راهکار های بازیابی حرارت در صنایع
بازیابنده همرفتی
در این سیستم گاز های داغ از درون چندین لوله با قطر کم که در داخل یک پوسته قرار دارند، به چرخش واداشته شده و گاز های سردتر از روی این لوله ها به حرکتدر آمده و حرارت موجود را به خود جذب می کنند.این سیستم ها بسیار کوچک تر از بازیابنده های تشعشعی می باشند.ساختار و نحوه حرکت جریان در بازیابنده های همرفتی در شکل 4 نشان داده شده است.توجه داشته باشید که هر سه نوع آرایش جریان یعنی موازی، مخالف و متقاطع در این طراحی وجود دارند.
بازیابنده های همرفتی به نسبت انواع تشعشعی گران تر بوده ولی از راندمان بالاتری برخوردارند.یک عیب این سیستم ها این است که در صورت کاهش جریان هوای احتراق دما پایین(بر اثر کاسته شدن از بار دیگ)دماهای بسیار بالایی در بازیابنده ایجاد می شوند.اگر احتمال بروز چنین شرایطی را می دهید بهتر است که یک کنار گذر (بای پس)هوای تازه تعبیه نمایید تا در موفع مقتضی برای تلف کردن حرارت بازیابی شده و تضمینت سرد شدن مناسب گازهای خروجی به کار آید.بروز اختلاف شدید در دما باعث می شود تا اجزای بازیابنده منبسط و منقبض شده و حتی ترک خوردگی و یا شکستگی در آن ها پدید آید.محافظت از اجزأ در برابر این صدمات ضروری است چون افت راندمان باعث اضافه شدن 10 تا 15 درصدی هزینه سوخت شده و برای بازسازی شاید تا 90% قیمت اولیه سیستم ایجاد هزینه کند.
بازیابنده های با لوله سرامیکی برای کار تا دمای 1500 درجه فارنهایت طراحی شده اند. این بازیابنده ها از لوله های کوتاه کاربید سیلیکون با آب بندهای انعطاف پذیر ساخته شده اند ولی در هر حال وجود نشتی بین جریان ها تا حد چند درصد عادی است.
¢بازیابنده همرفتی لوله در لوله قائم
این بازیابنده به صورت جایگزینی برای بازیابنده های همرفتی طراحی شده و در آن هوای سرد احتراق از روی دسته ای از لوله های موازی قائم که تا جریان گاز های داغ امتداد می یابند، عبور داده می شود(شکل 5).بزرگ ترین مزیت این سیستم این است که می توان حتی در حین کارکرد نیز برخی از لوله ها را تعویض نمود.بدین ترتیب هزینه ها کاهش یافته و امکان صدمه دیدن سیستم در صورت قطع کار بازیابنده به حداقل می رسد.
¢بازیابنده دو گانه تشعشعی/همرفتی
این سیستم با استفاده از دو شیوه انتقال حرارت یعنی تشعشع و همرفت راندمان بسیار بالاتری نسبت به سایر بازیابنده ها دارد.البته بازیابنده دما بالای تشعشعی در مرحله اول مورد استفاده قرار می گیرد.این تجهیزات بسیار گران تر از بازیابنده های ساده فلزی هستند و به همان نسبت نیز کوچک تر می باشند.شکل 6 طرح کلی چنین بازیابنده ای را نشان می دهد.
¢مبدل های حرارتی بازیابنده
این تجهیزات برای آماده سازی حرارت پرت از گاز به گاز، گاز به مایع و یا مایع به مایع به کار برده می شوند.منابع حرارتی شامل خروجی احتراق، توربین های گازی، موتور های رفت و برگشتی، راکتور های شیمیایی و چگالیده می باشند.انواع این تجهیزات به شرح زیرند :
¢بازیابنده کوره ذوب
مبدل های حرارتی بازیابنده برای کوره های ذوب شیشه و یا کوره های بوته باز ذوب فولاد به کار برده شده و دارای دو محفظه نسوز از جنس آجر می باشند.زمانی که یک محفظه در حال گرم شدند با گاز های داغ خروجی است، هوای سرد احتراق با گذر از داخل محفظه دیگر که قبلأ گرم شده است،ر حرارت جذب می نماید.
البته شیری برای هدایت گاز های خروجی و احتراق در نظر گرفته شده است.این شیر برای کسب حداکثر راندمان عمل سئئیچ کردن بین جریان ها را انجام می دهد.بازیابنده کوره ذوب در کاربرد های دما بالا بسیار خوب عمل می کند ولی ساخت آن گران بوده و فضای زیادی را نیز اشغال می نماید.
¢چرخ گرمایی
چرخ های گرمایی یا با یه اصطلاح بازیابنده های دوار برای بازیابی حرارت دما متوسط و پایین مورد استفاده قرار می گیرند.شکل 7 نشان دهنده کاربردی از این سیستم می باشد.این چرخ شامل یک دیسک متخلخل ساخته شده از ماده ای با ظرفیت حرارتی بالا است که به طور پیوسته در بین دو کانال مجاور هم که حاوی گاز های با دمای مختلف می باشند، می چرخد.محور این دیسک موازی با جریان های گذرنده در بخش میان دو کانال است. با چرخش آرام دیسک، گرمای محسوس و حتی نهان از گاز داغ به نیمی از آن منتقل شده و از نیمه دیگر آن به گاز سرد منتقل می شود.
راندمان کلی انتقال گرمای محسوس در یک چرخ گرمایی به 85% می رسد.ابعاد این چرخ می تواند تا قطر 5 فوت کوچک بوده و ظرفیت هایی از هوا را 40000 فوت مکعب بر دقیقه تحمل نماید.گاه از چند چرخ گرمایی به صورت موازی استفاده می شود.انواع بزرگ تر به طور سفارشی طراحی می گردند.
چرخ های گرمایی در چهار نوع تولید می شوند.نوع اول چرخ بسته (Packed wheel) نام دارد و دارای یک قاب فلزی است که در هسته آن توری بافته شده ای از فولاد ضد زنگ یا سیم های آلومینیومی قرار دارد.انواع دیگر، چرخ های جریان لایه ای می باشند.یکی از آن ها از آهن کرکره ای با مسیر های موازی برای عبور جریان ساخته شده و دیگری دارای یک ماتریس سرامیکی لانه زنبوری است که برای کاربردهای دما بالا (تا 1600 درجه فارنهایت)مورد استفاده قرار می گیرد.در نوع چهارم مسیرهای عبور جریان از مواد خاص رطوبت گیر پوشانده شده اند.
چرخ های گرمایی راندمان بسیار بالایی دارند و در برخی کاربردها می توانند علاوه بر بازیابی گرمای محسوس، رطوبت و گرمای نهان را نیز بازیافت کنند.چرخ های گرمایی به صورت آماده موجودند و گزینه های نصب آن ها به قدر کافی منعطف است که نیاز به طراحی های موردی و سفارشی را از بین می برد.نکات منفی مربوط به چرخ های گرمایی عبارت اند از احتمال مخلوط شدن دو جریان گازی و تسری آلودگی، وجود اجزای متحرک و نیاز به آب بندی بین چرخ و نشیمنگاه آن.
¢بازیابنده غیر فعال
این سیستم از دو سری کانال تشکیل شده است که هر یک دارای دیواره های فلزی نازکی هستند. گاز های سرد و گرم داخل کا نال ها حرکت کرده و حرارت از طریق سطوح دیواره های جدا کننده منتقل می گردد.نکات منفی این سیستم عبارت اند از ابعاد بزرگ و هزینه نسبتأ بالا.بازیابنده های غیر فعال در کاربردهای دما متوسط و دما پایین بهتر جواب می دهند.بزرگترین مزیت آن ها جلوگیری از سرایت هرگونه آلودگی بین جریان ها می باشد.یک واحد نمونه در شکل 8 نشان داده شده است.
¢بازیابنده لوله فین دار
این سیستم ها که به نام اکونومایزرها شهرت دارند عملأ مبدل های حرارتی بین گاز به مایع هستند.مایع سرد (معمولأ آب)درون لوله های فین دار به چرخش درمی آید.این لوله ها در داخل پوسته بزرگی قرار دارند که گاز های خروجی داغ از آن عبور می کنند.فین ها باعث افزایش انتقال حرارت می شوند.این سیستم ها ضمن گران بودن به دلیل راندمان بالا در بسیاری از کاربردهای دما متوسط و دما پایین مورد استفاده قرار می گیرند.توجه داشته باشید که استفاده از این سیستم در مواردی که گاز های خروجی کثیف باشند عملی نیست چون ذرات ریز در میان فین ها باقی مانده و راندمان انتقال حرارت را کاهش می دهند.البته اگر تدابیری برای تمیز کردن بین فین ها اندیشیده شده باشد، استفاده از این سیستم توصیه می گردد.شکل 9 نمونه ای از این بازیابنده ها را نشان می دهد.
¢بازیابنده پوسته و لوله
این تجهیزات از لحاظ ساختاری شباهت بسیاری به بازیابنده های همرفتی دارند ولی با این تفاوت که مبدل های مایع به مایع می باشند.صفحات بافل به طور معمول موازی محور پوسته نصب شده و جریانی را در طول پوسته ایجاد می کنند.در صورت طراحی مناسب می توان واحد هایی با راندمان بسیار بالا در اختیار داشت.صفحات بافل با این که هزینه ساخت مبدل و افت فشار درون آن را افزایش می دهند ولی راندمان انتقال حرارت را به میزان قابل ملاحضه ای بهبود می بخشند.از مزایای این مبدل های حرارتی می توان به وجود طراحی ها و آرایش های فراوان در بازار راندمان بالا و ابعاد نه چندان بزرگ اشاره نمود.تنها نکته منفی گران و مشکل بود عملیات تعمیر و نگهداری آن ها می باشد.
ادامه دارد...
