Ayarlamalı Fan Tahrikli Ekonomizerler
Enerji geri kazanımı uygulanabilirliğinin artması
Her ne kadar onyıllardır piyasada olsalarda, baca ekonomizerleri kazan tasarımı ve egzoz ve çalışma basıncı gereksinimlerinden, ki bu kıstaslar büyük ve düşük verimli endüstriyel buhar ve sıcak su kazanlarında baca ekonomizerlerini sınırlandırmaktadır, dolayı sınırlandırılmış olarak durmaktadır.
Bu makalede, geleneksel ekonomizerlerin yüzleştiği problemlerin üstesinden gelen ve pratikte herhangi bir yanma uygulaması için enerji geri kazanımını mümkün kılan, ayarlamalı fan tahrikli ekonomizerler tartışılacaktır.
Geleneksel Ekonomizerler
Geleneksel baca tipi ekonomizerler dairesel ve küp şeklinde gövdelerin kazanın çıkışına monte edilmesinden meydana gelmektedir. Gövde içinde, bakır veya paslanmaz çelikten yapılmış kanatları olan bir veya iki sıra borulu serpantin bulunur. Baca gazı gövdenin ortasından geçtikçe, ısı serpantinlerin içinden akan suya aktarılır.
Birçok kazan tasarımında, ekonomizerin hava akış tarafındaki akış direncini sınırlar. Tipik olarak, ekonomizer akış direncinden dolayı çalışmak için baca çıkışında (tam kazan yükünde) 0.2 in. su sütunu ile 0.5 in. su sütunu arasında çekme basıncına ihtiyaç duyar. Bu durum ekonomizerlerin atmosferik ve fan tahrikli kazanlarda, tipik olarak -0.02 in. su sütunu ile 0.08 in. su sütunu aralığında negatif çekişe ihtiyaç duyan, kullanışsız, uygulanmasını sağlar. Su tarafındaki akış için, geleneksel ekonomizerler sabit akış için boyutlandırılırlar ve düzenlenirler. Brülör azaltma oranına sahip ve kazan tam kapasitenin altında çalışıyorken, ekonomizer performansı ısı değiştirici boyunca (su tarafında) ΔT çok hızlı azaldığı için büyük oranda azalır. Sabit su akışı temel alındığı zaman, % 100 yükte, 20 °F (su giriş 180 °F, su çıkış 200 °F) olarak tasarlanan ΔT, % 50 yükte 10 °F ve % 25 yükte 2 °F değerlerine düşer.
Tipik ekonomizerler, önemli geri ödemeler sağlayabilecekleri uygulamalar açısından sınırlıdır. Günümüz kazanlarında ayarlama akla uygun biçimde çok kullanılmaktadır (10:1 azalma oranı, veya düşük alevde % 10). Ayrıca, kazan tesis yanma dizileri, düşük alev oranlarında çoklu kazanların yanmasına izin verecek şekilde değişmektedir. İlaveten, tesis dizileri, aç-kapa döngüsü yerine, tipik ekonomizerleri tamamen yok edecek bir uygulama olan kazanları çalışır halde tutmak için yük takibinin faydasının farkına varmaktadır.
Ayarlamalı Fan Tahrikli Ekonomizerler
Ayarlamalı fan tahrikli ekonomizerler, entegre kazan çekiş fanı ve küçük iz geri kazanımı modülünden oluşur. Değişken hızlı fan kazan çekişini kontrol eder. Ekonomizer yüksek baca gazı sıcaklıkları, hem de yoğuşma operasyonları için tasarlanmıştır. Modül, birçok geleneksel ekonomizerdeki gibi kanatlı serpantin tasarımında olabilir veya kanatlı boru tasarımlı radyatör şeklinde de olabilir. Her iki durumda da, serpantin veya boru tasarımı küçük ve sıkıdır. Basınç direnci yüksek olabilir çünkü değişken hızlı çekiş fanı kazan çıkış basıncını karşılamayı garantilemelidir ve serpantinin yoğunluğu çok fazladır. Aslında, radyatör stili kanatlı boru tasarımı sadece fan sisteme güç verdiği zaman kullanılabilir.
Değişken sinyali gönderip alabilecek tek noktadan kontrol dahil edilerek, değişken hızlı pompa – tipik olarak, geri kazanım modülü boyunca sirküle olan suyun sıcaklığı ile gücü kontrol edilen – temin edilebilir. Kontrolörler, önceden ayarlanan çekiş ayar noktasına göre hava akışını koordine ederler ve önceden ayarlanan sıcaklık ayar noktasına göre su akışını kontrol ederler. Bu tip bir koordinasyon çok daha sıkı ve tutarlı bir ΔT’ye izin verir. Bunun anlamı, yük çok daha emniyetli aktarılır ve daha verimli kullanılır.
Kavramsal olarak, tasarımcı uygulamayı her bir kazan veya uygulama için bir ekonomizer yerine, tüm bir kazan tesisi olarak görür. Kazan tesisi, tek ayarlı talep kontrollü ekonomizerün çalıştığı kazan tiplerinin kombinasyonlarından meydana gelir, örneğin zorlanmış çekişli kazanlar ve atmosferik su ısıtıcıları.
Performance
Isıtma kazanları. Isıtma kazanları yılda 3500 ile 4000 saat süreyle çalışırlar. Bu sürenin sadece % 10 ile % 15’lik kısmında % 100 yükle çalışan kazanlar, geri kalan saatlerde % 40 ile % 50 mertebelerindeki yüklerle çalışırlar. Örneğin, barometrik damperleri olan beş 1000-MBH Kategori 1 kazanlarını göz önüne alalım. Tablo 1’de radyatör tipi ayarlamalı fan takrikli, bakır kanatlı ve borulu ekonomizerlerin performansları gösterilirken, Tablo 2’de bakır borulu ve kanatlı geleneksel ekonomizerlerin performansları gösterilmektedir.
Tablo 1 ve Tablo 2, radyatör tipi ekonomizerin % 20’den % 100 yüke kadar daha verimli olduğunu göstermektedir. Hem tam hem de % 60 yükte, BTU geri kazanım miktarı, geleneksel ekonomizerlere göre, radyatör tipi ekonomizerlerle % 50’den fazladır.
Radyatör tipi ekonomizerler, orta aralıktaki yük seviyelerinde çok daha verimli olduğu için, ayarlamalı fan tahrikli ekonomizerler değişken yüklü sistemler için oldukça uygundur. Geleneksel ekonomizerler, hava tarafı basınç kaybı 0.1 in. su sütunuyla çalışırlar, eğer varsa kategori 1 kazanlar bununla baş edebilirler.
Su ısıtma kazanları. Su ısıtma kazanları yılda 3500 ile 4000 saat süreyle çalışırlar. Isıtma kazanlarında olduğu gibi bu sürenin sadece % 10 ile % 15’lik kısmında belki % 100 yükle çalışan kazanlar, geri kalan saatlerde % 30 ile % 50 mertebelerindeki yüklerle çalışırlar. Barometrik damperleri olan beş 1000-MBH Kategori 1 su ısıtıcı kazanlarını göz önüne alalım. Tablo 3 radyatör tipi ayarlamalı fan tahrikli, Grade 316 paslanmaz çelik (SS-316) boru ve kanatlara sahip ekonomizerin performansını gösterirken, Tablo 4, SS-316 paslanmaz çelik borulu ve kanatlı geleneksel ekonomizerin performansını göstermektedir.
Radyatör tipi ekonomizer % 20 ile % 100 yükler arası daha verimlidir. Tam yükte, radyatör tipi ekonomizer BTU geri kazanımında, geleneksel ekonomizerlere göre % 14’ten fazla kazanım sağlarken bu kazanım % 40 ile % 60 yük miktarlarında % 30’un üstüne çıkmaktadır. Ayarlamalı fan tahrikli ekonomizer yük miktarı % 50’nin altına düştüğünde yoğuşma yapar ve gizli ısı yayar. Gizli ısı hesabı için kabul edilen standart olmadığı için, bu potansiyel ısı geri kazanımı burada hesaba katılmayacaktır.
Geri Ödeme
Isıtma kazanı için, bakır borulu ve kanatlı radyatör tipi ayarlamalı fan tahrikli ekonomizerin, yine bakır borulu ve kanatlı geleneksel ekonomizere göre yıllık kazançlarının tahmini aşağıdaki gibi yapılır:
570 saat boyunca 240,836 BTU = 137 Milyon BTU saat (MMBH)
1,615 saat boyunca 139,137 BTU = 225 Milyon BTU saat (MMBH)
1,615 saat boyunca 87,323 BTU = 141 Milyon BTU saat (MMBH)
= 530 MMBH, veya birim fiyatı 9,5$’dan 4,778$
Sıcak su kazanları için yıllık kazançlar 577 MMBH olarak tahmin edilmektedir, veya 5,482$.
Figure 1. Multiple-boiler systems with modulating fan-powered economizer
Şekil 1. Ayarlamalı fan tahrikli ekonomizere sahip çoklu kazan sistemleri
Çoklu Kazan Uygulamaları
Uygun çekiş kontrolüyle, tek ayarlamalı fan tahrikli ekonomizer çoklu kazanlara hizmet etmek için baca içine yerleştirilebilir (Şekil 1). Bu yöntem, hizmet ettiği kazan kapalı ya da bekleme konumundayken kullanışsız kılınacak olan her bir kazana ayrı ekonomizer monte edilmesine göre daha maliyet etkili bir çözümdür.
Uygun çekiş kontrolünün entegrasyonu ve yüksek performanslı ekonomizerler, ekonomizerin konumunun değişkenliğini arttırmaktadır. Bu durum özellikle ekonomizer gizli ısıyı geri kazanmak, ekonomizer dış kısmında baca gazının yoğuşmasıyla sonuçlanan işlem, için tasarlandığında kritiktir. Uygun şekilde tasarlandığında, birkaç veya tüm baca sistemi tarafından desteklenirken yoğuşmalı ekonomizer uygulanabilir.