توفير الوقود باستخدام المقتصد الحراري (إيكونومايزر): استعادة الحرارة المهدرة عبر المدخنة

لا تتحول الحرارة التي ينتجها الوقود في مرجل البخار بالكامل إلى بخار. أكبر قدر من الفاقد هو الحرارة التي تنتقل إلى الغلاف الجوي عبر غازات الاحتراق الساخنة الخارجة من المدخنة. فكلما زادت درجة حرارة غازات المدخنة، زادت كمية الطاقة المهدرة. المقتصد الحراري (Economizer) هو مبادل حراري يعمل على استرداد جزء من هذه الحرارة وإعادتها إلى المرجل.

ما هو المقتصد الحراري (Economizer) وكيف يعمل؟

المقتصد الحراري (Economizer) هو مبادل حراري أنبوبي يتم تركيبه على مخرج غازات المداخن في المرجل. وعندما يمر ماء التغذية الموجه إلى المرجل عبر أنابيب المقتصد الحراري (Economizer)، تقوم غازات المداخن الساخنة المتدفقة من الخارج بتسخين الماء. وبذلك:

• يخرج غاز المداخن إلى الغلاف الجوي بدرجة حرارة أقل،
• ويدخل ماء التغذية الأكثر سخونة إلى المرجل،
• يتم استهلاك كمية أقل من الوقود للحصول على نفس كمية البخار.

ما مقدار التوفير الذي يحققه؟

وفقًا لنهج شائع الاستخدام في الممارسة العملية، يؤدي انخفاض درجة حرارة غازات المداخن بنحو 20 درجة مئوية إلى زيادة كفاءة المرجل بنسبة 1٪ تقريبًا. في الغلايات التي تعمل دون مقتصد حراري، قد تكون درجة حرارة غازات المداخن مرتفعة جدًّا؛ ويمكن لنظام المقتصد الحراري (Economizer) أن يساهم في زيادة الكفاءة ببضع نقاط عن طريق خفض هذه الدرجة بمقدار عشرات الدرجات. تعتمد القيمة الدقيقة على نوع الوقود ودرجة حرارة المداخن الحالية للغلاية وتصميم نظام المقتصد الحراري (Economizer).

حساب توضيحي

لنفترض وجود منشأة تستهلك 45 طنًا من البخار يوميًا وتعمل بفحم سوما (حوالي 5.000 كيلو كالوري/كجم، وكفاءة المرجل الحالية 75٪، و300 يوم في السنة). تستهلك هذه المنشأة حوالي 2.160 طنًا من الفحم سنويًا. إذا خفض نظام المقتصد الحراري (Economizer) درجة حرارة غاز المداخن بحوالي 80 درجة مئوية، مما يقلل استهلاك الوقود بنسبة 4٪:

• التوفير السنوي في الفحم: 2.160 × 0,04 ≈ 86 طن
• بسعر متوسط يبلغ 11.000 ليرة تركية/طن: حوالي 950.000 ليرة تركية/سنة

يتكرر هذا التوفير كل عام. يمكن حساب فترة استرداد الاستثمار تقريبًا بقسمة تكلفة المقتصد الحراري (Economizer) على هذا التوفير السنوي.

ما هي الغلايات المناسبة لهذا النظام؟

• المراجل التي تعمل بشكل مستمر: يتناسب التوفير تناسبًا مباشرًا مع ساعات التشغيل؛ حيث يتسارع العائد في المراجل التي تعمل لساعات طويلة.
• المراجل ذات درجة حرارة غازات المداخن المرتفعة: تزداد الحرارة القابلة للاسترداد مع ارتفاع درجة حرارة غازات المداخن.
• المراجل التي تعمل بالوقود الصلب والغاز الطبيعي: يمكن استخدامها مع كليهما؛ ويتم تصميمها وفقًا لنوع الوقود.

أمور يجب الانتباه إليها

نقطة التكثف الحمضي

في أنواع الوقود التي تحتوي على الكبريت (مثل الفحم)، إذا تم تبريد غاز المداخن إلى درجة حرارة أقل من حد معين، فإن مركبات الكبريت الموجودة فيه تتكثف لتشكل حمضًا، مما يؤدي إلى تآكل أسطح المقتصد الحراري والمدخنة. لذلك، يتم مراعاة حد أدنى لدرجة حرارة خروج غازات المداخن يعتمد على محتوى الكبريت في الوقود؛ وعادةً ما يتم الحفاظ على هذا الحد عند حوالي 130–150 درجة مئوية في الأنظمة التي تعمل بالفحم.

درجة حرارة ماء التغذية

قد يؤدي دخول ماء شديد البرودة إلى المقتصد الحراري إلى حدوث تكثف موضعي على أسطح الأنابيب. ويقلل ماء التغذية الساخن القادم من جهاز نزع الهواء من هذا الخطر. وقد شرحنا دور جهاز نزع الهواء في هذا المقال.

تراكم السخام والرماد

في الأنظمة التي تعمل بالوقود الصلب على وجه الخصوص، تتراكم طبقات السخام والرماد على أنابيب المقتصد الحراري بمرور الوقت؛ مما يؤدي إلى انخفاض نقل الحرارة. يحافظ التنظيف المنتظم ومراقبة درجة حرارة غازات المداخن على الكفاءة. ويعد ارتفاع درجة حرارة المداخن بمرور الوقت مؤشراً على أن وقت التنظيف قد حان.

حماية جانب الماء

تعتبر أنابيب المقتصد الحراري (Economizer) حساسة لجودة المياه بقدر حساسية مياه المرجل. قد يتسبب الأكسجين المذاب في تآكل أنابيب المقتصد الحراري (Economizer)؛ لذا فإن معالجة المياه بشكل جيد أمر ضروري هنا أيضًا.

ما الذي يجب مراعاته عند اختيار المقتصد الحراري (Economizer)؟

• سطح التسخين ونوع الأنابيب: توجد تصميمات ذات أنابيب ملساء أو ذات أجنحة (زعانف). توفر الأنابيب ذات الأجنحة سطح تبادل حراري أكبر في حيز أصغر؛ لكنها قد تكون أكثر عرضة للتلوث عند استخدام أنواع الوقود الصلب التي تحتوي على كمية كبيرة من الرماد. يجب أن يتم الاختيار وفقًا لنوع الوقود.
• فقدان الضغط على جانب المدخنة: يضيف المقتصد الحراري (Economizer) مقاومة إضافية لغازات المدخنة. يجب التحقق مما إذا كانت المروحة الحالية قادرة على تحمل هذه المقاومة الإضافية أم لا.
• ضغط جانب الماء: يعمل المقتصد الحراري (Economizer) في ضغط الغلاية بعد مضخة التغذية؛ ويجب أن يكون ضغط التصميم مناسبًا لذلك.
• إمكانية الوصول للتنظيف: تعتبر أغطية الفحص وإمكانية التنظيف أمراً مهماً للحفاظ على الكفاءة، خاصة في الأنظمة التي تعمل بالوقود الصلب.
• نقاط القياس: تيسر إمكانية قياس درجات حرارة غازات المداخن والمياه عند مدخل ومخرج المقتصد الحراري (Economizer) متابعة الأداء ومستويات التلوث.

مثال من الميدان

تم تشغيل المرجل البخاري من نوع المجمّعات بشبكة دوّارة بسعة 6 طن/ساعة و12 بار الذي أنتجناه لمصنع Orkide في Kemalpaşa، مع نظام المقتصد الحراري (Economizer) وجهاز الغسيل الرطب (Wet Scrubber). ويؤدي التصميم المشترك للغلاية والمقتصد الحراري والمرشح إلى تحسين كل من الكفاءة ومخرجات المداخن.

دعونا نقيّم غرفة المرجل الخاصة بكم معًا

نحن في Çiftel Kazan ننتج منذ عام 1986 غلايات البخار والزيت الحراري والماء الساخن في منشأتنا الكائنة في كمالباشا بإزمير. يرجى التواصل معنا أو الاتصال بنا على أرقام +90 232 479 11 21 / +90 544 479 11 21 لتقييم الوضع الحالي لغرفة المرجل الخاصة بكم ومناقشة ما يمكن القيام به من حيث الكفاءة والتكلفة.