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Sobre unidad de recuperación de calor residual

Tipos de unidades de recuperación de calor residual

Una unidad de recuperación de calor residual (WHRU) captura y recicla la energía de calor residual de los procesos industriales. Existen varios tipos de WHRU, dependiendo de la fuente, el tipo y la temperatura del calor residual.

  • Intercambiadores de calor:

  • Los intercambiadores de calor transfieren calor de fluidos calientes a fluidos fríos sin mezclarlos. Los intercambiadores de calor son el tipo más común de WHRU e incluyen intercambiadores de calor de carcasa y tubos, de placas, de tubos con aletas y enfriados por aire. Son adecuados para diferentes aplicaciones, diseños y características de fluidos de calor residual.

  • Generadores de vapor de recuperación de calor (HRSG):

  • Un HRSG utiliza calor residual para producir vapor. El vapor se puede alimentar a una turbina de gas para la generación de energía de ciclo combinado o utilizarse como vapor de proceso en instalaciones industriales. Un HRSG generalmente consta de un economizador, un evaporador, un sobrecalentador y un sistema de combustión auxiliar.

  • Ruedas térmicas / regeneradores rotativos:

  • Una rueda térmica comprende un cubo circular con un medio de retención de calor. La rueda térmica gira lentamente a través de la corriente de fluido caliente y la corriente de fluido frío. El calor del fluido caliente se recolecta primero mediante el medio de retención de calor, que luego se expone a una corriente de fluido frío. La rueda térmica luego gira de regreso a la corriente de fluido caliente para liberar el calor. Las ruedas térmicas son adecuadas para aplicaciones donde hay disponibles flujos de fluido frío y caliente en el sitio.

  • Ciclos orgánicos de Rankine (ORC):

  • Un ORC recupera calor vaporizando un fluido de trabajo orgánico (no agua) en una caldera de calor residual. El vapor de alta presión se expande en una turbina para producir electricidad. La turbina del ORC está acoplada a un generador eléctrico. Después de la expansión, el fluido orgánico se enfría en un condensador y se bombea de regreso a la caldera de calor residual para repetir el ciclo. Las unidades ORC son adecuadas para recuperar calor residual de baja a media temperatura.

Especificaciones y mantenimiento de unidades de recuperación de calor residual

Especificaciones

  • Rango de temperatura:

    Las unidades de recuperación de calor residual pueden funcionar dentro de un rango de temperatura específico. Generalmente, el calor residual superior a 200 no se recupera; el calor residual superior a 400 es mejor.

  • Humedad:

    Las unidades deben poder funcionar dentro del rango de humedad específico del calor residual. Generalmente, no es ni demasiado seco ni demasiado húmedo. Evite la condensación de calor residual.

  • Carga térmica:

    Es la cantidad de calor que la unidad puede procesar. Se mide en kilovatios (kW) o megavatios (MW). Diferentes unidades tienen diferentes cargas térmicas. Seleccione una adecuada según la energía calorífica del calor residual.

Mantenimiento

Mantener correctamente las unidades de recuperación de calor residual puede prolongar su vida útil, mantenerlas funcionando a mejores niveles de rendimiento y garantizar la seguridad.

  • Inspecciones regulares:

    Realice una inspección sistemática regularmente de acuerdo con los manuales de operación o las pautas de las unidades. Verifique si los componentes, como los intercambiadores de calor, las tuberías de transporte, las válvulas, etc., están dañados, sueltos o fuera de lugar. Repárelos o ajústelos a tiempo si hay algún problema. Controle los riesgos de seguridad. Por ejemplo, el agua de refrigeración de una unidad de recuperación de calor para el escape del motor se puede comprobar para su valor de pH y temperatura de funcionamiento. Si se encuentra que es ácido, se deben reponer los aditivos anticorrosivos.

  • Limpieza regular:

    Es necesario limpiar el polvo, la suciedad y los depósitos de ceniza en la superficie de los elementos de intercambio de calor de las unidades de recuperación de calor residual para motores u otros equipos. Use agentes o herramientas de limpieza apropiados para limpiar esos depósitos suavemente. Esto asegurará un mejor rendimiento de transferencia de calor.

  • Preste atención a los parámetros operativos:

    Mantenga la monitorización de los parámetros operativos de las unidades, como las temperaturas, las presiones y los caudales. Compárelos con los rangos normales proporcionados por los fabricantes. En caso de cualquier anomalía, analice y resuelva los problemas inmediatamente. Evite la sobrecarga o el uso excesivo de las unidades.

  • Reemplazos periódicos de componentes:

    Algunos componentes de la unidad de recuperación de calor residual, como los filtros, los elementos de sellado y los sensores, deben reemplazarse periódicamente. Configure un cronograma de mantenimiento de acuerdo con la situación práctica y el uso para garantizar que esos componentes funcionen bien.

Escenarios de unidades de recuperación de calor residual

Los dispositivos de recuperación de calor de baja temperatura se aplican ampliamente en una variedad de industrias, como la industria alimentaria y de bebidas. Las unidades de recuperación de calor residual se utilizan en la fermentación para no perder una cantidad sustancial de energía a través del agua de refrigeración. Técnicas como los intercambiadores de calor y los condensadores evaporativos permiten recuperar una parte significativa del calor que se habría descartado y reutilizado dentro de la operación.

Otra aplicación generalizada es en el proceso de destilación. La destilación requiere una gran cantidad de energía y se basa en el cambio de fase. Por lo tanto, hay mucho calor que se puede recuperar. Normalmente, el calor recuperado se realiza a través de intercambiadores de calor.

Los generadores de vapor de recuperación de calor (HRSG) se utilizan ampliamente en las plantas de energía. Normalmente emplean turbinas de gas. Las turbinas de gas producen gases de escape que contienen una gran cantidad de energía. Los generadores de vapor de recuperación de calor entran en juego y utilizan el calor de los gases de escape para producir vapor, que se puede utilizar para hacer girar un generador de turbina de vapor. El generador de turbina de vapor producirá energía adicional para la planta de energía.

Los centros de datos son otra instalación que utiliza sistemas de recuperación de calor residual. Los centros de datos generan mucho calor debido a la gran cantidad de servidores que almacenan información y realizan cálculos. Los sistemas de recuperación de calor se utilizan para recuperar el calor generado por los servidores, de modo que se pueda utilizar para calentar edificios a través de intercambiadores de calor y sistemas de refrigeración. Los sistemas garantizarán que los servidores estén lo suficientemente fríos y el calor se utilizará para proporcionar calefacción central a otros edificios.

En la industria química, las unidades de recuperación de calor residual se utilizan ampliamente en el sistema de refrigeración por adsorción sólida (SA). La unidad de recuperación de calor residual utiliza calor del proceso químico para alimentar los sistemas de refrigeración a través de intercambiadores de calor, torres de refrigeración e intercambiadores de calor con unidades de almacenamiento térmico. La refrigeración se puede utilizar para controlar la temperatura de los procesos químicos. También se puede utilizar para aire acondicionado centralizado.

Cómo elegir unidades de recuperación de calor residual

Al seleccionar una unidad de recuperación de calor residual, se deben considerar varios factores para garantizar que cumpla con los requisitos específicos de la instalación o aplicación industrial.

  • Características de la fuente de calor: Determine el tipo de calor residual disponible en el proceso industrial. Identifique el rango de temperatura, la tasa de flujo de calor y si el calor está en forma líquida o gaseosa. Estos factores influirán en la selección de tecnologías y unidades WHR adecuadas.
  • Demanda de energía térmica: Evalúe la demanda de energía térmica de la instalación. Considere los requisitos de temperatura y presión de los procesos o sistemas que utilizarán el calor residual recuperado. Esta evaluación ayudará a determinar la capacidad y los parámetros operativos de la unidad WHR que necesita ser recuperada.
  • Tecnología de recuperación de calor residual: Familiarícese con las diferentes tecnologías y unidades de WHR. Cada tecnología tiene ventajas, limitaciones y idoneidad para aplicaciones específicas. Realice una comparación de rendimiento entre las tecnologías WHR disponibles para encontrar la más adecuada para el escenario industrial particular.
  • Posibilidades de integración: Evalúe las posibilidades de integración de la unidad WHR elegida con los sistemas e infraestructuras existentes. Considere factores como el espacio disponible, la tubería, las conexiones eléctricas y los sistemas de control. Asegúrese de que la unidad WHR se pueda integrar de manera efectiva para maximizar la recuperación del calor residual.
  • Evaluación económica: Realice un análisis económico de las posibles unidades WHR. Considere los costes de instalación, los gastos operativos y los requisitos de mantenimiento. Evalúe la viabilidad económica y el período de recuperación de la unidad WHR en función del ahorro energético y los beneficios económicos del calor residual recuperado.

Preguntas y respuestas sobre la unidad de recuperación de calor residual

P: ¿Cuál es el tamaño del mercado de recuperación de calor residual?

R: El mercado global de recuperación de calor residual se estimó en alrededor de 40 mil millones de USD en 2020. Se proyecta que crecerá a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 5,1%, alcanzando aproximadamente 66 mil millones de USD para 2030.

P: ¿Cuáles son las principales tendencias en el mercado de recuperación de calor residual?

R: El mercado está impulsado por la producción industrial. Se están estableciendo más instalaciones para recuperar el calor residual. El enfoque está en adaptar los sistemas de recuperación de calor existentes. Se están realizando investigaciones para mejorar su eficiencia. Hay un cambio global hacia las energías renovables. Más industrias están utilizando unidades de recuperación de calor residual porque hay menos combustibles fósiles.

P: ¿Cuáles son los desafíos en el mercado de recuperación de calor residual?

R: El principal desafío para el mercado de recuperación de calor residual es el alto coste inicial de la instalación de estas unidades. Las empresas que no conocen los beneficios a largo plazo de recuperar el calor residual no están invirtiendo dinero en estos sistemas.

P: ¿Cuáles son los diferentes tipos de unidades de recuperación de calor residual?

R: El WHRU más común es el intercambiador de calor. Otros tipos incluyen generadores termoeléctricos, unidades de ciclo orgánico de Rankine, tubos de calor y economizadores.