بررسی خصویات و ویژگی های رکوپراتور

فهرست موضوعات

مقدمه

تعدادی از سازندگان برای افزایش راندمان توربین گازی خود از ریکوپراتورها استفاده کرده اند. رکوپراتور یک مبدل حرارتی از جنس انواع ورق استیل نسوز و اکثراً از جنس ورق استیل 309 است که از هوای داغ خروجی توربین گاز برای پیش گرم کردن هوای احتراق استفاده می کند. با توجه به هزینه ساخت ریکوپراتورها که وابستگی زیادی به قیمت ورق استیل 309 دارد، اگر طراحی و ساخت آن به درستی انجام شود، بهبود بازده نظری تا 20٪ در یک محدوده عملیاتی گسترده امکان پذیر است. این چرخه پیشرفته، اغلب برای توربین‌های گازی تولید برق با اندازه کوچک تا متوسط (30 کیلووات تا 6 مگاوات) اعمال می‌شود، تا بتوانند با موتورهای رفت و برگشتی در بازده رقابت کنند.

اهمیت ریکوپراتور

با آنکه مواد مورد استفاده در اکثر ریکوپراتورها ورق استیل نسوز (ورق استیل 309) می باشد، ولی نوع طراحی و ساخت آنها تفاوت چشمگیری را در کاربرد آنها ایجاد نموده است. در واقع ممکن است به دلیل یکسان بودن قیمت ورق استیل 309 در همه آنها، هزینه ساخت برابر داشته باشند، اما برخی از کاربردها وجود دارد که ممکن است یک ریکوپرراتور روی یک توربین گاز مناسب نباشد. مثلاً ریکوپراتورها فقط می توانند بهبود بازده قابل توجهی را برای توربین های گازی با نسبت تراکم پایین تر ارائه دهند.
برای یک توربین گازی با دمای 2000 درجه فارنهایت، اگر نسبت تراکم 10:1 باشد، یک ریکوپراتور می تواند بازده نظری 5 درصد را ارائه دهد. با این حال، اگر نسبت تراکم بالاتر از 15:1 باشد، بازیابی کننده در بار کامل هیچ مزیتی برای کارایی ندارد. این مساله ناشی از این است که گرمای تراکم در نسبت تراکم بالاتر به دمای گاز خروجی می رسد و از آن فراتر می رود. واضح است که برخی از توربین‌های گازی مدرن که با نسبت تراکم 30:1 و بالاتر کار می‌کنند، از یک ریکوپراتور سود چندانی نخواهند برد (به جز برای عملکرد با بار جزئی بسیار کم).

راندمان ریکوپراتور

برخی از سازندگان توربین‌های گازی سعی کرده‌اند تا مدل‌های سیکل ساده موجود خود را با یک بازیابی کننده تقویت کنند تا بازده را افزایش دهند. در بیشتر موارد این منجر به بهبود عملکرد کمتر از حالت پیش‌بینی‌شده می‌شود، زیرا بازیابی کننده به طور بهینه با چرخه ترمودینامیکی توربین گاز مطابقت ندارد. زیرا ریکوپراتور باعث افزایش تلفات اگزوز و تخلیه فشار کمپرسور می شود. به طور کلی، راندمان یک ریکوپراتور بسیار سریعتر از بقیه روش ها کاهش می یابد زیرا لوله های تبادل حرارتی کثیف می شوند و رسوبات ایجاد می کنند که بر راندمان انتقال حرارت و افت فشار تأثیر می گذارد. 
همانگونه که گفته شد، ریکوپراتور وسیله ای است که برای بازیابی انرژی گرمایی از سیستم گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) یا فرآیند صنعتی استفاده می شود. این دستگاه به بهبود بهره وری انرژی کمک می کند، که می تواند هزینه های مربوط به گرمایش یا تولید را کاهش دهد. بسته به کاربرد، یک ریکوپراتور ممکن است به عنوان مبدل حرارتی یا واحد بازیابی حرارت نیز شناخته شود.

عملکرد ریکوپراتور

این واحدها معمولاً در سیستم های HVAC یک ساختمان یافت می شوند. ریکوپراتور در داخل کانال کار، درست قبل از دریچه های اگزوز یا کوره ها نصب می شود. یک جفت صفحه موازی درون واحد، هوای گرم را از هوای خنک جدا می‌کند و هوا را به دو مکان جداگانه هدایت می نماید. هوای خنک به سادگی از طریق سیستم‌های اگزوز سنتی از ساختمان خارج می‌شود، در حالی که هوای گرم برای استفاده مجدد در سیستم گرمایش به کانال‌های تامین هدایت می‌شود.
انواع مختلف طرح های بازیابی می تواند بر قابلیت های بازیابی حرارت این سیستم ها تأثیر بگذارد. واحدهای عمودی کمترین کارایی را دارند و از صفحات عمودی درون یک محفظه بیرونی بزرگ تشکیل شده اند. واحدهای افقی که فشرده تر هستند و از صفحات افقی استفاده می کنند، کارآمدتر هستند. کارآمدترین واحدها دارای ساختار سلولی داخلی هستند که تا 99 درصد انرژی گرمایی را بازیابی می کند.
در مناطقی که تابستان‌های گرم و زمستان‌های سرد دارند، نمی‌توان از دستگاه تهویه مطبوع استفاده کرد. درعوض، کاربران به مجموعه ای از دمپرها تکیه می کنند تا در مواقعی که نیازی به ریکوپراتور نیست، آن را دور بزنند. به عنوان مثال، در طول تابستان، دمپر بسته می شود تا از رسیدن هوا به دستگاه بازیابی جلوگیری شود. درعوض، تمام هوای خروجی به سادگی به فضای باز دفع می‌شود و نیاز یا تمایلی به حفظ انرژی گرمایی در داخل ساختمان وجود ندارد.

فناوری های مشابه ریکوپراتور

یک فناوری مشابه برای بازیابی انرژی گرمایی در تاسیسات تولیدی یا صنعتی استفاده می شود. بسیاری از این امکانات به موتور توربین گازی متکی هستند که از مخلوطی از هوای گرم و سوخت برای تولید فرآیند احتراق استفاده می کند. به طور کلی، هوا باید قبل از احتراق با استفاده از یک منبع گرمای اضافی گرم شود. در ساختمان‌هایی که دارای ریکوپراتور هستند، خروجی هوای گرم حاصل از احتراق به سادگی به موتور بازگردانده می‌شود تا با سوخت مخلوط شود و دور بعدی احتراق را تامین کند. این امر نیاز به منبع حرارت دوم را از بین می برد و همچنین به کاهش هزینه های سوخت مرتبط با گرمایش کمک می کند.

سیدرحیم کیاحسینی