استرداد الحرارة من غازات المداخن

Original: ENGLISH HEXNOVAS المادة

استرداد الحرارة من غازات المداخن

استرداد الحرارة من غازات المداخن

حل تعافي حرارة النفايات الصناعية من درجة الحرارة العالية

1. أولا - مقدمة

ويعد استرداد حرارة الغاز المفلور أحد أكثر الطرق فعالية لتحسين كفاءة الطاقة في العمليات الصناعية ذات الحرارة العالية. وفي قطاعات مثل مغلي الكتلة الحيوية، ومجففات التغذية، وأفران الإسمنت، وأفران الفولاذ، ونباتات ترميد النفايات، تُفرغ كميات كبيرة من الطاقة الحرارية في الغلاف الجوي في شكل غازات من العادم الساخن.

استرداد هذه الطاقة لا يقلل من استهلاك الوقود فحسب CO₂ كما أن الانبعاثات تحسن كثيراً كفاءة النبات واقتصادات التشغيل عموماً.

ومع ذلك، فإن استعادة حرارة الغاز المفلطح في البيئات الصناعية الحقيقية أبعد ما يكون عن تطبيق متبادل حراري بسيط. وتثير درجات الحرارة المرتفعة، والغبار، والتآكل، والإحباط، هذه المشاريع تحديات تقنية وشديدة الطلب من حيث المواد والتصميم.

2. التحديات النموذجية في مجال استعادة Heat

وفي الكتلة الأحيائية العالية الحرارة أو تطبيقات الفرن، عادة ما تمثل نظم الغاز المفلور الصعوبات التالية:

• ودرجة الحرارة المرتفعة جداً هي التشغيل المستمر عند درجة حرارة تتراوح بين 700 و850 درجة مئوية، مع بلوغ الذروة القصيرة الأجل ما يصل إلى 900 درجة مئوية.
• غالبا ما تتجاوز تركيزات الجسيمات المحتوية على غبار شديد التركيزات 5,000–6,000 mg/Nm³مما يسبب تآكلاً حاداً في أسطح نقل الحرارة
• يحتوي التآكل الكيميائي وغاز الفلو المزخرف من الكتلة الأحيائية على الكلوريدات (KCl, CaCl2) التي تتسبب في تآكل شديد في درجة الحرارة وودائع لاصقة.
• وتولد عمليات التدوير الحراري والتدوير البدائي المتكررة ضغوطا حرارية كبيرة.

وهذه الظروف تعني أن تصميمات الصلب والرسوم غير الثابتة التقليدية كثيرا ما تفشل في غضون بضع سنوات.

3. مبادئ التصميم الهندسي

ويجب تصميم نظام موثوق به لاسترداد حرارة الغاز المفلور على أساس المبادئ التالية:

ويشمل اختيار المواد النموذجية ما يلي:

• Sanicro 25
• Incoloy 800HT
• 253MA
• 310 لامعة

وهذه المحاور تمثل مقاومة ممتازة لما يلي:

• الأكسدة العالية الحرارة
• التآكل الناجم عن الكلوريد
• زاحف طويل الأجل وضخامة

بالنسبة لتطبيقات الغبار الثقيل:

• تفضّل ترتيبات الأنابيب الداخلية
• ينبغي تجنب مخططات الأنابيب المشتة
• تعد نظم التنظيف الميكانيكية أو الجوية على الإنترنت أساسية

ويجب أن يكون النظام قادرا على العمل باستمرار دون التنظيف اليدوي المتكرر.

ويجب أن ينظر التصميم فيما يلي:

• التوسع الحراري المختلف بين القصف وحزمة الأنابيب
• الدعم المرن والتعويض عن التوسع
• خط سير التخزين في مناطق حرارة شديدة

4. متطلبات الأداء والوثوقية

وفي المشاريع الصناعية الحديثة، تشمل ضمانات الأداء في العادة ما يلي:

• الواجب الحراري (MW)
• أقصى درجة حرارة منافذ غاز المداخن
• درجة حرارة المنفذ المتوسط
• القيود المفروضة على انخفاض الضغط
• الضمان الآلي الطويل الأجل (في كثير من الأحيان) 24–36 أشهر)

وفيما يتعلق بنظم الإنتاج الحرجة، لم تعد معدات استعادة حرارة الغاز المفلور تعامل بوصفها " مرفقا للقابلية للتشغيل " ، بل بوصفها من أصول الإنتاج الأساسية.

5 - النظر في الحالات: تطبيق مجفف الكتلة الأحيائية العالي التمرين

وفي مشروع صناعي حديث، صُمم مُبادِل حرارة غاز المداخن لاسترداد الحرارة من:

• 700 درجة مئوية من غازات المداخن
• حمولة زائدة 5,500 mg/Nm³
• مواصلة التشغيل 7,200 ساعات في السنة

وزاد النظام من كفاءة الطاقة عموما بأكثر من 30 في المائة مع ضمان الموثوقية الطويلة الأجل في ظل ظروف متطرفة.

الأنواع الموصى بها لبورصة Heat Exchanger

ويمثل اختيار نوع مبادلات الحرارة عاملا حاسما في نجاح مشاريع استعادة حرارة الغاز المفلور. وتتطلب البيئات الصناعية المختلفة مفاهيم مختلفة للتبادل تستند إلى درجة الحرارة، وتحميل الغبار، وخطر التآكل، وفلسفة الصيانة.

وفيما يتعلق بتطبيقات غاز المداخن الصناعية العالية الحرارة، يوصى عادة بأنواع مبادلات الحرارة التالية:

وهذه هي أكثر الحلول استخداماً في ظروف الغاز المفلطح الشديد.

السمات النموذجية:

• مناسب لدرجة الحرارة تصل إلى 900 درجة مئوية
• صائدي أنبوب كبير لمقاومة الإغراق والتحات
• ترتيب الأنابيب على الإنترنت مع نظم التنظيف الإلكترونية
• مواد مثل سانكرو 25، إنكولوي 800 هت، 253 ميغاواط، SS310

الصناعات النموذجية: مغلي الكتلة الأحيائية، أفران الأسمنت، الأفران الميتالورجية، محطات ترميد النفايات.

الخلاصة

وفي التطبيقات الحقيقية لغاز المداخن الصناعية، لا تزال مبادلات حرارة الأنابيب هي أكثر الحلول الطويلة الأجل الموثوقة. فالتكنولوجيات القائمة على الاتفاق أو الطبق غير مناسبة عموماً بالنسبة للغبار الثقيل أو الغاز الفلوري التآكلي أو العالي الحرارة.

ولا تعتمد مشاريع التعافي من حرارة الغاز المفلطح بنجاح على الأداء الحراري فحسب، بل على اختيار المواد، والضغط على التحكم، والموثوقية الميكانيكية الطويلة الأجل.

وتتطلب المشاريع الناجحة ما يلي:

• المواد المتقدمة
• التصميم الميكانيكي الآلي
• الخبرة الصناعية الحقيقية
• التركيز على الموثوقية الطويلة الأجل

وفي التطبيقات العالية الحرارة، لا يتعلق استرداد حرارة الغاز المفلور ببيع مبادلات الحرارة - بل يتعلق بتوفير كفاءة الطاقة مع ضمان الأمن التشغيلي.