استعادة الحرارة من تفريغ الغلاية (تحكم TDS فقط)

يُفرَّغ ماء الغلاية للتحكم في كمية المواد المذابة الكلية (TDS) في الغلاية. هذا الماء مضغوط وساخن وقذر، يُنتج كميات كبيرة من بخار الرش ومشاكل تخلص محتملة. يمكن لنظام استعادة الحرارة استرداد كميات كبيرة من الطاقة خلال هذه العملية الأساسية.

استعادة الحرارة من تفريغ الغلاية (تحكم TDS فقط)

ناقشت الوحدة السابقة الماء المُفرَّغ من غلاية للحفاظ على مستوى TDS مقبول. هذا الماء لديه عدد من الخصائص:

قذر - هذا يعني أن: -الماء غير مناسب عمومًا لتطبيقات أخرى. -الماء القذر قد يُشكل مشكلة تخلص.
ساخن - هذا يعني أن: -جزءًا من الماء سيتحول إلى بخار عند الضغط الجوي. -الماء الساخن قد يُشكل مشكلة تخلص. على سبيل المثال، قد تكون هناك كمية كبيرة للتخلص منها. يمكن لنظام استعادة الحرارة حل العديد من هذه المشاكل. معدل تدفق الطاقة في التفريغ باستخدام البيانات من حساب التفريغ، المثال 3.12.5، يمكن حساب كمية الطاقة المُرسلة إلى التفريغ باستخدام جداول البخار. ملاحظة: 1 كيلوجول/ثانية = 1 كيلوواط مثال 3.13.1 للحصول على تدفق الطاقة بالكيلوواط: لوضع معدل تدفق الطاقة في سياقه، في شمال غرب أوروبا نظام التدفئة المركزية المنزلي المتوسط مُصنَّف بحوالي 13 كيلوواط، لذلك معدل تدفق الطاقة المُفرَّغ في المثال 3.13.1 كافٍ لتدفئة 19 منزل. للوضوح يستخدم الحساب أعلاه جداول البخار حيث الماء عند 0 درجة مئوية هو المرجع. في الواقع، ماء التعويض الذي يُحل محل التفريغ سيُقدَّم عند درجة حرارة أعلى من هذا، لذلك ستكون طاقة التفريغ أقل قليلًا. على سبيل المثال، إذا كان ماء التعويض عند 10 درجات مئوية ستكون طاقة التفريغ 228 كيلوواط.

بخار الرش

ماء التفريغ المُطلَق من الغلاية هو ماء عند درجة حرارة إشباع مناسبة لضغط الغلاية. في حالة الغلاية في المثال 3.13.1 - 10 بار ضغط زائد، هذه الحرارة 184 درجة مئوية. من الواضح، لا يمكن للماء أن يوجد عند 184 درجة مئوية تحت الظروف الجوية، بسبب وجود فائض من الإنثالبي أو الطاقة في ماء التفريغ. بافتراض أن ماء التفريغ يُطلَق إلى نظام بخار رش يعمل عند 0.5 بار ضغط زائد، يمكن استخدام جداول البخار لتحديد هذا الفائض في الطاقة: هذا الفائض في الطاقة يتبخر جزءًا من الماء إلى بخار، ويُسمى البخار بخار الرش. كمية بخار الرش يُحدَّد بسهولة بالحساب أو يُقرأ من جداول أو رسوم بيانية. مثال 3.13.2 الإنثالبي النوعي للتبخر عند 0.5 بار ضغط زائد (hfg) من جداول البخار هو 2,226 كيلوجول/كجم. لذلك 14.1% من الماء المُفرَّغ من الغلاية سيتحول إلى بخار مع انخفاض ضغطه من 10 إلى 0.5 بار ضغط زائد عبر صمام التفريغ. هناك خياران:

تفريغ بخار الرش هذا إلى الغلاف الجوي عبر وعاء التفريغ مع هدر الطاقة المرتبط وربما ماء جودته عالية من البخار المتكثف.
استخدام الطاقة في بخار الرش، واستعادة الماء بتكثيف بخار الرش. من المفيد تحديد معدل تدفق الطاقة في بخار الرش. يمكن هذا باستخدام جداول البخار. مثال 3.13.3 قارن هذا مع معدل طاقة 241 كيلوواط المُفرَّغ من الغلاية. قد يكون من الممكن استخدام بخار الرش هذا: في هذا المثال يمثل حوالي 49% من معدل تدفق الطاقة في التفريغ، و14.1% من الماء المُفرَّغ. استخدام قيم من جداول البخار للحسابات أعلاه يفترض أن المغذية ستُقدَّم عند درجة حرارة 0 درجة مئوية. لدقة أعلى، يجب استخدام التغير الفعلي في درجة حرارة المغذية. استعادة واستخدام بخار الرش يصبح بخار الرش متاحًا للاستعادة عند وعاء الرش. في الأساس، يوفر وعاء الرش مساحة تكون السرعة فيها منخفضة بما يكفي للسماح للفصل بين الماء الساخن وبخار الرش، ومن هناك يُنقل عبر أنابيب إلى أجزاء مختلفة من المنشأة. تصميم وعاء الرش مهم ليس فقط من منظور فصل البخار/الماء، بل إنشائيًا يجب تصميمه وبنائه وفقًا لمعيار وعاء ضغط مُعترف به، مثل PD 5500. هذا ليس فقط ممارسة هندسية جيدة، مفتتش الغلاية سيصر على هذا أيضًا إذا أُمنت المنشأة. المكان الأوضح لاستخدام بخار الرش هو خزان تغذية الغلاية، الذي يكون قريبًا عادة. درجة حرارة الماء في خزان التغذية مهمة. إذا كانت منخفضة جدًا، ستُطلب كيميائيات لإزالة الأكسجين من الماء؛ إذا كانت عالية جدًا قد تُكَهف مضخة التغذية. من الواضح، إذا كانت استعادة الحرارة ستُؤدي إلى درجة حرارة مفرطة في خزان التغذية، ليس عمليًا تفريغ بخار الرش في الخزان. حلول أخرى ممكنة، مثل تسخين المغذية على جانب الضغط من مضخة التغذية، أو تسخين هواء الاحتراق. يُوضِّح الشكل 3.13.2 تركيبًا بسيطًا يجعل استعادة تدفق الطاقة 97 كيلوواط و157 كجم/ساعة من ماء بجودة غلاية، فعالًا من حيث التكلفة للغاية. المعدات المطلوبة

وعاء الرش - سيكون لدى المُصنِّعين رسوم بيانية لتحديد الحجم. ملاحظة: سرعة البخار في القسم العلوي من الوعاء يجب ألا تتجاوز 3 م/ث.
مصائد بخار لتصريف الوعاء - مصيدة عوائم مثالية لهذا التطبيق لأنها تُطلق ماء التفريغ المتبقية بمجرد وصولها إلى المصيدة. يعمل وعاء الرش عند ضغط منخفض لذلك لا توجد تقريبًا طاقة لرفع ماء التفريغ المتبقية بعد مصيدة البخار، لذلك يجب أن يتدفق بالجاذبية عبر المصيدة وأنابيب التصريف. ملاحظة: بسبب الضغط المنخفض، ستكون المصيدة كبيرة نسبيًا. هذه ميزة إضافية لأنها من غير المرجح أن تسد بالمواد الصلبة في ماء التفريغ المتبقية. أحيانًا تُفضل المُرشحات قبل مصيدة البخار؛ لهذا التطبيق يجب تركيب غطاء المُرشح بصمام تفريغ لتبسيط الصيانة، وشبكة المُرشح يجب ألا تكون ناعمة جدًا.
كاسر فراغ - ستكون هناك أوقات لا تحتاج فيها الغلاية للتفريغ. في هذه الأوقات أي بخار في وعاء الرش والأنابيب المرتبطة سيتكثف ويتشكل فراغ. إذا لم يُطلَق هذا الفراغ فسيُسحب الماء من خزان تغذية الغلاية إلى الأنابيب. عند تفريغ الغلاية مرة أخرى سيُدفع هذا الماء عبر الأنبوب بسرعة عالية وتحدث مطرقة مائية. كاسر فراغ مُثبَّت على رأس إزالة الهواء سيحمي من هذا الاحتمال.
معدات توزيع البخار - التوزيع الصحيح لبخار الرش في خزان المغذية مهم بالتأكيد لضمان التكثيف واستعادة الحرارة والماء. تشمل المعدات المطلوبة لذلك، بالترتيب حسب الفعالية: 1. غازاز جوي. 2. مُوزِّع بخار. 3. أنبوب رش.

استعادة الحرارة باستخدام مُبادلات الحرارة

استعادة الحرارة من التفريغ المتبق حوالي 40% من الطاقة في تفريغ الغلاية يمكن استعادتها باستخدام وعاء رش ومعدات مُرتبطة؛ ومع ذلك، هناك مجال لمزيد من استعادة الحرارة من التفريغ المتبق نفسه. متابعة من المثال 3.13.3، إذا كان وعاء الرش يعمل عند ضغط 0.5 بار ضغط زائد، هذا يعني أن التفريغ المتبق يمر عبر مصيدة عوائم وعاء الرش عند حوالي 105 درجة مئوية. يمكن استعادة مزيد من الطاقة المفيدة من التفريغ المتبق قبل تصريفه. الطريقة المقبولة هي تمريره عبر مُبادل حرارة، لتسخين ماء التعويض في طريقه إلى خزان التغذية. هذا النهج يُبرد عادة التفريغ المتبق إلى حوالي 20 درجة مئوية. هذا النظام ليس فقط يسترد الطاقة في مياه التفريغ، بل يُبرد الماء قبل التصريف في نظام الصرف. (درجة حرارة تصريف مياه الصرف محدودة بـ 42 درجة مئوية في المملكة المتحدة؛ دول أخرى لديها قيود مماثلة). مثال 3.13.4 (متابعة من المثال 3.13.3) ترتيب نموذجي لاستعادة هذه الطاقة موضح في الشكل 3.13.3. اعتبار التصميم مشكلة في الترتيب الموضح في الشكل 3.13.3 أن التدفق المتزامن لماء التعويض البارد الداخل والتفريغ المتبق من وعاء الرش قد لا يكون مضمونًا. ترتيب مفضل موضح في الشكل 3.13.4، حيث يُستخدم خزان مياه باردة كمُستوعب حرارة. يُستخدم مُنظِّم حراري للتحكم في مضخة تداول صغيرة بحيث عندما يكون التفريغ المتبق عند درجة حرارة عالية بما يكفي، يُضخ الماء عبر مُبادل الحرارة، مما يرفع متوسط درجة حرارة الخزان ويُوفر الطاقة. إذا كانت درجة حرارة مياه التفريغ المُتدفقة من مُبادل الحرارة أعلى من 43 درجة مئوية، يجب توجيهها إلى وعاء التفريغ بدلاً من مباشرة إلى مصرف مياه الصرف (انظر الوحدة 3.14). نوع مُبادل الحرارة المفضل مُبادلات حرارة الألواح مفضلة لهذا التطبيق، لأنها مدمجة جدًا وسهلة الصيانة.

الخبرة تُظهر أن السرعات الأعلى والاضطرابات في مُبادلات حرارة الألواح تساعد في إبقائها نظيفة، وبالتالي نادرًا ما يُطلب تفكيكها. ومع ذلك، إذا لزم التنظيف، يكون من البسيط نسبيًا فتح مُبادل الحرارة وتنظيف الألواح.

تنظيف مُبادل حرارة الغلاف والأنبوب أكثر تعقيدًا، ويتطلب تفكيكًا كامليًا وغالبًا لا يمكن إزالة الأنابيب نفسها للتنظيف. عند استعادة الطاقة من بخار الرش والمكثفات، 82% من الطاقة الكلية الموجودة في التفريغ الأصلي قد استُعيدت. بالإضافة إلى ذلك، 14% (بالوزن) من الماء قد استُعيد، مما يُسهم في مزيد من التوفير.