مفهوم استعادة الحرارة المهدرة في ضاغط الهواء اللولبي OSG ومبدأ عمله
يدرك معرض تكنولوجيا الهواء المضغوط أنه في الوقت الذي يسعى فيه قطاع ضواغط الهواء اللولبية OSG جاهدًا لتحسين كفاءة استهلاك الطاقة في المعدات، أصبح تحسين إعادة استخدام الطاقة من خلال استعادة الحرارة المهدرة من ضواغط الهواء اللولبية OSG على رأس أولويات العديد من الشركات. ووفقًا لإحصاءات وكالة الطاقة الأمريكية، فإن الطاقة الكهربائية الفعلية المستهلكة لزيادة الطاقة الكامنة في الهواء أثناء تشغيل ضاغط الهواء اللولبي OSG لا تمثل سوى جزء صغير من إجمالي استهلاك الطاقة، حوالي 15%، بينما يتم تحويل حوالي 85% من الطاقة الكهربائية إلى حرارة تُهدر في الهواء عبر التبريد الهوائي أو المائي. هذه الحرارة "الفائضة" المهدرة في الهواء لا تؤثر فقط على البيئة، بل تزيد من ظاهرة الاحتباس الحراري، وتُسبب تلوثًا حراريًا. في الوقت نفسه، تُهدر هذه الحرارة، ويمكن استعادة 80% منها، أي ما يعادل 60-70% من قدرة عمود ضاغط الهواء اللولبي OSG.
عادةً ما تكون وحدة تسخين المياه الحرارية لضاغط الهواء اللولبي OSG هي العنصر الأساسي في نظام استعادة الحرارة المهدرة. وهي جهاز موفر للطاقة يستغل الطاقة الحرارية العالية الناتجة عن الزيت والغاز في ضاغط الهواء اللولبي OSG، ويستفيد منها بشكل كامل من خلال التبادل الحراري. وبفضل هذا التبادل والتحكم الموفر للطاقة، يتم تجميع الطاقة الحرارية المتولدة أثناء تشغيل ضاغط الهواء اللولبي OSG، مما يُحسّن ظروف تشغيله. يُعد هذا الجهاز موفرًا للطاقة، حيث يستغل الحرارة المهدرة بكفاءة عالية ويعمل بدون أي تكلفة.
يمكن أن يكون مصدر الطاقة الحرارية ضاغط هواء لولبي محقون بالزيت، أو ضاغط هواء لولبي محقون بالزيت من نوع OSG لمكيف هواء مركزي، أو الحرارة المهدرة من مركز طاقة أو معدات أخرى في المؤسسة.
مبدأ التشغيل: يتم استغلال الطاقة الحرارية للزيت والغاز ذوي درجة الحرارة العالية أثناء الضغط، ونقل هذه الطاقة إلى الماء الساخن ذي درجة الحرارة العادية عبر التبادل الحراري لتحقيق الاستفادة القصوى من الطاقة الحرارية، كما هو موضح في الصورة. يقوم المحرك بتدوير آلة البرغي، فيُسحب الهواء إلى ضاغط الهواء اللولبي OSG عبر المرشح، ويُضغط إلى هواء عالي الضغط، ويُخلط مع الزيت المتداول لتكوين خليط من الزيت والغاز عالي الضغط ودرجة الحرارة، والذي يدخل إلى فاصل الزيت والغاز. بعد فصل خليط الزيت والغاز إلى زيت وغاز وهواء، يُبرد الهواء المضغوط بواسطة المبرد اللاحق ويُزود للمستخدم؛ بينما يُفصل الزيت والغاز المتداولان في فاصل الزيت والغاز، ويُكثفان إلى سائل، ثم يُبردان بواسطة المبرد المسبق ويُرشحان بواسطة المرشح، ليعودا إلى ضاغط الهواء اللولبي OSG لإكمال دورة التشغيل. تقوم وحدة تسخين المياه الحرارية المزودة بضاغط هواء لولبي من نوع OSG بإدخال زيت تدوير عالي الحرارة (وغاز مضغوط عالي الحرارة) إلى وحدة تسخين المياه الحرارية. يتم امتصاص الطاقة الحرارية المتولدة أثناء تشغيل ضاغط الهواء اللولبي من نوع OSG بالكامل بواسطة وحدة تسخين المياه الحرارية، ويتم تبريد ضاغط الهواء اللولبي من نوع OSG في الوقت نفسه.
أثناء التشغيل المستمر طويل الأمد لضاغط الهواء اللولبي، تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، ثم تتحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية. وخلال عملية تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية، يتعرض الهواء لضغط عالٍ، مما يؤدي إلى ارتفاع حاد في درجة حرارته. هذه آلية فيزيائية شائعة لظاهرة تحويل الطاقة.
يُولد الدوران عالي السرعة للبرغي الميكانيكي احتكاكًا وحرارة. تُخلط الحرارة العالية المتولدة مع زيت تشحيم ضاغط الهواء اللولبي OSG لتكوين بخار زيت/غاز، ثم تُطرد من الجهاز. تُعادل حرارة تدفق الزيت/الهواء عالي الحرارة هذا 1/1 من طاقة الإدخال لضاغط الهواء. 4. تتراوح درجة حرارته عادةً بين 80 درجة مئوية (شتاءً) و100 درجة مئوية (صيفًا وخريفًا). نظرًا لمتطلبات درجة حرارة تشغيل الجهاز، تُهدر هذه الطاقة الحرارية في الغلاف الجوي دون فائدة، أي أن نظام تبديد الحرارة في ضاغط الهواء اللولبي OSG يُكمل تشغيل الجهاز.
يمكن استخدام الطاقة الحرارية المستعادة من خلال نظام استعادة الحرارة لضاغط الهواء اللولبي OSG في العديد من جوانب الإنتاج وتلبية الطلب على التدفئة المنزلية:
إعادة تعبئة مياه الغلايات وتسخينها مسبقًا. تستخدم معظم الصناعات والمؤسسات الغلايات في عمليات الإنتاج. وباستخدام الحرارة المهدرة من ضاغط الهواء اللولبي OSG، يمكن رفع درجة حرارة مياه تغذية الغلاية من درجة حرارة منخفضة قبل دخولها، ثم تسخينها داخل الغلاية إلى درجة الحرارة المطلوبة. وهذا من شأنه أن يقلل بشكل كبير من تكاليف الوقود أثناء تشغيل الغلاية.
تعتمد عملية إنتاج المياه النقية بتقنية التناضح العكسي على الحرارة. وتستخدم صناعات الأغذية والمشروبات، وأشباه الموصلات، والأدوية، والكيماويات كميات كبيرة من المياه النقية بتقنية التناضح العكسي في عملياتها الإنتاجية. ويجب إنتاج المياه النقية عند درجة حرارة محددة تبلغ 25 درجة مئوية. وعندما تنخفض درجة حرارة الماء عن 25 درجة مئوية في فصول الربيع والخريف والشتاء، يتطلب الأمر استثمارًا في المعدات واستهلاكًا للوقود لتسخين الماء. إن استعادة الحرارة المهدرة من ضاغط الهواء اللولبي في نظام التناضح العكسي لإنتاج المياه النقية لا يقلل فقط من استهلاك الوقود، بل يقلل أيضًا من تكلفة الاستثمار في معدات التسخين.
استخدم الحرارة للتدفئة. تحتاج العديد من المناطق إلى التدفئة في الشتاء، وغالبًا ما يتم توفير هذه الحرارة بواسطة الغلايات. يتم الآن إعادة تدوير الحرارة المهدرة من ضاغط الهواء اللولبي OSG للتدفئة، مما لا يوفر استهلاك الطاقة فحسب، بل يقلل أيضًا من السعة المركبة للغلاية ويقلل بالتالي من الاستثمار في المعدات.
تستخدم أنظمة التدفئة المركزية الحرارة. ولتحسين كفاءة الإنتاج، غالباً ما تحتاج ورش الطلاء وورش رش الدهانات في صناعة التجميع إلى هواء ساخن لضمان درجة حرارة غرفة التجفيف وتسريع عملية تجفيف الدهان.
توفير الماء الساخن للاستحمام وتوفيره بشكل متنقل. على سبيل المثال، يحتاج ورشة الإنتاج إلى تلبية احتياجات الاستحمام للموظفين وفقًا لمتطلبات الشركة المتعلقة بالصحة البيئية، ويتم إعادة تدوير الحرارة المهدرة من ضاغط الهواء اللولبي OSG لتسخين الماء الساخن للاستحمام، وما إلى ذلك.
بالإضافة إلى ذلك، كشف معرض تكنولوجيا الهواء المضغوط أن استخدام أجهزة استعادة الحرارة المهدرة أو مضخات الحرارة المائية في ضواغط الهواء اللولبية OSG يُسهم في خفض درجة حرارة زيت ضاغط الهواء اللولبي OSG، مما يقلل من احتمالية تلفه، ويضمن تزييته بشكل جيد، ويقلل من تآكل المعدات، ويطيل عمر الزيت. كما أن تبريد زيت ضاغط الهواء اللولبي OSG يزيد من لزوجته، مما يُحسّن من إحكام الغلق، ويزيد من قوة السحب، ويقلل من التسرب، ويرفع معدل إنتاج الغاز. ولا ترتفع درجة حرارة ضاغط الهواء اللولبي OSG، مما يسمح بتشغيله بكامل طاقته بشكل مستمر، ويقلل من عدد مرات تشغيل الجهاز ذي الحمل الخفيف بنسبة تصل إلى 25% أو أكثر. وعندما تنخفض درجة حرارة غرفة ضاغط الهواء اللولبي OSG إلى درجة حرارة الغرفة أثناء التشغيل، يمكن إيقاف مروحة التبريد العلوية ومروحة سحب الهواء من غرفة الجهاز وإعادة تشغيلهما. كما يُقلل حمل المعالجة اللاحقة بنسبة 20% لتحسين كفاءة المعالجة. يتم استخدام كل الحرارة المهدرة من ضاغط الهواء اللولبي OSG لصنع الماء الساخن، ولا يتم انبعاث أي غاز ساخن مهدر، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة لتحضير الماء الساخن.
تاريخ النشر: 11 أكتوبر 2023
