Recuperación de Calor Residual

¿Qué es la recuperación de calor residual?

La "recuperación de calor residual" es el proceso de "integración de calor", es decir, la reutilización de la energía térmica que de otro modo se eliminaría o simplemente se liberaría a la atmósfera. Al recuperar el calor residual, las plantas pueden reducir los costos de energía y las emisiones de CO₂, al mismo tiempo que aumentan la eficiencia energética.

Ejemplos típicos de recuperación de calor residual

Varios artículos de consumo comunes recuperan el calor residual. Por ejemplo, considere autos turboalimentados, que son proporcionados por varios fabricantes de automóviles.

En los automóviles regulares, sin turbo, el motor de gasolina de combustión interna expulsa el gas caliente a través del escape del automóvil después de que se quema su combustible. Ese gas contiene calor y energía cinética, una parte de la cual se puede recuperar. Los motores turboalimentados desvían el gas caliente a una turbina, que se utiliza para hacer girar un compresor de aire. El aire comprimido se dirige a la cámara de combustión del motor con la gasolina vaporizada, lo que resulta en un encendido más eficiente y una mayor potencia producida con un menor consumo de combustible.

Los beneficios energéticos de la recuperación del calor residual industrial pueden ser similares, y algunos ejemplos se examinan en este artículo.

Economizador

Los economizadores de chimenea, comúnmente utilizados para calentar el agua, se encuentran entre los tipos más simples de recuperación de calor residual. Los trabajadores de la planta pueden estar familiarizados con estos dispositivos comunes que recuperan el calor residual. Los economizadores de la chimenea de calderas utilizan la energía térmica del gas expulsado en el proceso de calentamiento hacia la pila para calentar el agua de alimentación de la caldera y reducir la cantidad de energía requerida para hacer vapor. Según el Departamento de Energía de los EE. UU., La instalación de un economizador de agua de alimentación de caldera puede aumentar la eficiencia térmica de una caldera y reducir el consumo de combustible entre un 5 y un 10%.

Caldera de calor residual (WHB)

Usando un principio similar a los economizadores, las calderas de calor residual recuperan el calor generado en hornos o reacciones químicas exotérmicas en plantas industriales. Estas ubicaciones pueden contener energía significativa que no se debe desperdiciar en una pila. En su lugar, esta energía se puede capturar para generar vapor de baja a media presión en una caldera de calor residual (WHB). Un WHB también se puede usar para eliminar el calor de un fluido de proceso que necesita ser refrigerado para su transporte o almacenamiento, y generar vapor a partir de ese calor. El vapor generado en WHB se puede usar para aplicaciones de calefacción o para impulsar turbinas que generan electricidad, comprimen vapores o bombean líquidos. El vapor de WHB puede contener una humedad significativa, por lo que se recomienda que se instale una combinación de separador de alta eficiencia y trampa de vapor para garantizar que el WHB proporcione vapor de calidad óptima al proceso del receptor.

Generador de vapor de recuperación de calor (HRSG)

Muchas plantas industriales altamente eficientes con sistemas de cogeneración o de ciclo combinado utilizan una turbina de gas (esencialmente un motor a reacción) para generar electricidad y luego generan vapor a partir del calor residual utilizando un generador de vapor de recuperación de calor (HRSG). Esta sección explicará cómo funciona este proceso y cómo un HRSG entra en acción.

Considere el ejemplo anterior de un motor de automóvil turboalimentado, pero en cambio, cambie el motor a un motor a reacción. El motor de la turbina de gas / jet se enciende con gas natural y su escape contiene vapor extremadamente caliente que simplemente sería expulsado a la atmósfera si parte del calor y la energía cinética no fueran capturados. Entonces, ¿cómo puede usarse ese calor residual como se hizo con el auto turboalimentado? El gas caliente expulsado necesita impulsar otra turbina, por lo que el escape pasa a través de un HRSG, que crea vapor sobrecalentado que impulsa una turbina de vapor corriente abajo. La turbina puede impulsar un generador (sistema de ciclo combinado) o simplemente usar el vapor en aplicaciones de proceso (cogeneración o calor y energía combinados (CHP)). Los HRSG pueden tener un solo tambor de vapor (como se muestra en la animación a continuación) o varios tambores de vapor y presiones. También hay variedades sin combustion con circulación natural (que se muestra a continuación) y variedades con combustion en ductos, que es un calentamiento adicional. El calentamiento de los ductos aumenta la generación de vapor y la calidad, y tiene la capacidad de crear vapor sobrecalentado y una potencia aún mayor en una turbina.

Chiller de absorción

Algunos sistemas de cogeneración energéticamente eficientes pueden agregar refrigeración mediante la incorporación de enfriadores de absorción que utilizan vapor generado por el calor residual.

El mecanismo de los chillers de absorción se puede dividir en las siguientes etapas:

1. El líquido absorbente diluido (60% de sal de bromuro de litio, 40% de agua) se precalienta con condensado a medida que se desplaza desde el absorbente al generador.
2. En el generador, el líquido absorbente se calienta con vapor, lo que hace que parte del agua contenida en él se vaporice, haciendo que el líquido esté más concentrado.
3. El líquido absorbente concentrado fluye hacia abajo de vuelta al absorbedor para capturar más agua en su loop continuo. Al mismo tiempo, el vapor de agua se mueve hacia el condensador.
4. En el condensador, el agua de refrigeración hace que el vapor se licue y fluya hacia abajo hacia el evaporador, que tiene una presión cercana al vacío .
5. Justo antes de ingresar al evaporador, el agua condensada fluye a través de un orificio o válvula de expansión. Esta restricción limita el flujo, y el agua nuevamente se vaporiza a una niebla fría a 4.5 ° C [40 ° F]. Aquí es donde se produce la refrigeración. El vapor a baja temperatura extrae el calor del circuito de agua enfriada, reduciendo su temperatura en aproximadamente 5 ° C [9 ° F].
6. La niebla se calienta cuando absorbe el calor del circuito de agua enfriada, pero la fuerte atracción de la solución de sal concentrada empuja el agua hacia el absorbente concentrado, creando una presión de casi vacío en el evaporador en el proceso.

Termocompresión de vapor

La termocompresión es otro enfoque de recuperación de calor que puede utilizar la energía en una corriente que de otra manera se perdería, como el vapor a baja presión. Este es el proceso de mezclar vapor de alta presión y baja presión para crear una presión intermedia utilizando equipos de compresión de vapor como el Sistema SC de TLV, que se muestra a continuación.

Para más información, ver:

• Soluciones por Productos: Compresor de Vapor

Otros ejemplos de recuperación de calor residual en sistemas de vapor

Separación y Reutilización de Vapor Flash

Dondequiera que ocurra el flasheo de de vapor, debe considerarse la posibilidad de su uso como una fuente de vapor de baja presión.

Purga de la caldera

El calor de la purga de la caldera se puede usar en un recipiente como la serie SR de TLV para precalentar el agua.

Para más información, ver:

• Intercambiador de Calor Condensador de Vapor

Calentador de agua a vapor

Se puede usar vapor a baja presión para hacer agua caliente para el proceso o uso doméstico. Si el suministro de vapor de una fuente de calor residual no es continuo, el vapor suministrado puede mantenerse constante mediante el uso de una válvula de vapor suplementaria. El calentador de agua a vapor de TLV, SteamAqua®, es un ejemplo típico. Para una eficiencia optimizada, la serie SteamAqua® contiene una sección de precalentamiento que utiliza la energía térmica del condensado para precalentar el agua de alimentación.

Para más información, ver:

• Calentador de Agua Instantáneo a Vapor

Oportunidades de recuperación de calor

A menudo hay muchas oportunidades para la recuperación de calor en los sistemas de vapor, incluidos algunos que pueden no estar incluidos en este artículo. Póngase en contacto con su representante local de TLV o con un miembro del equipo de Consultoría · Servicios de Ingeniería (CES) para obtener información adicional sobre cómo recuperar la energía térmica de su sistema.

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