اکونومایزر (Economizer)

اکونومایزر (Economizer) یکی از انواع مبدل حرارتی است که آب تغذیه بویلر از میان آن عبور داده شده و از حرارت گازهای داغ خروجی برای گرم کردن این آب استفاده می شود. بدین ترتیب، آب تغذیه با دمای بالاتری به درون بویلر فرستاده شده و انرژی کمتری را برای تبخیر و یا گرمایش آب نیاز دارد. لذا در این حالت، با یک مقدار انرژی مشخص، می توان آبگرم و یا بخار بیشتری را تولید کرد. نتیجه ی این امر افزایش در راندمان بویلر است. به طور تقریبی، یک افزایش ۱۰ درجه ی سلسیوسی در دمای آب تغذیه، باعث افزایش ۲ درصدی راندمان می شود.

گازهای داغی که از درون بویلر و سوپرهیتر عبور می کنند، در زمان خروج همچنان داغ می باشند. لذا می توان از انرژی حرارتی موجود در این گازها، برای افزایش راندمان بویلر استفاده کرد. برای این منظور، گازهای داغ را از درون اکونومایزر عبور می دهند.

اثرات استفاده از اکونومایزر

1. پایین آوردن مصرف سوخت و هزینه های جاری :
   با استفاده از اکونومایزر، می توان حرارت گازهای داغ خروجی را که در حالت عادی تلف می شود، بازیافت کرده و از آن برای گرم کردن آب ورودی به بویلر استفاده کرد. این موضوع باعث کاهش هزینه و مصرف سوخت می شود.
2. هماهنگی بیشتر برای تغییرات بار:
   به دلیل بالا بودن دمای آب تغذیه، توانایی بویلر در هماهنگ شدن با تغییرات ناگهانی بار افزایش می یابد.
3. کاهش آلودگی:
   برای یک خروجی ثابت بخار، نرخ احتراق کاهش پیدا کرده و باعث کاهش تولید NOx می شود.

از آنجا که اکونومایزر در سمت پر فشار پمپ تغذیه قرار می گیرد، تأمین آب تغذیه با دمای بالاتر از ۱۰۰ درجه سلسیوس نیز ممکن می شود. در این حالت، کنترل کننده ی آب بویلر باید از نوع پیوسته بوده و از نوع قطع و وصلی نباشد. علت این موضوع حفظ پیوستگی جریان آب تغذیه از درون اکونومایزر است.

تذکر: اکونومایزر نباید خیلی بزرگ باشد، زیرا:

• ممکن است دمای گازهای داغ خروجی به کمتر از دمای شبنم رسیده و ترکیبات اسیدی و خورنده به وجود آورد.که در این صورت باید جنس اکونومایزر از فلزات مقاوم در برابر خوردگی مانند استنلس استیل باشد.
• ممکن است آب تغذیه درون اکونومایزر بجوشد.

2.انواع اکونومایزرها

اکونومایزر آب تغذیه ایستاده

در اینجا نحوه ی عملکرد یک اکونومایزر آب تغذیه مشاهده می شود:

همان طور که در این شکل ملاحظه می شود، آب از یک سمت وارد لوله های مبادله گر حرارتی یا همان اکونومایزر شده، از درون آنها عبور کرده و از سمت دیگر خارج می شود. در نتیجه آب و گازهای داغ با یکدیگر در تماس نمی باشند. در این نوع اکونومایزر، دو نوع طراحی وجود دارد :

• نوع اول به گونه ایست که دمای گازهای عبوری بالاتر از دمای نقطه ی شبنم ترکیبات سولفور باقی مانده و چگالش صورت نمی گیرد که در این صورت اسید سولفوریک تشکیل نمی شود. لوله های این مبدل، معمولاً از فولاد کربنی بوده و به طور کلی مشکلات دیده شده در آن عبارتند از:
  حفره های ناشی از خوردگی های اکسیژن، خوردگی های اسیدی و رسوب گیری.
• نوع دوم به گونه ایست که دمای دود از نقطه شبنم اسیدسولفوریک و دیگر گازهای خورنده پایین تر آمده و راندمان بالاتری را ایجاد می کند که در این صورت باید از فلزاتی با قدرت مقاومت در برابر خوردگی بالا استفاده کرد.

مشکلاتی که در این نوع از اکونومایزر ها با آن روبرو هستیم عبارتند از:

2.هزینه ساخت بالا، رسوب گیری

در این نوع از اکونومایزر ها با طراحی لوله های آب به صورت حلزونی شکل راندمان اکونومایزر را افزایش می دهند. که دارای معایبی از جمله رسوب گیری بالا و امکان جوشش آب (بیشتر از دیگر اکونومایزر ها) است.اکونومایزرهای حلزونی
اکونومایزر و بویلر

دلیل استفاده از اکونومایزرها به صورت بخش جداگانه و خارج از بویلر

اکونومایزرها را به صورت واحدی جداگانه از بویلر طراحی کرده و آن را به عنوان یک ابزار کمکی برای پیش گرمایش آب تغذیه استفاده می کنند. در صورتی که می توان بویلرها را به گونه ای طراحی کرد که تمام انتقال حرارت درون آنها صورت گرفته و دمای گازهای داغ خروجی به گونه ای باشد که حرارت زیادی اتلاف نشود (مانند بویلرهای چگالشی).

استفاده از اکونومایزرها به صورت بخشی جداگانه از بویلر، به چند دلیل مورد توجه می باشد:

• با گرفتن تمام انرژی دود در بویلر، اسید سولفوریک مایع شده و لوله ها بویلر را سوراخ می کند. پس به جای بویلر اکونومایزر حرارت بقیه دود را استفاده می کند.
• از آنجا که دمای آب تغذیه پایین تر از دمای آب درون بویلر است، می توان در فضای کوچکتر، انرژی بیشتری را انتقال داد.
• در صورت تخریب لوله های اکونومایزر، تنها بخش کوچکی از لوله های سیستم بخار تخریب شده و به بویلر آسیبی وارد نمی شود.
  

  ارتباط نقطه ی شبنم با اکونومایزر

همان طور که بالاتر اشاره شد، چگالیده شدن ترکیبات گازهای داغ درون اکونومایزر، زمانی اتفاق می افتد که دمای گازهای داغ به دمایی کمتر از نقطه ی شبنم ترکیبات موجود در آن برسد.

نقطه ی شبنم آب، عبارت است از درجه حرارتی که مقدار معینی از هوا باید در فشار ثابت تا آن نقطه سرد شده تا بخار آب موجود در آن چگالیده شده و به آب مایع تبدیل شود. این دما در واقع همان دمای اشباع آب در فشار بخار موجود است. این آب چگالیده شده را شبنم می نامند.

نقطه شبنم هر ماده، در واقع همان دمای اشباع بخار آن ماده، در فشار بخار موجود است.

در بویلرها، معمولاً از اکونومایزرهایی که در آنها تماس دو سیال به صورت غیرمستقیم است، استفاده می شود. یعنی مدلی که در آن، آب از درون لوله های مبدل جریان پیدا کرده و گازهای داغ از بیرون لوله ها حرکت می کند. در این اکونومایزرها، مهم ترین ترکیبی که چگالش آن باعث بروز مشکلات جدی می شود، سولفور است. این ترکیب در اثر چگالیده شدن، تولید اسید خورنده کرده و مشکلات جدی بر روی لوله های مبدل ایجاد می کند. معمولاً دمای گازهای خروجی از اکونومایزرها، طوری تنظیم می شود که بالاتر از دمای نقطه ی شبنم سولفور در فشار محصولات احتراق باقی بماند.

اثرات دودکش بر روی طراحی اکونومایزر

برای طراحی اکونومایزرها، باید اثرات درجه حرارت بر روی خروج گازهای داغ از دودکش را نیز در نظر گرفت. از آنجا که علاوه بر نیروی ایجاد شده توسط فن مشعل، بالا بودن دمای گازهای داغ خروجی از بویلر نیز، تأمین کننده ی نیروی رانشی آنها به سمت بیرون می باشد، لذا باید اکونومایزر را به گونه ای طراحی کرد که، دما از حد خاصی کاهش پیدا نکند. به این نیرو نیروی مکش دودکش می گویند که می تواند با تغییر ارتفاع دودکش و درجه حرارت ورودی و خروجی آن تغییر کند.