دفعة للاستدامة في التدفئة الصناعية

إن المسخانات الصناعية التي تستخدم على نطاق واسع في المصافي والنباتات البتروكيميائية وغيرها من صناعات العمليات هي من أكبر المستهلكين للوقود الأحفوري ومصدري غازات الدفيئة، ونظرا لأن الأنظمة العالمية تشدد وأهداف استدامة الشركات أصبحت أكثر طموحا، فإن الضغط على الحد من الآثار البيئية لهذه الأصول الأساسية لم يكن أكبر، وقد شهد العقد الماضي زيادة في الابتكارات الرامية إلى جعل أجهزة التعبئة المائية أكثر نظافة وكفاءة وإدماجا في مصادر الطاقة المتجددة.

دال - التقدم المحرز في تكنولوجيا الاحتراق

إن قلب أي مسخن مطرود هو نظام الاحتراق، إذ إن خفض تكوين الملوثات مع الحفاظ على الكفاءة الحرارية العالية قد أدى إلى حدوث موجة من التحسينات في تصميم المحرقة، ومراقبة اللهب، وإدارة الوقود الجوي، وهذه التكنولوجيات أصبحت الآن ناضجة بما يكفي لإعادة استخدامها على المسخنات الموجودة، وكذلك محددة للبنات الجديدة.

Ultra-Low NOx Burners and Flame Management

(أ) أكسيد النيتروجين (NOx) ملوث مُنظم أولياً من الاحتراق الصناعي.() ويحقق محرقة النيتروجين المحدثة انبعاثات تقل عن 10 أجزاء (لكل مليون) بواسطة التحكم الدقيق في درجة حرارة اللهب وتوزيع الأوكسجين والوقت المخصص للإقامة.() وتشمل خصائص التصميم الرئيسية الغاز المحتوي على الوقود عند إعادة تركيب الغازات الفلورية الداخلية، والأنماط المتطورة للوقود التي تُكِّتُكِّعُتُتُتُ

تشكيلة من الحشد وربط الغازات المفلورة

كما أن تقنيات الاحتراق المستقرة - سواء كانت هي وسيلة للتشغيل أو الوقود أو تركيبة معاً - أصبحت معياراً في تصميم حرارة ملائمة للبيئة، حيث إن هذه النسبة من حيث الحرق إلى المناطق الابتدائية والثانوية، يمكن للمهندسين أن يحدوا من درجات الحرارة القصوى وأن يقللوا من كثافة حرارة النيتروز بنسبة تتراوح بين 30 و60 في المائة مقارنة مع حرائق الحرق التقليدية.

دمج مصادر الطاقة المتجددة

ويتمثل أحد الاتجاهات الرئيسية في هضم المسخنين المطلقين بمدخلات الطاقة المتجددة، بدلا من التخلي عن الوقود الأحفوري كلية، تستخدم هذه النظم مصادر متجددة للتعويض عن جزء من الحمولة الحرارية، مما يقلل من انبعاثات الكربون الصافية دون أن يتطلب إعادة تصميم كاملة للمدفأة.

التكوين والتراث

ويمكن أن تشمل عوامل التكتل الأحيائي تكملة الغاز الطبيعي أو النفط بالكتلة الأحيائية المجهزة مثل طلاءات الخشب، أو المخلفات الزراعية، أو محاصيل الطاقة المخصصة في نفس المحرقة، وعادة ما تكون الكتلة الأحيائية مطحونة ومضخمة في غرفة الاحتراق، وفي حين أن التشارك المباشر يقتصر على نحو 10 إلى 20 في المائة من مدخلات الحرارة دون إدخال تعديلات كبيرة على عوامل الاحتراق(10).

الثوران الحراري الشمسي

ويمكن لتكنولوجيا الطاقة الحرارية الشمسية المركزة أن تُعَدّ مجاري التغذية أو هواء الاحتراق بالنسبة للتسخينات المطلقة، لا سيما في المناطق التي ترتفع فيها درجة الإشعال الطبيعي (DNI) وتُحدّد الأساور شبه الصناعية أو أجهزة جمع الرؤوس الغازية الخاملة الطاقة الشمسية عند درجات الحرارة تصل إلى 400 درجة مئوية، وهو ما يكفي لتسخين الهواء الشعاعي العالي أو سائل الحرق ذات الفلور ذاتها.

تصميم النظام الهجين ومراقبته

:: إدارة مصادر الطاقة المتعددة - الغاز الطبيعي، والكتلة الأحيائية، والهيكل المتطور للمراقبة من الطاقة الشمسية - تستخدم أجهزة التسخين الهجينة الحديثة أجهزة التحكم المنطقي القابلة للبرمجة مع خوارزميات مصممة حسب الطلب وتفضي إلى مزيج الطاقة في الوقت الحقيقي استناداً إلى تكاليف الوقود، والتوافر، والحد من الانبعاثات، مثلاً أثناء فترات الإشعاع الشمسي العالي، فإن جهاز التحكم في الكتلة يخفض معدل إطلاق الغازات

تحسين الطاقة والكفاءة

إن تحسين الكفاءة الحرارية هو أكثر الطرق مباشرة لخفض الانبعاثات، وقد بلغت تكنولوجيات استعادة الحرارة في النفايات درجة يمكن تحقيق الكفاءة العامة في الحرارة بنسبة 92-95 في المائة، مقارنة بنسبة 80-85 في المائة بالنسبة للوحدات القديمة، وكل نقطة مئوية من مكاسب الكفاءة تقلل من استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل تناسبي.

وحدات استعادة مياه المجارير

ويمكن استخلاص حرارة النفايات من مجرى الغاز المفلور في تشكيلات متنوعة، وأكثرها شيوعاً هو مبادلات حرارية ثانوية تم تركيبها في مجرى الجزء الرئيسي من المصب، مما يؤدي إلى حدوث حرائق في الهواء أو في مكياج النبات، وتشمل الابتكارات الأخيرة مبادلات متداخلة بين الطوابع من المكيفات العالية الحرارة تسمح بالتعافي من غازات المداخن عند درجات الحرارة حتى 650 درجة مئوية(10).

المحرقات الإبداعية وعجلات الحرارة

وتخزن حرارة الحرق التراكمي من غاز المداخن في مصفوفة خرافية أو معدنية (المولد) ثم تنقل الحرارة المخزنة إلى هواء الاحتراق القادم، وتتناوب الدورة بين مركبتين أو أكثر لتوفير معالجات حرارية مستمرة قبل التسخين، وتحصل أجهزة الحرق المتجددة الحديثة على درجات حرارة ما قبل التسخين الجوي تصل إلى 100 1 درجة مئوية، مما يتيح زيادة كفاءة الارتداد.

Flue Gas Condensation

وعندما يكون الغاز الطبيعي هو الوقود الأولي، يحتوي الغاز المفلور على حرارة متخلفة كبيرة من بخار المياه الذي تم تكوينه أثناء الاحتراق، ويمكن أن يلتقط ثاني النمو الاقتصادي هذا الحرارة الآخذة في التبريد من الغاز المفلور إلى ما دون نقطة حرارته (نحو 55 درجة مئوية).

رصد الذكاء والتألق

ويحول التضخيم الرقمي كيفية تشغيل المسخنات المطلقة وصيانتها وتحسينها إلى أقصى حد، إذ أن البيانات المتعلقة بالوقت الحقيقي من أجهزة الاستشعار المتقدمة، مقرونة بوحدات التحصيل الآلي، تمكن المشغلين من إدارة المسخنات في ذروة الكفاءة مع ضمان الامتثال للتصاريح البيئية.

رصد الانبعاثات في الوقت الحقيقي والتحليلات

(أ) أن نظم رصد الانبعاثات المستمرة إلزامية الآن في العديد من الولايات القضائية، ولكن أحدث جيل يتجاوز الامتثال البسيط، بينما تقاس أجهزة التحليل المتعددة العناصر انبعاثات أكسيد النيتروز، وثاني أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، ومركبات الكربون غير المحترقة في وقت واحد، وتنتقل البيانات إلى منابر قائمة على السحب حيث تضاهي محركات التحليل انبعاثات بارامترات التشغيل (معدل الارتفاع، ونسبة الأوكسجين، ومتوسط درجة الحرارة المحيطة).

الصيانة الافتراضية

وتحتوي المسخانات المطفأة على مئات الأنابيب، والمحرقات، والأقسام المكسورة التي تخضع للإجهاد الحراري، والتآكل، والزحف، وتخفض نماذج التعلم الماكنة التي تم تدريبها على درجة الحرارة التاريخية، والهزاء، وبيانات الضغط التي يمكن أن تنبئ بها الأنابيب أو تعطلها عن العمل، على سبيل المثال، نظام للتحكم في الحرارة من أو آلة تصوير مفترقية [: 1]

التواؤم الرقمية للعملية

وهناك توأم رقمي هو نسخة افتراضية دينامية من المدفأة التي تحاكي سلوكها الحراري والهيدروليكي والانبعاثات في الوقت الحقيقي، ويمكن للمشغلين اختبار استراتيجيات مختلفة لإطلاق النار، أو تعديلات تأجير الحرق، أو مزيج الوقود على التوائم قبل تنفيذها في الأصل الحي، كما أن التوأم الرقمي المتقدم يتضمن نماذج للسائل المحسوب التي تنبئ بتشكيلات اللهب وتوزيع الحرارة على نحو أفضل.

استخدام المواد الضارة بالبيئة

وتمتد البصمة البيئية للمسخنين المطلقين إلى ما يتجاوز عملياتها إلى المواد المستخدمة في تشييدها، وتساعد الابتكارات في عمليات إعادة الشحن والعزل والمواد الهيكلية على الحد من كل من الكربون المجسد والنفايات الهالكة.

عمليات إعادة التفكيك والعزل المستدامة

كما أن هذه التركيبات الجديدة تستخدم مادة ألومينا، وسمك السيليكون، ومعاملات التحلل الحراري ذات الحرارة المنخفضة، وهي مواد ذات سميكة منخفضة، وهي أيضا مواد ذات سميكة منخفضة، غير مثبتة في درجة الحرارة العالية، حيث تخفض درجة الحرارة في السوق، وتزيد هذه المواد من حيث الحرارة العالية التي تُخفض فيها الحرارة.

مواد الكربون المعاد تدويرها وذوي النغمة المنخفضة

وفيما يتجاوز عمليات إعادة الشحن، يمكن أن يُستمد الفولاذ الهيكلي والخطوط المكوّنة من الصلب الذي يُستخدم في القصاصات الكهربائية، والذي يقلّ كثافة الكربون بنسبة تتراوح بين 30 و40 في المائة تقريبا عن الصلب المحتوي على أقساط الإنفجار، كما أن المواد التي تُظهر أن كمية من الصلب غير الملموس من الصلب المحتوي على مواد ثابتة من الفولاذ و800 هرتزية يمكن أن تُتاح الآن بمواصفات معتمد منخفضة الكربون عند إنتاجها باستخدام الطاقة المتجددة.

The most impactful fired heater designs of the coming decade will likely combine several of the trends described above. For instance, a heater equipped with ultra‐low NOx burners, a biomass gasifier, a condensing economizer, and a digital twin can achieve sub —10 ppm NOx, 40% lower operational CO2, and overall efficiency above 95%all while being maintained predictively.

وسيستمر الضغط التنظيمي في التعجيل بالتبني، بينما يُلزم التوجيه الصادر عن الاتحاد الأوروبي بشأن الانبعاثات الصناعية باستخدام أفضل التقنيات المتاحة، وفي الوقت نفسه، فإن خفض الانبعاثات على الشركات هو أهداف يمكن التحقق منها بالنسبة للمشتريات العلمية.

ولكي تظل الشركات الهندسية والمشغلات قادرة على المنافسة، يجب أن تستثمر في تنمية المهارات حول هذه التكنولوجيات المتقدمة، وتحتاج الأفرقة إلى التدريب على ديناميات الاحتراق، ونظم المراقبة الرقمية، وتحليل المواد المتعلقة بدورة الحياة، وغالبا ما تكون التكلفة الرأسمالية الأولية للتسخينات ذات الطابع الايكولوجي - الصديقة للطرد أعلى بنسبة تتراوح بين ٠١ و٠٢ في المائة من الوحدات التقليدية، ولكن التكلفة الإجمالية للملكية - بما في ذلك وفورات الوقود، وعقوبات أقل على الانبعاثات، وانخفاض معدلات الانتكاسب للنفقة من الصيانة - على نحو ما يتراوح بين سنتين وأربع سنوات.

وباختصار، فإن عصر المسخن المطلق كصخرة بسيطة مستهلكة للوقود الأحفوري ينتهي، والجيل القادم أنظف وأذكى وأدمج مع مصادر الطاقة المتجددة، ومبني من مواد أكثر خضرنة، ولا يشكل ازدهار هذه الاتجاهات الناشئة مسألة امتثال فحسب، بل هو ضرورة استراتيجية لأي عملية صناعية خطيرة بشأن الاستدامة الطويلة الأجل والتفوق التشغيلي.