199939. lajstromszámú szabadalom • Sűrített levegőt termelő kompresszorok kombinatív, kettős hűtési rendszere, a sűrített levegőben lévő hőenergia üzembiztos visszanyerése érdekében
1 HU 199939 B 2 A találmány tárgya egy- vagy kétfokozatú sűrítettlevegőt hőmennyiség visszanyerése, vagyis hulladékhő hasznosítás a termelt sűrítettlevegő minőségének romlása nélkül, az energiakínálat és felhasználás szinkronitásának optimalizálási, valamint a vízhőfokszintnek a jelenlegi 100 °C limit fölé való növelésének lehetőségével, egyúttal a kompresszorok belső hűtőkörének gazdaságos kialakításának és a külső hűtőkörben a hőviszszanyerés egyszerű telepíthetőségének biztosításával. A találmány szerinti rendszer előnyösen felhasználható mind az egyfokozatú, mind a kétfokozatú sűrítettlevegőt termelő kompresszoroknál. Energiaforrásaink lényeges területe a különböző technológiákból származó és további hasznosítás nélkül a környezetbe jutó hulladékenergia. Ez nagyrészt érzékelhető belsőenergia (hő) formájában áll rendelkezésre mint gőz, melegvíz, meleglevegő. A hulladékhő célszerű felhasználása energiagazdálkodásunk egyik igen fontos része, és még ma is igen komoly lehetőségeket rejt magában. A hőhordozók különböző hőfokszinteken fordulnak elő és ezért a hulladék hasznosítás kérdéseinek vizsgálatánál az entropiaszemléletet kell szemelőtt tartani. Energetikai szempontból olyan ideális technológiát kell megközelíteni, hogy az adott energiaforrás, valamint a technológiai művelet és környezet között olyan kapcsolat valósuljon meg, amely kielégíti a technológia követelményeit, és ugyanakkor a rendszer entropiatermelése minimális legyen, vagyis maximálisan biztosítsuk a hőhasznosítás lehetőségeit. A technológiai egységek energetikai tökéletesítése révén a technoilógiai rendszerek zárttá tétele. Ezeknek az elveknek a felhasználásával már igen jó megoldások születtek: — hulladékhővel történő vízmelegítésre (textilgyári melegvíz, gőzgép kipufogó gőze, kemence hűtővíz, gőzkalapács fáradt gőze, szilárd anyagok fizikai hője, kazán füstgáz stb.) — hulladékhő regeneratív hasznosítására, (füstgáz hasznosítása szárítóknál stb.) — hulladékhő hasznosítása gőzfejlesztésre, — hulladékhő hasznosítása villamosenergia fejlesztésre. A hulladékhő hasznosítására gazdaságos alkalom a sűrítettlevegőt termelő kompresszorok technológiája. E probléma megoldására ma ismert és alkalmazott konstrukciók igen bonyolultak, és ezért dárgává teszik a kompresszorok által termelt hő visszanyerését. Ismert termodinamikai törvények alapján a levegő sűrítésére fordított munka hővé alakul. A sűrítettlevegőt termelő kompresszoroknál különböző hűtőrendszerekkel ezt a hőt kivonják, vagyis a sűrítettlevegő hőmérsékletét visszahűtik. A levegő visszahűtés következtében áll elő az a minőségi kritérium, amely alkalmasé teszi a sűrítettlevegőt munkavégzésre. (Forgógépek, bányaberendezések, pneumatikák stb.) Az energiavisszanyerés legelterjedtebb módja a hűtővíz hőmérsékletének növelésével megfelelő hatékonyságú víz-víz hőcserélők alkalmazása, melyek létesítésénél két alapvető műszaki probléma jelentkezik. Egyrészt a megnövelt hűtővízhőmérséklet minőségi romlást jelent a sűrítettlevegőben, ezért a kompresszor gyártók különleges és bonyolult vízhűtőkor kapcsolás kialakításra kényszerültek. Másrészt az energiavisszanyerés csak addig működik zavartalanul, míg az energiakínálat (üzemelő kompresszor) és az energaigény (hulladékhő felhasználó) szinkronban vannak. Mivel ez időben, állandóan nem biztosítható, az üzemeltető kiépít egy tartalék vízhűtő rendszert, ahol a gép teljes hűtési igénye hagyományos módon - elfolyó hűtővízzel, illetve hűtőtoronnyal — biztosítható, ami tetemes beruházási költséget igényel. Napjainkban a legkorszerűbb megoldásnak számító hűtővíz hőmérsékletének növelését biztosító manipuláció, melynél kb. 40 °C körüli kilépő vízhőmérséklet úgy érhető el egy vízhűtéses kétfokozatú csavarkompresszornál (Rohsenov Handook of heat transfer Mc Graw Hill), hogy az első sűrítési fokozat, valamint az első és második fokozat után van beépítve. A hűtési sorrend is ezt az elvet követi, először az első sűrítési fokozatot, majd a másodikat szolgálja. Ennél a rendszernél a hűtővíz tömegáramának csökkentése esetén a kilépő vízhőmérséklet ugyan növekszik, de a sűrítettlevegő hőmérsékletek is emelkednek, mind az első mind a második sűrítési fokozat után. A sűrítettlevegő hőmérsékletének növekedése a kompresszor üzemében zavart okoz és végső soron a gép meghibásodását, leállását is előidézheti. Annak érdekében, hogy a kritikus kompreszszor hőmérsékletek alatta maradjanak a specifikált maximumoknak és megfelelő átlaghőmérséklet különbségek legyenek az egyedi géprészek hőátadása tekintetében, egyes tőkés kompreszszor gyártó cégek (Atlas Copco) olyan hűtővízköri átalakítási megoldást választottak a legutóbbi időben (E.Ditrich, F.J.Ganster, E.Echardt, A.G.Stapel: Warmerückgewinnung bei Kompressoren), melynél a hűtővízkör sorrendjét változtatták meg a cél érdekében. A közbenső- és utóhűtőt két-két részre választották szét, majd megfelelő sorrendben összekötötték a hűtővízkör többi részével. Ennek megfelelően a folyamatban szerepel közbensőhűtő hidegoldali rész, közbensőhűtő melegoldali rész, utóhűtő hidegoldali rész, utóhűtő melegoldali rész, olahűtő és üresjárati-hűtő. A hűtővízkör folyamata a következő: — olajhűtő — közbensőhűtő hidegoldal — utóhűtő hidegoldal- nagynyomású fokozat — kisnyomású fokozat- üresjáratihűtő- közbensőhűtő melegoldal- utóhűtő melegoldal. A rendszer eléggé korszerű, de még mindig nagy a rizikófaktora. Létesítési, valamint üzemviteli szempontból a következő hátrányai lehetnek: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
