دليل التسخين المسبق للهواء: الأنواع والكفاءة ونصائح الاختيار

ما الذي يفعله جهاز التسخين المسبق للهواء وأين يوجد في نظام الغلاية

في المراجل التي تعمل بالفحم أو الغاز أو الكتلة الحيوية، يترك غاز المداخن الفرن عند درجة حرارة عالية جدًا ويتخلى عن الحرارة تدريجيًا أثناء مروره عبر ضفاف أنابيب التسخين الفائق، وإعادة التسخين، والمقتصد. بحلول الوقت الذي يصل فيه إلى منفذ المقتصد، يكون الغاز لا يزال موجودًا عادةً 250-350 درجة مئوية ، تحمل حصة كبيرة من محتوى الطاقة الأصلي للوقود نحو المكدس. يتم وضع جهاز التسخين المسبق للهواء باعتباره آخر جهاز لاستعادة الحرارة في مسار الغاز هذا، مباشرة قبل مروحة السحب المستحثة والمدخنة، وتتمثل مهمته في التقاط أكبر قدر ممكن من الطاقة المتبقية قبل تفريغ الغاز. على الجانب الآخر من نفس الوحدة، يتم سحب هواء الاحتراق المحيط بواسطة مروحة السحب القسري - عادة ما يكون موجودًا 20-30 درجة مئوية - يمر عبر جهاز التسخين المسبق ويلتقط الحرارة التي يتخلى عنها غاز المداخن.

إن توازن الطاقة وراء ذلك بسيط وراسخ في ممارسة هندسة الغلايات: تقريبًا لكل 20 درجة مئوية مع ارتفاع درجة حرارة هواء الاحتراق، تتحسن كفاءة الغلاية بشكل عام بحوالي 1 نقطة مئوية لأنه يجب حرق كمية أقل من الوقود للوصول إلى نفس إنتاج البخار. بالإضافة إلى التوفير المباشر في الوقود، يعمل الهواء الساخن أيضًا على تعزيز الاحتراق الكامل، وهو أمر مهم بشكل خاص لغلايات الفحم المسحوق حيث يتم استخدام الهواء الساخن لتجفيف الفحم ونقله إلى الموقد. ويعني الاحتراق الأفضل كمية أقل من الكربون غير المحترق في الرماد وانخفاض تكوين أول أكسيد الكربون، مما له فوائد غير مباشرة فيما يتعلق بالامتثال للانبعاثات ونظافة الغلاية.

هناك مقايضة تصميم واحدة يجب على المهندسين إدارتها بعناية. عندما يتم تبريد غاز المداخن بشكل أكبر داخل جهاز التسخين المسبق للهواء، يمكن أن تقترب درجة حرارته من نقطة الندى الحمضية - وهي النقطة التي يبدأ عندها بخار حمض الكبريتيك المتكون من ثالث أكسيد الكبريت في غاز المداخن في التكثف على الأسطح المعدنية. وهذا يجعل جهاز التسخين المسبق للهواء، وليس الموفر، هو المكون الأكثر تعرضًا لخطر التآكل في درجات الحرارة المنخفضة، وهذا هو السبب الرئيسي في أن اختيار المواد ذات الطرف البارد (الذي سيتم تناوله لاحقًا في هذا الدليل) يعد جزءًا مهمًا من تحديد سخان الهواء لوقود معين.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: ان air preheater recovers the last practical increment of flue gas heat before the stack, and every 20°C of air preheat is worth approximately 1% of boiler efficiency — but the same cooling that creates this saving also concentrates corrosion risk at the unit's cold end.

ثلاثة أنواع رئيسية من سخانات الهواء: الأنابيب الأنبوبية، والمتجددة، والأنابيب الحرارية

المشترين الصناعيين يبحثون عن سخان الهواء تواجه بشكل عام ثلاث عائلات تصميمية، كل منها مبنية حول آلية مختلفة لنقل الحرارة.

التسخين المسبق للهواء الأنبوبي (الاستردادي).

جهاز التسخين المسبق للهواء الأنبوبي عبارة عن مبادل حراري ذو غلاف وأنبوب ثابت بدون أجزاء متحركة. يتدفق غاز المداخن عادةً داخل مجموعة من الأنابيب بينما يمر هواء الاحتراق عبر الجزء الخارجي من حزمة الأنابيب في تدفق متقاطع، ويعمل جدار الأنبوب المعدني نفسه كسطح نقل الحرارة الذي يفصل بين التيارين. نظرًا لأن مسارات الغاز والهواء مغلقة ماديًا عن بعضها البعض باستثناء الجدار المعدني، فإن التلوث المتبادل (التسرب) بين التيارين يكون منخفضًا بطبيعته، بشكل عام في نطاق 1-3% . وهذا يجعل التصميم الأنبوبي جذابًا حيث يجب تقليل تسرب الهواء إلى تيار غاز المداخن، مثل الغلايات ذات المعدات الحساسة للانبعاثات النهائية.

التجديدي (الدوارة) سخان الهواء

يستخدم جهاز التسخين المسبق للهواء المتجدد، والذي يُطلق عليه غالبًا وحدة من نوع Ljungström، دوارًا كبيرًا مزودًا بألواح تخزين الحرارة المموجة التي تدور ببطء عبر كل من غاز المداخن وقنوات الهواء. عندما يمر جزء من الدوار عبر تيار الغاز الساخن فإنه يمتص الحرارة؛ عندما يدور نفس القسم في تيار الهواء فإنه يطلق الحرارة المخزنة إلى هواء الاحتراق الوارد. تمنح دورة التخزين والإطلاق المستمرة هذه وحدات التجديد بصمة مدمجة وأداء قوي في نقل الحرارة بالنسبة لحجمها، لكن الأختام الدوارة بين القطاعات تسمح حتمًا بتسرب بعض الهواء إلى جانب غاز المداخن، عادةً 5-12% ، والتشوه الحراري للدوار مع مرور الوقت يمكن أن يؤدي إلى توسيع هذه الفجوة بشكل أكبر إذا لم يتم الحفاظ على الأختام.

سخان الهواء أنبوب الحرارة

يجمع جهاز التسخين المسبق للهواء بأنبوب الحرارة بين خصائص كلا التصميمين أعلاه. ويستخدم مجموعة من الأنابيب الحرارية ذات الزعانف المغلقة - يحتوي كل منها على شحنة صغيرة من سائل التشغيل تحت الفراغ - مرتبة بحيث يقع طرف المبخر لكل أنبوب في قناة غاز المداخن ويوضع طرف المكثف في قناة الهواء المنفصلة. تعمل الحرارة الممتصة عند الطرف الساخن على تبخير سائل العمل، وينتقل البخار إلى الطرف البارد ويتكثف لأنه يتخلى عن الحرارة إلى هواء الاحتراق، ويعود السائل المتكثف إلى الطرف الساخن عن طريق الجاذبية أو الفتل لتكرار الدورة. نظرًا لأن قنوات الغاز والهواء تظل منفصلة ماديًا، ومتصلة فقط بجدران الأنابيب المغلقة، فإن جهاز التسخين المسبق للهواء لأنبوب الحرارة يحافظ على التسرب بالقرب من مستويات النوع الأنبوبي مع تحقيق معامل نقل الحرارة لكل وحدة من مساحة الوجه وهو أعلى بشكل عام من التصميم الأنبوبي العادي، وذلك بفضل آلية نقل تغيير الطور وسطح الزعانف الممتد. الميزة العملية الإضافية هي أن حزم أنابيب الحرارة عبارة عن وحدات: يمكن في كثير من الأحيان فحص الصفوف الفردية أو تنظيفها أو استبدالها دون تفكيك الوحدة بأكملها، وهو أمر مفيد في الوقود عالي الكبريت حيث تفسد الصفوف الباردة أو تتآكل بشكل أسرع.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: تشترك أجهزة التسخين المسبق للهواء الأنبوبي والأنابيب الحرارية في ميزة التسرب المنخفض المتمثلة في عدم وجود أختام دوارة، بينما تستبدل وحدات التجديد تسربًا أعلى للحصول على مساحة أصغر وأداء قوي لنقل الحرارة.

كيف تعمل أجهزة التسخين المسبق للهواء عبر الأنابيب الحرارية مقابل التصاميم التقليدية

تعد درجة حرارة خروج غاز المداخن الخارج من جهاز التسخين المسبق للهواء أحد أوضح المؤشرات الفردية لمدى الحرارة التي استعادتها الوحدة، نظرًا لأن كل درجة متبقية في الغاز عند المدخنة هي طاقة لم يتم تحويلها إلى هواء مسخن مسبقًا مفيد. غالبًا ما يبدأ المشترون الذين يقارنون عروض الشركة المصنعة لسخان الهواء بالسؤال عن مدى انخفاض كل تصميم يمكن أن يؤدي عمليًا إلى دفع درجة حرارة الخروج، لأن درجة حرارة الخروج المنخفضة تعني عمومًا كفاءة أعلى في استرداد الحرارة، بشرط احترام نقطة الندى الحمضية للوقود المستخدم. ومع ذلك، فإن تحقيق درجة حرارة خروج أقل ليس مجانيًا، لأنه يتطلب عادةً إما سطحًا أكبر لنقل الحرارة أو آلية نقل أكثر فعالية، وكلاهما يؤثر على البصمة الرأسمالية وتخطيط الصيانة. يوضح الرسم البياني أدناه درجات حرارة خروج غاز المداخن النموذجية لأنواع التسخين المسبق الثلاثة الموصوفة أعلاه، بدءًا من درجة حرارة مدخل أساسية مشتركة تبلغ 320 درجة مئوية عند دخول الوحدة. هذه الأرقام عبارة عن نطاقات تمثيلية مستمدة من ممارسات الغلايات الصناعية العامة وليست نتائج من تركيب واحد محدد، ويعتمد الأداء الفعلي على حمل الغلاية ونوع الوقود وحجم التسخين المسبق.

تُظهر مقارنة المقياس وجود سخان هواء أنبوبي يخفض غاز المداخن إلى مستوى تقريبي 165 درجة مئوية مما يعكس معامل نقل الحرارة المعتدل واعتماده على جدار معدني باعتباره مسار النقل الوحيد بين الغاز والهواء. يحقق التسخين المسبق للهواء المتجدد درجة حرارة خروج أقل بحوالي 100 درجة مئوية 110 درجة مئوية نظرًا لأن مصفوفة تخزين الحرارة الدوارة الخاصة بها تقدم مساحة سطحية فعالة كبيرة جدًا ضمن حجم مضغوط، مما يمنحها أقوى استرداد للحرارة الخام بين التصميمات الثلاثة. يقع مسخن الهواء لأنبوب الحرارة بين الاثنين تقريبًا 130 درجة مئوية ، والاستفادة من معامل نقل الحرارة الأعلى لكل منطقة لأنابيب الحرارة متغيرة الطور وأسطح الزعانف الممتدة، مع الحفاظ على التسرب بالقرب من المستويات الأنبوبية لأن قنوات الغاز والهواء تظل مغلقة بعيدًا عن بعضها البعض. بالنسبة لمصنع يحرق الفحم الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت، يمكن أن يكون هذا الموضع الأوسط ميزة: حيث يستعيد تصميم الأنابيب الحرارية حرارة أكثر بكثير من الوحدة الأنبوبية العادية دون وراثة تسرب الهواء العالي الذي تقدمه الأختام الدوارة لوحدة التجديد. على العكس من ذلك، عندما يكون محتوى كبريت الوقود منخفضًا جدًا ويكون تحمل التسرب أقل أهمية، يمكن أن تترجم درجة حرارة الخروج المنخفضة لجهاز التسخين المسبق للهواء المتجدد إلى أقوى رقم للكفاءة الخام بين الخيارات الثلاثة. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن درجة حرارة الخروج أثناء القيادة منخفضة جدًا بالنسبة لمحتوى الكبريت الموجود في وقود معين، مما يزيد من خطر تآكل نقطة الندى الحمضية عند الطرف البارد، لذا فإن الحد الأدنى العملي لدرجة حرارة الخروج يعتمد على كيمياء الوقود بقدر ما يعتمد على تصميم المعدات. عادةً ما يحتفظ مهندسو الغلايات بوحدات تعمل بالفحم عند درجة حرارة أعلى من 120 درجة مئوية تقريبًا ويسمحون للوحدات النظيفة التي تعمل بالغاز بالعمل بالقرب من 90-100 درجة مئوية. سيقوم أحد موردي سخانات الهواء ذوي الخبرة بقياس حجم المواد ذات النهاية الباردة ودرجة حرارة الخروج المستهدفة معًا، بدلاً من تحسين استرداد الحرارة بشكل منفصل. نظرًا لأنه يمكن تبديل الوحدات ذات الزعانف الخاصة بجهاز التسخين المسبق للهواء بأنبوب الحرارة صفًا تلو الآخر، تقوم المصانع أحيانًا بتثبيت مواد أكثر مقاومة للتآكل قليلاً في أبرد الصفوف على وجه التحديد، مما يسمح بدفع الوحدة الإجمالية بالقرب من أداء الاسترداد للتصميم المتجدد دون عقوبة تآكل الوحدة الكاملة. بشكل عام، تعد هذه المقارنة واحدة من أكثر نقاط البداية المفيدة عند تضييق نطاق نوع سخان الهواء الذي يناسب دورة وقود وعمل محددة.

أين سخانات الهواء يتم استخدامها في جميع أنحاء الصناعة

لا تقتصر سخانات الهواء على أي قطاع واحد؛ تظهر في أي مكان تولد فيه عملية الاحتراق غاز المداخن ساخنًا بما يكفي لاستعادته. ويظل توليد الطاقة أكبر تطبيق منفرد نظرًا لأن مراجل الطاقة الخدمية والمقيدة تعمل بشكل مستمر تحت حمل مرتفع، مما يزيد من القيمة السنوية لكل نقطة مئوية من الكفاءة المكتسبة. وتشكل الصناعات الثقيلة التي لها أفرانها الخاصة - مثل الصناعات المعدنية والمعالجة الكيميائية وتصنيع مواد البناء - معظم الطلب المتبقي، ولكل منها خصائص غاز المداخن واعتبارات التآكل الخاصة بها. يساعد فهم هذا التوزيع النموذجي في تفسير سبب تقديم الشركات المصنعة لسخانات الهواء لمجموعة واسعة من التكوينات بدلاً من منتج قياسي واحد. يوضح الرسم البياني أدناه تخصيصًا تمثيليًا لسعة التسخين المسبق للهواء المثبتة حسب قطاع الاستخدام النهائي، استنادًا إلى أنماط النشر الصناعية العامة بدلاً من مجموعة بيانات خاصة واحدة.

حسابات توليد الطاقة تقريبًا 32% من النشر النموذجي للتسخين المسبق للهواء، مدفوعًا بغلايات المرافق الكبيرة التي تعمل بالفحم والغاز، حيث يؤدي زيادة الكفاءة بمقدار نقطة مئوية واحدة عبر وحدة التشغيل المستمر إلى توفير كبير في الوقود سنويًا. تمثل المعادن والصلب حوالي 26% ، والتي تغطي الأفران العالية، وأفران إعادة التسخين، وخطوط التلدين حيث يعمل استرداد الحرارة المهدرة لغاز المداخن على تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود ويساعد على استقرار التحكم في درجة حرارة الفرن. تشكل المعالجة الكيميائية والبتروكيماوية قريبة من 19% من المجموع؛ وفقًا لـ Global Market Insights، تم تقييم قطاع معدات استعادة حرارة النفايات الكيميائية وحده بأكثر من 11 مليار دولار أمريكي في عام 2025، مما يعكس حجم سخانات وغلايات العمليات في هذا القطاع والتي تعتمد على معدات استعادة غاز المداخن. ويساهم تصنيع مواد البناء، بما في ذلك أفران الأسمنت وأفران صهر الزجاج 14% ، حيث يرتبط استرداد الحرارة المهدرة ارتباطًا وثيقًا بكل من التحكم في تكلفة الطاقة وأهداف خفض الانبعاثات. الباقي تقريبًا 9% يشمل اللب والورق، وتجهيز الأغذية، وتشطيب المنسوجات، وغيرها من الصناعات التحويلية التي تشغل غلايات أصغر ولكنها لا تزال تستفيد من حجم التسخين المسبق للهواء الصناعي بحجمها. وفقًا لشركة Grand View Research، من المتوقع أن ينمو السوق الأوسع لأنظمة استعادة الحرارة المهدرة - والتي تعد أجهزة التسخين المسبق للهواء إحدى فئات المعدات الرئيسية - من حوالي 55 مليار دولار أمريكي في عام 2023 إلى أكثر من 100 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030، وهو مسار مدفوع إلى حد كبير بنفس القطاعات الصناعية الموضحة في هذا الرسم البياني والتي تعمل على تشديد أهداف كفاءة استخدام الطاقة والانبعاثات. بالنسبة لموردي أجهزة التسخين المسبق للهواء، فإن انتشار الطلب عبر القطاعات يعني أيضًا أن المعدات غالبًا ما تحتاج إلى تصميمها حول كيمياء مختلفة جدًا لغاز المداخن، بدءًا من عادم الغاز الطبيعي النظيف نسبيًا إلى تيارات عالية الجسيمات وعالية الكبريت من الغلايات التي تعمل بالفحم وعمليات التلبيد. هذا الاختلاف هو على وجه التحديد سبب أهمية اختيار النوع المناسب ومجموعة المواد، التي تمت مناقشتها لاحقًا في هذا الدليل، بقدر أهمية رقم الكفاءة الرئيسي.

التوازن الحراري: مقدار حرارة غاز المداخن التي يستعيدها جهاز التسخين المسبق للهواء فعليًا

لفهم المساهمة الحقيقية للتسخين المسبق للهواء، من المفيد النظر إلى التوازن الحراري الكامل للغلاية بدلاً من التسخين المسبق بشكل منفصل. تفقد كل غلاية جزءًا من طاقة الوقود بغض النظر عن مدى جودة تصميمها، والسؤال العملي لمهندس المصنع هو ما مقدار هذه الخسارة التي يمكن استردادها اقتصاديًا وبواسطة أي قطعة من المعدات. يستعيد المقتصد عادةً حصة كبيرة من حرارة غاز المداخن عن طريق التسخين المسبق لمياه تغذية الغلاية، ويستعيد التسخين المسبق للهواء حصة إضافية علاوة على ذلك عن طريق التسخين المسبق لهواء الاحتراق. نظرًا لأن هذين الجهازين يعملان بشكل متسلسل على طول نفس مسار غاز المداخن، فإن الكمية التي لا يزال بإمكان جهاز التسخين المسبق للهواء التقاطها تعتمد جزئيًا على مقدار ما أزاله المقتصد الذي أمامه بالفعل. ويوضح الرسم البياني أدناه هذه العلاقة للممثل 130 طن في الساعة غلاية صناعية، مقارنة إجمالي الحرارة المستردة مع عدم وجود سخان هواء مثبت مقابل ثلاثة تكوينات لتسخين الهواء المضافة في أسفل نفس الموفر.

مع عدم وجود سخان هواء مثبت، تتعافى هذه الغلاية التمثيلية 14 جيجا جول لكل ساعة تشغيل من خلال المقتصد وحده، وتخرج جميع حرارة غاز المداخن المتبقية من خلال المكدس غير المستخدمة. تؤدي إضافة مسخن الهواء الأنبوبي إلى زيادة إجمالي الحرارة المستردة إلى ما يقرب من ذلك 23 جيجا جول في الساعة ، المساهمة حول 9 جيجا جول في الساعة على رأس حصة المقتصد. يستعيد جهاز التسخين المسبق للهواء المتجدد أكثر ما يمكن في هذه المقارنة، مما يصل إجمالي الحرارة المستردة إلى حوالي 27 جيجا جول في الساعة ، بما يتوافق مع درجة حرارة خروج غاز المداخن المنخفضة الموضحة في مقارنة المقياس السابقة. يقع جهاز التسخين المسبق للهواء بأنبوب الحرارة بالقرب من مكان قريب 26 جيجا جول في الساعة ، مما يؤكد أن أداء الاسترداد الخاص به يقترب من التصميم المتجدد بينما، كما تمت مناقشته سابقًا، يتجنب تسرب الهواء العالي الذي يأتي مع نظام الختم الدوار. من الناحية النسبية، يعني هذا أن تركيب أي من أنواع التسخين المسبق للهواء الثلاثة يضاعف تقريبًا إجمالي حرارة غاز المداخن المستردة مقارنة بالاعتماد على المقتصد وحده، ولهذا السبب تعتبر سخانات الهواء المسبقة واحدة من ترقيات الكفاءة الأكثر فعالية من حيث التكلفة المتاحة لغلاية موجودة. تجدر الإشارة إلى أن الأرقام المحددة في هذا المخطط ستتغير بالنسبة للغلايات ذات السعة المختلفة، أو نوع الوقود، أو حجم الموفر الموجود، لذا يجب قراءتها على أنها توضيحية للنمط النسبي بين التكوينات بدلاً من كونها ضمانًا لأي مصنع على حدة. تتمتع سعة الغلاية بتأثير قوي على القيمة المطلقة لهذه الحرارة المستردة: فغلاية أكبر تعمل بنفس عدد الساعات سنويًا ستشهد توفيرًا أكبر نسبيًا للوقود من نفس زيادة الكفاءة البالغة نقطة مئوية. بالنسبة للمحطات التي تقوم بتقييم التعديل التحديثي، عادةً ما يكون عرض توازن الحرارة هذا أكثر إفادة من نسبة الكفاءة الرئيسية الفردية، لأنه يوضح مقدار طاقة غاز المداخن المتاحة التي تم التقاطها بالفعل قبل تركيب جهاز التسخين المسبق للهواء، وبالتالي مقدار المكسب الإضافي المتاح بشكل واقعي. عادةً ما تطلب الشركة المصنعة لجهاز التسخين المسبق لهواء الغلاية من ذوي الخبرة بيانات أداء الموفر الحالي قبل اقتراح حجم معين لتسخين الهواء المسبق، وذلك على وجه التحديد بسبب هذه العلاقة المتسلسلة بين الجهازين.

التآكل والتلوث واختيار المواد لأنابيب التسخين المسبق للهواء

نفس عملية التبريد التي تجعل جهاز التسخين المسبق للهواء ذا قيمة تخلق أيضًا أكبر تحديات التشغيل. عندما يمر غاز المداخن عبر الوحدة ويفقد الحرارة، يمكن أن تنخفض درجة حرارته إلى أقل من نقطة الندى الحمضية - درجة الحرارة التي يبدأ عندها بخار حمض الكبريتيك، الذي يتشكل عندما يتفاعل ثالث أكسيد الكبريت في غاز المداخن مع بخار الماء، في التكثف كطبقة سائلة على الأسطح المعدنية الباردة. يهاجم هذا الحمض المكثف الفولاذ الكربوني غير المحمي، وتتحد منتجات التآكل الناتجة مع الرماد المتطاير والسخام لتكوين رواسب لزجة تزيد من تقييد تدفق الغاز وتقلل من نقل الحرارة، وهي مشكلة تآكل وقاذورات مشتركة تتركز بالكامل تقريبًا في أبرد صفوف جهاز التسخين المسبق، الأقرب إلى المكان الذي يتصل فيه الهواء المحيط الوارد بالوحدة أولاً.

نظرًا لأن هذا الخطر يتركز في موقع يمكن التنبؤ به، فإن الشركات المصنعة لسخان الهواء تعالجه بشكل أساسي من خلال اختيار المواد في الطرف البارد بدلاً من إعادة تصميم الوحدة بأكملها. وتشمل الأساليب الشائعة أنابيب الصلب الكربوني المطلية بالمينا، والتي توفر حاجزًا مقاومًا للأحماض يشبه الزجاج بتكلفة مادية متواضعة نسبيًا؛ الفولاذ المقاوم للتجوية (غالبًا ما يشار إليه بالأسماء التجارية مثل سبائك كورتن)، والذي يشكل طبقة أكسيد واقية مستقرة تحت التعرض للأحماض الخفيفة؛ ودرجات الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ مثل 304 أو 316L للوقود ذي الكبريت المتوسط ​​إلى العالي، مما يوفر مقاومة أقوى للتآكل بتكلفة أعلى للمواد والتصنيع؛ وبالنسبة لأشد المهام التي تحتوي على نسبة عالية من الكبريت أو الكلور، يتم استخدام السبائك القائمة على النيكل أو الوصلات النحاسية بالنيكل عند الوصلات الأكثر تعرضًا من الأنبوب إلى الرأس، نظرًا لأن الوصلات النحاسية أقل عرضة للهجوم الموضعي الذي يمكن أن يتطور عند اللحامات التقليدية في ظل التدوير الحراري المتكرر.

نظرًا لأن حزم التسخين المسبق لهواء الأنابيب الحرارية عبارة عن وحدات، فغالبًا ما تحدد المصانع مادة أكثر مقاومة للتآكل فقط في أبرد صف أو صفين من الأنابيب بدلاً من الوحدة بأكملها، مما يتحكم في تكلفة المواد مع الاستمرار في حماية المنطقة الأكثر عرضة للخطر. يصعب تحقيق تصنيف المواد صفًا تلو الآخر في التصميم الأنبوبي، حيث تكون الحزمة بأكملها عادةً مادة واحدة، وهو غير عملي في الدوار المتجدد، حيث تدور ألواح تخزين الحرارة عبر منطقتي درجة الحرارة وبالتالي تحتاج إلى حماية موحدة عبر السلة بأكملها. تظل المراقبة المنتظمة لدرجة حرارة خروج غاز المداخن بالنسبة إلى نقطة الندى الحمضية المحسوبة لمحتوى كبريت الوقود المحدد المستخدم هي الطريقة الأكثر فعالية لمنع هذا النوع من التآكل من التطور في المقام الأول، بغض النظر عن تصميم التسخين المسبق للهواء الذي تم تركيبه.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: يتم تحفيز التآكل البارد عن طريق تكثيف حمض الكبريتيك، ويعتبر اختيار المواد - وليس نوع التسخين المسبق وحده - هو الرافعة الأساسية لإدارته اقتصاديًا.

مطابقة ممارسة الصيانة لنوع الوقود

يتم تحديد متطلبات الصيانة لجهاز التسخين المسبق للهواء بشكل أساسي حسب نوع الوقود بدلاً من حجم الغلاية، لأن آليات التلوث والتآكل الموصوفة أعلاه تحتوي على محتوى الرماد ومحتوى الكبريت بدلاً من إخراج البخار. يترك الوقود النظيف مثل الغاز الطبيعي بقايا جسيمات قليلة جدًا وتكوين ثالث أكسيد الكبريت منخفض نسبيًا، وبالتالي تظل أسطح نقل الحرارة نظيفة لفترات طويلة بين عمليات التفتيش. وعلى النقيض من ذلك، يعمل الوقود الصلب مثل الفحم والكتلة الحيوية على توليد كميات كبيرة من الرماد المتطاير، وفي حالة الفحم الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت، يتولد تكثيف حمضي أكثر عدوانية عند الطرف البارد، وكلاهما يعمل على تقصير الفترة الفاصلة العملية بين عمليات التنظيف. يؤدي الخطأ في الفاصل الزمني للصيانة في أي من الاتجاهين إلى تكلفة حقيقية: الإفراط في التنظيف يهدر العمالة ويزيد من وقت التوقف غير المخطط له، في حين يسمح التنظيف الناقص بتراكم الأوساخ، مما يزيد من انخفاض الضغط عبر الوحدة، ويزيد من استهلاك طاقة المروحة، ويؤدي تدريجيًا إلى تآكل مكاسب الكفاءة التي تم تركيب جهاز التسخين المسبق للهواء لالتقاطها في المقام الأول. تحدد الخريطة الحرارية أدناه فترات التنظيف النموذجية الموصى بها عبر خمسة أنواع وقود شائعة والتصميمات الثلاثة الرئيسية لتسخين الهواء.

بالنسبة للغاز الطبيعي، يمكن عادةً تشغيل جميع أنواع سخانات الهواء الثلاثة 18 إلى 24 شهرًا بين عمليات التنظيف الكاملة، حيث أن الوقود ينتج الحد الأدنى من الرماد وثالث أكسيد الكبريت المنخفض. زيت الوقود الخفيف يختصر هذا إلى تقريبًا من 9 إلى 12 شهرًا عبر نفس التصاميم الثلاثة، مما يعكس ارتفاع نسبة الكبريت مقارنة بالغاز الطبيعي. الفحم منخفض الكبريت، المحدد هنا على النحو التالي 1% كبريت بالوزن، يجلب الفواصل الزمنية إلى مسافة أبعد من 4 إلى 6 أشهر ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى تحميل الرماد المتطاير بدلاً من التآكل وحده. الفحم عالي الكبريت تقريبًا 1% كبريت يتطلب الاهتمام الأكثر تكرارًا، مع ضغط الفواصل الزمنية إلى فقط 2 إلى 3 أشهر حيث يتسارع تآكل كل من التلوث ونقطة الندى الحمضية معًا. يقع وقود الكتلة الحيوية في نطاق مماثل للفحم عالي الكبريت 2 إلى 4 أشهر ، مدفوعًا في المقام الأول بالرماد الغني بالقلويات الذي يميل إلى التليين والالتصاق بالأسطح الساخنة بدلاً من محتوى الكبريت. عبر كل نوع من أنواع الوقود في هذه المقارنة، يحتاج جهاز التسخين المسبق للهواء المتجدد دائمًا إلى أقصر فترة زمنية من التصاميم الثلاثة، مما يعكس مساحة سطحه الفعالة الأكبر التي تجمع المزيد من الجسيمات والحساسية الإضافية لموانع التسرب الدوارة لأي تراكم للرواسب. يتطابق جهاز التسخين المسبق لهواء الأنبوب الحراري بشكل عام مع الفاصل الزمني للتصميم الأنبوبي أو يتجاوزه قليلاً، ويظهر ميزة متواضعة على الأنبوبي على وجه التحديد في الكتلة الحيوية، والتي تعزوها تجربة الصناعة إلى القدرة على تنظيف أو استبدال الصفوف ذات الزعانف الفردية دون تفكيك الحزمة الكاملة. بالنسبة لأي وقود يحتوي على محتوى رماد ذي معنى، توصي معظم الشركات المصنعة لجهاز التسخين المسبق لهواء الغلايات بإقران الوحدة بنظام نفخ السخام، باستخدام البخار أو الهواء المضغوط، مما يزيد الفترة الفاصلة بين عمليات الفحص اليدوي بغض النظر عن أي من التصميمات الثلاثة التي تم تركيبها. يجب على المصانع التي تقوم بتحويل مصادر الوقود، على سبيل المثال من الغاز الطبيعي إلى مزيج الفحم، أن تراجع جدول صيانة جهاز التسخين المسبق للهواء الخاص بها في نفس الوقت، نظرًا لأن الفاصل الزمني المناسب يمكن أن يتغير بشكل كبير حتى لو لم تتغير المعدات المادية.

كيفية اختيار وحجم جهاز تسخين الهواء للغلاية الخاصة بك

تحديد جهاز التسخين المسبق للهواء المناسب يبدأ بصورة واضحة لغاز المداخن وظروف الهواء التي ستشهدها الوحدة فعليًا أثناء الخدمة، وليس فقط سعة لوحة اسم الغلاية. عادةً ما يطلب مورد سخان الهواء المسبق البيانات الأساسية التالية قبل اقتراح التصميم:

1. معدل تدفق غاز المداخن ودرجة حرارة المدخل عند النقطة التي سيتم فيها تركيب سخان الهواء، عادة بعد الموفر مباشرة
2. نوع الوقود ومحتوى الكبريت، حيث أن ذلك يحدد الحد الأدنى الآمن لدرجة حرارة خروج غاز المداخن والمواد الباردة
3. درجة حرارة التسخين المسبق لهواء الاحتراق المستهدف، والتي يتم تحديدها عادةً بواسطة متطلبات الموقد أو المطحنة بدلاً من اختيارها بحرية
4. البصمة المتاحة وتوجيه مجاري الهواء، خاصة بالنسبة لمشاريع التعديل التحديثي على غلاية موجودة ذات مساحة محدودة
5. تحمل مقبول لتسرب الهواء، والذي يمكن أن يستبعد التصميم المتجدد حيث تكون المعدات النهائية حساسة لتخفيف الغاز
6. الوصول إلى الصيانة المخططة وتكرار الانقطاع، نظرًا لأن وحدات التجديد تتطلب خدمة مانعة للتسرب بشكل متكرر أكثر من تصميمات الأنابيب الأنبوبية أو أنابيب الحرارة

بمجرد معرفة هذه المعلمات، يتبع اختيار النوع بشكل عام منطقًا مباشرًا. عندما تكون المساحة الأرضية محدودة ومحتوى كبريت الوقود منخفض، فإن البصمة المدمجة للسخان المسبق للهواء المتجدد واسترداد الحرارة القوي تجعله خيارًا فعالاً. عندما يكون تقليل تسرب الهواء هو الأولوية، أو عندما تحرق الغلاية وقودًا يحتوي على نسبة عالية من الكبريت ويريد المصنع تصنيف المواد المقاومة للتآكل فقط في أبرد الصفوف بدلاً من الوحدة بأكملها، فغالبًا ما يكون التسخين المسبق للهواء بأنبوب الحرارة هو الأفضل. عندما تكون البساطة، وفترات الخدمة الطويلة، وأقل المخاطر الممكنة للأجزاء المتحركة هي الأكثر أهمية، يظل التسخين المسبق للهواء الأنبوبي خيارًا يمكن الاعتماد عليه، خاصة في الغلايات الصناعية الصغيرة والمتوسطة الحجم. يلخص الجدول أدناه العديد من متغيرات التكوين الشائعة التي يمكن أن تقدمها عادةً الشركة المصنعة لسخان الهواء المخصص ضمن كل نوع من الأنواع الثلاثة الرئيسية.

تجديد ثنائي القطاع
ينقسم الدوار إلى منطقتين (الغاز والهواء)؛ التكوين القياسي لمعظم الغلايات الصناعية. تجديد ثلاثي القطاعات
يضيف قطاعًا ثالثًا للهواء الأولي (تجفيف الفحم)، وهو شائع في غلايات الفحم المسحوق. أنبوبي ذو زعانف
يزيد سطح الزعنفة الممتدة من مساحة نقل الحرارة داخل نفس البصمة الأنبوبية. أنبوبي بالمينا
يضيف طلاء المينا مقاومة للأحماض عند حرق الفحم والنفط ذي الكبريت المعتدل. أنابيب الحرارة أحادية ومزدوجة المرور
يزيد التمرير الإضافي من وقت الاتصال من أجل تعافي أعلى في مساحة محدودة.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: يجب أن يتبع اختيار النوع مباشرة محتوى كبريت الوقود، والبصمة، وتحمل التسرب، والوصول إلى الصيانة - وليس من أرقام الكفاءة وحدها.

اعتبارات التثبيت والتشغيل والتحديث

تعد إضافة جهاز تسخين مسبق للهواء إلى غلاية موجودة والتي لم يتم تصميمها في الأصل بواحد من هذه التعديلات التحديثية الشائعة لكفاءة استخدام الطاقة، وهي عمومًا أكثر تعقيدًا من تثبيت واحد على بناء جديد ببساطة لأن توجيه مجاري الهواء، والدعم الهيكلي، وسعة مروحة السحب كلها يجب أن تكون مدمجة في التخطيط الحالي. يبدأ مشروع التحديث عادةً بمسح الموقع وتحليل غاز المداخن للتأكد من معدلات تدفق التشغيل ودرجات الحرارة الفعلية، حيث يمكن أن تختلف عن قيم التصميم الأصلية بعد سنوات من التشغيل. تتبع الهندسة الإنشائية للتأكد من أن غرفة الغلاية يمكنها دعم الوزن الإضافي وتحميل القناة، ويتم فحص مراوح السحب المستحثة والقسرية للتأكد من أن لديها هامشًا كافيًا للتعامل مع انخفاض الضغط الإضافي الذي سيدخله سخان الهواء الجديد في مسارات الغاز والهواء.

إن تشغيل جهاز التسخين المسبق للهواء، سواء تم تركيبه حديثًا أو تحديثه، يتبع بشكل عام الإطار المنصوص عليه في رموز اختبار أداء سخان الهواء المعترف بها مثل ASME PTC 4.3، والتي تحدد الطرق القياسية لقياس فعالية نقل الحرارة، ومعدل تسرب الهواء، وانخفاض الضغط في ظل ظروف خاضعة للرقابة. يعد اختبار التسرب مهمًا بشكل خاص لوحدات التجديد، نظرًا لأن تآكل الختم أثناء الشحن والتركيب يمكن أن يمر دون أن يلاحظه أحد حتى تصبح المرجل في الخدمة بالفعل. بمجرد تشغيلها، تقوم معظم المحطات بجدولة فحص متابعة الأداء بعد أول عدة آلاف من ساعات التشغيل للتأكد من أن درجات حرارة الخروج المقاسة وانخفاض الضغط تظل قريبة من القيم التي حددتها الشركة المصنعة لتسخين الهواء في مرحلة التصميم، ولرصد أي اتجاه مبكر للتلوث قبل أن يصبح مشكلة صيانة أكبر.

بالنسبة لمشاريع التعديل التحديثي على وجه التحديد، فإن الجدولة حول انقطاع المرجل المخطط له عادة ما تكون العامل الحاسم لتوقيت المشروع، حيث أن معظم أعمال الربط الميكانيكية يجب أن تتم أثناء عدم اتصال المرجل. إن العمل بشكل وثيق مع مورد مسخن الهواء ذو ​​الخبرة أثناء مرحلة التصميم، وليس بعد طلب المعدات بالفعل، يؤدي إلى تقصير فترة الانقطاع هذه لأن واجهات مجاري الهواء والدعامات الهيكلية يمكن تصميمها مسبقًا لتتناسب مع المرجل الحالي بدلاً من تعديلها في الموقع.

Jiangsu Shineng كشركة مصنعة وموردة لسخان الهواء

إن اختيار شركة تصنيع جهاز تسخين الهواء ذو العمق الهندسي الداخلي الحقيقي له أهمية كبيرة في المجالات المذكورة أعلاه بالضبط: جودة تصنيع الأنابيب الحرارية، وسلامة المفاصل في الطرف البارد، والقدرة على تصنيف المواد صفًا تلو الآخر لوقود معين بدلاً من تقديم تصميم ثابت واحد. باعتبارنا شركة مصنعة لمعدات استعادة حرارة نفايات غاز المداخن الصناعية في الصين ومصنع لمعدات العمليات الكيميائية، شركة جيانغسو شينينغ للمعدات الكيميائية المحدودة ، التي تأسست في عام 2005، متخصصة في البحث والتطوير والتصنيع لأنظمة استعادة الحرارة المهدرة لغاز المداخن والمعدات الكيميائية، مع إمكانات داخلية شاملة تشمل تطوير الأنابيب الحرارية، والنحاس القائم على النيكل، وتصنيع أوعية الضغط. يرتبط هذا المزيج بشكل خاص بتقنية التسخين المسبق لهواء الأنابيب الحرارية التي تمت مناقشتها في هذا الدليل، نظرًا لأن أداء أنابيب الحرارة وطول عمرها يعتمد بشكل مباشر على جودة التصنيع على مستوى الأنابيب المختومة والمفاصل بدلاً من التصميم العام للوحدة وحدها.

يتم استخدام منتجات Jiangsu Shineng على نطاق واسع في صناعات الفحم الكيميائية والمعادن وتوليد الطاقة والأمونيا الاصطناعية، وقد تم تصدير معدات الشركة إلى الأسواق الخارجية. نظرًا لأن أجهزة التسخين المسبق للهواء الأنبوبي والمتجدد وأنابيب الحرارة تتناسب مع ظروف الوقود والبصمة المختلفة، كما هو موضح في دليل الاختيار أعلاه، فإن العمل مع شركة مصنعة قادرة على الهندسة عبر التكوينات الثلاثة جميعها - بدلاً من خط إنتاج ثابت واحد - يسمح للمصنع بمطابقة المعدات مع ظروف التشغيل الفعلية بدلاً من تكييف ظروف التشغيل مع مجموعة منتجات محدودة. بالنسبة للمحطات التي تقوم بتقييم جهاز التسخين المسبق الجديد لهواء الغلاية أو التخطيط لتعديل وحدة موجودة، فإن هذا النطاق من القدرات الداخلية، بدءًا من تصنيع أنابيب الحرارة وحتى تصنيع أوعية الضغط، يدعم استجابة هندسية أكثر تخصيصًا لكيمياء غاز المداخن الخاصة بالمشروع وقيود المساحة.