การนำความร้อนทิ้งกลับมาใช้ (Heat Recovery)

ในกระบวนการผลิตเกือบทุกอุตสาหกรรมจะมีความร้อนทิ้ง หลายรูปแบบทั้งความร้อน และความเย็น ทั้งเป็นลมร้อน น้ำร้อน หรือ แล้วแต่กระบวนการผลิต ซึ่งของเสียเหล่านี้สามารถนำกลับมาใช้เป็นแหล่งพลังงานอีกได้ หรือที่เรียกว่า Heat Recovery ทั้งยังสามารถช่วยประหยัดต้นทุนด้านพลังงานได้อีกทางหนึ่งด้วย ดังนั้นในหัวข้อนี้จะแนะนำให้รู้จักอุปกรณ์ที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทต่างๆ ดังนี้

1. PLATE HEAT EXCHANGER

คุณลักษณะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น คือ การเอาแผ่นการถ่ายเทความร้อนหลายๆแผ่นมาวางเรียงกันในระยะห่างคงที่ แล้วให้ของเหลวแต่ละชนิดและมีอุณหภูมิต่างกันไหลผ่านช่องว่างระหว่างแผ่นในลักษณะที่สลับกันช่อง เว้นช่อง โดยตัวเครื่องมักทำด้วยแผ่นเหล็กสแตนเลส (Stainless Steel) บางๆ หรือแผ่นไทเทเนียม (Titanium) ซึ่งทนต่อสนิมได้อย่างดี นำมาทำให้เกิดส่วนนูน และส่วนเว้าประกอบกันหลายๆแผ่น ของไหลแต่ละชนิดจะไหลสลับกันไปตามช่องว่างที่เกิดจากการประกอบเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่ง ป้องกันการรั่ว และให้มีช่องว่างสำหรับการไหล ผิวของแผ่นถ่ายเทความร้อน ถูกติดตั้งไว้ในตำแหน่งที่เหมาะสม เพื่อป้องกันไม่ให้ของไหลรั่ว และรักษาระยะห่างระหว่างแผ่นตามที่ต้องการ

Plate Heat Exchanger
ที่มา : http://alangmarinesolution.com/images/products/plate-heat-exchangers.jpg

ข้อดี

- ให้ประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อนสูง

- ง่ายต่อการถอดประกอบและการตรวจสอบสภาพ หรือการล้างทำความสะอาด

- สามารถปรับปริมาณการถ่ายเทความร้อนได้ โดยการเพิ่มหรือลดจำนวนแผ่นการถ่ายเทความร้อน

- มีน้ำหนักเบาเมื่อเทียบกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบอื่น ๆ ที่ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทเท่ากัน

ข้อเสีย

- ราคาต้นทุนสูง

- การหารอยรั่วนั้นทำได้ยาก เพราะทำ press test ลำบาก

- ซีลกันรั่วระหว่างแผ่นไม่สามารถทนอุณหภูมิหรือสารเคมีได้ดี ทำให้มีข้อจำกัดในการใช้งาน

- pressure drop สูงมาก

- ค่อนข้างบอบบาง

2. SHELL& TUBE HEAT EXCHANGER

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดนี้ของไหลอย่างหนึ่งจะอยู่ในเชลล์ และอีกอย่างหนึ่งจะอยู่ในท่อ   ใช้ได้ทั้งการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างของเหลว-ของเหลว และก๊าซ-ก๊าซ สำหรับการไหลนั้นจะอยู่ในลักษณะไหลสวนทาง หรือไหลขนานก็ได้ หรือทั้งสองอย่างในเครื่องเดียวกันก็ได้ นอกจากนี้อาจออกแบบให้ของไหลมีทิศทางตั้งฉากกับท่อก็ได้

Shell& Tube Heat Exchanger
ที่มา : http://img.nauticexpo.com/images_ne/photo-g/shell-tube-heat-exchanger-ships-31461-8107152.jpg

ข้อดี

- ราคาต้นทุนต่ำ

- มีความทนทานในการใช้งาน

- pressure drop ต่ำ

- ตรวจหาการรั่วได้ง่าย

ข้อเสีย

- ขนาดใหญ่เทอะทะ

- การบำรุงรักษาหรือทำความสะอาดทำได้ยาก ต้องปิดเครื่องทั้งหมดเพื่อถอดชิ้นส่วนออกมา

- เพิ่มหรือลดขนาดไม่ได้ ขนาดเป็นไปตามที่เครื่องได้ถูกออกแบบมาแต่แรก

3. STACK RECUPERATOR

เป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนระหว่าง ก๊าซ-ก๊าซ จึงมักนิยมใช้ในการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างก๊าชเสียจากการเผาไหม้กับอากาศเย็น เหมาะสำหรับติดตั้งกับเตาเผาขนาดใหญ่อุณหภูมิสูง  เช่น อุตสาหกรรมเซรามิค อุตสาหกรรมโลหะ และอุตสาหกรรมแก้ว

หลักการทำงาน ก๊าซไอเสียและอากาศเย็นที่ต้องการอุ่นความร้อน จะไหลไปตามแนวท่อในแต่ละส่วน ในช่วงแรกของการถ่ายเทความร้อนขณะที่ก๊าซไอเสียมีอุณหภูมิสูง จะเป็นการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี ช่วงถัดมาจะเป็นการถ่ายเทความร้อนด้วยการพาซึ่งก๊าซไอเสียจะถูกส่งผ่านท่อเล็กๆหลายท่อที่ขนานกันเพื่อเป็นการเพิ่มพื้นที่ผิวในการแลกเปลี่ยนความร้อน

Stack Recuperator

ที่มา : http://www.jsunat.com/UserFiles/Image/stack2(1).jpg

4. ECONOMIZER

หลักการทำงาน ภายในอุปกรณ์จะประกอบด้วยกลุ่มท่อจำนวนมาก ซึ่งท่อดังกล่าว จะมีครีบ และวางอยู่ในช่องทางออกของก๊าซไอเสีย โดยที่ของเหลวจะไหลผ่านในท่อ เพื่อรับความร้อนจากก๊าซไอเสียโดยรอบ ทำให้อุณหภูมิของของเหลวสูงขึ้น และอุณหภูมิของก๊าซไอเสียลดต่ำลง ข้อควรระวังคือ ไม่สามารถใช้กับก๊าซไอเสียที่มีอุณหภูมิต่ำเกินไปเนื่องจากจะมีผลกระทบต่อแรงลมไหลผ่าน (Draft Force) รวมทั้งเชื้อเพลิงที่มีกำมะถันปนอยู่ จะก่อให้เกิดการกัดกร่อนเมื่อก๊าซไอเสียมีอุณหภูมิลดต่ำลง หลังการถ่ายเทความร้อน

Economizer
ที่มา : https://d2t1xqejof9utc.cloudfront.net/screenshots/pics/aaf4c0d5c7c972c5e739e26c35dc6648/medium.jpg

Bibliography

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (May,16 2012). ข้อมูลเทคโนโลยีเชิงลึก ปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump). Retrieved from http://www2.dede.go.th/: http://www2.dede.go.th/Advancetech/Vol2/04Sample/PDF/03absorption.pdf