رسیدن اوج قیمت نفت به بشکه‌ای 147 دلار در ماه جولای 2008 نشان داد که قیمت سوخت‌های با پایه نفتی بی‌ثبات بوده و در معرض نوسانات شدیدی قرار دارند. از این رو لازم است مالکین دیگ‌ها و مهندسین تأسیسات نسبت به راندمان دیگ و آنچه که باید برای کاهش مصرف سوخت موتورخانه انجام دهند، آگاهی کامل داشته باشند.
هزینه سوخت در طول عمر یک دیگ می‌تواند بسیار بیشتر از هزینه اولیه خرید تجهیزات باشد. به همین دلیل، بررسی وضعیت مشعل، کنترل احتراق، شرایط کارکرد دیگ و نحوه بهره‌برداری از موتورخانه، از مهم‌ترین اقدامات برای کاهش هزینه‌های جاری است.
هزینه سوخت دیگ در مقایسه با هزینه تجهیزات
جدول زیر مقدار سوختی را که یک دیگ معمولی کوچک مصرف می‌کند با هزینه سرمایه‌ای یا هزینه اولیه دیگ، مشعل و کنترل‌ها مقایسه می‌کند. داده‌های این جدول بر مبنای گاز طبیعی با قیمت 10 دلار بر یک میلیون بی‌تی‌یو (MBTU) و گازوئیل با قیمت 3/63 دلار بر گالن (0.97 دلار بر لیتر) تنظیم شده‌اند.
همان‌طور که در جدول دیده می‌شود، حتی در ظرفیت بار پایین نیز هزینه سوخت سالانه می‌تواند به‌مراتب بیشتر از هزینه اولیه خرید تجهیزات باشد. بنابراین سرمایه‌گذاری برای بهبود عملکرد مشعل و سیستم کنترل احتراق، در صورت کاهش مصرف سوخت، می‌تواند دوره بازگشت مناسبی داشته باشد.
[تصویر هزینه‌های سوخت دیگ در مقایسه با هزینه تجهیزات]
چرا کاهش مصرف سوخت موتورخانه اهمیت دارد؟
مصرف سوخت موتورخانه فقط به ظرفیت دیگ وابسته نیست. مقدار بار واقعی، راندمان احتراق، دمای دودکش، میزان هوای اضافه، دمای آب تغذیه، شرایط مشعل، نحوه کنترل بار و تعداد دفعات روشن و خاموش شدن دیگ همگی بر میزان سوخت مصرفی تأثیر می‌گذارند.
بنابراین برای کاهش مصرف سوخت، باید ابتدا عوامل اصلی ایجاد تلفات در دیگ و موتورخانه شناسایی شوند.
درک تلفات گرمای دیگ
برای درک بهتر تأثیر کارایی مشعل و سیستم‌های کنترل بر راندمان و در نتیجه کاهش مصرف سوخت موتورخانه، لازم است با تلفات حرارتی دیگ آشنا باشیم.
در محاسبات راندمان دیگ، می‌توان از روش مستقیم یا غیرمستقیم استفاده کرد. در روش مستقیم، انرژی مفید خروجی دیگ با انرژی ورودی مقایسه می‌شود. در روش غیرمستقیم، تلفات مختلف دیگ به‌صورت جداگانه محاسبه شده و مجموع آن‌ها برای تعیین راندمان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
یکی از مزیت‌های روش غیرمستقیم این است که با بررسی پارامترهایی مانند میزان اکسیژن دودکش و دمای گازهای خروجی می‌توان بخش مهمی از تلفات حرارتی را شناسایی کرد. این اطلاعات معمولاً با استفاده از آنالیزور احتراق قابل اندازه‌گیری هستند.
جزئیات محاسبه راندمان و معادلات مربوط به تلفات دیگ بهتر است در مقاله «روش‌های بهینه‌سازی مصرف انرژی دیگ بخار» بررسی شود؛ در این مقاله تمرکز بر اقداماتی است که مستقیماً به کاهش مصرف سوخت موتورخانه کمک می‌کنند.
مهم‌ترین راهکارهای کاهش مصرف سوخت موتورخانه
سه عامل مهم در بسیاری از اقدامات مربوط به کاهش مصرف سوخت عبارت‌اند از:
- کاهش دمای گازهای خروجی، در محدوده مناسب عملکرد دیگ
- به حداقل رساندن هوای اضافه مشعل
- افزایش دمای آب تغذیه و هوای احتراق، در صورت امکان و توجیه اقتصادی
در ادامه هر یک از این موارد و سایر اقدامات مؤثر بررسی می‌شوند.
کاهش دمای دودکش
بخشی از انرژی سوخت از طریق گازهای حاصل از احتراق از دودکش خارج می‌شود. بنابراین کاهش مناسب دمای گازهای خروجی می‌تواند موجب کاهش تلفات حرارتی و مصرف سوخت شود.
کاهش دمای دودکش و افزایش دمای آب تغذیه در سطح دیگ می‌تواند با انتخاب یک دیگ با راندمان مناسب و استفاده از تجهیزاتی مانند [اکونومایزر]، در شرایطی که از نظر فنی و اقتصادی مناسب باشد، انجام شود.
اکونومایزر یک مبدل حرارتی است که بخشی از گرمای گازهای خروجی را به آب تغذیه دیگ منتقل می‌کند. در برخی موتورخانه‌ها نیز می‌توان دیگ موجود را مورد بهسازی قرار داده و به اکونومایزر مجهز کرد.
البته کاهش دمای دودکش باید با توجه به نوع دیگ، سوخت، شرایط احتراق و محدودیت‌های سیستم انجام شود و صرفاً پایین آوردن دمای دودکش به هر مقدار، به معنی افزایش راندمان نیست.
استفاده از گرمای هوای موتورخانه برای احتراق
دمای هوای ورودی به مشعل نیز بر عملکرد احتراق و مصرف سوخت تأثیر دارد. در موتورخانه‌های محصور، هوای ورودی مشعل ممکن است از هوای گرم داخل موتورخانه تأمین شود.
یک روش ساده که در متن‌های فنی با عنوان «دودکش هوا» یا مسیر هوای احتراق مطرح شده، ایجاد کانالی برای رساندن هوای نسبتاً گرم موتورخانه به ورودی هوای احتراق مشعل است.
این روش در برخی شرایط می‌تواند بدون استفاده از پیش‌گرم‌کن پیچیده، دمای هوای احتراق را افزایش دهد و بخشی از تلفات را کاهش دهد.
کاهش هوای اضافه مشعل
یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین راهکارهای کاهش مصرف سوخت، تنظیم صحیح نسبت هوا و سوخت مشعل است.
در فرآیند احتراق، وجود مقدار مشخصی هوای اضافه برای جلوگیری از احتراق ناقص ضروری است؛ اما اگر هوای اضافه بیش از مقدار مورد نیاز باشد، بخش قابل توجهی از انرژی حاصل از سوخت صرف گرم کردن هوایی می‌شود که همراه گازهای احتراق از دودکش خارج خواهد شد.
به همین دلیل، تنظیم مشعل برای کارکرد با هوای اضافه مناسب می‌تواند باعث کاهش مصرف سوخت شود.
بسیاری از مشعل‌ها در محل پروژه به‌صورت دقیق تنظیم نمی‌شوند و ممکن است مقادیر واقعی هوای اضافه با شرایط طراحی تفاوت داشته باشد. این موضوع به‌خصوص در تغییرات فشار سوخت، دمای محیط، بار دیگ و شرایط بهره‌برداری اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
برای بررسی وضعیت احتراق، می‌توان میزان اکسیژن و سایر پارامترهای گازهای خروجی را با آنالیزور احتراق اندازه‌گیری کرد. هدف این است که مشعل در تمام محدوده کاری خود، با نسبت مناسب هوا و سوخت کار کند.
کنترل احتراق و کاهش مصرف سوخت
در موتورخانه‌هایی که شرایط بار و محیط به‌طور مداوم تغییر می‌کند، تنظیم دستی مشعل نمی‌تواند همیشه شرایط بهینه احتراق را حفظ کند. سیستم‌های کنترل احتراق با قابلیت سنجش مناسب می‌توانند جریان سوخت و هوا را پایش کرده و شیرهای سوخت و دمپرهای هوا را متناسب با شرایط کاری تنظیم کنند.
با اضافه کردن سیستم اصلاح‌کننده اکسیژن نیز می‌توان مقدار اکسیژن دودکش را پایش کرد تا نسبت هوا و سوخت در محدوده مورد نظر باقی بماند.
در گذشته استفاده از چنین سیستم‌هایی بیشتر در دیگ‌های بزرگ متداول بود، اما سیستم‌های جدید کنترل احتراق در ظرفیت‌های پایین‌تر نیز قابل استفاده هستند و در صورت تناسب هزینه و میزان مصرف سوخت، می‌توانند به کاهش هزینه‌های بهره‌برداری کمک کنند.
اهمیت Turndown مشعل در کاهش مصرف سوخت
یکی از عوامل مهم در مصرف سوخت موتورخانه، توانایی مشعل برای کاهش ظرفیت خود متناسب با کاهش بار است. این ویژگی با نسبت Turndown بیان می‌شود.
برای مثال، Turndown برابر 6:1 به این معنی است که جریان سوخت در حالت اشتعال بالا (High Fire)، شش برابر جریان سوخت در حالت اشتعال پایین (Low Fire) است.
هرچه مشعل بتواند در بارهای پایین با ظرفیت کمتری و به‌صورت پایدار کار کند، نیاز به خاموش و روشن شدن مکرر کاهش پیدا می‌کند.
تأثیر روشن و خاموش شدن مکرر بر مصرف سوخت
اگر حداقل ظرفیت مشعل از بار مورد نیاز سیستم بیشتر باشد، مشعل مجبور می‌شود برای کنترل فشار بخار یا دمای آب، مرتباً خاموش و روشن شود.
هر بار خاموش شدن مشعل و ورود به حالت‌های پس‌تخلیه و آماده‌به‌کار باعث خروج بخشی از گرمای موجود می‌شود. هنگام راه‌اندازی مجدد نیز بخشی از انرژی سوخت صرف گرم کردن مجدد تجهیزات و تخلیه هوای داخل کوره می‌شود.
بنابراین در موتورخانه‌هایی که دیگ برای مدت زیادی در بار پایین کار می‌کند، استفاده از مشعلی با Turndown مناسب می‌تواند تعداد سیکل‌های روشن و خاموش شدن و در نتیجه تلفات ناشی از این سیکل‌ها را کاهش دهد.
چگونه Turndown مشعل را بررسی کنیم؟
برای تعیین Turndown مشعل، می‌توان دیگ را روی حالت اشتعال دستی قرار داد و جریان سوخت را در حالت اشتعال بالا و پایین اندازه‌گیری کرد.
سپس:
Turndown = جریان سوخت در اشتعال بالا ÷ جریان سوخت در اشتعال پایین
در صورتی که مشعل دارای کنتور اختصاصی گاز یا گازوئیل نباشد، برای مشعل‌های گازسوز می‌توان با استفاده از فشار منیفولد گاز و روابط مربوط به جریان، مقدار تقریبی Turndown را بررسی کرد.
کنترل بار در موتورخانه
یکی دیگر از عوامل مؤثر بر مصرف سوخت، نحوه تطبیق ظرفیت تولید دیگ با بار واقعی سیستم است.
اگر دیگ برای بار مورد نیاز بیش از اندازه بزرگ انتخاب شده باشد، ممکن است در بخش زیادی از زمان بهره‌برداری در بار پایین کار کند. در این شرایط، احتمال افزایش سیکل‌های روشن و خاموش شدن و کاهش بهره‌وری وجود دارد.
به همین دلیل، ظرفیت دیگ و محدوده کاری مشعل باید با نیاز واقعی موتورخانه متناسب باشد.
کاهش مصرف سوخت در موتورخانه‌های چند دیگی
در موتورخانه‌هایی که چند دیگ به‌صورت همزمان نصب شده‌اند، استفاده از سیستم کنترل تقدم و تأخر می‌تواند به تطبیق تعداد دیگ‌های در حال کار با بار واقعی سیستم کمک کند.
یک سیستم کنترل تقدم و تأخر معمولاً فشار هدر یا دمای سیستم را پایش کرده و بر اساس نیاز موجود، تعداد مناسب دیگ‌ها را وارد مدار یا از مدار خارج می‌کند.
این روش از روشن نگه داشتن تعداد زیادی دیگ در شرایطی که بار سیستم پایین است جلوگیری می‌کند و می‌تواند باعث کاهش مصرف سوخت شود.
در دیگ‌های غیرچگالشی، راهبرد کنترل تعداد دیگ‌ها و میزان بارگذاری آن‌ها باید با شرایط طراحی و راندمان کاری تجهیزات هماهنگ شود. در سیستم‌های چگالشی نیز به دلیل رفتار متفاوت راندمان در بارهای مختلف، راهبرد بهره‌برداری باید متناسب با نوع دیگ انتخاب شود.
بالا بردن دمای آب تغذیه دیگ
آب سردتر برای تبدیل شدن به بخار یا رسیدن به دمای کاری مورد نیاز، به انرژی بیشتری نیاز دارد. بنابراین افزایش مناسب دمای آب تغذیه می‌تواند مقدار انرژی مورد نیاز مشعل را کاهش دهد.
استفاده از کندانس برگشتی و تجهیزاتی مانند اکونومایزر از روش‌هایی هستند که می‌توانند در افزایش دمای آب ورودی به دیگ مؤثر باشند.
البته نحوه اجرای این روش به طراحی موتورخانه و شرایط سیستم بستگی دارد.
نقش نگهداری و تنظیمات دوره‌ای در کاهش مصرف سوخت
حتی اگر یک دیگ در زمان نصب با شرایط مناسبی کار کند، عملکرد آن در طول زمان می‌تواند تحت تأثیر رسوب، دوده، تغییر شرایط مشعل، گرفتگی مسیرهای هوا و سوخت و تغییر تنظیمات کنترل قرار گیرد.
بنابراین برای کنترل مصرف سوخت، بررسی دوره‌ای موارد زیر اهمیت دارد:
- وضعیت و تنظیم مشعل
- نسبت هوا و سوخت
- میزان اکسیژن گازهای خروجی
- دمای دودکش
- وضعیت سطوح انتقال حرارت
- فشار و شرایط سوخت
- عملکرد تجهیزات کنترلی
- تعداد دفعات روشن و خاموش شدن مشعل
- تطابق ظرفیت دیگ با بار واقعی موتورخانه
این بررسی‌ها کمک می‌کنند افزایش تدریجی مصرف سوخت قبل از تبدیل شدن به یک مشکل جدی شناسایی شود.
جمع‌بندی؛ چگونه مصرف سوخت موتورخانه را کاهش دهیم؟
کاهش مصرف سوخت موتورخانه معمولاً حاصل یک اقدام واحد نیست، بلکه نتیجه هماهنگ بودن دیگ، مشعل، سیستم کنترل و شرایط بهره‌برداری است.
مهم‌ترین اقداماتی که می‌توان برای کاهش مصرف سوخت انجام داد عبارت‌اند از:
- تنظیم صحیح مشعل و نسبت هوا به سوخت
- کنترل و کاهش هوای اضافه تا محدوده مناسب
- بررسی دمای گازهای خروجی و کاهش تلفات دودکش
- استفاده مناسب از اکونومایزر و افزایش دمای آب تغذیه
- استفاده از هوای احتراق گرم در شرایط مناسب
- انتخاب مشعل با Turndown متناسب با بار موتورخانه
- جلوگیری از روشن و خاموش شدن مکرر مشعل
- استفاده از سیستم کنترل احتراق در موتورخانه‌های مناسب
- استفاده از کنترل تقدم و تأخر در موتورخانه‌های چند دیگی
- انجام سرویس و تنظیمات دوره‌ای مشعل و دیگ
- تطبیق ظرفیت دیگ با بار واقعی سیستم
بنابراین برای کاهش هزینه سوخت، فقط نباید به قیمت یا ظرفیت دیگ توجه کرد؛ بلکه عملکرد واقعی مشعل، میزان بار، نحوه کنترل احتراق و شرایط بهره‌برداری موتورخانه نیز باید به‌صورت یک مجموعه بررسی شوند.
سوالات متداول
آیا تنظیم مشعل می‌تواند مصرف سوخت موتورخانه را کاهش دهد؟
بله. تنظیم صحیح نسبت هوا و سوخت و کنترل هوای اضافه می‌تواند از اتلاف انرژی در فرآیند احتراق جلوگیری کند.
چگونه مصرف گاز بویلر را کاهش دهیم؟
با تنظیم مشعل، کنترل هوای اضافه، بررسی دمای دودکش، استفاده مناسب از اکونومایزر، جلوگیری از روشن و خاموش شدن مکرر و تطبیق ظرفیت دیگ با بار واقعی.
Turndown مشعل چه تأثیری بر مصرف سوخت دارد؟
Turndown بالاتر به مشعل اجازه می‌دهد در بارهای پایین با ظرفیت کمتری کار کند و در نتیجه نیاز به خاموش و روشن شدن مکرر کاهش یابد.
آیا کاهش دمای دودکش باعث کاهش مصرف سوخت می‌شود؟
در شرایط مناسب، کاهش تلفات حرارتی گازهای خروجی می‌تواند راندمان را افزایش دهد؛ اما دمای دودکش نباید بدون توجه به نوع دیگ و شرایط کارکرد بیش از حد کاهش داده شود.
آیا در موتورخانه چند دیگی می‌توان مصرف سوخت را کاهش داد؟
بله. کنترل تقدم و تأخر می‌تواند تعداد دیگ‌های فعال را با بار واقعی سیستم هماهنگ کند و از کارکرد غیرضروری دیگ‌ها جلوگیری کند.
بهترین روش کاهش مصرف سوخت موتورخانه چیست؟
کاهش مصرف سوخت معمولاً نتیجه مجموعه‌ای از اقدامات شامل تنظیم مشعل، کنترل هوای اضافه، مدیریت بار، کاهش تلفات دودکش، کنترل سیکل‌های روشن و خاموش و نگهداری مناسب تجهیزات است؛ نه یک اقدام منفرد.
برای دریافت قیمت و خرید دیگ بخار با شماره 09388037440 تماس بگیرید.
برای کسب اطلاعات بیشتر مقالات مربوطه را مطالعه فرمایید:
کاهش مصرف سوخت بویلر با نصب توربولاتور
