Pregled vazdušnih kondenzatora

Rezime: Vazduhom hlađeni kondenzatori (ACC) u SAD industriju su uvedeni početkom 1970ih, ali im je broj samo zadnjih 10-15 godina drastično povećan zbog brige za životnu sredinu. U istom pravcu deluje i rastuća potreba za vodom u domaćinstvu i industriji. U ovom radu se proučavaju performanse vazdušnih kondenzatora jer je utvrđeno da im rad trpi ako je temperatura ambijenta visoka i kada je vetrovito. Izbacivanje toplote iz ACC takođe zavisi od uslova površine saća jer im performanse padaju zbog eksternog prljanja sistema cev-saće i internog zbog kondenzata (Amonijačna korozija). Hibridni (mokro/suvi) deflegmator daje veliko poboljšanje performansi kada su temperature vazduha visoke. Pored toga zasenčavanje kondenzatora se izvodi u cilju smanjenja negativnih efekata direktnog sunčevog zračenja. Danas se koriste i prepreke vetru (wind walls) kako bi se smanjio efekat velikih brzina vetra. Druga opcija je da se poveća brzina ventilatora. Pranje saća igra važnu ulogu u izbacivanju toplote.  Spoljno čišćenje poboljšava koeficijent prenosa toplote sa vazdušne strane, i time performanse ACC. Ravne cevi nagete pod nekim uglom ka horizontali mogu se takođe koristiti umesto konvencionalnih kružnih horizontalnih cevi što znači opet poboljšanje prenosa toplote.

  1. Uvod

Frižider koristi kondenzator da se oslobodi toplote koju je izvukao iz unutrašnjosti. Kondenzatori se koriste i u industriji, i za kondicioniranje vazduha. Korišćenje vode ili vazduha kao sredstva rashlade je normalna stvar kod mnogih kondenzatora. Isto tako prijem izbačene toplote iz parogeneratora ili turbine da kondenzuje paru. Korisno bi biklo energiju koja se izbacuje ipak koristiti dalje. Parni kondenzator obično kondenzuje paru na pritidak niži od atmosferskog. Na taj način se omogućava turbini da izvrši veći rad.

KONDENZATORI KOJI SE KORISTE U TERMOELEKTRANI:

  1. Parni kondenzator
  2. Vazduhom hlađeni kondenzator

PARNI ILI VODOM HLAĐENI KONENZATOR je uređaj u kome se kondenzuje para a toplota koju para ispušta biva absorbovana od strane vode. Kondenzator kondenzuje paru iza turbine, i ima dve važne funkcije. Prvo, stvara vrlo nizak pritisak na izduvu turbine, i tako omogućava ekspanzije pare u mašini na tom pritisku. Ovako se pomaže pretvaranje toplotne energije pare u mehanički rad u motoru (mašini). Drugo, kondenzovana para može da se koristi za punjenje bojlera.

Postoje dve vrste parnih kondenzatora:
 

  1. a) Mlazni kondenzatori: U mlaznom kondenzatoru, rashlana voda i izbačena para idu zajedno. Zbog toga je temperatura rashladne vode i kondenzata ista na izlazu iz kondenzatora. Prednosti obog kondenzatora su niska investicija, manje potrebna površina protoka, manje potrebe za rashladnom vodom i niži troškovi održavanja. Nedostatak je što se kondenzat baca i što je potrebna velika snaga za pumpanje vode.
     
  1. b) Površinski kondenzator: ovde ne postoji direktni kontakt između rashladne vode i izbačene pare. Sastoji se od gomile horizontalnih cevi ubačenih u liveno cilindrično kućište. Rashladna voda teče kroz cevi, a izbačena para preko površine cevi. Para odaje toplotu vodi i zato se para kondenzuje. Prednosti su što se kondenzat voda može vratiti u proces, manje je pumpanja i na izlazu turbine se stvara bolji vakuum. Nedostatak je velika investicija, veći potreban prostor u hali i veći troškovi održavanja. Ovi kondenzatori se uglavnom koriste u parnim mašinama i termoelektranama.

 

VAZDUHOM HLAĐENI KONDENZATOR je jednostavan sud pod pritiskom koji hladi fluid koji cirkuliše kroz cevi sa saćem tako što se vazduh pregoni preko spoljašnjosti cevi. Dobar primer je hladnjak automobila. Vazdušni kondenzatori se koriste zbog dva glavna razloga.

  1. Podižu efikasnost centrale
  2. Dobro su rešenje u poređenju sa rashladnim tornjevima i dobošastim izmenjivačima jer ne zahtevaju dodatno vodeno napajanje, niti tretiranje vode.

Najočitiji dokazi prednosti vazdušnog kondenzatora su:

  1. a) Nema problema od termičkih i hemijskih zagađenja zbog rashladnog fluida
  2. b) Fleksibilnost izgradnje termoelektrane jer nije neophodno da rashladna voda bude blzu.
  3. c) Smanjeni su troškovi održavanja
  4. d) Laka instalacija
  5. e) Manja šteta na okruženje nego u slučaju vodom hlađenih kondenzatora zbog eliminacije dodatne vode, tj štedi se voda
  6. f) Nema hemijskog tretiranja vode niti potrebe za zaštitom od požara

U rashladnim primenama i kondicioniranju vazduha koriste se najviše kondenzatori okrugla cev-saće hlađeni vazduhom. Za isti prenos toplote ekonomičniji su vazduhom hlađeni kondenzatori nego vodeni. Za poboljšanje performanse vazdušnih kondenzatora koriste se razne tehnike kao poboljšavanje unutrašnjih površina cevi, promene geometrije cevi od okruglih do ravnih i naravno upotreba spoljašnjeg saća.

TENDENCIJE PRLJANJA VAZDUŠNIH KONDENZATORA

 Spoljne površi izmenjivača sa saćem vrlo su sklone prljanju polenom, prašinom, insektima, lišćem, plastičnim kesama, mrtvim pticama, itd. Ugrožen je protok vazduha ali i koeficijent prenosa toplote, što vodi rastu radnih troškova.  Da bi poboljšali kapacitet uklanjanja toplote sa vazdušnih kondenzatora operateri ponekad prskaju vodu kako bi smanjili temperaturu površine. Na žalost, zavisn od kvalitet vode ovo ponekad vodi formiranju naslaga na cevima i saću, što ponovo smanjuje prenos toplote ako se dozvoli njihovo akumuliranje.

TEHNIKE PRANJA VAZDUŠNIH KONDENZATORA

Postoje tri metode pranja spoljnih površina vazdušnih kondenzatora:

 Vatrogasno crevo

 Prskalica pod visokim pritiskom (keršer)

 Polu-automatska mašina za pranje

  1. Vatrogasno crevo

 Čak i sa velikim količinama potrošene vode efekat pranja je mali zbog niskog pritiska. Galvanizirane površi cevi i saća se ne oštećuju ali treba puno vremena i rada da bi se dobile mala poboljšanja performansi čak i kada površine optički izgledaju čiste. Razlog je taj što je samo deo prljajućeg materijala sapran a ostatak je ostao stišnjen između saća i ovom se metodom ne može ukloniti. Pogon se mora isključiti, skele podići da bi se proces obavio.

  1. Prskalica pod visokim pritiskom

Ovom metodom troši se manje vode uz visok pritisak. Na žalost, pritisak može da ošteti galvansku zaštitu površina i iskrivi saće. I ovde su poboljšanja mala jer je opet prljavština stisnuta, što smanjuje prenos toplote i sprečava protok vazduha. Pogon se mora isključiti, skele podići da bi se proces obavio.

  1. Automatska mašina za pranje

Mašina koristi znatne količine vode, ali je pritisak takav da omogućava efikasno pranje površina bez oštećenja galvanske zaštite i saća. Bitna prednost je što kondenzator može da radi tokom procesa pranja.

IV Pregled literature

[1] Proučavanje vazdušnog kondenzatora izvedeno je pod ambijentalnim uslovima u Decembru 2011. U ovoj studiji su proučavani efekti strujanja vazduha kao i ambijentalnih uslova.  Na žalost, ACC postaje manje efikasno kako temperatura okoline raste i kako se vetar pojačava.  Pranje saća igra vitalnu ulogu u izbacivanju toplote. Spoljno pranje poboljšava koeficijent prenosa toplote. Uočeno je da rast brzine vetra značajno smanjuje termičku efikasnost ACC sistema. Temperatura okoline ne samo da utiče na performanse ACC nego i povratni pritisak turbine raste iz istih razloga. Suknje su efikasno rešenje da se umanji efekat vetra na volumetrijsku efikasnost. Recirkulacija toplog vazduha se povećava sa rastom brzine vetra. Danas se koriste vetrobrani da bi se umanjio ovaj efekat. Druga opcija je povećanje brzine ventilatora što znači veću potrošnju struje.

 

[2] Ova studija je izvedena kako bi se procenile parformanse termoelektrane koja sadrži parnu turbinu i direktno hlađen vazdušno/vodeni kondenzator koji radi pod raznim ambijentalnim temperaturama. Predloženi sistem hlađenja ima kondenzator A-tipa i uvođenjem hibridnog (vlažno/suvog) deflegmatora (dephlegmator) postiže se merljivo poboljšanje karakteristika hlađenja kada su temperature okoline visoke.

[3] U ovom radu otkriveno je da erkondišn sa vazdušnim hlađenjem treba da ima otvoren kondenzator kako bi spoljni vazduh mogao lagano da prolazi i kako bi se efikasno disipirala toplota. Tokom dana sunčevo zračenje pada na površinu kondenzatora i visoka temperatura može biti štetna za energetske performanse sistema. Proučavani su efekti zasenčavanja kondenzatora kako bi se ublažili loši efekti visokih temperatura okoline zbog sunčevog zračenja, a zaključak je da zbog senčenja COP raste oko 2.5%.

[4] Prenos toplote konvekcijom je proučavan i dati predlozi za poboljšanja. Da bi se to postiglo važno je uzeti u obzirkako kondenzaciju unutar cevi tako i strujanje van što je dominantno. Mikrokanali poboljšavaju kondenzaciju više nego klasične cevi, ali i tu ima mesta za popravke. U ovom radu je to postignuto naginjanjem ravnih cevi za izvestan ugao u odnosu na horizontalu.

V Zaključak

Primarni cilj ovog rada je da proceni performanse ACC pod raznim uslovima. Te performanse opadaju kako rastu temperatura i/ili brzina vetra. Hibridni deflegmatori daju merljiva poboljšanja kada je temperatura vazduha visoka. Vetrobrani se koriste da se umanje efekti vetra, ali se može i povećati brzina ventilatora. Senčenje smanjuje uticaj visokog direktnog zraćenja sunca. Drugi oblici cevi i promena njihovog nagiba se takođe koriste kao metode popravka prenosa toplote.