اکونومایزر

اکونومایزر در بویلر یک مبدل حرارتی است، که سیالی را که معمولاً آب است تا دمای اندکی کمتر از دمای جوش گرم می‌کند. این مبدل حرارتی به این دلیل اکونومایزر نام دارد که می‌تواند از آنتالپی جریان سیالی که داغ است .ولی برای استفاده در بویلر کافی نیست استفاده کند و در نتیجه آنتالپی مفید بیشتری را بازیافت کند و راندمان بویلر را بالا ببرد، بنابراین این اکونومایزرها از انرژی گاز خروجی از بویلر برای پیش‌گرم کردن آب سرد ورودی به آن یا آب تغذیه بویلر(Feed Water) استفاده می‌کنند.

اصول کارکرد
اکونومایزر یا پیش گرمکن آب یک مبدل حرارتی از نوع لوله آبی است که می‌تواند از لوله ساده یا فین دار ساخته شود.اکونومایزر با کاهش دمای دودکش می‌تواند راندمان بویلر را تا ده درصد افزایش دهد. به صورت عمومی کاهش 20 درجه سانتی گراد دمای دودکش معادل یک درصد افزایش راندمان بویلر می‌باشد.

در بویلر های فایر تیوب دمای دودکش بین 180 تا 300 درجه سانتی گراد است که از لحاظ تئوریک می تواند با استفاده از اکونومایزر تا حد دمای شبنم کاهش یابد. دمای شبنم (dew point) دمایی است که در آن بخار آب موجود در دود، چگالیده شده و تبدیل به قطرات مایع می‌گردد. دمای شبنم بستگی به نوع سوخت دارد در این دما گاز های دی‌اکسید کربن و دی‌اکسید گوگرد ناشی از احتراق در آب حل شده و تشکیل اسید می‌دهند که باعث خوردگی بسیار سریع خواهد شد. دمای شبنم برای گاز طبیعی 6 درجه سانتی‌گراد و برای گازوئیل 85 درجه سانتی‌گراد است ولی توصیه شده است که طراحی اکونومایزر بر این مبنا صورت پذیرد که دمای دود به زیر 120 درجه سانتی‌گراد کاهش نیابد که دلیل آن حفاظت دودکش در برابر خوردگی می‌باشد.

سیستم کنترل مهمترین نقطه تفاوت در کاربرد اکونومایزر در بویلر های واترتیوب و فایرتیوب است. در بویلر های واتر تیوب، جریان آب و دود به صورت دائمی بوده و در اکونومایزر همواره در حال انتقال حرارت آب و دود می‌باشند.در حالی که در بویلر های فایر تیوب مشعل با پرشر سوئیچ یا پرشر ترانسمیتر کنترل شده و بسته به مصرف بخار برای لحظاتی به حداقل شعله می رسد و یا حتی خاموش می گردد. همچنین میزان آب ورود به بویلر نیز با سطح آب داخل بویلر تنظیم شده و در صورت استفاده لول سوئیچ، برای دقایقی ورود آب به بویلر قطع می‌گردد. زمان کارکرد پمپ و مشعل نیز تناسب مستقیمی با هم ندارند بدین معنی که ممکن است سطح آب دیگ کاهش یافته باشد ولی فشار افت نکرده باشد. در این حالت پمپ تغذیه شروع به کار نموده و آب را به بویلر تزریق می نماید در حالی که در اکونومایزر دودی عبور نمی کند . عملا اکونومایزر کار نمی کند گر عکس حالت فوق اتفاق بیافتد، یعنی فشار افت کند ولی هنوز سطح آب بویلر بالا باشد، مشعل شروع به کار کرده و آب ساکن در لوله های اکونومایزر را تبدیل به بخار می کند. در نتیجه فشار اکونومایزر افزایش یافته و شیر اطمینان عمل می‌کند.
برای حل مشکل فوق، باید آب در لوله های اکونومایزر در زمانی که مشعل مشغول به کار است جریان داشته باشد حتی اگر دیگ آب مصرف نکند.
بدین منظور اگر در سیستم دی‌اریتور نصب شده باشد، از مخزن ذخیره دی‌اریتور استفاده می‌گردد. آب موجود در مخزن ذخیره دی‌اریتور توسط یک پمپ سیرکوله به دی‌اریتور فرستاده شده و مجددا به مخزن ذخیره بر می‌گردد پمپ سیرکوله تنها زمانی روشن می‌شود که مشعل روشن باشد نقطه ضعف این طرح این است که آب را نمی توان بیش از 100 دجه سانتی‌گراد گرم نمود چون دی‌اریتور ها معمولا اتمسفریک می باشند و اگر آب برگشتی بویلر بیش‌تر از کندانس برگشتی تشکیل شده باشد، قبل از ورود به اکونومایزر دمای بالایی خواهد داشت که عملا کارایی اکونومایزر را به حداقل خواهد رساند بهترین حالت استفاده از یک مخزن تحت فشار و یا دی‌اریتور تحت فشار است که بتوان آب را تا حداکثر ممکن پیش‌گرم نمود.
جهت اطمینان از عدم تولید بخار در اکونومایزر، مسیر دود باید مجهز به دمپر و مدار کنارگذر باشد به نحوی که چنانچه آب در خروجی اکونومایزر به دمای اشباع نزدیک گردد، دمپر مسیر بای پاس باز شده و دود از تماس با لوله های اکونومایزر خارج گردد.
برای طراحی سطح حرارتی اکونومایزر باید به نکات مهمی توجه نمود نکته اول بار(load) بویلر می‌باشد همانگونه که می دانیم هنگامی که بویلر با 50 درصد بار نامی خود کار می کند، دبی دود نیز نصف می گردد ولی در عین حال دمای دود نیز کاهش می‌یابد به همین دلیل سطح حرارتی مورد نیاز در 50 درصد بار بیش‌تر از 100 درصد بار خواهد بود نکته دوم استفاده از لوله های فین‌دار می‌باشد تعداد هفت فین در اینچ برای سوخت گاز و پنج فین در اینچ برای سوخت گازوئیل و بدون فین برای مازوت توصیه می‌گردد نکته سوم توجه به افت فشار مجاز دود بر حسب فن مشعل می باشد بدین معنی که افت فشار ایجاد شده توسط اکونومایزر نباید بگونه‌ای باشد که فن مشعل توان فائق آمدن بر آن را نداشته باشد و اصطلاحا مشعل خفه کند.
میزان بازیافت حرارت از دود بویلر به عوامل از جمله طراح دیگ و دمای دود خروجی، میزان هوای اضافی، دمای آب برگشتی، نوع سوخت و نیز نحوه کنترل اکونومایزر بستگی دارد.
به طور کلی در علم اقتصاد هر گونه سرمایه گذاری که بازگشت سرمایه آن کمتر از 6 ماه باشد، به عنوان بسیار جذاب ، بازگشت سرمایه کمتر از 18 ماه به عنوان جذاب و بیش از دو سال نیازمند بررسی شناخته می‌شود. با این تعریف می‌توان گفت بازگشت سرمایه برای بویلر های گاز سوز بالای 7 تن کمتر از 18 ماه و برای بویلرهای گازوئیل سوز کمتر از 6 ماه است پس بنابر این جز سرمایه گذاری جذاب و بسیار جذاب محسوب می‌شوند و استفاده اکونومایزر برای آنها توصیه می‌گردد.