[تجهیزات انتقال حرارت] - پیش گرم‌کن هوا - air preheater - APH

[P O U R I A]

پیش گرم‌کن هوا (air preheater) یا APH یک عبارت عمومی است که توضیح دهنده هر تجهیزی است که برای گرم کردن هوا قبل از یک فرآیند دیگر همانند احتراق در بویلر طراحی شده باشد و هدف اولیه آن افزایش راندمان حرارتی فرآیند می‌باشد. پیش گرم‌کن‌های هوا می‌توانند به تنهایی و یا به جای یک سیستم حرارتی ری‌کوپراتور (recuperative heat system) و یا به جای یک کویل بخار به کار روند.




هدف پیش گرم‌کن هوا این است که حرارت گاز دودکش بویلر را بازیافت کند و راندمان حرارتی بویلر را با کاهش تلفات حرارتی دودکش افزایش دهد. در نتیجه، گازهای دودکش با دمای کم‌تری به دودکش (flue gas stack/ chimney) منتقل می‌شوند و امکان طراحی ساده‌تر سیستم انتقال دود را فراهم می‌کنند. همچنین پیش گرم‌کن امکان کنترل دمای گازهای خروجی از دودکش را برای برآورده کردن مقررات فراهم می‌کند.


دو نوع پیش گرم‌کن هوا در مولدهای بخار (steam generators) نیروگاه‌های حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند:

• پیش گرم‌کن هوای نوع لوله‌ای (tubular type)
• پیش گرم‌کن هوای ری‌ژنراتوری (regenerative air preheater)

 

[P O U R I A]

پیش گرم‌کن هوای نوع لوله‌ای


پیش گرم‌کن‌های لوله‌ای از یک دسته لوله مستقیم ساخته شده‌اند که از میان داکت خروجی بویلر می‌گذرند و در دو انتهای خارجی داکت باز می‌شوند. داخل داکت، گازهای داغ از اطراف تیوب‌های پیش گرم‌کن می‌گذرند و حرارت را از گاز اگزوز به هوای درون پیش گرم‌کن منتقل می‌کنند. هوای محیط به وسیله یک فن از یک انتهای لوله‌های پیش گرم‌کن به درون تیوب‌ها وارد و از انتهای دیگر لوله‌ها هوای گرم شده وارد یک مجموعه کانال دیگر می‌شوند که هوا را برای احتراق به مشعل بویلر منتقل می‌کند.



کانال‌کشی پیش گرم‌کن‌های لوله‌ای برای هوای سرد و گرم نیازمند فضا و ساپورت‌های سازه‌ای بیش‌تری نسبت به طرح پیش گرم‌کن دوار (rotating preheater) می‌باشد. علاوه بر آن، به دلیل وجود گازهای دودکش دارای غبارهای خورنده، سطح خارجی تیوب‌ها که در معرض جریان گاز است سریع‌تر خورده می‌شوند. پیش‌رفت‌های زیادی برای حذف این مشکل انجام شده است، از جمله استفاده از سرامیک و فولاد سخت شده.



بخارسازهای جدید دارای بستر سیال‌سان سیرکوله‌ای (circulating fluidized bed) یا CFB و بستر سیال‌سان حبابی (bubbling fluidized bed) یا BFB از هیترهای هوای لوله‌ای استفاده می‌کنند و دارای مزیت حذف اجزای متحرک در نوع روتاری هستند.


خوردگی نقطه شبنم (dew point corrosion) به دلایل مختلفی رخ می‌دهد. نوع سوخت مورد استفاده، محتوای گوگرد و رطوبت آن، فاکتورهای مشارکت کننده هستند. البته مهم‌ترین دلیل خوردگی نقطه شبنم دمای فلز تیوب‌ها است. اگر دمای فلز تیوب‌ها به زیر دمای اشباع اسید برسد که معمولا بین 88 تا 110 درجه سانتی‌گراد ولی گاهی تا 127 درجه سانتی‌گراد است، آنگاه خطر آسیب ناشی از خوردگی نقطه شبنم قابل توجه می‌شود.

 

[P O U R I A]

پیش گرم‌کن‌های هوای ری‌ژنراتوری

دو نوع پیش گرم‌کن هوایی ری‌ژنراتوری (regenerative air preheaters) وجود دارد:

• پری هیترهای هوای صفحه دوار (rotating-plate regenerative air preheaters) یا RAPH
• پری هیترهای هوا صفحه ثابت (stationary-plate regenerative air preheaters)

پیش گرم‌کن هوای ری‌ژنراتوری صفحه دوار

طرح صفحه دوار یا RAPH از یک المان صفحه دوار مرکزی تشکیل شده است که درون یک محفظه قرار گرفته و به دو (نوع دو سکتوری bi-sector type)، سه (نوع سه سکتوری tri-sector type) یا چهار (نوع چهار سکتوری quad-sector type) سکتور تشکیل شده که دارای آب‌بندی در اطراف المان هستند. آب‌بندی‌ها به المان امکان این را می‌دهند که از میان تمام سکتورها عبور کند ولی نشتی گاز بین سکتورها را به حداقل برساند در حالی که مسیرهای جداگانه‌ای برای هوا و گاز دودکش در هر سکتور ایجاد نماید.




روتور، محیطی است برای انتقال حرارت در سیستم و معمولا از نوعی فولاد یا سرامیک ساخته می‌شود. روتور با دور به نسبت پایینی می‌چرخد (حدود 3 تا 5 دور در دقیقه) تا بیش‌ترین بهترین میزان حرارت را از گازهای داغ بگیرد و با چرخش روتور از المان به هوای خنک‌تر سکتورهای دیگر منتقل کند.

 

[P O U R I A]

پیش گرم‌کن هوای ری‌ژنراتوری صفحه ثابت


المان‌های صفحات گرمایشی در این نوع پری‌هیتر ری‌ژتراتیو نیز در یک محفظه نصب می‌شوند ولی المان‌های صفحه گرم‌کننده به جای چرخش، ثابت هستند. به جای آن داکت‌های هوای پری‌هیتر به صورتی می‌چرخند و المان‌های سکشن‌های صفحه گرم‌کننده به صورت یک در میان در مقابل هوای سرد ورودی قرار می‌گیرند.


همانند داکت‌های دوار در ورودی هوای پری‌هیتر، در خروجی آن نیز داکت‌ها به صورت دوار قرار می‌گیرند.

ری‌ژنراتور

یک ری‌ژنراتور (regenerator) از چهارخانه‌های آجری تشکیل شده است: آجرها با فاصله‌هایی برابر با عرض آجر در بین خود قرار می‌گیرند و بنابراین هوا می‌تواند به آسانی از این چهارخانه عبور کند. ایده اصلی این است که زمانی که گازهای دودکش از میان این چهارخانه عبور می‌کنند، حرارت خود را به آجرها پس می‌دهند. سپس جریان هوا برعکس می‌شود،‌ به صورتی که آجرهای داغ هوای احتراق ورودی را گرم می‌کنند. برای یک کوره ذوب شیشه، در هر سمت از کوره یک ری‌ژنراتور قرار می‌گیرد که اغلب هر دو به صورت یک‌پارچه می‌باشند. برای یک کوره دمشی (blast furnace)، ری‌ژنراتورها جدا از کوره قرار می‌گیرند. یک کوره به بیش از دو گرم‌کن (stove)‌ نیاز ندارد ولی گاهی تعداد آن سه می‌شود. یکی از گرم‌کن‌ها که در حال گازگیری است (on gas)، هوا گرم را از بالای کوره می‌گیرد و چهارخانه داخلی را گرم می‌کند، در حالی که دیگری که در حال دمش است (on blast)، هوای سرد را از دمنده‌ها دریافت، آن را گرم و به مشعل بلاست می‌فرستد.