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Recuperação de calor residual
O que é recuperação de calor residual?
”Recuperação de calor residual” é o processo de “integração térmica”, isto é, a reutilização de energia térmica que seria descartada ou simplesmente liberada para atmosfera. Ao recuperar o calor residual, as usinas podem reduzir os custos de energia e as emissões de CO2, aumentando simultaneamente a eficiência energética.
Exemplos típicos de recuperação de calor residual
Vários itens de consumo comum recuperam o calor residual. Por exemplo, carros turboalimentados, que são fornecidos por vários fabricantes de automóveis.
Em carros regulares, sem turbocompressor, o motor de combustão à gasolina expele o gás quente através do escapamento, e depois que o combustível é queimado esse gás contém calor e energia cinética – uma parte dos quais pode ser recuperada. Motores com turbocompressor desviam o gás quente para uma turbina, que é usada para girar um compressor de ar. O ar comprimido é direcionado para a câmara de combustão do motor com a gasolina vaporizada, resultando em uma ignição mais eficiente e maior potência com menor consumo de combustível.
Os benefícios energéticos da recuperação de calor residual industrial podem ser semelhantes, e alguns exemplos serão explanados neste artigo.
Economizador
Os economizadores de pilha, comumente usados para aquecer a água, estão entre os tipos mais simples de recuperação de calor residual. Os trabalhadores da fábrica podem estar familiarizados com esses dispositivos comuns que recuperam o calor residual. Os economizadores de pilha de caldeira usam energia térmica do gás expelido no processo de aquecimento para a pilha para aquecer a água de alimentação da caldeira e reduzir a quantidade de energia necessária para produzir vapor. De acordo com o Departamento de Energia dos EUA, a instalação de um economizador de água de alimentação da caldeira pode aumentar a eficiência térmica de uma caldeira e reduzir o consumo de combustível em 5 a 10%.
Caldeira de calor residual
Usando um princípio similar aos economizadores, as caldeiras de calor de resíduos recuperam o calor gerado em fornos ou reações químicas exotérmicas em plantas industriais. Esses locais podem conter energia significativa que não deve ser desperdiçada em uma pilha. Em vez disso, essa energia pode ser capturada para gerar vapor de baixa a média pressão em uma caldeira de calor residual (WHB). Um WHB também pode ser usado para remover o calor de um fluido de processo que precisa ser resfriado para transporte ou armazenamento e gerar vapor a partir desse calor. O vapor gerado na WHB pode ser usado para aplicações de aquecimento ou para movimentar turbinas que geram eletricidade, comprimir vapores ou bombear líquidos. O vapor da WHB pode conter umidade significativa, portanto, recomenda-se a instalação de uma combinação de separador de alta eficiência e purgador de vapor para garantir que a WHB forneça vapor de qualidade ideal ao processo do recipiente.
Gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG)
Muitas plantas industriais altamente eficientes, com sistemas de cogeração ou ciclo combinado, usam uma turbina a gás (essencialmente um motor a jato) para gerar eletricidade e então produzem vapor a partir do calor residual usando um gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG). Esta seção explicará como esse processo funciona e como um HRSG entra em ação.
Considere o exemplo anterior de um motor de carro turboalimentado, mas mude o motor para um motor a jato. O motor a jato / turbina a gás é acionado usando gás natural e seu escape contém vapor extremamente quente que simplesmente seria expelido para a atmosfera se parte do calor e energia cinética não fossem capturados. Então, como pode esse calor residual ser usado como foi feito com o automóvel turbo? O gás quente expelido precisa conduzir outra turbina, de modo que o escape é passado através de um HRSG, que cria vapor superaquecido que aciona uma turbina a vapor a jusante. A turbina pode acionar um gerador (sistema de ciclo combinado) ou apenas usar o vapor em aplicações de processo (cogeração ou calor e energia combinados (CHP)). Os HRSGs podem ter um único tambor de vapor (como mostrado na animação abaixo) ou vários tambores e pressões de vapor. Há também variedades não-queimadas com circulação natural (mostradas abaixo) e variedades com queima de dutos, que são aquecimento adicional. A queima do duto aumenta a geração e a qualidade do vapor, e tem a capacidade de criar vapor superaquecido e uma potência ainda maior em uma turbina.
Chiller de Absorção
Alguns sistemas CHP de eficiência energética podem adicionar refrigeração incorporando chillers de absorção que usam vapor criado a partir do calor residual.
O mecanismo de resfriadores de absorção pode ser dividido nas seguintes etapas:
1- O líquido absorvente diluído (sal de brometo de lítio a 60%, 40% de água) é pré-aquecido com condensado à medida que se desloca do absorvedor para o gerador.
2- No gerador, o líquido absorvente é aquecido pelo vapor, o que faz com que parte da água contida nele vaporize, tornando o líquido mais concentrado.
3- vários itens de consumo comum recuperam o calor residual. Por exemplo, carros turboalimentados, que são fornecidos por vários fabricantes de automóveis.
4- No condensador, a água de resfriamento faz com que o vapor se liquide e flua para baixo em direção ao evaporador, que tem perto da pressão de vácuo.
5- Pouco antes de entrar no evaporador, a água condensada flui através de um orifício ou válvula de expansão. Essa restrição limita o fluxo e a água novamente vaporiza para uma névoa fria a 4,5 ° C [40 ° F]. É aqui que a refrigeração ocorre. O vapor de baixa temperatura retira o calor do circuito de água gelada, baixando sua temperatura em cerca de 5 ° C [9 ° F].
6- A névoa é aquecida quando absorve o calor do circuito da água gelada, mas a forte atração da solução concentrada de sal puxa a água para o absorvente concentrado no absorvedor, criando uma pressão próxima do vácuo no evaporador no processo.
– Evaporador: A refrigeração real ocorre aqui. A água passa por uma válvula, criando uma névoa de baixa temperatura. Pulverizado sobre o circuito de água gelada, ele absorve o calor e resfria o refrigerante.
– Absorvedor: Absorvente concentrado atrai a névoa de água do evaporador, criando uma pressão próxima do vácuo enquanto dilui o absorvente.
– Gerador: O absorvente da mistura 60/40% é aquecido, evaporando a água, com o absorvente concentrado (regenerado) retornando ao absorvedor.
– Condensador: O vapor de água fornecido pelo gerador é condensado pela transferência de calor para a água de resfriamento.
Termocompressão a vapor
A termocompressão é outra abordagem de recuperação de calor que pode utilizar a energia em um fluxo desperdiçado, como vapor de baixa pressão. Este é o processo de misturar vapor de alta pressão e baixa pressão para criar uma pressão intermediária usando equipamentos de compressão de vapor como o Sistema SC da TLV, mostrado abaixo.
Para mais informações, veja:
– Grupos de Produtos: Steam Compressor
Outros exemplos de recuperação de calor residual em sistemas a vapor
Separação e Reutilização do Flash Steam
Sempre que ocorrer vapor de vapor, a possibilidade de seu uso como fonte de vapor de baixa pressão deve ser considerada.
Purga de Caldeira
O calor da descarga da caldeira pode ser usado em uma embarcação como a série SR da TLV para pré-aquecer a água.
Para mais informações, veja: Trocador de Calor Condensador de Vapor
Aquecimento de água a vapor
O vapor de baixa pressão pode ser usado para produzir água quente para uso em processo ou doméstico. Se o fornecimento de vapor de uma fonte de calor residual não for contínuo, o vapor fornecido pode ser mantido constante usando uma válvula de vapor suplementar. O aquecedor de água a vapor TLV, SteamAqua®, é um exemplo típico. Para uma eficiência otimizada, a série SteamAqua® contém uma seção de pré-aquecimento que usa a energia térmica do condensado para pré-aquecer a água de alimentação.
Para mais informações, veja: Aquecedor Instantâneo de Água a Vapor
Oportunidades de Recuperação de Calor
Muitas vezes há muitas oportunidades de recuperação de calor em sistemas de vapor, incluindo alguns que podem não estar incluídos neste artigo. Entre em contato com o representante técnico local da TLV ou com o membro da equipe de Consultoria · Engenharia · Serviços (CES) para obter informações adicionais sobre como recuperar a energia térmica de seu sistema.
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