گازهای داغی که از درون بویلر و سوپر هیتر عبور می‌کنند، در زمان خروج همچنان داغ هستند. بنابراین میتوان از انرژی حرارتی موجود در این گازها، برای افزایش راندمان بویلر استفاده کرد. برای این منظور، گازهای داغ را از درون اکونومایزر عبور می دهند. نقش اکونومایزر ها را عمدتا در صنایع نیروگاهی، صنایع فرآیندی و تهویه مطبوع می توان مشاهده کرد.
اکونومایزر چیست؟
«اکونومایزر« یا «صرفه‌جو» را میتوان اینگونه تعریف کرد: دستگاهی مکانیکی که عملکردی مشابه مبدل حرارتی دارد و برای افزایش بازده انرژی و جلوگیری از اتلاف آن در سیستم‌های مختلف مهندسی و ترمودینامیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اکونومایزر در واقع یکی از انواع مبدل حرارتی است که آب تغذیه بویلر از درون آن عبور داده شده و از حرارت گازهای داغ خروجی برای گرم کردن این آب استفاده می‌شود (پیش گرمایش). بدین ترتیب، آب تغذیه با دمای بالاتری به درون بویلر فرستاده می‌شود و انرژی کمتری را برای گرمایش و یا تبخیر نیاز دارد. لذا در این حالت، با یک مقدار انرژی مشخص، میتوان آبگرم و یا بخار بیشتری را تولید کرد. نتیجة این امر افزایش در راندمان بویلر است. به طور تقریبی، به ازای افزایش 10 درجة سلسیوس در دمای آب تغذیه، راندمان 2 درصد بیشتر می شود.
برای درک جایگاه تاریخی اکونومایزرها میتوان گفت این تجهیزات در قرن نوزدهم توسط یک مهندس بریتانیایی به نام ادوارد گرین با هدف پیش گرم کردن هوای کوره و افزایش راندمان دیگ بخار طراحی شدند. اواسط قرن نوزدهم آنها برای سیستم های تهویه نیز تعبیه شدند و امروزه اکونومایزرهای مدرن از مواد و طرح های پیشرفته برای انتقال حرارت بهینه استفاده می شوند.
مزایای استفاده از اکونومایزر
- کاهش مصرف سوخت و هزینه‌های جاری: با استفاده از اکونومایزر، میتوان حرارت گازهای داغ خروجی را که در حالت عادی تلف می شود، بازیافت کرده و از آن برای گرم کردن آب ورودی به بویلر استفاده کرد. در نتیجه این موضوع سبب کاهش هزینه و مصرف سوخت می شود.
- هماهنگی و سازگاری بیشتر برای تغییرات بار: به دلیل بالا بودن دمای آب تغذیه، توانایی بویلر در هماهنگ شدن با تغییرات ناگهانی بار افزایش می یابد.
- کاهش آلودگی: برای یک خروجی ثابت بخار، نرخ احتراق کاهش پیدا کرده و باعث کاهش تولید اکسیدهای نیتروژن (NOx) می شود.
از آنجا که این دستگاه ها در سمت پر فشار پمپ تغذیه قرار می گیرد، تأمین آب تغذیه با دمای بالاتر از 100 درجه سلسیوس نیز ممکن می شود. در این حالت، کنترل کننده آب بویلر باید از نوع پیوسته بوده و به حالت قطع و وصلی نباشد. علت این موضوع حفظ پیوستگی جریان آب تغذیه از درون اکونومایزر است.
تذکر: اکونومایزر نباید خیلی بزرگ باشد، زیرا:
ممکن است دمای گازهای داغ خروجی به کمتر از دمای شبنم برسد و ترکیبات اسیدی و خورنده به وجود آورد. که در این صورت باید جنس اکونومایزر از فلزات مقاوم در برابر خوردگی مانند استنلس استیل باشد. علاوه بر این، زمانی که این دستگاه ها خیلی بزرگ باشد ممکن است آب تغذیه درون آن بجوشد.
همان‌طور که گفته شد، امروزه استفاده صحیح از انرژي به امری غیر قابل انکار تبدیل شده است. این امر تنها در زمانی قابل دستیابی خواهد بود که بتوانیم با کمک ابزارهای جانبی، میزان راندمان کلی تجهیزات برودتی و گرمایشی را بیشتر کنیم، آن هم بدون اینکه مصرف انرژی آنها بیشتر شود. به همین علت نقش اکونومایزر ها را در سیستم های گرمایشی، نیروگاه های بخار و سیستم های برودتی حائز اهمیت است.
نقش اکونومایزر در بویلرها
بخش اعظمی از حرارت دیگ از طریق دودکش هدر می رود. برای بازیابی حرارت مذکور و افزایش راندمان می توان از اکونومایزرها استفاده کرد. به طوری که این تجهیز را به مثابه یک مبدل حرارتی لوله ای در مسیر گازهای داغ خروجی از دیگ و سیال تزریقی قرار داده و این عمل که موجب پیش گرم شدن سیال ورودی است، افزایش راندمان و صرفه جویی در مصرف انرژی دیگ را همراه دارد.
ساختار اکونومایزر در بویلر ها
شامل تعدادی لوله مسی سری شده می باشد که به وسیله یک سری لوله های خمیده کوچک یا زانویی به یکدیگر وصل می شوند و عمده این اتصالات به روش جوشکاری به یکدیگر متصل شده است.
تفاوت اکونومایزر در بویلر های فایرتیوب و واتر تیوب
تفاوت عمده در کاربرد اکونومایزر برای بویلرهای واترتیوب و فایرتیوب، سیستم کنترل آن است. در بویلرهای واتر تیوب، جریان آب و دود به صورت دائمی بوده و در اکونومایزر همواره در حال انتقال حرارت آب و دود می‌باشند در حالی که در بویلر های فایر تیوب مشعل با پرشر سوئیچ یا پرشر ترانسمیتر کنترل شده و بسته به مصرف بخار برای لحظاتی به حداقل شعله می‌رسد و یا حتی خاموش می‌گردد. همچنین میزان آب ورودی به بویلر نیز با سطح آب داخل بویلر تنظیم شده و در صورت استفاده لول سوئیچ، برای دقایقی ورود آب به بویلر قطع می‌گردد.
زمان کارکرد پمپ و مشعل نیز تناسب مستقیمی با هم ندارند بدین معنی که ممکن است سطح آب دیگ کاهش یافته باشد ولی فشار افت نکرده باشد. در این حالت پمپ تغذیه شروع به کار نموده و آب را به بویلر تزریق می نماید در حالی که در اکونومایزر دودی عبور نمی کند و عملا دستگاه کار نمی کند اگر عکس حالت فوق اتفاق بیافتد، یعنی فشار افت کند ولی هنوز سطح آب بویلر بالا باشد، مشعل شروع به کار کرده و آب ساکن در لوله های اکونومایزر را تبدیل به بخار می کند، در نتیجه فشار سیستم افزایش یافته و شیر اطمینان عمل میکند.
برای حل مشکل فوق، باید آب در لوله‌های اکونومایزر در زمانی که مشعل مشغول به کار است جریان داشته باشد حتی اگر دیگ آب مصرف نکند. بدین منظور اگر در سیستم دی‌اریتور نصب شده باشد، از مخزن ذخیره دی‌اریتور استفاده می‌گردد. آب موجود در مخزن ذخیره دی‌اریتور توسط یک پمپ سیرکوله به دی‌اریتور فرستاده شده و مجددا به مخزن ذخیره بر می‌گردد.
پمپ سیرکوله تنها زمانی روشن می‌شود که مشعل روشن باشد. نقطه ضعف این طرح این است که آب را نمی توان بیش از 100 درجه سانتی‌گراد گرم نمود، چون دی‌اریتور ها معمولا اتمسفریک می‌باشند و اگر آب برگشتی بویلر بیشتر از کندانس برگشتی تشکیل شده باشد، قبل از ورود به اکونومایزر دمای بالایی خواهد داشت؛ که عملا کارایی اکونومایزر را به حداقل خواهد رساند. بهترین حالت استفاده از یک مخزن تحت فشار و یا دی‌اریتور تحت فشار است که بتوان آب را تا حداکثر ممکن پیش‌گرم نمود.
انواع اکونومایزر دیگ بخار
در مورد اکونومایزر های استفاده شده در بویلر می توان دسته بندی چگالشی و غیر چگالشی را در نظر گرفت.
اکونومایزر چگالشی
در یک اکونومایزر چگالشی، دمای گاز دودکش به زیر نقطه شبنم کاهش می‌یابد (تقریبا 135 درجه فارنهایت) در نتیجه به بهبود فرآیند بازیابی گرمای اتلافی کمک می‌کنند. مدل چگالشی هم گرمای نهان و هم گرمای محسوس را با چگالش بخار آب از گاز دودکش بازیابی میکند. در نتیجه، اکونومایزرهای چگالشی باید مقاومت بالایی در برابر خوردگی اسیدی داشته باشند.
اکونومایزر غیر چگالشی
این نوع اکونومایزرها برای بالاتر نگه داشتن دمای گاز دودکش از دمای چگالش آن برای جلوگیری از خوردگی مجرای گازهای دودکش استفاده می شوند. این امر به ویژه برای سوخت هایی که حاوی گوگرد هستند حیاتی است.
ترکیبات گوگردی می‌تواند در گاز دودکش تشکیل شود که این نقطه شبنم کلی آن را افزایش می‌دهد و می تواند اسید سولفوریک بسیار خورنده را در هنگام چگالش ایجاد کند.
این نوع اکونومایزر پرکاربردترین نوع است. اکونومایزر غیر چگالشی یک سیم پیچ مبدل حرارتی (معمولا پره دار) است که در لوله دودکش در خروجی بویلر نصب می شود و توانایی بهبود راندمان کلی تا 2-4٪ از سیستم را دارند.
تفاوت بین اکونومایزرهای چگالشی و غیر چگالشی
اکونومایزر غیر چگالشی برای حفظ دمای گاز دودکش بالاتر از دمای چگالش گازهای دودکش به منظور جلوگیری از خوردگی مجرای گازهای دودکش استفاده می کند. در یک اکونومایزر چگالشی، دمای گاز دودکش به زیر نقطه شبنم محصولات احتراق گاز طبیعی کاهش می‌یابد (تقریبا 135 درجه فارنهایت) در نتیجه به بهبود فرآیند بازیابی گرمای اتلافی کمک می کنند.
بویلرهای غیر چگالشی دمای عملیاتی بالایی نسبت به بویلرهای چگالشی دارند. هوای احتراق برای مشعل چگالشی مستقیما از بیرون گرفته می شود بر خلاف سیستم های غیر چگالشی که هوا را از داخل ساختمان می گیرند.
بویلر چگالشی بازدهی بیشتری نسبت به بویلر غیرچگالشی دارد (حداقل 25 درصد). اکونومایزر چگالشی با پیش گرم کردن آب سرد ورودی به بویلر با کمک گرمای اتلافی گازهای دودکش، بازدهی مورد نظر را به دست می آورد و گرمای بیشتری را از هوای بیرون استخراج میکند نسبت به هوای داخل.
عوامل موثر در انتخاب اکونومایزر بویلر
- نوع سوخت مصرفی
- ظرفیت دیگ
- فشار کاری دیگ
- دمای سیال تغذیه ورودی
- دمای سیال خروجی
جنس اکونومایزر ها
در دودکش دیگ ها زمانی که درجه حرارت از ۳۰۰ (نقطه شبنم اسید سولفوریک) درجه پایین تر می آید امکان میعان اسید سولفوریک وجود دارد. به همین دلیل نیاز است تا فلزی که برای ساخت اکونومایزر مورد استفاده قرار می‌گیرد در برابر خوردگی مقاوم باشد.
جنس اکونومایزر ها معمولا از فلزاتی است که در برابر خوردگی مقاومت بالاتری را نسبت به فولاد کربنی دارند. این دستگاه ها معمولا از استیل ساخته می‌شوند. جنس اکونومایزرها در بویلرهای با ظرفیت پایین تر از نوع فولاد کربنی و در ظرفیت های بالاتر از نوع استنلس استیل است. البته از جنس چدن با پوشش ضدخوردگی برای عملکرد عالی در بویلرهای زغال و نفت سوز می توان استفاده نمود.
اکونومایزر ها را میتوان از نقطه نظر آرایش کویل ها به صورت زیر دسته بندی نمود
- ایستاده: کویل ها به صورت مستقیم با زانو متصل شوند.
- حلزونی: کویل ها به صورت دوار کنار هم قرار گیرند.
از کاربردهای اکونومایزر در نیروگاه ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نصب در در خروجی توربین بخار به عنوان هیتر آب تغذیه قبل از ورودی بویلر
- نصب به عنوان بخشی از مبدل بازیافت حرارتی در نیروگاه سیکل ترکیبی
نقش اکونومایزر ها در سیستم های سرمایشی
سیستم‌های برودتی یا سرمایشی به ما اجازه می‌دهند تا حتی در گرم‌ترین اوقات نیز دست از فعالیت‌های مختلف برنداریم. این یک مزیت عالی است، اما چنین سیستم‌هایی برای فعالیت مداوم نیاز به مصرف انرژی زیادی دارند. به طور کلی «سرمایش» از جمله فرایندهای ترمودینامیکی خاصی به شمار می‌رود که برای ایجاد آن باید به سراغ صرف انرژی نسبتاً زیادی برویم.
موارد مهمی همچون راه‌اندازی مخازن یخ (آیس بانک)، بهبود دمای محیط در کارخانه‌ها و محیط‌های تولیدی، ادامه یافتن فعالیت سردخانه‌های مخصوص نگهداری مواد غذایی و موارد مشابه، مهم‌ترین گزینه‌هایی هستند که در آنها از فرایند سرمایش و سیستم‌هایی که در این زمینه به کار می‌روند، استفاده می‌شود. در این بین، چیلر و به خصوص چیلر تراکمی بهترین عملکرد را به ما ارائه می‌دهند.
اما دلیل اصلی مصرف بالای انرژی چیلر چیست؟ در پاسخ باید بگوییم که چیلرها عملاً خلاف جهت کاری طبیعت فعالیت می‌کنند. این دستگاه‌ها باید گرما را از پایین به سمت بالا انتقال دهند و همین امر نیازمند بهره‌گیری از انرژی بالایی است. قاعدتاً امکان متوقف کردن چیلرها به منظور کاهش میزان مصرف آنها وجود ندارد. در برخی از صنایع حتی چند دقیقه توقف چیلر می‌تواند محیط مدنظر را برای فعالیت‌های انسانی نامناسب کند.
در این حالت، برگ برنده شما انتخاب یک اکونومایزر باکیفیت است تا بتواند میزان مصرف انرژی چیلرها را کاهش دهد، اما از عملکرد مداوم آنها جلوگیری نکند. امروزه در تمامی صنایع مهم جهان در کنار هر سیستم چیلر شاهد به کارگیری یک نوع economizer هستیم که خود نشان از اهمیت فوق‌العاده بالای این دستگاه‌ها دارد. نباید فراموش کرد که این دستگاه‌ها منجر به بهتر شدن عملکرد فنی چیلر نیز می‌شوند. در واقع با نصب این محصول می‌توانید با یک تیر دو نشان بزنید.
کویل های مورد استفاده در اکونومایزر ها به سه دسته زیر تقسیم بندی می شوند:
- برهنه یا لخت یا Bare tube: در این نوع اکونومایزر انتقال حرارت توسط تیوب های صاف صورت می گیرد و در جاهایی که راندمان حرارتی بالا لازم نباشد به کار می رود.
- مجهز به فین یا Finned: این نوع اکونومایزر دارای راندمان بالایی می باشد و به صورت فین هایی خارجی در اطراف تیوب ها نصب می شود هزینه بالاتری را در بر دارد.
- شاخدار یا Stud: این نوع کویل ها برای جاهایی که دارای دود بسیار کثیف هستند کاربرد زیادی دارد و نیز از این مدل برای حفظ راندمان حرارتی استفاده می گردد.
قیمت اکونومایزر دیگ بخار
قیمت اکونومایزر به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:
- نوع : اکونومایزرها در انواع مختلفی ساخته می شوند، از جمله پوسته و لوله، کویلی و صفحه ای. قیمت اکونومایزرها با توجه به نوع آنها متفاوت است.
- اندازه : اندازه این دستگاه ها بر اساس ظرفیت آن تعیین می شود. اکونومایزرهای بزرگ تر معمولاً گران تر از انواع کوچک تر هستند.
- جنس : این تجهیزات از مواد مختلفی ساخته می شوند، از جمله فولاد ضد زنگ، فولاد کربنی و آلومینیوم. قیمت اکونومایزرها با توجه به جنس آنها متفاوت است.
- کیفیت ساخت : کیفیت ساخت اکونومایزر بر اساس عوامل مختلفی، از جمله دقت ساخت، استفاده از مواد اولیه با کیفیت و رعایت استانداردهای ساخت تعیین می شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان برای خرید انواع اکونومایزر با کارشناسان مجموعه صنعتی ناب زیست تماس بگیرید.
نرم افزار طراحی اکونومایزر
به نرم افزار FireCAD Economiser design می توان اشاره کرد که یک نرم افزار برای ویندوز می باشد و می تواند طیف گسترده‌ای از اکونومایزرها را برای دیگ‌های آتش‌زا، دیگ‌های حرارتی زباله، HRSG و سایر منابع گاز داغ کارخانه‌های شیمیایی طراحی کنند. این نرم افزار می تواند مدل های مختلف اکونومایزر اعم از مدل برهنه،فین دار و شاخدار را طراحی کند.