تاثیر انتخاب مناسب تجهیزات بخار در کارایی بیشتر

بررسی مجدد پروژه‌های اجرا شده و تاسیسات و تجهیزات بکار‌ رفته در پروژه‌ها حاكی از آن است كه ظرفیت اکثر تجهیزات بکار رفته بیش از حد نیاز انتخاب شده است.

وجود ارتباط مستقیم بین حق‌الزحمه طراحی و هزینه اجرای طرح، از حساسیت در انتخاب ظرفیت‌های دقیق و بهینه می‌كاهد و در مراحل طراحی معمولاً ظرفیت‌ها Over Design انتخاب می‌شوند و هم در مراحل تداركاتی نیز از ظرفیت‌های بالاتر استفاده می‌شود.

بنابراین چنانچه ارتباط مستقیم بین حق‌الزحمه و هزینه اجرا قطع شود این معضل تا حد زیادی مرتفع خواهد شد. انتخاب تجهیزات دیگ بخار به عنوان یک چالش اساسی برای مهندسان در نظر گرفته می شود.

طراحی و انتخاب تجهیزات دیگ بخار

در طراحی و انتخاب سیستم‌ها و تجهیزات دیگ بخار لازم است موارد زیر مد نظر قرار گیرد:

• بررسی دقیق نیاز با توجه به كاربری فضای مورد نیاز
• تعیین محدوده آسایش با توجه به شرایط خاص اقلیمی
• در صورت امكان، منطقه‌بندی حرارتی (زون بندی)
• جلوگیری از گرم شدن فضاهای ناخواسته
• خاموش نمودن تجهیزات انرژی بر، در زمان‌های تعطیلی كار

یکی از موارد عمده اتلاف انرژی صنایع (بخصوص در صنایع غذایی) در قسمت بویلرها می‌باشد که بهترین راه برای کاهش اتلاف، استفاده از اکونومایزر است.

در اینجا سعی بر آن است که نوع جدیدی از اکونومایزر را معرفی کنیم دود خروجی از دودکش بویلر، معمولاً دمای بین 220 تا 350 درجه سانتیگراد را دارد.

هر 13 درجه کاهش دمای دود خروجی معادل 1 درصد افزایش راندمان بویلر و کاهش مصرف سوخت است، لذا با در نظر گرفتن یک اکونومایزر که انرژی دود خروجی را صرف پیش‌گرم کردن آب ورودی به بویلر می‌نماید، مقداری از انرژی تلف شده را کاهش خواهد داد.

اکونومایزرهای معمول از یک دسته لوله فین‌دار تشکیل شده که آب ورودی بویلر، داخل لوله حرکت کرده و دود داغ در اطراف لوله‌ها حرکت می‌کند. ولی در نوع جدید اکونومایزر (سوپرمایزر) قطرات آب با دود داغ در تماس مستقیم قرار می‌گیرد.

در روش قدیمی ‌ضریب انتقال حرارت بین Btu/ft2hroF 15-10 بوده ولی در روش جدید ضریب انتقال حرارت به Btu/ft2hroF 1000-800 افزایش می‌یابد. این ویژگی انتقال حرارت باعث می‌شود که:

• اندازه دستگاه بسیار کاهش یابد
• میزان حرارتی که از دود جذب می‌شود به میزان زیادی افزایش یابد

طراحی و انتخاب تجهیزات دیگ بخار

دستگاه‌های سوپرمایزر

یکی از تجهیزات دیگ بخار دستگاه‌های سوپرمایزر می باشد که در دو نوع ارائه می‌شود. نوع اول برای دود‌های ناشی از سوخت سنگین مانند مازوت که دوده به همراه دارند، استفاده می‌شود.

این نوع سوپرمایزر مجهز به سیکلون برای جداکردن ذرات معلق جامد می‌باشد و نوع دوم که برای دود ناشی از سوخت‌های سبک (گاز طبیعی) است که انتقال حرارت بر روی پکینگ انجام می‌شود.
با استفاده از سوپرمایزر، افزایش راندمان حدود 20 تا 25 درصد حاصل می‌شود که اگر به تعداد بویلر‌های در حال کار در ایران (حدود 20000 دستگاه) اشاره گردد و نیز با توجه به این که هر سال 1000 دستگاه بویلر جدید به آنها اضافه می‌شود، لذا میزان صرفه‌جویی انرژی مشخص خواهد گردید.

از طرف دیگر با توجه به این که دود خروجی از سوپرمایزر حدود 40 تا 50 درجه سانتیگراد دما دارد، در مقایسه با روش قدیمی‌که حدود 200-150 درجه سانتیگراد دما داشت، برای محیط زیست کمترین آسیب را بهمراه دارد.

لزوم ارتباط تنگاتنگ بین مهندسین طراح سیستم سوخت و سازندگان مولدهای انرژی حرارتی در صنعت تجهیزات حرارتی را می‌باید بر اساس نیازهای فرآیندی طراحی ساخت و اطمینان حاصل کرد که اجزا مجموعه حرارتی مانند مشعل، کوره و وسایل ‌اندازه‌گیری و کنترل با نیازهای فرآیند منطبق و با یکدیگر سازگار باشند.

بررسی‌های کارگروه نشان می‌دهد که روال‌های رایج در ایران در ساخت و تامین تجهیزات حرارتی با این اصول انطباق نداشته و ناهماهنگی و ناسازگاری بین سیستم سوخت، کوره یا دیگ و تجهیزات کنترلی سبب می‌گردد که فرآیند‌های تولید با اختلال‌های جدی همراه گردیده و صنایع کشور با خسارت‌های قابل توجهی روبرو باشند.

مهمترین ‌موارد عدم تناسب بین سیستم‌ سوخت ‌و ‌كنترل و كوره یا دیگ

مهمترین ‌موارد عدم تناسب بین سیستم‌ سوخت ‌و ‌كنترل و كوره یا دیگ در موارد ذیل می‌باشند.

1- ظرفیت حرارتی

اگر چه شاید منظور نمودن ظرفیت حرارتی و میزان آن عمل ساده‌ای بنظر برسد ولی متاسفانه بدلیل منظور نشدن ضریب اطمینان مناسب، در نظر نگرفتن اثر ارتفاع بر ظرفیت حرارتی و كاهش ظرفیت حرارتی بر اثر محیط مورد نیاز در محفظه احتراق (اكسیدی یا احیایی) و تأثیرگذاری كاهش فشار هوای احتراق بر ظرفیت حرارتی، عملاً ظرفیت حرارتی واقعی با كوره هماهنگی ندارد.

2- دامنه تنظیم

دامنه تنظیم نقش بزرگی در گرم كردن اولیه مولد انرژی حرارتی (بخصوص كوره‌ها) و طی كردن منحنی حرارتی موردنظر و حرارت‌دهی در فرآیند را دارد، ضمن اینكه در كاهش میزان انرژی مصرفی هم نقش قابل ملاحظه‌ای دارد.

3- ابعاد شعله

عدم انطباق ابعاد شعله با كوره یا دیگ موجب آسیب‌دیدگی آن می‌گردد (از جمله در دیگ‌ها موجب سوختن انتهای دیگ و یا اطراف مشعل می‌گردد)، ضمن اینكه در مواردی می‌تواند موجب آسیب‌دیدگی مواد تولیدی گردد (مثلاً در كوره‌های ذوب آلومینیوم موجب سوختن آلومینیوم می‌گردد).

4- مسیر حركت محصولات احتراق

مناسب نبودن مسیر حرکت محصولات احتراق علاوه بر ایجاد نكردن یكنواختی حرارتی مورد نظر موجب افزایش مصرف سوخت می‌شود، در سیستم‌های حرارتی مدرن انتخاب مسیر مناسب برای محصولات احتراق نقش حیاتی دارد.

5- كنترل و ایمنی

روش كنترل حجم شعله ارتباط تنگاتنگی با فرآیند دارد یعنی كنترل حجم شعله و در نهایت ظرفیت حرارتی مشعل باید هماهنگ با فرآیند باشد.

اینكه شعله بصورت تدریجی (Modulating) دو مرحله‌ای (two-stage) و یا خاموش- روشن (ON-OFF) كنترل شود، بستگی به كوره، فرآیند و نوع تولید دارد.

چنانچه این روش بدرستی انتخاب نشود موجب اختلال در تولید و افزایش میزان سوخت مصرفی می‌گردد، ضمن اینكه سیستم ایمنی بكارگیری شده ارتباط تنگاتنگی با كوره و درجه حرارت‌ كاری آن دارد.

6- نوع مشعل

انتخاب نوع مشعل و هماهنگی آن با فرآیند حرارتی موردنظر روزبروز اهمیت بیشتری پیدا می‌كند و بكارگیری موثر حرارت در داخل كوره بستگی مستقیم به نوع مشعل دارد:

اینكه مشعل انتخابی سرعت متوسط، سرعت بالا، شعله مسطح، تشعشعی و شعله متغیر باشد یك انتخاب حیاتی و فوق‌العاده تخصصی می‌باشد و نتیجه بكارگیری هر یك بجای دیگری می‌تواند اثر متضاد داشته باشد

چند عارضه ناشی از عدم تناسب:

• افزایش میزان سوخت مصرفی
• بدست نیامدن یكنواختی حرارتی مورد نظ
• عدم امكان طی كردن منحنی حرارتی مورد ‌نیاز
• آسیب‌دیدن گرماسازها بدلیل تمركز و یا افزایش حرارت در برخی نقاط
• عدم امكان دستیابی به سقف تولید مورد نظر بدلیل كمبود انرژی حرارتی
• افزایش سیكل تعمیراتی گرماسازها كه موجب افزایش هزینه عملیاتی و كاهش تولید می‌گردد

مثال از چند مورد عارضه مشاهده شده و روش اصلاح

افزایش درجه حرارت سقف و ورودی به دودكش و میزان مصرف سوخت: همچنین زیاد شدن میزان سرباره در كوره ذوب آلومینیوم (درجه حرارت سقف oC1200، درجه حرارت ورودی به دودكش oC1250).

مشكلات بالا با جابجایی مشعل تا حد زیادی برطرف شد و درجه حرارت سقف به oC1050، درجه حرارت، ورودی به دودكش oC850 رسید. 20 درصد از میزان سوخت صرفه‌جویی شد.

ضمن اینكه از سرباره كاسته شد. (مشعل بجای روبروی دودكش قرار گیرد، در كنار دودكش قرار گرفت و حركت سیال بجای خط مستقیم به حالت نعل اسبی درآمد).

درجه حرارت انتهای دیگ بخار (ورودی به مسیر دوم) شدیداً بالا می‌رفت و موجب باز شدن اتصال لوله به صفحه می‌شد، با تعویض مشعل و کاهش طول شعله آن (البته طبعاً قطر شعله قدری بزرگتر شد) این مشكل رفع شد.

افزایش شدید درجه حرارت سوپرهیتر

افزایش شدید درجه حرارت سوپرهیتر و ورودی دودكش بشكلی كه حتی موجب تاب برداشتن پره‌های مكنده می‌گردید، چون طول شعله مشعل با ابعاد دیگ هماهنگی نداشته در حالیكه در دیگ‌های Water-tube این هماهنگی حیاتی است.

با تعویض مشعل و انتخاب مشعلی هماهنگ با دیگ (مشعل شعله متغیر)، این مشكل حل شد.

افزایش درجه حرارت سوپر هیتر

عدم امكان طی منحنی حرارت با مشعل‌های روشن (بخصوص در درجه حرارت پایین) دلیل دامنه تنظیم محدود مشعل‌ها و شعله كوتاهی كه بیش از ظرفیت حرارتی مورد نیاز در درجه حرارت پایین می‌باشد.

عدم امكان رعایت منحنی حرارتی در تنش‌گیری مخزن كروی گاز مایع با مشعل گازوئیل‌سوز و افزایش درجه حرارت بالای مخزن به شكلی كه اختلاف دما بین پایین و بالای مخزن بجای oC20، oC150 می‌رسید. با تعویض و استفاده از مشعل Excess air super velocity مشكل حل شد و اختلاف به oC10 رسید.

راه حل مشكل

همانطوری كه چند مورد مثال زده شد ادامه روند موجود موجب بروز مشكلات بسیار بزرگ گردیده و شاید بدرستی بتوان گفت كه این روند یكی از مهمترین موانع در افزایش ظرفیت تولید صنایع و جوابگویی صحیح طرح‌های توسعه بشمار می‌آید.

لازمه اولیه برای رفع مشكل هماهنگی و همیاری طراح فرآیند، طراح و سازنده كوره، طراح مشعل و سیستم سوخت و کنترل می‌باشد (بخصوص طراح و سازنده كوره و طراح مشعل و سیستم سوخت و کنترل).

در دنیای امروز این هماهنگی و همیاری نقش حیاتی بخود گرفته و با یك بررسی اجمالی بسادگی می‌توان پی ‌برد كه هر سازنده معتبری در دنیا در كنار خود سازنده‌ای از مشعل و سیستم سوخت را دارد.

مثلاً شركت LO1 آلمان در كنار LBE و یا Reithammer در كنار Kromschroder و یا Babcock در كنار Peabody (اگرچه در مواردی شاید مشاهده شود كه مشعل بر‌چسب سازنده كوره را دارد ولی این امر ناشی از توافق دو سازنده كوره و مشعل می‌باشد).

اگرچه شاید بنظر برسد كه هماهنگی و همیاری مشكلاتی را برای دو طرف در بر داشته و محدودیت‌هایی را موجب شود ولی این موانع جزئی در مقایسه با عوارض و خسارات غیرقابل باوری كه امروزه با آن روبرو هستیم بسیار ناچیز بوده ضمن اینكه تنها راه بهینه‌سازی مصرف سوخت در صنایع همكاری تنگاتنگ سازنده‌ گرماساز و مشعل ‌و‌ سیستم سوخت‌ (‌یا حداقل مهندس بهره‌برداری از سوخت) می‌باشد.

عقب‌ماندگی تجهیزات از فن‌آوری روز

معضل دیگر موجود در صنایع عقب‌ماندگی قطعات از فن‌آوری روز است در این رابطه به یكی از مشكلات مشترك موجود در تامین گرمایش فضاهای صنعتی اشاره می‌شود. انتقال حرارت براساس سه روش هدایت و جابجایی و تابش انجام می‌گیرد.

روش رایج در كشور ما برای تامین گرمایش عمدتاً استفاده از روش جابجایی هوای گرم است در حالیكه به خصوص در فضاهای بزرگ و با ارتفاع زیاد نظیر سالن‌های صنعتی، استفاده از روش جابجایی هوای گرم با اتلاف انرژی زیادی همراه است.

فن‌آوری پیشرفته‌ای حدود 25 سال است كه در اروپا و آمریكا رایج گردیده و نتایج بسیار مطلوب بهمراه داشته است، این روش بر اساس گرمایش تابشی استوار است.

ورود این تكنولوژی به ایران در طی چند سال اخیر نتایج بسیار مثبتی از جمله در مواردی كاهش سوخت تا میزان 50% و كاهش مصرف برق گرمایش تا میزان 90% را در بر داشته است.

پیشنهاد می‌گردد مدیران محترم صنایع و كارشناسان و مدیران انرژی، برای انتخاب سیستم‌های گرمایش فضاهای موردنظر خود، این فن‌آوری را نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند.

مقاله مرتبط:

بهینه سازی دیگ بخار