ما هو الاقتصاد في محطة توليد الطاقة الحرارية؟

تعريف المُقتصِد

المُقتصِد هو جهاز ميكانيكي يستخدم كمبادل حراري لتسخين سائل ما لتقليل استهلاك الطاقة. في غلاية البخار، يعتبر مبادلًا حراريًا يسخن السوائل أو يسترد الحرارة المتبقية من منتجات الاحتراق أي الغازات الدخانية في محطات توليد الكهرباء الحرارية قبل إطلاقها عبر المدخنة. وتتكون الغازات الدخانية من غازات الاحتراق الناتجة في محطات الطاقة وتتكون بشكل أساسي من النيتروجين وأكسيد الكربون والبخار والماء والفحم وغيرها.

وبالتالي، يتم استخدام المُقتصِد في محطات توليد الكهرباء الحرارية لتقليل تكلفة عملية توليد الكهرباء كما يشير اسم الجهاز. يتم استخدام الحرارة المستعادة لتسخين مياه التغذية للغلاية والتي ستتحول في النهاية إلى بخار مُسخَّن للغاية. وبالتالي، يتم توفير الوقود وتقليل تكلفة العملية بشكل كبير حيث نقوم بجمع الحرارة الضائعة واستخدامها حيثما تحتاج. ومع ذلك، في الوقت الحالي، بالإضافة إلى ذلك، يمكن استرداد الحرارة المتاحة في الغازات الدخانية بطريقة اقتصادية باستخدام مُسخِّن الهواء الذي يعد ضروريًا في جميع الغلايات التي تعمل بالفحم المسحوق.

مبدأ العمل

كما هو موضح في الشكل أعلاه، تحتوي الغازات الدخانية الخارجة من فرن غلاية البخار على الكثير من الحرارة. وظيفة المُقتصِد في محطة توليد الكهرباء الحرارية هي استرداد بعض الحرارة المنقولة مع الغازات الدخانية صعودًا عبر المدخنة واستخدامها لتسخين مياه التغذية للغلاية. إنه ببساطة مبادل حراري مع غاز دخاني ساخن على الجانب الخارجي وأنابيب ماء على الجانب الداخلي مع سطح تسخين ممتد مثل الأشواك أو الزعانف.

يجب تحديد حجم المُقتصِد في محطات توليد الكهرباء الحرارية بناءً على حجم ودرجة حرارة الغازات الدخانية، وضغط الانخفاض الأقصى عبر المدخنة، ونوع الوقود المستخدم في الغلاية ومقدار الطاقة التي يجب استردادها.

عند غليان الماء في غلاية البخار، يتم إنتاج البخار الذي يتم تسخينه بعد ذلك بشكل مُفرِّط ثم يتم تمريره إلى التوربينات. ثم يتم تمرير البخار المستنفد من شفرات التوربينات عبر مكثف البخار للتوربين حيث يتم تكثيف البخار ويتم تسخين هذا الماء المتكثف أولًا في مسخن مياه التغذية ثم يتم إعادة تغذيته في الغلاية.

يتم وضعه في مسار الغازات الدخانية بين خروج الغازات من الغلاية ودخولها إلى المدخنة. في هذا يتم وضع عدد كبير من الأنابيب ذات القطر الصغير والجدار الرقيق بين رأسين. تتدفق الغازات الدخانية خارج الأنابيب عادةً في تدفق معاكس.

أنواع المُقتصِد

المُقتصِد ذو الأنبوب المزوَّد بالأجنحة (CI Gilled Tube Economizer)

يتم تصنيع المُقتصِد ذو الأنبوب المزوَّد بالأجنحة من الحديد الزهر الذي يتم تصنيعه باستخدام أجنحة من الحديد الزهر المرتبة، ولديه الخصائص التالية:

• كفاءة عالية بسبب التواصل المناسب للأجنحة مع الأنابيب.

• يستخدم بشكل شائع في المحطات التي تنتج غازات دخانية مُسممة بسبب نوع الوقود المحترق.

المُقتصِد ذو الأنبوب المزوَّد بالأجنحة المستديرة (Round Gilled Tube Economizer)

يتم تصنيعه من الفولاذ المعتدل مع أجنحة مستديرة ومربعة، ملحومة على أنابيب فولاذية سلس، ولديه الخصائص التالية:

يتم ضمان التواصل المناسب بين الأنابيب والأجنحة لتحقيق الكفاءة المثلى.

المُقتصِد ذو الأنبوب الملفوف (Coiled Tube Type Economizer)

يُستخدم هذه النوع بشكل أساسي في محطات توليد الكهرباء الحرارية والوحدات المعالجة الكبيرة. يتم تصنيع المُقتصِد ذو الأنبوب الملفوف من أنابيب فولاذية سلس، ولديه الخصائص التالية:

• يعتبر فعالًا جدًا في استرداد الحرارة من الغازات.

• يستغرق مساحة صغيرة جدًا.

المُقتصِد ذو الأنبوب المزوَّد بالأجنحة الأفقية (Horizontal Finned Tube Economizer)

في هذا يتم استخدام أنابيب فولاذية سلس ملحومة بأجنحة أفقية لصنع وحدة كاملة للمُقتصِد لنقل الحرارة، ولديه الخصائص التالية:

• يتم الاهتمام المناسب بالتواصل بين الأجنحة والأنابيب لنقل الحرارة بشكل مثالي.

• يُستخدم بشكل أساسي في محطات توليد الكهرباء الحرارية.

غير متكثف مقابل متكثف

يُستخدم المُقتصِد غير المتكثف في محطات الطاقة التي تعمل بالفحم لمنع التآكل الحمضي، بينما يُستخدم المُقتصِد المتكثف في محطات الطاقة التي تعمل بالغاز الطبيعي لتحسين الكفاءة عن طريق تبريد الغازات الدخانية أدناه نقطة تكثفها.

تطبيقات ومزايا المُقتصِد

يُستخدم في جميع المحطات الحديثة. يؤدي استخدام المُقتصِد إلى توفير استهلاك الوقود وزيادة معدل التبخير وكفاءة الغلاية.

بعض التطبيقات الشائعة للمُقتصِد مذكورة أدناه:

• في محطات الطاقة البخارية يقوم بالتقاط الحرارة الضائعة من غازات المدخنة (الغازات الدخانية) ونقلها إلى مياه التغذية للغلاية.

• يمكن لمُقتصِد جانب الهواء في أنظمة التكييف (HVAC) توفير الطاقة في المباني باستخدام الهواء الخارجي البارد كوسيلة لتبريد المساحات الداخلية.

• التبريد: يتم استخدامه بشكل شائع في التبريد الصناعي حيث يكون التبريد بالضغط البخاري ضروريًا. تهدف الأنظمة المزودة بالمُقتصِد لإنتاج جزء من عمل التبريد تحت ضغوط عالية، وهي حالة تكون فيها مضخات الغاز عادة أكثر كفاءة.

مزايا وفوائد المُقتصِد

تشمل مزايا المُقتصِد ما يلي:

• يُسترَد المزيد من حرارة الغازات الدخانية مما لا يستطيع المُسخِّن الجوي العادي فعله.

• بسبب ارتفاع أسعار الوقود، تواجه جميع محطات الطاقة ضغطًا لزيادة كفاءة الغلاية. ومن خلال استخدام المُقتصِد، يمكن تقليل هذا الضغط.

• في محطات الطاقة التي لا يتم استخدام المُقتصِد فيها، يتطلب تبريد الغازات الدخانية كمية كبيرة من المياه.

• قبل إزالة الكبريت، والتي يمكن تقليلها باستخدام المُقتصِد.

• تقل كفاءة محطة الطاقة عند الحاجة إلى بخار للمُسخِّن الجوي.