بدون شک وقتی موضوع خرید یک سیستم بخار جدید مطرح می‌شود، یکی از مهم‌ترین مواردی که باید مورد توجه قرار گیرد، راندمان بویلر است. راندمان دیگ بخار تأثیر مستقیمی بر میزان مصرف سوخت، هزینه‌های بهره‌برداری و مقدار انرژی مفیدی دارد که از سوخت دریافت و به آب و بخار منتقل می‌شود.
با توجه به افزایش هزینه انرژی و اهمیت کاهش مصرف سوخت، آشنایی با مفهوم راندمان دیگ بخار و عواملی که باعث افزایش یا کاهش آن می‌شوند، برای مالکان دیگ‌ها، مهندسان تأسیسات و مسئولان موتورخانه اهمیت زیادی دارد.
البته راندمان اعلام‌شده برای یک دیگ بخار همیشه به معنای همان راندمانی نیست که در شرایط واقعی موتورخانه به دست می‌آید. نوع سوخت، شرایط احتراق، دمای گازهای خروجی، میزان بار دیگ، کیفیت آب، وضعیت سطوح انتقال حرارت، عایق‌کاری و نحوه بهره‌برداری همگی می‌توانند بر عملکرد واقعی بویلر تأثیر بگذارند.
راندمان بویلر چیست؟
راندمان بویلر به طور ساده نسبت انرژی مفیدی است که به آب و بخار منتقل می‌شود به انرژی واردشده از طریق سوخت. به عبارت دیگر، هرچه دیگ بخار بتواند بخش بیشتری از انرژی سوخت را به انرژی مفید بخار تبدیل کند، راندمان آن بیشتر است.
فرمول ساده راندمان به صورت زیر بیان می‌شود:
راندمان بویلر = انرژی مفید خروجی ÷ انرژی ورودی × 100
اما تمام انرژی موجود در سوخت به بخار منتقل نمی‌شود. بخشی از انرژی از طریق گازهای احتراق از دودکش خارج می‌شود و بخش دیگری نیز به صورت تشعشع و همرفت از سطح دیگ، همراه با تخلیه آب دیگ و از مسیرهای دیگر تلف می‌شود.
استاندارد ASME PTC 4 برای تعیین عملکرد مولدهای بخار، دو روش اصلی Input-Output و Energy Balance یا Heat Loss را معرفی می‌کند.
چرا راندمان دیگ بخار اهمیت دارد؟
دیگ بخار معمولاً یکی از مصرف‌کنندگان اصلی انرژی در واحدهای صنعتی است. بنابراین حتی تغییر نسبتاً کوچک در راندمان می‌تواند در مصرف سالانه سوخت تأثیر قابل توجهی داشته باشد.
افزایش راندمان بویلر می‌تواند باعث:
- کاهش مصرف گاز، گازوئیل یا سایر سوخت‌ها
- کاهش هزینه‌های بهره‌برداری
- کاهش اتلاف انرژی
- کاهش مقدار حرارت خارج‌شده از دودکش
- کاهش هزینه تولید هر واحد بخار
- کاهش انتشار آلاینده‌های ناشی از مصرف سوخت
- بهبود عملکرد کلی موتورخانه
شود. به همین دلیل هنگام خرید بویلر نباید فقط قیمت اولیه دستگاه را در نظر گرفت. مصرف سوخت و شرایطی که راندمان اعلام‌شده در آنها به دست آمده است نیز باید بررسی شود.
آیا راندمان اعلام‌شده برای بویلر همان راندمان واقعی است؟
خیر، لزوماً چنین نیست. راندمانی که سازنده برای یک دیگ بخار اعلام می‌کند معمولاً مربوط به شرایط مشخصی از آزمایش یا طراحی است. در زمان بهره‌برداری واقعی، شرایط ممکن است متفاوت باشد.
برای مثال:
- دیگ ممکن است همیشه در ظرفیت نامی کار نکند.
- مشعل ممکن است به‌درستی تنظیم نشده باشد.
- سطح انتقال حرارت ممکن است دچار رسوب شده باشد.
- دمای گازهای خروجی ممکن است افزایش پیدا کرده باشد.
- میزان هوای اضافی احتراق مناسب نباشد.
- عایق‌کاری دستگاه یا خطوط بخار دچار مشکل شده باشد.
- کیفیت آب مناسب نباشد.
- تخلیه آب دیگ بیش از مقدار مورد نیاز انجام شود.
بنابراین باید بین راندمان طراحی یا آزمایشگاهی و راندمان واقعی سیستم در محل بهره‌برداری تفاوت قائل شد.
انواع راندمان در دیگ بخار
در مباحث مربوط به بویلر، واژه راندمان ممکن است برای مفاهیم مختلفی استفاده شود. مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از:
۱. راندمان احتراق
راندمان احتراق نشان می‌دهد که سوخت تا چه اندازه به صورت مناسب و کامل در مشعل می‌سوزد. وجود مقدار نامناسب اکسیژن، مونوکسیدکربن یا سوخت نسوخته در گازهای خروجی می‌تواند نشان‌دهنده شرایط نامناسب احتراق باشد.
البته راندمان احتراق با راندمان کلی بویلر یکسان نیست؛ زیرا راندمان احتراق به تنهایی تمام تلفات حرارتی دیگ مانند اتلاف تشعشعی و همرفتی بدنه را در نظر نمی‌گیرد.
۲. راندمان انتقال حرارت
پس از احتراق سوخت، انرژی حرارتی باید از شعله و گازهای داغ به آب منتقل شود. وضعیت سطوح انتقال حرارت، طراحی بویلر، تعداد پاس‌های عبور گازهای احتراق، تمیزی سطوح و وجود یا عدم وجود رسوب می‌تواند بر این فرآیند تأثیر بگذارد.
۳. راندمان حرارتی بویلر
راندمان حرارتی بویلر مفهوم جامع‌تری است و در عمل مقدار انرژی مفیدی را که از انرژی ورودی سوخت به سیال کاری منتقل می‌شود، در برابر مجموع انرژی ورودی نشان می‌دهد.
در ارزیابی مهندسی، روش محاسبه و مبنای ارزش حرارتی سوخت باید مشخص باشد؛ زیرا استفاده از HHV یا LHV می‌تواند باعث تفاوت در عدد راندمان اعلام‌شده شود.
محاسبه راندمان بویلر
برای محاسبه راندمان دیگ بخار دو روش اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرد:
- روش مستقیم یا Input-Output
- روش غیرمستقیم یا Heat Loss / Energy Balance
روش مستقیم محاسبه راندمان
در روش مستقیم، انرژی مفید خروجی از بویلر با انرژی واردشده از طریق سوخت مقایسه می‌شود.
به صورت ساده:
راندمان = انرژی خروجی مفید ÷ انرژی ورودی سوخت × 100
برای یک دیگ بخار، محاسبه دقیق نیازمند اندازه‌گیری پارامترهایی مانند مقدار سوخت مصرفی، مقدار بخار تولیدی، شرایط بخار و آب تغذیه و ارزش حرارتی سوخت است. ASME PTC 4 نیز روش Input-Output را بر مبنای اندازه‌گیری مستقیم ورودی‌ها و خروجی‌های سیستم تعریف می‌کند.
در یک بیان ساده برای دیگ بخار:
η = [ṁsteam × (hsteam − hfeedwater)] ÷ [ṁfuel × HHV] × 100
که در آن:
- η = راندمان بویلر
- ṁsteam = دبی جرمی بخار
- hsteam = آنتالپی بخار
- hfeedwater = آنتالپی آب تغذیه
- ṁfuel = دبی جرمی سوخت
- HHV = ارزش حرارتی بالای سوخت
در محاسبات واقعی، جریان‌های جانبی مانند بلودان و سایر ورودی‌ها و خروجی‌های مؤثر نیز باید مطابق روش و مرزهای آزمون در نظر گرفته شوند.
مزیت روش مستقیم
مزیت اصلی این روش، سادگی مفهوم آن است؛ زیرا مستقیماً مقدار انرژی ورودی و خروجی را مقایسه می‌کند.
محدودیت روش مستقیم
این روش به تنهایی مشخص نمی‌کند که انرژی تلف‌شده دقیقاً از چه مسیری خارج شده است. برای پیدا کردن محل تلفات، روش غیرمستقیم اطلاعات بیشتری ارائه می‌دهد.
روش غیرمستقیم یا روش محاسبه بر اساس تلفات حرارتی
در روش غیرمستقیم، به جای اندازه‌گیری مستقیم انرژی مفید، تلفات مختلف سیستم محاسبه شده و از 100 درصد کسر می‌شوند.
به صورت ساده:
راندمان بویلر = 100 − مجموع تلفات
استاندارد ASME PTC 4 نیز روش Energy Balance را بر اساس رابطه بین انرژی ورودی، خروجی، تلفات و اعتبارهای حرارتی تعریف می‌کند.
مهم‌ترین تلفات قابل بررسی عبارت‌اند از:
- تلفات حرارتی گازهای خروجی
- تلفات ناشی از رطوبت موجود در سوخت و هوای احتراق
- تلفات ناشی از احتراق ناقص
- تلفات تشعشعی و همرفتی سطح دیگ
- تلفات ناشی از بلودان
- سایر تلفات و عدم تعادل‌های انرژی
مزیت مهم روش غیرمستقیم این است که علاوه بر تعیین راندمان، نشان می‌دهد چه مقدار انرژی و از چه مسیری در حال تلف شدن است.
مهم‌ترین عوامل مؤثر بر راندمان بویلر
۱. دمای گازهای خروجی از دودکش
یکی از مهم‌ترین مسیرهای اتلاف انرژی در بویلر، خروج انرژی حرارتی همراه با گازهای احتراق است. هرچه دمای گازهای خروجی بالاتر باشد، معمولاً انرژی بیشتری از طریق دودکش از سیستم خارج می‌شود و در نتیجه راندمان کاهش پیدا می‌کند. دمای دودکش و میزان هوای اضافی هر دو از پارامترهای مهم در ارزیابی راندمان هستند.
با این حال، نمی‌توان یک دمای ثابت را برای تمام بویلرها به عنوان دمای مطلوب یا حد استاندارد تعیین کرد. دمای مناسب به نوع سوخت، طراحی بویلر، شرایط احتراق، دمای آب، تجهیزات بازیافت حرارت و احتمال تشکیل میعانات و خوردگی بستگی دارد.
بنابراین کاهش دمای دودکش باید با توجه به طراحی واقعی سیستم انجام شود و صرفاً پایین آوردن این دما هدف مناسبی نیست.
۲. میزان هوای اضافی احتراق
برای احتراق کامل و پایدار، مقدار هوای ورودی به مشعل باید متناسب با نوع سوخت و شرایط کار تنظیم شود. اگر مقدار هوا بیش از نیاز باشد، بخش قابل توجهی از این هوا باید در کوره گرم شده و سپس از دودکش خارج شود. این موضوع باعث افزایش تلفات گازهای خروجی می‌شود.
از طرف دیگر، کاهش بیش از حد هوا نیز می‌تواند باعث احتراق ناقص، افزایش CO، ناپایداری شعله و باقی ماندن سوخت نسوخته شود.
بنابراین هدف، حذف هوای اضافی نیست؛ بلکه تنظیم آن در محدوده مناسب برای نوع سوخت، مشعل، بار و شرایط احتراق است. مطالعات مربوط به سیستم‌های گازسوز نیز نشان می‌دهند که هوای اضافی و دمای گاز خروجی از پارامترهای مهم مؤثر بر راندمان هستند.
۳. تنظیم مشعل
مشعل یکی از مهم‌ترین اجزای مؤثر بر عملکرد بویلر است. فشار و دبی سوخت، میزان هوای احتراق، کیفیت اختلاط سوخت و هوا، شکل شعله و نحوه تنظیم مشعل همگی بر عملکرد احتراق تأثیر دارند.
مشعل باید از نظر ظرفیت و محدوده کاری با دیگ بخار هماهنگ باشد. در صورتی که مشعل برای شرایط واقعی مصرف بخار مناسب نباشد، ممکن است دیگ با خاموش و روشن شدن‌های مکرر یا در شرایط نامناسب کار کند.
تنظیم صحیح مشعل علاوه بر کاهش مصرف سوخت، می‌تواند به کنترل دمای دودکش و کاهش تلفات ناشی از احتراق نامناسب کمک کند.
۴. ظرفیت و میزان بار دیگ بخار
راندمان بویلر در تمام نقاط کاری الزاماً یکسان نیست. در کارخانه یا مجموعه صنعتی ممکن است مصرف بخار در ساعات مختلف تغییر کند. اگر دیگ بخار برای بار بسیار بزرگ‌تر از نیاز واقعی انتخاب شده باشد، ممکن است در بسیاری از مواقع با بار پایین کار کند.
همچنین اگر مشعل قابلیت تنظیم مناسب ظرفیت را نداشته باشد، تغییرات مصرف بخار می‌تواند موجب افزایش دفعات روشن و خاموش شدن مشعل شود. بنابراین در انتخاب بویلر باید علاوه بر حداکثر مصرف بخار، الگوی واقعی مصرف، حداقل بار و تغییرات بار در طول زمان نیز بررسی شود.
۵. سطح حرارتی و طراحی بویلر
سطوح حرارتی دیگ بخار وظیفه انتقال انرژی گازهای داغ به آب را بر عهده دارند. طراحی مناسب سطح حرارتی و مسیر عبور گازها باعث استفاده بهتر از انرژی حرارتی می‌شود.
در بویلرهای مختلف، تعداد پاس‌های عبور گاز، شکل و سطح سطوح انتقال حرارت و سرعت عبور گازها می‌تواند متفاوت باشد. بنابراین نمی‌توان تنها بر اساس تعداد پاس، راندمان یک دیگ را تعیین کرد؛ بلکه کل طراحی حرارتی بویلر باید مورد بررسی قرار گیرد.
۶. رسوب روی سطوح انتقال حرارت
رسوب یکی از مشکلات مهمی است که می‌تواند به مرور زمان عملکرد حرارتی دیگ را کاهش دهد. وجود لایه رسوب روی سطوح انتقال حرارت باعث افزایش مقاومت حرارتی و کاهش انتقال حرارت از گازهای داغ به آب می‌شود.
در نتیجه ممکن است برای تولید مقدار مشخصی بخار، سوخت بیشتری مصرف شود و دمای گازهای خروجی نیز افزایش پیدا کند. به همین دلیل کیفیت آب تغذیه، سختی‌گیری، کنترل مواد محلول و سرویس دوره‌ای بویلر نقش مهمی در حفظ راندمان دارند.
۷. کیفیت آب تغذیه
کیفیت آب ورودی به دیگ بخار فقط موضوعی مربوط به عمر تجهیزات نیست، بلکه می‌تواند بر راندمان نیز اثر بگذارد.
آب نامناسب می‌تواند موجب:
- تشکیل رسوب
- خوردگی
- افزایش بلودان
- کاهش انتقال حرارت
- افزایش هزینه‌های بهره‌برداری
شود. به همین دلیل سیستم تصفیه و کنترل آب باید متناسب با نوع بویلر و شرایط کاری آن انتخاب شود.
۸. دمای آب تغذیه
هرچه آب تغذیه قبل از ورود به دیگ گرم‌تر باشد، انرژی کمتری برای رساندن آن به شرایط تولید بخار مورد نیاز خواهد بود. به همین دلیل استفاده صحیح از تجهیزات پیش‌گرمایش آب تغذیه و بازیافت حرارت می‌تواند در کاهش مصرف سوخت مؤثر باشد.
در سیستم‌های صنعتی، بسته به شرایط، ممکن است از تجهیزاتی مانند اکونومایزر برای بازیابی بخشی از انرژی گازهای خروجی استفاده شود.
۹. عایق‌کاری دیگ و خطوط بخار
بخشی از انرژی حرارتی دیگ، لوله‌های بخار، شیرآلات و سایر تجهیزات در اثر تشعشع و همرفت به محیط منتقل می‌شود. عایق‌کاری مناسب باعث کاهش این تلفات می‌شود.
هرچه سطح داغ بیشتری بدون عایق مناسب در معرض محیط باشد، مقدار انرژی تلف‌شده نیز بیشتر خواهد بود. بنابراین بررسی دوره‌ای وضعیت عایق بدنه دیگ، خطوط بخار و تجهیزات جانبی یکی از اقدامات ساده برای کاهش اتلاف انرژی است.
۱۰. بلودان و تخلیه آب دیگ
برای کنترل غلظت املاح و حفظ شرایط مناسب آب داخل دیگ، بخشی از آب باید به صورت کنترل‌شده تخلیه شود. اما آب تخلیه‌شده دارای دمای بالا و در نتیجه دارای انرژی حرارتی است.
اگر بلودان بیشتر از مقدار مورد نیاز انجام شود، انرژی و آب بیشتری از سیستم خارج خواهد شد. از طرف دیگر، کاهش بیش از حد بلودان نیز می‌تواند باعث افزایش غلظت املاح و ایجاد رسوب و مشکلات عملیاتی شود.
بنابراین مقدار بلودان باید بر اساس کیفیت آب و شرایط واقعی بهره‌برداری تعیین شود.
۱۱. نوع و ترکیب سوخت
نوع سوخت نیز در محاسبه و عملکرد بویلر اهمیت دارد. سوخت‌های مختلف دارای ارزش حرارتی و ترکیب شیمیایی متفاوتی هستند و این موضوع بر مقدار هوای مورد نیاز برای احتراق و ویژگی گازهای خروجی تأثیر می‌گذارد.
همچنین در مقایسه راندمان دو بویلر باید مشخص شود که راندمان بر مبنای ارزش حرارتی بالاتر (HHV) یا ارزش حرارتی پایین‌تر (LHV) گزارش شده است؛ زیرا این دو مبنا می‌توانند اعداد متفاوتی ایجاد کنند.
۱۲. دمای هوای احتراق و شرایط محیطی
دمای و شرایط هوای ورودی به مشعل می‌تواند بر فرآیند احتراق و مقدار انرژی مورد نیاز برای گرم کردن گازهای احتراق اثر بگذارد. همچنین در مناطق مرتفع، فشار و چگالی هوای محیط کاهش پیدا می‌کند. در نتیجه مقدار اکسیژن موجود در واحد حجم هوا کاهش می‌یابد، هرچند درصد حجمی اکسیژن موجود در هوای خشک تقریباً ثابت باقی می‌ماند.
به همین دلیل مشعل و سیستم احتراق بویلرهایی که در ارتفاعات کار می‌کنند باید متناسب با شرایط محل انتخاب و تنظیم شوند. در طراحی و تنظیم بویلر برای ارتفاعات، مواردی مانند ظرفیت فن، دبی حجمی هوا، فشار هوای احتراق و ظرفیت واقعی مشعل باید مورد توجه قرار گیرد.
تلفات حرارتی اصلی در بویلر
برای بررسی راندمان یک دیگ بخار باید مسیرهای مختلف اتلاف انرژی را شناخت. مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از:
تلفات دودکش
انرژی موجود در گازهای داغ که از دودکش خارج می‌شوند.
تلفات تشعشعی و همرفتی
انرژی‌ای که از سطح بدنه، درها، اتصالات و سایر قسمت‌های داغ بویلر به محیط منتقل می‌شود.
تلفات احتراق ناقص
انرژی ناشی از باقی ماندن بخشی از سوخت به دلیل احتراق ناقص یا تشکیل ترکیباتی مانند CO.
تلفات ناشی از رطوبت
بسته به نوع سوخت و شرایط احتراق، انرژی لازم برای گرم کردن و تبخیر رطوبت موجود در سوخت و محصولات احتراق می‌تواند بخشی از تلفات را تشکیل دهد.
تلفات بلودان
انرژی موجود در آب داغی که برای کنترل کیفیت آب از دیگ خارج می‌شود. در روش غیرمستقیم، این تلفات اندازه‌گیری یا محاسبه شده و در تعیین راندمان مورد استفاده قرار می‌گیرند.
رابطه راندمان بویلر و مصرف سوخت
هرچه راندمان دیگ بخار بالاتر باشد، برای تولید مقدار مشخصی بخار، انرژی کمتری از سوخت تلف می‌شود. اما این موضوع به این معنا نیست که تنها با افزایش راندمان اسمی بویلر می‌توان مصرف سوخت را کاهش داد.
برای مثال اگر یک دیگ دارای راندمان مناسب باشد ولی:
- مشعل به‌درستی تنظیم نشده باشد،
- سطح حرارتی رسوب گرفته باشد،
- دمای دودکش افزایش یافته باشد،
- عایق‌کاری نامناسب باشد،
- آب تغذیه شرایط مناسبی نداشته باشد،
- یا دیگ با بار نامناسب کار کند،
مصرف سوخت واقعی می‌تواند بیشتر از مقدار مورد انتظار باشد.
بنابراین راندمان واقعی یک سیستم نتیجه عملکرد مجموعه دیگ، مشعل، تجهیزات جانبی و نحوه بهره‌برداری است.
چگونه راندمان بویلر را افزایش دهیم؟
برای افزایش راندمان و کاهش مصرف سوخت، می‌توان اقدامات زیر را بررسی کرد:
- تنظیم صحیح مشعل و نسبت هوا به سوخت
- کنترل دمای گازهای خروجی
- جلوگیری از ورود هوای اضافی بیش از نیاز
- جلوگیری از تشکیل رسوب روی سطوح انتقال حرارت
- کنترل کیفیت آب تغذیه
- تنظیم صحیح میزان بلودان
- عایق‌کاری مناسب دیگ و خطوط بخار
- استفاده مناسب از گرمای گازهای خروجی
- پیش‌گرمایش آب تغذیه در صورت توجیه فنی و اقتصادی
- انتخاب صحیح ظرفیت بویلر نسبت به مصرف واقعی
- جلوگیری از خاموش و روشن شدن‌های غیرضروری مشعل
- سرویس و تنظیم دوره‌ای مشعل و تجهیزات کنترلی
- بررسی دوره‌ای دمای دودکش و پارامترهای احتراق
- اندازه‌گیری دوره‌ای راندمان به جای اتکا به مقدار راندمان اولیه دستگاه
آیا افزایش راندمان همیشه به معنی کاهش بیشتر دمای دودکش است؟
خیر. اگرچه افزایش دمای گازهای خروجی معمولاً به معنی افزایش تلفات دودکش است، اما نمی‌توان بدون توجه به طراحی سیستم، دمای دودکش را تا حد ممکن پایین آورد.
کاهش بیش از اندازه دمای گاز خروجی می‌تواند در برخی سیستم‌ها باعث رسیدن سطوح مسیر دود به نقطه شبنم و ایجاد میعانات و خوردگی شود. این موضوع به نوع سوخت، ترکیب گازهای احتراق و طراحی بویلر و دودکش وابسته است.
بنابراین هدف، رسیدن به شرایط حرارتی بهینه و متناسب با طراحی سیستم است، نه صرفاً پایین آوردن عدد دمای دودکش.
تفاوت راندمان اسمی و راندمان عملیاتی
یکی از نکات مهم در ارزیابی بویلر این است که راندمان دستگاه در شرایط واقعی بهره‌برداری بررسی شود. ممکن است یک دیگ بخار در شرایط تست کارخانه عملکرد مشخصی داشته باشد، اما پس از نصب در موتورخانه به دلایل مختلف راندمان متفاوتی نشان دهد.
عوامل مؤثر بر این اختلاف می‌توانند شامل موارد زیر باشند:
- شرایط واقعی بار
- نوع سوخت
- وضعیت مشعل
- کیفیت آب
- میزان رسوب
- دمای آب تغذیه
- دمای محیط
- وضعیت عایق‌کاری
- دمای گاز خروجی
- تنظیمات کنترل احتراق
- نحوه بهره‌برداری
بنابراین هنگام مقایسه دو بویلر، باید شرایط اندازه‌گیری راندمان آنها نیز مقایسه شود.
نکات مهم هنگام خرید دیگ بخار از نظر راندمان
اگر قصد خرید دیگ بخار دارید، بهتر است صرفاً به عددی که به عنوان «راندمان» در کاتالوگ نوشته شده است اکتفا نکنید.
چند سؤال مهم عبارت‌اند از:
- راندمان بر چه مبنایی محاسبه شده است؟
- HHV یا LHV؟
- در چه ظرفیت یا درصد باری اندازه‌گیری شده است؟
- نوع سوخت چه بوده است؟
- دمای آب تغذیه چقدر بوده است؟
- دمای گازهای خروجی چقدر بوده است؟
- شرایط احتراق و میزان اکسیژن چگونه بوده است؟
- راندمان مربوط به خود بویلر است یا کل سیستم؟
- آیا تجهیزات بازیافت حرارت در محاسبه لحاظ شده‌اند؟
- آیا عدد اعلام‌شده مربوط به شرایط تست است یا عملکرد واقعی مورد انتظار در محل؟
پاسخ به این سؤالات باعث می‌شود مقایسه بین بویلرهای مختلف دقیق‌تر انجام شود.
محاسبات راندمان بویلر بر اساس اصول احتراق
برای بررسی دقیق‌تر راندمان، آشنایی با اصول احتراق نیز اهمیت دارد.
سوخت برای سوختن به اکسیژن نیاز دارد. در یک احتراق ایده‌آل، مقدار اکسیژن مورد نیاز بر اساس ترکیب شیمیایی سوخت تعیین می‌شود.
هوای احتراق نیز فقط شامل اکسیژن نیست و بخش عمده آن را نیتروژن تشکیل می‌دهد. بنابراین در فرآیند احتراق، مقدار قابل توجهی گاز همراه محصولات احتراق از کوره خارج می‌شود.
در شرایط واقعی، مقدار مشخصی هوای اضافی نیز برای اطمینان از احتراق مناسب وارد سیستم می‌شود. مقدار این هوای اضافی باید کنترل شود؛ زیرا افزایش بیش از حد آن باعث افزایش جرم گازهایی می‌شود که باید گرم شده و از دودکش خارج شوند.
از طرف دیگر، کمبود هوا می‌تواند باعث احتراق ناقص و افزایش CO و سوخت نسوخته شود.
بنابراین یکی از اهداف اصلی تنظیم مشعل، ایجاد تعادل مناسب میان احتراق کامل، پایداری شعله، الزامات آلایندگی و حداقل تلفات حرارتی است.
اندازه‌گیری اکسیژن و گازهای خروجی
یکی از روش‌های رایج برای بررسی وضعیت احتراق، اندازه‌گیری ترکیبات گازهای خروجی از دودکش است.
پارامترهایی مانند:
- O₂
- CO
- CO₂
- دمای گازهای خروجی
می‌توانند اطلاعات مفیدی درباره وضعیت احتراق و تلفات دودکش ارائه دهند.
البته یک مقدار مشخص O₂ را نمی‌توان بدون توجه به نوع سوخت، نوع مشعل و شرایط کاری برای همه بویلرها به عنوان مقدار بهینه تعیین کرد.
مقدار مناسب باید بر اساس مشخصات مشعل، سوخت، بار کاری و الزامات احتراق تعیین شود.
تأثیر بار کم و سیکل کوتاه بر راندمان بویلر
راندمان بویلر در تمام شرایط بهره‌برداری یکسان نیست و در بارهای پایین می‌تواند کاهش پیدا کند. بخشی از اتلاف‌های حرارتی مانند اتلاف تشعشعی، در مقایسه با انرژی ورودی، در زمان کارکرد با بار کمتر سهم بیشتری پیدا می‌کنند. به همین دلیل، کارکرد مداوم بویلر در ظرفیت بسیار پایین می‌تواند باعث افزایش نسبی تلفات و کاهش راندمان شود.
سیکل کوتاه نیز می‌تواند این وضعیت را تشدید کند. در صورتی که ظرفیت بویلر نسبت به بار مصرفی بیش از حد بزرگ باشد، مشعل در فاصله‌های کوتاه به‌طور مکرر روشن و خاموش می‌شود. هر بار راه‌اندازی بویلر و انجام مراحل پیش‌پرج و پس‌پرج می‌تواند با مقداری اتلاف انرژی همراه باشد و در نتیجه، تکرار زیاد این چرخه بر مصرف سوخت و راندمان کلی سیستم تأثیر می‌گذارد.
بنابراین برای دستیابی به راندمان مناسب، ظرفیت بویلر باید متناسب با بار واقعی و الگوی مصرف انتخاب شود. در مجموعه‌هایی که بار مصرفی در طول زمان تغییرات زیادی دارد، استفاده از چند بویلر با ظرفیت‌های مناسب می‌تواند امکان تطبیق بهتر ظرفیت تولید با میزان مصرف را فراهم کند.
راندمان بویلر و استاندارد ASME PTC 4
یکی از استانداردهای شناخته‌شده برای آزمون عملکرد مولدهای بخار، ASME PTC 4 است.
این استاندارد دو رویکرد اصلی را برای تعیین راندمان معرفی می‌کند:
روش Input-Output
در این روش انرژی ورودی و انرژی خروجی اندازه‌گیری و با یکدیگر مقایسه می‌شوند.
روش Energy Balance یا Heat Loss
در این روش انرژی ورودی با خروجی‌ها و تلفات سیستم مقایسه می‌شود و راندمان بر اساس تلفات محاسبه می‌شود.
در هر دو روش، کیفیت و دقت اندازه‌گیری پارامترها اهمیت زیادی دارد. بنابراین یک عدد راندمان بدون مشخص بودن روش اندازه‌گیری، شرایط تست و مبنای محاسبه، اطلاعات کاملی درباره عملکرد واقعی بویلر ارائه نمی‌کند.
جمع‌بندی
راندمان بویلر یکی از مهم‌ترین شاخص‌های عملکرد دیگ بخار است، اما نمی‌توان آن را فقط به یک عدد درج‌شده در کاتالوگ محدود کرد.
راندمان واقعی نتیجه عملکرد مجموعه‌ای از عوامل شامل طراحی دیگ، مشعل، نوع سوخت، میزان هوای احتراق، دمای گازهای خروجی، سطح انتقال حرارت، کیفیت آب، میزان بلودان، عایق‌کاری، بار کاری و نحوه بهره‌برداری است.
برای محاسبه راندمان نیز دو روش اصلی مستقیم و غیرمستقیم وجود دارد. روش مستقیم، انرژی مفید خروجی را با انرژی ورودی مقایسه می‌کند؛ در حالی که روش غیرمستقیم با شناسایی و محاسبه تلفات مختلف، مقدار راندمان را تعیین می‌کند.
در نهایت، برای کاهش مصرف سوخت و افزایش راندمان بویلر، باید به جای تمرکز بر یک عامل، کل سیستم تولید و مصرف بخار مورد بررسی قرار گیرد. تنظیم صحیح مشعل، کنترل هوای احتراق، جلوگیری از رسوب، حفظ کیفیت آب، کاهش تلفات حرارتی و بهره‌برداری متناسب با نیاز واقعی، از مهم‌ترین اقداماتی هستند که می‌توانند عملکرد اقتصادی و حرارتی دیگ بخار را بهبود دهند.
برای دریافت قیمت و خرید دیگ بخار با شماره 09388037440 تماس بگیرید.
