مبادل حراري أنبوبي مخصص لاستخدام الحرارة الضائعة لضاغط الهواء
في العديد من المصانع، يعمل ضاغط الهواء لساعات كل يوم، ويقوم بعمله بهدوء في زاوية المصنع. فهو يوفر الهواء المضغوط للصمامات والأدوات وخطوط التعبئة والتغليف ومعدات الإنتاج، ولكنه يتخلص أيضًا من كمية مذهلة من الطاقة على شكل حرارة. ولهذا السبب بدأت عملية استعادة حرارة الضاغط تحظى بمزيد من الاهتمام. تشير أطلس كوبكو إلى أن أكثر من 90% من الطاقة الكهربائية التي يستخدمها الضاغط يتم تحويلها إلى حرارة ضغط، في حين يذكر كايسر أن 100% من الطاقة الكهربائية التي تدخل إلى ضاغط الهواء الصناعي تنتهي كحرارة في مكان ما في النظام، مع إمكانية استرداد حصة كبيرة جدًا من تلك الحرارة لأغراض مفيدة.
هذا هو المكان الذي يصبح فيه المبادل الحراري ذو الأنبوب الزعانف حلاً عمليًا للغاية. الفكرة بسيطة: بدلاً من ترك حرارة الضاغط تختفي في الغلاف الجوي، يقوم النظام بنقل تلك الحرارة إلى تيار هواء أو تيار سائل آخر يمكن استخدامه بالفعل في المصنع. يعمل تصميم الأنبوب ذي الزعانف بشكل جيد بشكل خاص عندما يكون الهواء أحد الوسائط، لأن الزعانف تزيد من سطح نقل الحرارة وتساعد على نقل الحرارة بشكل أكثر فعالية بين السائل الجانبي للأنبوب- والهواء المحيط. تشير مراجع التسخين بالبخار والعمليات - الصادرة عن وزارة الطاقة الأمريكية على وجه التحديد إلى أن المبادلات الحرارية ذات الأنابيب ذات الزعانف تُستخدم بشكل شائع لتسخين الهواء في تطبيقات التجفيف وتسخين الفضاء-، وهذا هو بالضبط سبب ملاءمتها بشكل طبيعي لمشاريع استعادة الحرارة للضاغط.
في الاستخدام الصناعي الحقيقي، يمكن استرداد الحرارة من ضاغط الهواء بطريقتين شائعتين. الأول هو التقاط هواء العادم الدافئ من الضاغط-المبرد بالهواء وتوجيهه إلى منطقة أخرى تحتاج للحرارة. يصف كايسر هذه الطريقة بأنها طريقة مباشرة لتدفئة الأماكن، وذلك باستخدام مجاري الهواء وأجهزة التحكم لإرسال الهواء الدافئ إلى ورش العمل أو المستودعات أو الغرف المجاورة. الطريقة الثانية هي استعادة الحرارة إلى ماء أو معالجة-حلقة مائعة، ثم تمرير ذلك السائل الساخن عبر مبادل حراري لغرض آخر مفيد. توضح شركة Atlas Copco أن أنظمة الضاغط المبرد بالماء- يمكنها استرداد الحرارة إلى دوائر الماء الساخن، ويشير كايسر إلى أنه يمكن استخدام تسخين السوائل من الضواغط في تطبيقات مثل تركيب مياه الغلايات، ومعالجة-تسخين السوائل، وعمليات الأطعمة والمشروبات، وخدمة الماء الساخن.
بالنسبة للعديد من النباتات، يعد المبادل الحراري ذو الأنبوب الزعانف جذابًا لأنه يحول الطاقة المستردة إلى شيء مفيد على الفور: الهواء الساخن. على سبيل المثال، قد يقوم المصنع باستعادة الحرارة من مبرد زيت الضاغط أو حلقة ماء التبريد-، وإرسال هذا السائل الساخن عبر ملف أنبوبي ذي زعانف، واستخدام مروحة لنفخ الهواء المحيط عبر الزعانف. والنتيجة هي الهواء الدافئ الذي يمكن توفيره لورشة العمل، أو غرفة التجفيف، أو وحدة -تركيب الهواء النقي-، أو منطقة الإنتاج أثناء الأشهر الباردة. وهذا يجعل النظام يبدو أقل كإضافة-لكفاءة الطاقة-وكأنه قطعة من معدات محطة العمل التي تعوض احتياجات التدفئة الأخرى في كل يوم يعمل فيه الضاغط. تنص إرشادات وزارة الطاقة بشأن أنظمة الضاغط على أنه يمكن استخدام الحرارة المهدرة للضاغط بشكل فعال لتدفئة الأماكن ومعالجة-تسخين المياه، وغالبًا ما يكون ذلك مع مردود جذاب لأن الحرارة يتم إنتاجها بالفعل على أي حال.
ما يجعل نمط الأنبوب ذي الزعانف مناسبًا بشكل خاص هو طبيعة الهواء نفسه. يعد الهواء وسيلة نقل حرارة ضعيفة نسبيًا-مقارنة بالماء، لذلك لا تكون الأنابيب المكشوفة وحدها كافية في كثير من الأحيان إذا كنت تريد ملفًا مدمجًا وفعالاً. ومن خلال إضافة الزعانف، يكتسب المبادل مساحة اتصال أكبر بكثير على الجانب الهوائي، مما يحسن الأداء دون جعل الوحدة كبيرة جدًا. ولهذا السبب يتم استخدام ملفات الأنابيب ذات الزعانف على نطاق واسع في سخانات الهواء، وسخانات القنوات، و-وحدات الهواء التكوينية، ومعدات التجفيف. في نظام استرداد الحرارة للضاغط، يساعد هذا المبدأ نفسه في تحويل الحرارة المهدرة منخفضة التكلفة-إلى تيار مستقر وقابل للاستخدام من هواء المعالجة الدافئ.
إن التصميم الجيد لاستعادة الحرارة للضاغط لا يتعلق فقط بالمبادل الحراري نفسه. يجب أن يتطابق النظام بأكمله بشكل صحيح. يؤكد كايسر على أهمية التطابق الحراري بين الحرارة المتوفرة من الضاغط والحرارة التي تحتاجها العملية فعليًا. هذه النقطة مهمة أكثر مما يدركه الكثير من الناس. إذا كان الضاغط يعمل بشكل متقطع فقط، ولكن الطلب على التدفئة مستمر، فقد لا تكون الحرارة المستردة كافية من تلقاء نفسها. إذا كانت درجة حرارة الماء المتاحة منخفضة جدًا، فقد لا يكون الهواء الخارج من ملف الأنبوب ذي الزعانف دافئًا بدرجة كافية للتطبيق. وإذا تم اختيار الملف فقط عن طريق التخمين، فقد تكون النتيجة انخفاضًا كبيرًا في الضغط، أو ضعف تدفق الهواء، أو درجة حرارة المخرج المخيبة للآمال. يجب أن يوازن النظام-المصمم جيدًا بين ساعات تشغيل الضاغط والحرارة المتاحة ودرجة حرارة السائل وتدفق الهواء وظروف إيقاف الهواء-الهدف.
سبب آخر يستحق هذه الأنظمة الاهتمام هو حجم المدخرات. وتقول شركة أطلس كوبكو إنه يمكن استرداد ما يصل إلى 94% من حرارة الضغط، ويقول كايسر إنه يمكن استخدام ما يصل إلى 96% من الحرارة في ظل الظروف المناسبة. هذه ليست وعودًا لكل عملية تركيب، ولكنها توضح لماذا غالبًا ما يكون استرداد الحرارة من الضواغط أحد مشاريع الطاقة الأكثر عملية في المصنع. فبدلاً من حرق وقود جديد أو إضافة سخانات كهربائية لكل مهمة تدفئة، يمكن للمحطة إعادة استخدام الحرارة التي دفعتها بالفعل مرة واحدة من خلال استهلاك طاقة الضاغط.
من وجهة نظر مشغلي المصنع،-فهذه هي الحجة الأقوى لمبادل حراري ذو أنبوب زعانف في هذا النوع من الأنظمة. إنها ليست معدات براقة. لا يحصل عادة على الأضواء. ولكنه يساعد في تحويل الضاغط من مستهلك طاقة خالص إلى مصدر طاقة جزئي. يمكن أن يقلل من تكلفة التدفئة، ويحسن كفاءة النظام بشكل عام، ويستفيد بشكل أفضل من المعدات التي تعمل بالفعل كل يوم. في كثير من الحالات، الحرارة الأكثر ذكاءً في المصنع ليست حرارة جديدة على الإطلاق. إنها الحرارة التي كانت موجودة بالفعل، في انتظار استعادتها واستخدامها بشكل صحيح.
