افزایش راندمان بویلر – کاهش مصرف انرژی در دیگ بخار

افزایش راندمان بویلر

امروزه بخار و آب داغ به دلیل شرایط مناسب خود از قبیل ظرفیت بالای حرارتی، ثابت بودن دما طی شرایط اشباع و انتقال حجم بالایی از حرارت در این شرایط، سادگی دسترسی به آب و مواردی از این دست به عنوان اصلی‌ترین حامل انرژی حرارتی در غالب صنایع به كار می‌روند. از این رو بویلرها نیز به عنوان تولیدكننده این حامل نیز معمولاً یكی از اجزاء مهم و مصرف كنندگان عمده انرژی محسوب می‌شوند. از اینرو کاهش مصرف سوخت دیگ بخار و افزایش راندمان بویلر یکی از اهداف مهندسان می باشد.

مکانیزم های افزایش راندمان بویلر

  • استراتژی كنترل Cross-Limiting احتراق

در عمل بویلرها سوخت و هوا را حتی در بهترین شرایط عملیاتی به خوبی مخلوط نمی‌كنند. شكل زیر نشان می‌دهد كه نگه‌داشتن هوای اضافی در یك بازه مشخص سبب اطمینان از احتراق كامل و كاهش تلفات حرارتی و در نتیجه افزایش راندمان بویلر می‌شود.

استراتژی كنترل Cross-Limiting احتراق این اطمینان را به وجود می‌آورد كه هرگز نسبت هوا/سوخت خطرناك در سیستم به وجود نخواهد آمد. این بخش از سیستم همیشه سبب افزایش جریان هوا پیش از افزایش جریان سوخت و همچنین كاهش جریان سوخت قبل از كاهش جریان هوا می‌شود. شكل زیر این قضیه را به خوبی نشان می‌دهد.

  • ماژول تنظیم مقدار اكسیژن

دانستن مقدار اكسیژن در دودكش سبب كنترل بهتر احتراق می‌شود. اضافه نمودن یك ماژول تنظیم مقدار اكسیژن سبب كنترل بهتر و نرم‌تر هوای اضافی می‌شود. همچنین سبب بازگشت سریع‌تر سیستم به نقطه تنظیم در صورت وارد شدن هر اغتشاشی به سیستم می‌شود.

كاهش مونواكسیدكربن خروجی نیز از دیگر مزایای این بخش از سیستم‌های كنترل دارای این استراتژی است.

  • كنترل اتوماتیك احتراق و آب دورریز (Blow down)

مدیریت بهینه‌سازی انرژی در بخش صنعت شركت بهینه‌سازی مصرف سوخت در راستای وظایف سازمانی خود، با رویكرد افزایش راندمان بویلرهای صنعتی كشور از طریق كنترل اتوماتیك احتراق و آب دورریز (Blow down) اقدام به اجرای دو نمونه پایلوت بر روی دو بویلر لوله آبی (Water Tube) نموده است.

دو پایلوت مورد نظر به شرح ذیل می‌باشند:

  1. بویلر نیروگاه برق مشهد، با ظرفیت نامی ۲۶۰ تن بخار فوق اشباع از نوع نیروگاهی
  2. بویلر پالایشگاه نفت شیراز، با ظرفیت نامی ۴۶ تن بخار فوق اشباع از نوع فرآیندی

سیستم كنترل مورد استفاده در پایلوت‌های فوق الذكر از نوع PLC، Siemens S7-300 بوده كه كلیه فرآیند مهندسی طرح، شامل طراحی، تولید منطق كنترل، خرید، نصب و راه‌اندازی آن با بهره‌گیری از توان متخصصین داخلی،توسط شركت مشاوران بهسازی، نوسازی انرژی (مبنا) در حال انجام می‌ باشد. پیش‌بینی می‌گردد مراحل پیش‌راه‌اندازی، راه‌اندازی و تحویل پروژه تا پایان مهر ماه سال جاری انجام پذیرد.

در این پروژه در نظر است تا ضمن اجرای پایلوت‌ها، به الگوبرداری از نتایج حاصله پرداخته شده و طی فرآیند وسیع جمع‌آوری اطلاعات از وضعیت عملكرد بویلرهای صنعتی كشور، استراتژی توسعه طرح و استانداردهای مربوطه جهت بویلرهای در حال بهره‌برداری و بویلرهای جدید تدوین گردد. صنایع مورد بررسی در این پروژه به شرح ذیل می‌باشند:
پالایش نفت، پالایش گاز، مجتمع‌های پتروشیمی، نیروگاه‌ها، قند و شكر، روغن نباتی، شیر و لبنیات، چوب و كاغذ، نساجی، مواد شیمیایی، لاستیك و تایر و صنایع فلزی
در مجموع طی جمع‌آوری اطلاعات جامع و بررسی بیش از ۷۲۰ بویلر در صنایع فوق الذكر نتایج ذیل حاصل گردیده است:

ردیف پارامتر واحد مقدار
۱ مصرف سوخت بویلرها میلیارد مترمكعب معادل گازطبیعی در سال ۳۰
۲ راندمان متوسط بویلرها* درصد ۷۸٫۴
۳ پتانسیل صرفه‌جویی میلیون متر مكعب معادل گازطبیعی در سال ۳۸۸
۴ ارزش صرفه‌جویی گازطبیعی** میلیون دلار ۱۲۴
۵ برآورد هزینه سرمایه‌گذاری میلیون دلار ۸۰
۶ بازگشت سرمایه سال کمتر از یک سال

* راندمان Best Practice بویلرهای صنعتی ۹۲ درصد می‌باشد

** بر اساس قیمت گازطبیعی معادل

شایان ذكر است، در برآورد انجام گرفته، میزان پتانسیل صرفه‌جویی بر اساس مقایسه شرایط موجود عملیاتی بویلرها، با شرایط بهینه (تنظیم هوای اضافی و آب دور ریز) محاسبه گردیده است.

بطور مثال هوای اضافی بهینه بویلرها در حالت استفاده از سوخت گازطبیعی، بسته به نوع بویلرها در بازه ۱۰ تا ۱۵ درصد در نظر گرفته شده است. همانگونه كه در جدول فوق الذكر مشاهده می‌گردد، میزان صرفه‌جویی انرژی حاصله كه مقدار قابل توجهی می‌باشد، تنها با حدود یك درصد كاهش مصرف انرژی بویلرهای صنعتی حاصل گردیده كه نمایانگر انرژی‌ بری و پتانسیل صرفه‌ جویی بالا در این تجهیزات می‌باشد. میزان هزینه سرمایه‌گذاری ارائه شده در جدول فوق نیز بصورت محافظه كارانه (بازه بالای هزینه سرمایه‌ گذاری) لحاظ گردیده است.