به عنوان یک ارائه دهنده باتجربه در صنعت بازیابی اگزوز حرارتی، من از نزدیک شاهد پتانسیل قابل توجه این سیستم ها برای ایجاد انقلابی در بهره وری انرژی بوده ام. سیستمهای بازیابی اگزوز حرارتی برای جذب و استفاده مجدد از گرمای اتلاف حاصل از فرآیندهای صنعتی، تولید برق یا سایر عملیاتهای تولید گرما طراحی شدهاند. این نه تنها مصرف انرژی را کاهش می دهد، بلکه انتشار گازهای گلخانه ای را نیز کاهش می دهد. با این حال، مانند هر فن آوری، سیستم های بازیابی اگزوز حرارتی با مجموعه ای از محدودیت های خود همراه هستند. درک این محدودیت ها برای مشتریان و شرکت ما بسیار مهم است زیرا ما در تلاش هستیم تا بهترین راه حل ها را در بازار ارائه دهیم.
محدودیت های ترمودینامیکی
یکی از اساسی ترین محدودیت های انتقال حرارت در سیستم های بازیابی اگزوز حرارتی در قوانین ترمودینامیک نهفته است. قانون دوم ترمودینامیک بیان می کند که گرما به طور طبیعی از جسمی با دمای بالاتر به جسمی با دمای پایین تر جریان می یابد. در سیستم بازیابی اگزوز حرارتی، بازده انتقال حرارت توسط اختلاف دمایی بین گاز خروجی داغ و محیطی (مانند آب یا هوا) که برای جذب گرما در نظر گرفته شده است، محدود میشود.
وقتی اختلاف دما زیاد باشد، انتقال حرارت با سهولت بیشتری انجام می شود. اما با انتقال گرما، دمای گاز خروجی کاهش می یابد و دمای محیط دریافت کننده افزایش می یابد. در نهایت، اختلاف دما کمتر می شود و سرعت انتقال حرارت کاهش می یابد. این به عنوان دمای نزدیک شناخته می شود، که حداقل اختلاف دمای مورد نیاز برای انتقال حرارت با سرعت عملی است. اگر دمای نزدیک خیلی کم باشد، مبدل حرارتی باید بسیار بزرگ و گران باشد تا مقدار قابل توجهی بازیابی گرما حاصل شود.
به عنوان مثال، در یک سیستم بویلر صنعتی معمولی، دمای گاز خروجی ممکن است از حدود 300 تا 400 درجه سانتیگراد شروع شود. همانطور که گرما به آب تغذیه در یکمبدل حرارتی اکونومایزر، دمای گازهای خروجی کاهش می یابد. هنگامی که اختلاف دما بین گاز خروجی و آب تغذیه به دمای نزدیک می شود (مثلاً 10 تا 20 درجه سانتیگراد)، انتقال حرارت بیشتر ناکارآمد می شود.
محدودیت های مواد
مواد مورد استفاده در سیستم های بازیابی اگزوز حرارتی نیز محدودیت هایی را در انتقال حرارت اعمال می کنند. مبدل حرارتی، که جزء اصلی سیستم است، باید از موادی ساخته شود که در برابر دماهای بالا، خوردگی و فرسایش مقاومت کند.
گازهای خروجی با دمای بالا اغلب حاوی مواد خورنده مانند دی اکسید گوگرد، اکسیدهای نیتروژن و ذرات معلق هستند. اینها می توانند در طول زمان آسیب قابل توجهی به سطوح مبدل حرارتی وارد کنند. به عنوان مثال، در نیروگاهی که زغال سنگ می سوزاند، گوگرد موجود در زغال سنگ می تواند با بخار آب موجود در گاز خروجی واکنش داده و اسید سولفوریک تشکیل دهد که سطوح فلزی مبدل حرارتی را خورده می کند.
فولاد کربنی به دلیل هزینه نسبتا پایین و خواص مکانیکی خوب، یک ماده متداول در مبدل های حرارتی است. با این حال، در محیط های بسیار خورنده، فولاد کربنی ممکن است مناسب نباشد.اکونومایزر کربن فولادمی توان در شرایط کمتر شدید استفاده کرد، اما برای گازهای خروجی تهاجمی تر، فولاد ضد زنگ یا سایر آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی ممکن است مورد نیاز باشد. این مواد گران تر هستند که هزینه کلی سیستم بازیابی اگزوز حرارتی را افزایش می دهد.
علاوه بر خوردگی، فرسایش نیز می تواند مشکل ساز باشد. ذرات معلق در گاز خروجی می تواند باعث سایش سطوح مبدل حرارتی، به ویژه در سرعت های جریان بالا شود. این می تواند منجر به نازک شدن مواد و در نهایت نشتی شود که باعث کاهش کارایی و طول عمر مبدل حرارتی می شود.
رسوب گیری و پوسته پوسته شدن
رسوب گیری و پوسته پوسته شدن مسائل مهمی هستند که می توانند انتقال حرارت را در سیستم های بازیابی اگزوز حرارتی محدود کنند. رسوب به تجمع مواد ناخواسته بر روی سطوح مبدل حرارتی، مانند گرد و غبار، دوده و رسوبات شیمیایی اشاره دارد. از سوی دیگر، رسوبگذاری، تشکیل رسوبات معدنی سخت است که معمولاً به دلیل رسوب نمکهای محلول در آب مورد استفاده در سیستم است.
رسوب گیری و رسوب گیری به عنوان عایق عمل می کنند و هدایت حرارتی سطوح مبدل حرارتی را کاهش می دهند. این بدان معنی است که حتی اگر اختلاف دمای کافی بین گاز خروجی و محیط دریافت کننده وجود داشته باشد، سرعت انتقال حرارت کمتر خواهد بود زیرا گرما باید از این لایه های عایق عبور کند.
به عنوان مثال، در یک سیستم بازیابی گرما که از آب به عنوان محیط جاذب گرما استفاده می کند، اگر آب دارای محتوای معدنی بالایی باشد، می تواند بر روی سطوح داخلی لوله های مبدل حرارتی رسوب ایجاد کند. این مقیاس می تواند در طول زمان ایجاد شود و سطح مقطع لوله ها را کاهش دهد و مقاومت در برابر جریان سیال را افزایش دهد. در نتیجه، راندمان کلی فرآیند انتقال حرارت کاهش می یابد.
تمیز کردن و نگهداری منظم برای جلوگیری از رسوب و پوسته پوسته شدن مورد نیاز است. با این حال، این به هزینه های عملیاتی سیستم بازیابی اگزوز حرارتی اضافه می کند و همچنین می تواند باعث خرابی شود که ممکن است در برخی از فرآیندهای صنعتی قابل قبول نباشد.
طراحی سیستم و محدودیت های یکپارچه سازی
طراحی و ادغام سیستم بازیابی اگزوز حرارتی در فرآیند کلی صنعتی نیز می تواند محدودیت هایی ایجاد کند. سیستم باید به دقت طراحی شود تا با الزامات خاص فرآیند، از جمله سرعت جریان، دما و ترکیب گاز خروجی مطابقت داشته باشد.
اگر سیستم به درستی طراحی نشده باشد، ممکن است مشکلاتی مانند توزیع ناهموار جریان وجود داشته باشد که می تواند منجر به ایجاد نقاط داغ و کاهش راندمان انتقال حرارت شود. به عنوان مثال، در یک کوره صنعتی در مقیاس بزرگ، اگر جریان گاز خروجی به طور یکنواخت در سراسر مبدل حرارتی توزیع نشود، برخی از قسمتهای مبدل حرارتی ممکن است گرمای بیشتری نسبت به سایرین دریافت کنند و در نتیجه از سطح مبدل حرارتی استفاده ناکارآمد میشود.
علاوه بر این، سیستم بازیابی اگزوز حرارتی باید به طور یکپارچه با تجهیزات موجود یکپارچه شود. در برخی موارد، مقاومسازی یک سیستم بازیابی حرارت در یک کارخانه صنعتی قدیمی میتواند به دلیل محدودیتهای فضا، مشکلات سازگاری با سیستمهای لولهکشی و کنترل موجود، و نیاز به اصلاح طرح اولیه فرآیند چالشبرانگیز باشد.
تجزیه و تحلیل هزینه - سود
در نهایت، تجزیه و تحلیل هزینه - فایده یک محدودیت عمده در اجرای سیستم های بازیابی اگزوز حرارتی است. در حالی که این سیستم ها می توانند در درازمدت در مصرف انرژی صرفه جویی کرده و هزینه های عملیاتی را کاهش دهند، سرمایه گذاری اولیه می تواند قابل توجه باشد. هزینه مبدل حرارتی، لوله کشی، پمپ ها و سیستم های کنترل و همچنین هزینه های نصب و راه اندازی، می تواند مانع مهمی برای بسیاری از شرکت ها باشد.
علاوه بر هزینه های سرمایه ای، هزینه های عملیاتی و نگهداری نیز وجود دارد. همانطور که قبلا ذکر شد، تمیز کردن، بازرسی و تعویض منظم قطعات برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم ضروری است. این هزینه ها باید در مقابل صرفه جویی های انرژی بالقوه و مزایای زیست محیطی سنجیده شوند.
با وجود این محدودیت ها، سیستم های بازیابی اگزوز حرارتی همچنان مزایای قابل توجهی را ارائه می دهند. دربازیابی اگزوز حرارتی، ما به طور مداوم برای غلبه بر این چالش ها تلاش می کنیم. تیم کارشناسان ما به توسعه راه حل های نوآورانه، مانند طرح های مبدل حرارتی پیشرفته، مواد جدید و تکنیک های بهبود یافته تمیز کردن و نگهداری اختصاص دارد.
اگر علاقه مند به بررسی احتمالات بازیابی اگزوز حرارتی برای فرآیند صنعتی خود هستید، از شما دعوت می کنیم برای مشاوره دقیق با ما تماس بگیرید. تیم فروش مجرب ما می تواند به شما در ارزیابی امکان سنجی سیستم بازیابی گرما، ارائه برآورد هزینه دقیق و ارائه راه حل های سفارشی برای رفع نیازهای خاص شما کمک کند. بیایید برای دستیابی به بهره وری انرژی بیشتر و پایداری زیست محیطی با هم کار کنیم.
مراجع
- Incropera، FP، و DeWitt، DP (2002). مبانی انتقال حرارت و جرم وایلی.
- برگمن، TL، Lavine، AS، Incropera، FP، و DeWitt، DP (2011). مقدمه ای بر انتقال حرارت وایلی.
- گرین، DW، و پری، RH (2007). کتابچه راهنمای مهندسین شیمی پری. مک گراو - هیل.