkoppeling 3 gasmotoren (2 x 1000 kWel + 780 kWel) Jenbacher 2 x 20 cyl + 1 x 16 cyl in V met turbo-intercooler Rookgassen (520° – 160°) door 3-gangen recuperatieketel op bestaande stoomnet (1,6 bar) Koelwater : Cilinderwanden + 1ste trap intercooler : 90° - 60° (50 m³/uur) 2de trap intercooler + turbo : 45° - 40° (12 m³/uur)

Voorbeeld warmtekrachtkoppeling Verbruik van de warmte Stoom (continu 2,7 ton/uur) op het interne stoomnet van 1,6 bar Warm water 90° : Verwarming van buitenlucht voor drogers Verwarming van rivierwater voor wasproces Centrale verwarming burelen + werkplaatsen Warm water 45° : Verwarming van rivierwater voor bevochtiging lucht viscosespinnerij

Voorbeeld warmtekrachtkoppeling Ander voorbeeld: bij loonveredelaar WKK maar geen warmterecuperatie op afvalwater !

Problemen met warmtewisselaars Vervuiling in warmtewisselaars in de geïndustrialiseerde landen kost ca. 0.25% van hun BNP aan “extra” energiekosten. Voor Nederland met een BNP van € 490 miljard betekent dit een kostenpost van € 1 miljard op jaarbasis. Door vervuiling vermindert warmteoverdracht en verhoogt drukval over warmtewisselaar ! Kloppen debieten – temperaturen na verloop van tijd met ontwerpgegevens?

Variabele kosten net zo belangrijk zijn als de initiële kosten.

Nog vragen ? Suggesties altijd welkom bij frank.vanovermeire@centexbel.be of fvo@centexbel.be Volgende sessie: DONDERDAG 16 FEBRUARI DROGEN van textielmaterialen (en andere thermische behandelingen)