تعد الاستدامة والكفاءة أمرين لا غنى عنهما في مجال العمل هذا. فهما يمثلا اليوم، وبلا شك، تحديين من بين أهم التحديات التي تواجه مصنِّعي ومشغلي النظام. ومع ذلك، تتطلب عملية توليد هواء المعالجة، بحكم طبيعتها، كمية عالية نسبيًا من الطاقة. يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية، المعروفة باسم حرارة المعالجة، في هذه العملية. وهي لا تنشأ في تدفق الهواء المتولد فقط، بل أيضًا تحت الغطاء العازل للصوت نظرًا لفقدان الحرارة من المحرك وكاتم الصوت والضاغط. وفي السابق، كانت لا تُستخدَم في أغلب الأحيان.
بصفتها شركة مصنعة للضواغط عالية الأداء، فقد طورت شركة AERZEN منذ فترة طويلة حلولًا مبتكرة للاستخدام العملي لهذه الطاقة الحرارية. ونتيجة لذلك، تقدم الشركة لمشغلي المحطات أحدث تقنيات الهواء المضغوط والأنظمة مناسبة الحجم لاستعادة الحرارة من مصدر واحد
الوفورات المحتملة التي يمكن أن تنتج عن تثبيت نظام استرداد حرارة هائلة: يمكن استخدام ما يصل إلى 85 بالمائة من الطاقة الحرارية بسهولة للعمليات الأخرى، مثل تسخين المياه أو عمليات التجفيف أو التسخين المسبق لهواء الموقد. ويتم تجنب فقدان الطاقة، على سبيل المثال، فقدانها نتيجة تنفيس الهواء الساخن إلى الخارج. وبالتالي، تعني عملية استرداد الحرارة الحفاظ على الطاقة المستهدفة والموفرة للموارد.
تتميّز تكاليف الاستثمار في نظام استرداد الحرارة بأنها منخفضة نسبيًا وتُعوض بسرعة من خلال توفير الطاقة. ويمكن أيضًا تجديد المحطات القديمة وتحديثها وتحسينها دون إنفاق الكثير من الوقت والمال. يسر شركة AERZEN مساعدتك في تنفيذ الحلول الفردية. يمكن تنفيذ عملية استرداد الحرارة لمجموعة واسعة من العمليات والاستخدامات:
يتمثل الهدف لكل مصمم محطة في تقليل التكاليف عن طريق الاستخدام الأكثر كفاءة الممكن للطاقة المقدمة إلى عملية ما. في مجال إنتاج الهواء المضغوط، تعد عملية استرداد الحرارة طريقة بسيطة لمواجهة هذا التحدي. ولفهم سبب توليد ضاغط قيد التشغيل لطاقة حرارية وكيف يمكن استخدام هذه الطاقة، من المفيد إلقاء النظر على مبدأ تشغيل ضاغط الهواء:
لا توضح الكمية الكبيرة للحرارة المهدرة الناتجة عن توليد الهواء المضغوط شيئًا عن كفاءة الآلة. فهي عبارة عن منتج ثانوي ينشأ بالضرورة عند توليد هواء المعالجة. ولم يدرك مشغلو المحطات منذ فترة طويلة إمكانات الطاقة الهائلة المتوفرة فيها. كقاعدة، يتم توليد الحرارة بطريقتين مختلفتين: من ناحية، من ضغط الوسيط عن طريق تجميعه ومن ناحية أخرى، من خلال الحرارة المهدرة (هواء التبريد) من المحرك والمرحلة وكاتم الصوت وهواء العادم الخارج من مبرد الزيت.
تضغط آلات مثل الضواغط اللولبية ومنافيخ الإزاحة الموجبة الهواء المحيط الممتَص للداخل عن طريق البراغي أو المكابس الدورانية. وهذ النوع من ضغط الهواء عبارة عن عملية ديناميكية حرارية تُسخن الوسيط الممتَص للداخل، على سبيل المثال، الهواء أو الغاز. من الجانب الفيزيائي، تحوِّل العملية الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. عند استخدام الضواغط، قد يصل غاز المعالجة إلى درجات حرارة تصل إلى 280 درجة مئوية.
ويتمثل النهج المنطقي لاسترداد الحرارة من هواء المعالجة في استخدام المبادلات الحرارية؛ عند دمج المبادلات الحرارية في تدفق الهواء، يمكن أن يتدفق وسيط مثل الماء من خلالها ويُسخن إلى درجة حرارة محددة مسبقًا ويزيل الحرارة من تدفق الهواء في الوقت نفسه. يمكن إعادة استخدام الماء الساخن كماء معالجة أو خدمات أو تتم تغذيته إلى نظام التسخين المركزي. توفر شركة AERZEN مبادلات حرارية مصممة بدقة لهذا الغرض، تحول أكبر قدر ممكن من الحرارة القابلة للتحويل مع فقدان أقل قدر ممكن من الضغط.
يتم إنشاء مزيد من الطاقة الحرارية أسفل غطاء التجميعة العازل للصوت وذلك بواسطة إشعاع المحرك ومبرد الزيت ومرحلة الضاغط ومرحلة المكبس الدوار والأنابيب وكاتم الصوت. يمكن استخدام هواء التبريد هذا المُسخن بشدة بشكل عملي أيضًا. يمكن دمج الحرارة في قنوات هواء العادم المدمجة في التجميعة ونقلها كهواء تسخين إلى الغرف أو ورش العمل المجاورة. يمكن للمخرج المُتحكم في درجة حرارته تنظيم تدفق الهواء، بحيث يتم الحصول على درجة حرارة محيطة موحدة. وفي حالة عدم الحاجة للتسخين في فصل الصيف، على سبيل المثال، يمكن تنظيم الحرارة الزائدة في الخارج.
تمثل معالجة مياه الصرف الصحي قطاع عمل أساسي في شركة Aerzener Maschinenfabrik. تمثل الشركة المملوكة للعائلة شركة عالمية في هذا المجال وتعمل باستمرار على تطوير حلول شاملة موفرة للموارد وصديقة للبيئة من أجل العملاء في جميع أنحاء العالم. ولا يشمل ذلك اختيار تقنية الآلة المثالية "المناسبة تمامًا" فحسب، ولكن أيضًا مفاهيم استرداد الحرارة. في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، تُستخدَم التجميعات عادةً لتهوية خزانات التهوية. وفي عملية المعالجة، يتم توليد تدفق هواء بضغط 1 بار تقريبًا بواسطة منافيخ الإزاحة الموجبة من شركة AERZEN والمنافيخ التوربينية والضواغط التي تعمل بشكل مشترك أو كتجميعات فردية. يتم ضخ تدفق الهواء إلى خزانات التهوية ("بيولوجيا" المحطة).
ويؤدي الأكسجين الموجود في الهواء دورًا حاسمًا في خطوة مهمة من العملية: معالجة مياه الصرف الصحي بيولوجيًا.
بقياسه من حيث التكلفة الإجمالية للطاقة لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي، يمثل توليد تدفق الهواء بشكل طبيعي النسبة الأكبر. كما تكون إمكانية تحقيق وفورات في هذا المجال كبيرة بشكل خاص. الإمكانيات ضخمة: يمكن لضاغط واحد فقط بقدرة 22 كيلوواط تلبية احتياجات التدفئة لمنزل عائلة واحدة.
تُظهر قصص نجاح شركة Aerzener Maschinenfabrik العديدة كيف يمكن تحسين توازن الطاقة في محطة معالجة مياه الصرف بشكل ملحوظ من خلال تطبيق حلول استرداد الحرارة واختيار تقنية الآلة المثلى لكل استخدام. يمكنك العثور على عدة أمثلة هنا:
يمكن العثور على مثال آخر لعملية استرداد الحرارة عالية الكفاءة التي نفذّت بالتعاون مع شركة AERZEN في محطة معالجة مياه الصرف الصحي في إيسن-كوبفدريه. تستخدم المحطة أربعة منافيخ إزاحة موجبة لتزويد خزانات التهوية بالهواء. بفضل تركيب مبادل حراري بمجموعة الأنابيب، تستفيد المحطة الآن بشكل عملي وفعال بالحرارة المهدرة من المنافيخ. توفر الطاقة المحولة من المكون الآن طاقة حرارية لنظام التسخين والخزان العازل للمياه الدافئة. الوفورات الناتجة هائلة: تتيح عملية استرداد الحرارة لوحدها للمحطة في إيسن-كوبفدريه توفير ما يزيد عن 30000 يورو سنويًا.
في محطة فيرتاخ لمعالجة مياه الصرف الصحي في بافاريا، كان من الممكن التخلي عن تركيب موقد جديد لتسخين مياه الغلايات، وذلك بفضل استخدام المبادل الحراري. في محطة فيرتاخ، يُستخدَم منفاخا Delta بسرعات ثابتة مناسبة لعبء العمل الأساسي. عندما تكون المتطلبات أعلى، على سبيل المثال، خلال الموسم الذي يقوم فيه المتجولون والمتزلّجون بالزيارة بأعداد كبيرة، يُنشط منفاخ ثالث بسرعة متغيرة.
يُبرد الهواء الدافئ الذي درجة حرارته 68 درجة مئوية الناتج عن عملية الضغط إلى درجة حرارة أقل من 30 درجة مئوية باستخدام مبادل حراري لوحي للماء والهواء. وبالتالي يمكن استخدام الدلتا الناتجة التي تبلغ 40 درجة مئوية تقريبًا لتخزين مياه الغلاية في نظام التسخين. جُهز المبادل الحراري المدمج في النظام بمواصفات محسّنة للتدفق ولا يسبب فقدانًا في الضغط تقريبًا في تدفق هواء المعالجة.
في حالة عدم الحاجة إلى التسخين (على سبيل المثال، في الصيف)، يتم إيقاف تشغيله بسهولة. يتيح الصمام الميكانيكي الموجود في الأنابيب توجيه بعض من الهواء أو الهواء كله مباشرة إلى خزانات التهوية بدلًا من توجيهه خلال المبادل الحراري، ما يجعل عمليتي التحكم القائم على الطلب واسترداد الحرارة ممكنتين في جميع الأوقات. في محطة فيرتاخ، يتيح استرداد الحرارة توفير 1850 لتر تقريبًا من زيت الوقود سنويًا. يمكنك العثور على المزيد من المعلومات حول الموضوع في المقالة المعنونة "التسخين الفعال مع فقدان الحرارة" في مجلة عملائنا.
للتوافق مع المتطلبات البيئية الصارمة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي في فيلدرشتات-بونلاندن، التي شُيدت في الستينيات في ولاية بادن-فورتمبيرغ الألمانية، جُهزت أربعة ضواغط فصية دوارة من نوع Delta Hybrid بنظام استرداد حرارة كجزء من مشروع التحديث والتجديد بالتعاون مع شركة AERZEN.
يوفر الجمع بين التجميعات هواءً مضغوطًا خاليًا من الزيت والمواد الماصة بنسبة 100% لتهوية خزانات التهوية بطريقة موفرة جدًا للطاقة. ولا يعني التشغيل الخالي من الزيت والمواد الماصة تحقيق وفورات عند الخدمة والصيانة فحسب، بل أيضًا تحسين الموثوقية العملية للمحطة. وبمجرد اكتمال إجراءات التحديث، يبدأ النظام في تدوير الهواء المحيط الذي يُسخن آليًا عبر نظام استخراج ويُستخدَم لتدفئة الغرف الهندسية الأخرى.
ولكن تحققت أكبر الوفورات عن طريق تركيب مبادل حراري بمجموعة أنابيب في خط الأنابيب الرئيسي للنظام. في المبادل الحراري، تتم إزالة الحرارة من تدفق هواء المعالجة وتُستخدَم لتسخين المياه. ونتيجة لذلك، يمكن التخلص من تكاليف تسخين المياه تمامًا. يمكنك معرفة المزيد عن عملية استرداد الحرارة في محطة فيلدرشتات-بونلاندن من مجلة عملائنا في المقال المعنون "يُستخدَم كل كيلوواط على النحو الأمثل".
تنطوي عملية النقل بالهواء المضغوط على نقل البضائع السائبة مثل الدقيق أو المساحيق أو الرمال أو الأسمنت بمساعدة الهواء. وتُستخدَم في العديد من الصناعات، مثل تصنيع المواد الغذائية، والسلع السائبة، والمواد الكيميائية والمواد الأخرى. ولخلق تدفق الهواء المطلوب، غالبًا ما تُستخدم الضواغط والمنافيخ والضواغط الفصية الدوارة من شركة AERZEN. ويمكن تحقيق درجات حرارة هواء مخرج عالية للغاية في هذه العملية.
ويُمتص الهواء المحيط، الذي تكون درجة حرارته عادةً 20 درجة مئوية تقريبًا للداخل ويمكن أن تصل درجات حرارته إلى 280 درجة مئوية بسبب عملية الضغط، على سبيل المثال، في عملية استخدام تتضمن ضواغط لولبية. ولمنع تلف البضائع السائبة المنقولة بسبب درجات الحرارة المرتفعة، ينبغي تبريد هواء المعالجة في أغلب الأحيان. ويمكن إزالة الحرارة من الهواء المضغوط بمساعدة مبادل حراري واستخدامها للتسخين أو تسخين المياه أو معالجة الحرارة. وحسب التصميم، يبلغ فقدان الضغط الناتج عن تركيب مبادل حراري 1-3% فيما يتعلق بضغط السحب المطلق في المبرد اللاحق. وتكون الزيادة الناتجة في خرج تدوير المحرك ضئيلة مقارنة بكمية الطاقة التي يوفرها المبادل الحراري.
ينبغي مراعاة العديد من العوامل قبل اتخاذ قرار بشراء حل استرداد الحرارة.
في البداية، ينبغي التحقق من الشروط الهيكلية. ومن المهم وضع مصدر الحرارة المهدرة والمصرف الحراري بالقرب من بعضهما البعض. فإذا كانا بعيدين عن بعضهما جدًا، ينبغي عند وضع الخطط الأخذ في الاعتبار وجود خسائر في الطاقة بسبب النقل وارتفاع تكاليف الأنابيب. وإذا كان الأمر يتطلب الكثير من الجهد لنقل الحرارة أو تخزينها، يجب أن تُحتسب تكاليف الاستثمار الأعلى. علاوة على ذلك، يلزم وجود Δ T (دلتا) تبلغ 5-10 ك على الأقل بين مصدر الحرارة المهدرة في المحطة والمصرف الحراري لضمان أن تؤتي عملية تركيب استرداد الحرارة بثمارها.
بوجه عام، يمكن القول أن عملية استرداد الحرارة مفيدة بشكل خاص عند استخدامها مع تجميعات كبيرة وتشغيل عمليات الإنتاج باستمرار. ولكن يمكن لنظام استرداد الحرارة أن يؤتي بثماره أيضًا في الحالات التي تكون فيها الحرارة المهدرة أقل ولكن عبء العمل أعلى. مبدئيًا، تكون عملية استرداد الحرارة أكثر ربحية كلما استمرت التجميعات في العمل.
يمكن استعادة الكمية الكبيرة من الطاقة اللازمة لتوليد الهواء المضغوط واستخدامها بطرق مختلفة. وباستخدام تقنيات شركة AERZEN وخبراتها، يمكن تصميم مشروعات جديدة في مجالات معالجة مياه الصرف الصحي والنقل بالهواء المضغوط لاستخدام الطاقة الحرارية لغرف التدفئة أو القاعات أو المياه (مياه المعالجة أو الخدمات) أو لخطوات ما في عملية الإنتاج. ويمكن استخدامها أيضًا للعديد من الاستخدامات المختلفة الأخرى.
كما يمكن أيضًا تحديث المحطات الحالية باستخدام وسائل بسيطة تعمل على زيادة كفاءتها. في هذا المجال، تقدم شركة AERZEN لعملائها مجموعة واسعة من الخدمات، على سبيل المثال، خدمة المعلومات الهاتفية على مدار 24 ساعةوكذلك تشخيص الآلات و AERaudit، حيث يقوم موظفو الخدمات بوضع خطة لتحديث إحدى المحطات.
وبمساعدة حاسبة تهوية الغرف من شركة AERZEN،يمكن للمهندسين وأصحاب محطات معالجة مياه الصرف الصحي العثور على مبادل حراري مصمم بشكل مناسب لمحطاتهم بأنفسهم.
صفحات حول موضوع معالجة مياه الصرف الصحي على مستوى العالم:معالجة المياه والصرف الصحي | أنماط الأداء لمشغلي محطات معالجة مياه الصرف الصحي | دراسات حالة | الأداء³ | Wastewater treatment guide | حاسبة الأداء
