اکونومایزر روی دیگ چگونه کار می کند؟ راهنمای کامل

اکونومایزر بویلر یکی از مقرون به صرفه ترین قطعاتی است که می توانید به هر سیستم دیگ بخار صنعتی اضافه کنید. به عبارت ساده، گرما را از گازهای دودکش که در غیر این صورت در پشته هدر می‌رفت، بازیابی می‌کند و از انرژی بازیافتی برای پیش گرم کردن آب تغذیه قبل از ورود به درام دیگ استفاده می‌کند. نتیجه کاهش قابل اندازه گیری در مصرف سوخت و بهبود معنی داری در بازده حرارتی کلی است - اغلب در محدوده 5% تا 15% بسته به شرایط سیستم و دمای گاز دودکش.

برای مدیران تاسیسات و مهندسان کارخانه که دیگ‌ها را به صورت شبانه روزی راه‌اندازی می‌کنند، این افزایش بازده مستقیماً به هزینه‌های عملیاتی کمتر و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای تبدیل می‌شود. درک نحوه عملکرد واقعی اکونومایزر - و نحوه انتخاب یا نگهداری صحیح آن - یک نگرانی عملی است، نه فقط یک نگرانی فنی.

اصل اصلی: تبادل حرارت بین گاز دودکش و آب تغذیه

اکونومایزر در مسیر گاز خروجی دیگ - معمولاً در قسمت پشتی یا دودکش عقب - پس از سطوح اصلی تبادل حرارت مانند سوپرهیتر و اواپراتور قرار می گیرد. در این مرحله، گاز دودکش در حال حاضر گرمای با دمای بالا خود را برای تولید بخار رها کرده است، اما هنوز مقدار قابل توجهی از انرژی حرارتی را حمل می کند. در بیشتر بویلرهای صنعتی، گاز دودکش در این مرحله از 200 تا 400 درجه سانتی گراد . بدون اکونومایزر، آن گرما از پشته خارج می شود و به طور کامل از بین می رود.

اکونومایزر این جریان را قطع می کند. آب تغذیه از پمپ تغذیه در دمای نسبتاً پایین - معمولاً بین 30 درجه سانتیگراد تا 80 درجه سانتیگراد - وارد لوله های اکونومایزر می شود و در حالی که گاز دودکش داغ از روی بسته لوله در سمت پوسته عبور می کند، از طریق آرایش لوله مارپیچ یا سیم پیچی جریان می یابد. گرما از طریق دیواره های لوله از گاز به آب منتقل می شود و دمای آب تغذیه را قبل از ورود به درام بخار یا بخش تبخیر کننده افزایش می دهد.

این یک فرآیند تبادل حرارتی خلاف جریان است: گاز دودکش و آب تغذیه معمولاً در جهت مخالف حرکت می کنند، که اختلاف دما را در سطوح انتقال حرارت به حداکثر می رساند و کارایی را بهبود می بخشد. یک اکونومایزر با طراحی خوب می تواند دمای آب تغذیه را افزایش دهد 20 تا 60 درجه سانتی گراد در یک پاس، بسته به مساحت سطح، هندسه لوله و سرعت گاز.

اجزای کلیدی که یک اکونومایزر بویلر را تشکیل می دهند

درک اینکه یک اکونومایزر از چه چیزی تشکیل شده است به روشن شدن اینکه چرا انتخاب های طراحی از نظر عملکرد و عمر مفید بسیار اهمیت دارند کمک می کند.

• بسته لوله: عنصر انتقال حرارت هسته لوله ها معمولاً از فولاد کربنی (به عنوان مثال SA210C) برای کاربردهای استاندارد یا فولادهای آلیاژی مانند T91 یا 12Cr1MoVG برای محیط های با دمای بالاتر یا خورنده ساخته می شوند. قطر بیرونی لوله، ضخامت دیواره و گام طرح همگی بر ضریب انتقال حرارت و افت فشار تأثیر می‌گذارند.
• لوله های پره دار (در صورت لزوم): بسیاری از اکونومایزرها از لوله های پره دار - مارپیچی یا نوع H - برای افزایش سطح خارجی در معرض گاز دودکش استفاده می کنند. یک لوله پره دار می تواند سطح انتقال حرارت موثر را در مقایسه با یک لوله لخت با همان طول، ضریب 3 تا 6 افزایش دهد و به طور قابل توجهی ردپای فیزیکی واحد را کاهش دهد.
• هدرها و منیفولدها: هدرهای ورودی و خروجی آب تغذیه را به طور مساوی در ردیف های لوله جمع آوری و توزیع می کنند. طراحی هدر مناسب توزیع یکنواخت جریان را تضمین می کند که از گرمای بیش از حد موضعی یا رکود جریان جلوگیری می کند.
• دمپرهای پوششی و بای پس: پوشش بیرونی شامل دسته لوله در جریان گاز دودکش است. برخی از طرح‌ها شامل دمپرهای بای پس هستند که به اپراتورها اجازه می‌دهند تا گاز دودکش را در شرایط کم بار به اطراف اکونومایزر منحرف کنند و از مشکلات تراکم جلوگیری کنند.
• دوده دم یا سیستم های پاک کننده: در سیستم های زغال سنگ یا زیست توده که گاز دودکش ذرات معلق را حمل می کند، تمیز کردن دوره ای لوله برای حفظ عملکرد انتقال حرارت و جلوگیری از پل زدن خاکستر ضروری است.

سود بهره وری چگونه محاسبه می شود

یک قانون کلی که به طور گسترده در مهندسی دیگ بخار استفاده می شود این است هر افت 6 درجه سانتیگراد در دمای خروجی گاز دودکش تقریباً 1% بهبود در راندمان حرارتی دیگ بخار دارد. . این رقم بسته به نوع سوخت و پیکربندی سیستم متفاوت است، اما یک حس مفید مرتبه بزرگی از آنچه که یک اکونومایزر ارائه می دهد به دست می دهد.

دیگ گاز طبیعی را در نظر بگیرید که در ورودی 10 مگاوات با دمای خروجی گاز دودکش 350 درجه سانتیگراد کار می کند. نصب یک اکونومایزر که دمای خروجی را تا 180 درجه سانتیگراد کاهش می دهد - کاهش 170 درجه سانتیگراد - از نظر تئوری راندمان را حدوداً بهبود می بخشد. 28 درصد از آن محدوده، یا تقریباً 4-5٪ افزایش بازده مطلق بسته به تنظیم خاص. بیش از یک سال کار مداوم، به معنی صرفه جویی قابل توجه در سوخت و کاهش قابل توجهی در CO2، NO3 و انتشار ذرات است.

دمای آب تغذیه بهبود یافته همچنین با کاهش اختلاف دمایی بین آب ورودی و فلز درام داغ، تنش حرارتی روی درام دیگ را کاهش می‌دهد - که هم برای طول عمر و هم برای پایداری عملیاتی بویلر مفید است.

انواع اکونومایزرهای بویلر و کاربردهای خاص آنها

همه اقتصاددان ها شبیه هم نیستند. طراحی مناسب به شدت به نوع سوخت، ترکیب گاز دودکش، محدوده دما و بارگیری گرد و غبار بستگی دارد. در زیر مقایسه ای از انواع معمولی که ما تولید می کنیم آورده شده است:

انتخاب بین ساخت لوله لخت و لوله پره دار از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برای کاربردهای گاز تمیز مانند گاز طبیعی یا نفت سبک، لوله‌های پره‌دار مارپیچی استاندارد هستند زیرا مساحت سطح را بدون نگرانی از رسوب به حداکثر می‌رسانند. برای گازهای دودکش غبارآلود حاصل از احتراق زغال سنگ یا خروجی اگزوز کوره، لوله‌های پره‌دار نوع H با فاصله باله‌های پهن‌تر و هندسه باله‌های مسطح ترجیح داده می‌شوند - آنها اجازه می‌دهند ذرات آزادانه‌تر از آن عبور کنند و تمیز کردن آنها راحت‌تر است.

خطر خوردگی در دمای پایین و نحوه مدیریت آن

یکی از مهم ترین محدودیت های طراحی برای اکونومایزر دیگ بخار نقطه شبنم اسیدی گاز دودکش است. هنگامی که سوخت های حاوی گوگرد - زغال سنگ، نفت کوره سنگین، گاز فرآیند با H2S - سوزانده می شوند، تری اکسید گوگرد (SO3) در منطقه احتراق تشکیل می شود. در جریان گاز دودکش، SO3 با بخار آب واکنش داده و بخار اسید سولفوریک را تشکیل می دهد. اگر دمای سطح لوله کمتر از نقطه شبنم اسیدی باشد (معمولا 120 تا 160 درجه سانتی گراد برای سوخت های حاوی گوگرد)، اسید سولفوریک روی سطح لوله متراکم می شود و باعث خوردگی سریع می شود.

به همین دلیل است که دمای گاز دودکش خروجی اکونومایزر به سادگی به پایین ترین مقدار ممکن هدایت نمی شود - یک طبقه عملی وجود دارد که با خطر خوردگی تعیین می شود. برای سیستم های نفت کوره یا زغال سنگ، دمای خروجی گاز دودکش معمولاً در بالا نگه داشته می شود 140-160 درجه سانتیگراد برای ایجاد حاشیه ایمنی بالاتر از نقطه شبنم اسیدی.

استراتژی های مدیریت خوردگی در دمای پایین

• استفاده از مواد لوله مقاوم در برابر خوردگی مانند فولاد ND (09CrCuSb) که به طور خاص برای این محیط توسعه یافته است و عملکرد قابل توجهی از فولاد کربن استاندارد در میعانات اسید سولفوریک دارد.
• حفظ حداقل دمای آب تغذیه در ورودی اکونومایزر، معمولاً بالای 60 درجه سانتیگراد، برای حفظ دمای فلز لوله بالاتر از نقطه شبنم
• نصب یک اکونومایزر با دمای پایین به عنوان مرحله ثانویه در پایین دست، که به طور خاص با مواد مقاوم در برابر خوردگی طراحی شده است تا گرمای اضافی را زیر حد مجاز نقطه شبنم معمولی بازیابی کند.
• نظارت بر محتوای گوگرد گازهای دودکش و تنظیم عملکرد بای پس در طول تغییرات کیفیت سوخت

ادغام در سیستم های HRSG

در ژنراتورهای بخار بازیابی حرارت (HRSG)، اکونومایزر یک افزونه مستقل نیست، بلکه بخشی جدایی ناپذیر از پشته ماژول قطعه فشار است. یک HRSG معمولی در یک نیروگاه سیکل ترکیبی دارای سطوح فشار چندگانه خواهد بود - فشار بالا (HP)، فشار متوسط ​​(IP) و فشار پایین (LP) - که هر کدام دارای بخش اواپراتور و اکونومایزر خاص خود هستند. اگزوز توربین گاز، معمولاً وارد می شود 500 تا 620 درجه سانتی گراد ، از طریق سوپرهیترها، اواپراتورها و اکونومایزرها در هر سطح فشار به ترتیب آبشار می شود.

بخش های اکونومایزر در این آرایش همان نقش اساسی را در دیگ های معمولی ایفا می کنند - پیش گرم کردن آب تغذیه با استفاده از گرمای باقیمانده گاز دودکش - اما باید برای پنجره های دمایی خاص، نرخ جریان و الزامات تولید بخار در چرخه HRSG مهندسی شوند. هم ترازی ماژول به ماژول، مدیریت انبساط حرارتی، و مقررات بای پس، همگی به عوامل مهندسی حیاتی در این مقیاس تبدیل می شوند.

برای پروژه هایی در این مقیاس، ما به صورت کاملا مهندسی عرضه می کنیم ماژول های HRSG شامل بخش های اکونومایزر ، با مواد و تنظیمات مشخص شده برای هر سطح فشار و مشخصات دمای گاز.

هنگام انتخاب اکونومایزر بویلر به چه نکاتی توجه کنیم

اگر در حال ارزیابی یک اکونومایزر برای یک سیستم دیگ بخار جدید یا موجود هستید، پارامترهای زیر باید به وضوح قبل از تعامل با سازنده تعریف شوند:

1. نرخ جریان گاز دودکش و محدوده دما - هم نقطه طراحی و هم شرایط عملیاتی حداقل/حداکثر
2. دمای ورودی آب تغذیه و دمای خروجی هدف - وظیفه انتقال حرارت مورد نیاز را تعیین می کند
3. نوع سوخت و محتوای گوگرد - خطر خوردگی و انتخاب مواد را تعیین می کند
4. بارگیری گرد و غبار گاز دودکش - بر انتخاب نوع باله و الزامات سیستم تمیز کردن تأثیر می گذارد
5. فضای موجود و جهت نصب - جریان گاز عمودی در مقابل افقی روی طرح ماژول تأثیر می گذارد
6. کدهای قابل اجرا و استانداردهای مخازن تحت فشار - ASME، EN، یا استانداردهای ملی محلی بسته به محل پروژه
7. دسترسی به تعمیر و نگهداری - دسترسی به تمیز کردن لوله، پورت های بازرسی، و مقررات تخلیه هدر

یک اکونومایزر مشخص که با این پارامترها مطابقت داشته باشد، بهبود راندمان رتبه بندی شده خود را به طور مداوم در طول عمر کاری 15 تا 20 سال با حداقل تعمیر و نگهداری ارائه می دهد. یک واحد کوچک‌تر یا مشخص‌نشده نادرست ممکن است به عملکرد طراحی دست پیدا نکند یا دچار خرابی زودرس لوله شود - بازپرداخت پیش‌بینی‌شده را به طور کامل پاک می‌کند.

ما طیف کاملی از اکونومایزرهای دیگ بخار صنعتی طراحی و تولید شده بر اساس شرایط فرآیندی خاص مشتری، با پیکربندی برای بازیابی گاز دودکش دم دیگ بخار، اگزوز کوره های صنعتی و کاربردهای فرآیند پتروشیمی. تمامی واحدها تحت سیستم های کیفیت دارای گواهینامه ASME-S و ISO تولید می شوند.

روش های تعمیر و نگهداری که عملکرد طولانی مدت را حفظ می کند

حتی یک اکونومایزر که به خوبی طراحی شده باشد، در صورت غفلت از نگهداری، عملکرد خود را کاهش می دهد. دو مکانیسم اصلی تخریب عبارتند از رسوب خارجی (رسوب خاکستر و دوده بر روی سطوح لوله) و پوسته پوسته شدن یا خوردگی داخلی (از کیفیت پایین آب تغذیه یا میعانات اسیدی).

رسوب خارجی

یک لایه دوده 1 میلی متری روی سطح لوله می تواند ضریب انتقال حرارت آن را کاهش دهد 10-20٪ . در سیستم‌های زغال‌سنگ و زیست‌توده، دمیدن دوده‌ای برنامه‌ریزی‌شده در حین کار و شستشوی آب در هنگام خاموشی یک روش استاندارد است. فرکانس به محتوای خاکستر سوخت بستگی دارد - زغال‌سنگ‌های پرخاکستر ممکن است به چرخه‌های دمیدن روزانه نیاز داشته باشند، در حالی که سیستم‌های گازسوز کم غبار ممکن است فقط به تمیز کردن سالانه نیاز داشته باشند.

جرم گیری داخلی و کیفیت آب

مقیاس کلسیم و منیزیم داخل لوله های اکونومایزر دیواره داخلی را عایق می کند و به تدریج دمای فلز لوله را افزایش می دهد. یک لایه مقیاس 0.5 میلی متری می تواند دمای دیواره لوله را افزایش دهد 30-50 درجه سانتیگراد ، افزایش خطر خوردگی و در نهایت منجر به شکست لوله می شود. حفظ تصفیه آب دیگ بخار - از جمله کنترل سختی، هوازدایی و مدیریت pH - به اندازه هر کار تعمیر و نگهداری مکانیکی مهم است.

بازرسی دوره‌ای با استفاده از آزمایش جریان گردابی یا اندازه‌گیری ضخامت دیواره اولتراسونیک امکان تشخیص زودهنگام نازک شدن دیوار را قبل از تبدیل شدن به یک خطر خرابی فراهم می‌کند. ایجاد یک اندازه‌گیری پایه در راه‌اندازی و ردیابی تغییرات در طول خاموشی‌های متوالی، داده‌های مورد نیاز برای برنامه‌ریزی جایگزین لوله را به‌جای واکنش‌پذیری، به اپراتورها می‌دهد.