راندمان بویلر ها - پاک فن بخار
پاک فن بخار - تاسیسات مکانیکی - تجهیز ساختمان
انواع دیگ بخار
۲۹/۱۰/۱۳۹۷
لوله بویلر آتشخار
لوله آتشخوار بویلر بخار
۳۰/۱۰/۱۳۹۷

راندمان بویلر

راندمان بویلر .بخش اعظم انرژی مصرفی در اغلب صنایع انرژی سوخت مصرفی در کوره ها و بویلر های  بخار می باشد. با افزایش بازده و کاهش هوای اضافی در کوره ها و بویلرهای  بخار بخش عمده ای از انرژی که همراه گاز داغ از این دستگاه ها خارج می شود بازیافت شده و هزینه های مصرفی سوخت را به طور چشم گیری کاهش می دهد. در این مقاله جنبه های تئوری، فنی و عملی اجرای سیستم کنترل خودکار میزان هوای اضافی مورد بحث قرار گرفته و پس از تعیین نیازمندی های اجرای آن تحلیل اقتصادی آن نیز ارائه گردیده است. اجرای این سیستم نه تنها سهولت راهبری تجهیزات را فراهم می نماید بلکه باعث کاهش قابل توجه مصرف انرژی و کاهش انتشار آلاینده ها می شود. جالب توجه است هزینه های مورد نیاز در کمتر از ۶ماه با صرفه جویی ایجاد شده در سوخت مصرفی بازیافت می شود.

افزایش  راندمان بویلر  بخار:

پدیده گرمایش زمین و مشکلات ایجاد شده ناشی از آن و نیز افزایش قیمت انواع سوخت در طی دهه های اخیر بحرانهای اقتصادی را در سراسر جهان ایجاد نموده که در کشور ما نیز در صنایع و یا حتی در زندگی آحاد مردم جنبه های مختلفی از این بحران را شاهد هستیم. کاهش ایجاد گازهای گلخانه ای با راهگارهای مختلفی از قبیل استفاده از انرژی های غیرفسیلی و نو و افزایش بازده تجهیزات مصرف کننده انرژی های فسیلی در دستور کار اغلب کشورهای صنعتی قرار گرفته که پیمان کیوتو یکی از این موارد می باشد. از سوی دیگر افزایش شدید قیمت انرژی های فسیلی رویکرد تغییر منابع تامین انرژی به سوی انرژی های سبز یا انرژی های پاک نظیر انرژی خورشیدی ، برق آبی ، زمین گرمایی ، باد و … را تحمیل نموده است. علی رغم این تغییرات ، هزینه های مورد نیاز جهت استفاده از انر|ی های نو ، استفاده از انرژی های فسیلی را در راس تامین مصارف در اغلب کشورها قرار داده است. لیکن افزایش بازده استفاده از انرژی های فسیلی راهکاری است که در این مقاله مورد بحث قرار می گیرد.

افزایش بازده در کوره ها و بویلر های بخار با روشهای مختلفی انجام می شود که موارد زیر از آن جمله می باشند.

  1. استفاده از پیشگرم کن هوا یا اکونومایزر (economizer)

  2. استفاده از مشعلهای دو و یا چند مرحله ای با بازده بالا و هوای اضافی مورد نیاز پایین

  3. بازگردان گاز دودکش به ورودی کوره بویلر بخار با مشعلهای مخصوص

  4. کنترل هوای اضافی در محفظه احتراف

  5. در بویلر های بخار پایین آوردن املاح آب جبرانی با بالا بردن سیکل تغلیظ به نحو قابل توجهی حجم مواد شیمیایی مصرفی و میزان تخلیه را کاهش می دهد.

یکی از موثرترین و اساسی ترین روشها جهت افزایش بازده بند ۴ یا کاهش میزان هوای اضافی می باشد. جهت تعییرن میزان بازده کوره ها و بویلرهای  بخار دو روش مستقیم (با استفاده موازنه انرژی روی دو بخش مصرف کننده و تامین کننده انرژی) و غیر مستقیم ( با استفاده از میزان اکسیژن باقی مانده و دمای گاز دودکش ) معمول می باشد. روش محاسبه مستقیم بازده زمانبر و به علت خطاهای ممکن دارای دقت پایینی است . در در روش غیر مستقیم نیز که توسط دستگاه های قابل حمل orsat test  انجام می شود مبنای محاسباتی مشخص نمی باشد.

در این مقاله با انجام موازنه انرژی روی دو بخش مصرف کننده و تامین کننده انرژی و حدف پارامترهای معلوم معادله نهایی تعیین بازده مشخص شده و به صورت تابعی از میزان اکسیژن باقی مانده و دمای گاز دودکش رسم شده است. این نمودار با داده های عملی و نیز داده های دستگاه مقایسه شده که انطباق بسیار خوبی را نشان می دهد . از داده های بدست آمده از این نمودار مبانی طراحی پروژه DCS  بویلرهای  بخار پالایشگاه آبادان ارزیابی و بررسی اقتصادی گردیده و توجیه فنی آن تهیه گردید که در حال حاضر مراحل نهایی نصب و تست آنها در دست اقدام می باشد.

راندمان دیگ بخار

در این مطالعه درباره چگونگی دخیر انرژی بویلر بخار و راه های افزایش بازده آن بحث می کنیم به خصوص  تاثیر کیفیت آب خوراک ، درصد هوای اضافی و دمای دودکش را بر روی بازده بویلر بخار در نظر خواهیم گرفت. نکته حائز اهمیت در کنترل خودکار احتراق در کوره ها و بویلر های بخار با کنترل هوای اضافی در نظر گرفتن سیستم تقدم تاخر جهت جلوگیری از وارد آوردن آسیبهای جدی به کوره در زمان افزایش و کاهش بار ناشی از سوختن ناقص در کوره و انجام پس سوزی در دودکش می باشد.  نحوه عملکرد این سیستم به گونه ای است که در زمان افزایش بار حرارتی ابتدا دبی هوای محفظه احتراق زیاد شده و سپس سوخت افزایش می باد و برعکس در زمان کاهش بار حرارتی کوره ابتدا دبی گاز کاهش یافته و سپس دبی هوای محفظه احتراق کمی می شود. با این کار از هر گونه احتمال سوختن ناقص که پس سوزی در دودکش و آسیب جدی به آن را به همراه  دارد جلوگیری خواهد شد. لازم به ذکر است جهت اجتناب از پس سوزی در کوره هایی که سیستم کنترل هوای اضافی را ندارند اغلب میزان هوای اضافی به میزان قابل توجهی بالا گرفته می شود که این امر هدر روی بسیار بالای انرژی را به همراه دارد. گاهی مشاهده شده که هوای اضافی به دلیل عدم اندازه گیری تا میزان ۱۰۰-۱۵۰ درصد افزایش یافته است.

محاسبات بویلر  بخار:

طبق اصل بقای انرژی ، انرژی از بین نمی رود بلکه از صورتی به صورت دیگر تبدیل می گردد. در احتراق انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرارتی تبدیل می گردد. اما چیزی از بین نمی رود. به عنوان مثال اگر مجموع انرژی در سیال ، انرژی همراه گازهای خروجی دودکش ، انرژی تشعشعی و انوا دیگر انرژی در در بویلر بخار تولید و از آن خارج می شود را در نظر بگیریم دقیقا برابر با انرژی موجود سوخت زغال سنگ ، نفت یا گاز سوخته شده می باشد که می توان به صورت فرمول ساده زیر نوشت:

انرژی حرارتی تلف شده + انرژی موجود در بخار تولیدی = انرژی موجود در زغال سنگ ، نفت یا گاز

روش اتلاف حرارتی دقیق ترین و صحیح ترین روش برای تعیین بازده بویلر بخار می باشد.

حرارت اتلافی -۱۰۰% = بازده بویلر

منابع اتلاف انرژی بویلر بخار:

گاز خروجی از دودکش

بزرگترین منبع هدر رفت انرژی در بویلر های بخار متداول که از سوخت زغال سنگ استفاده می کنند انرژی همراه گازهای خروجی از دودکش می باشد. این اتلاف می تواند تا ۳۰ درصد سوخت مصرفی در شرایط بسیار نامطلوب برسد. گرمای اتلافی از این طریق به سه روش اندازه گیری می شود:

  1. گرمای هدر رفته همراه گاز خشک

  2. گرمای هدر رفته در اثر رطوبت موجود در سوخت

  3. اتلاف حاصل از سوختن هیدروژن در سوخت و تولید بخار آب

میزان این اتلاف انرژی به دما و حجم گازهای خروجی بویلر بخار بستگی دارد. بنابراین کاهش هر یک از متغییرها میزان گرمای اتلافی را کاهش خواهد داد. محدوده عملی دمای گاز خروجی از دودکش ۳۰۰ درجه فارنهایت می باشد. که بسته به نوع سوخت متغییر می باشد. دمای پایین تر از این حد می تواند بخارات اسید سولفوریک همراه گاز را روی سطح سرد دیواره مایع نماید و باعث خوردگی شدید گردد. بعضی از اتلافات دودکش اجتناب ناپذیر است ، اما جهت جلوگیری از هرد رفتن گامل گرما باید دمای گازهای خروجی را تادمای محیط اطرفا پایین آورد ، که عملا ناممکن است سه استراتژی پایه ای جهت کاهش اتلاف انرژی از دودکش بویلر بخار به قرار زیر است:

  1. حداقل سازی درصد هوای اضافی

  2. تمیز نگه داشتن سطوح انتقال حرارت

  3. افزایش تجهیزات بازیافت حرارت از گازهای خروجی در حالی که کلیه راههای نفوذ هوا به بویلر بخار کاملا گرفته شده است.

با کاهش هوای اضافی حجم گازهای خروجی از دودکش کم می شود و بنابراین دمای این گازها نیز به دلیل کاهش سرعت حرکت آنها و زمان ماند بیشتر جهت انتقال حرارت کاهش می یابد. از نظر اقتصادی جذاب است.

تمیز نگه داشتن سطوح انتقال حرارت در داخل لوله ها شدیدا به تصفیه آب بویلر بخار بستگی دارد. خاکستر روی دیواره لوله های آب پیش گرمکن و داخل تیوبهای بویلر بخار و رسوب ناخالصیهای روی دیواره طرف آب لوله ها مانند یک عایق حرارتی عمل نموده و جذب حرارت از گازهای خروجی توسط آب بویلر را کاهش می دهد. قابل پیش بینی هست که دمای گازهای خروجی بالاتر از مقداری که باید باشد و راندمان آن کمتر است.

گرمای تشعشعی

قسمتی از گرمای احتراق از طریق دیواره های کوره بدون اینکه جذب آب بویلر بخار گردد فرار می کند. مقداری از این هدر روی اجتناب ناپذیر است. با تکنیکهای عایق بندی مناسب و تعمیرات لایه های عایق اتلاف حرارت از این طریق را می توان کنترل نمود . توجه داشته باشید که بویلرهای بزرگتر مقدار کمتری از گرمای خود را از طریق تشعشع از دست می دهند.

تخلیه (بلودان BLOW DOWN)

به جر تخلیه بلودان مقداری تخلیه جهت جلوگیری از تجمع جامدات معلق در آب بویلر بخار مورد نیاز است اما چون این جامدات گرما جذب نموده اند تخلیه اضافی باعث اتلاف گرما می شود زیرا انرژی جذب شده دور ریخته می شود. به عنوان یک مبنای ساده یک سیستم بازیافت گرما در ختلیه مداوم برای بویلر های بخار که حداقل ۵۰۰ lbs/hr   تخلیه می نمایند می تواند این مقدار اتلاف را کاهش دهد.

کنترلها

از سال ۱۹۵۰ به بعد گامهای بلندی در خصوص تکنولوژی کنترل بویلر های بخار انجام پذیرفته و پیشرفت قابل توجهی در خصوص بهره بردای بویلر بخار و راندمان ان بدست آمده است.   از زمان معرفی سیستمهای کنترل پایه کامپیوتری در سال ۱۹۷۰ با واکنشگرهای بزرگتر جایگزین سیستم های قدیمی به صورت پیوسته گشته اند.

کنترل دمای بخار آب بویلر بخار

کنترل دمای خروجی بخار آب بویلر روی عملکرد بویلر بخار و استفاده کننده بخار تاثیر دارد. کنترل ضعیف دمای بخار آب می تواند تخریب تجهیزات را در اثر استرسهای حاصل در نوسان دما دربرداشته باشد. راندمان گرمایی توربین بخار به ثابت ماندن دمای بخار آب در نقطه طراحی آن بستگی دارد.

بازیافت گرما

تجهیزات بازیافت حرارتی انواع مختلفی از مبدل های حرارتی را شامل می شوند که در جایی که می توانند گرما را از گازهای احتراق بعد از عبور از سوپر هیترها و تولید کننده بخار بویلر بخار جذب نمایند قرار می گیرند.

گرمکن اولیه (اکونومایزر)

پیش گرمکن به بهبود راندمان بویلر بخار به وسیله جذب گرما از گازهای خروجی که از سوپر هیترهای نهایی بویلر خارج می شوند کمک می کند. گرما به آب وردی انتقال می یابد که در دمای خیلی پاییتر از دمای بخار اشباع وارد می گردد. اکونومایزر یک سری قطعات لوله ای افقی است و می تواند لوله های ساده یا از نوع سطح گسترده مانند فین تیوب ها باشد. تیوب های ساده معمولا شامل اندازه های متغیر می باشند که می توانند به صورت مارپیچی یا دارای حلقه های چند تایی باشند. لوله هایی که سطوح انتقال حرارت را تشکیل می دهند معمولا از کربن استیل ساخته شدن اند زیرا استیل حتی در حضور غلظت پایین اکسیژن خورده می شود. آب باید عملا صد در صد از هوا عاری باشد. در نیروگاه های مرکزی و دیگ رواحدهای بزرگ استفاده از هوا زدا (دی اریتور بویلر بخار)جهت گرفتن اکسیژن مرسوم است. بویلر بخار کوچک با فشار پایین ممکن است پیش گرمکن از جنس چدن که مستعد خوردگی نیستند داشته باشد.

گرمکن هوا

گرمکن های هوا گازهای خروجی را قبل از اینکه به اتمسفر وارد شوند سرد می کنند ، راندماین سوخت را افزایش می دهند و دمای ورودی هوای تحتراق را افزایش می دهند. در بویلرهای صنعتی کم فشار گازی یا نفتی گرمکن شبیه سرد کننده گاز عمل می کند که نیاز به پیش گرم کردن نفت یا گاز برای سخوختن ندارد. کوره های با سوخت زغال سنگ پورد شده نیاز به استفاده گرم کن هوا یا پیش گرم کن چهت تبخیر رطوبت در زغال سنگ قبل از جرقه زدن را دادر. این هوای گرم همچنین چهت حمل سوخت گودر به کوره استفاده می گردد. بویلر های بخار با سوخت زغال stoker نیاز به هوای پیش گرم ندارند تا زمانی که در صد رطوبت زغال سنگ از ۲۵% بیشتر شود.  خوردگی بزرگترین مشکل همراه با بهره بردای از گرم کن هوا به صورت کارا می باشد. سولفور موجود در سوخت ، رطوبت همراه گازها و نوع سوخت همگی یک نقش در خوردگی دارند. در حالیکه طراحی خوب اغلب می تواند خوردگی را کاهش یا از آن جلوگیری نماید. تکنیکهای تغیراتی مشخص اغلب جهت بهره بردای با راندمان بالا از گرم کن هوا استفاده می شود که شامل دود زدایی و شستشوی با آب می باشد.

سیستمهای تولید بخار

تولید بخار از جمله اصلی ترین و ابتدایی ترین وظایف اکثر سیستم های بویلر بخار می باشد. از آنجایی که ۴۰-۶۰ درصد از کل انرژی برای تولید بخار در بویلرهای با سوخت مستقیم با بازیافت حرارت اتلافی مصرف می شود. با کارکرد موثر و تعمیرات روتین و مناسب بویلر بخار می توان پتانسیل عظیمی از ذخیره انرژی را به دست آورد.  به عنوان مثال در صورت نبودن برنامه روتین و منظم تعمیرات معمولا دیده می شود که حدود ۱۵-۲۰ درصد تله بخار ها درست عمل نمی کنند. از دیگر روش های اتلاف انرژی نشت بخار می باشد که فرایند تولید بخار را حدود ۳-۵ درصد کاهش می دهد. عایق بندی نامناسب می تواند سبب ۵-۱۰درصد اتلاف بخار در زمانهای بارشهای طوفانی شود چون عایق مرطوب شده در نتیجه عملکرد آن کاهش می یابد. رسوب در توربین ها و مبدل های حرارتی می تواند باعث شود بیشتر از ۲۵ درصد اتلاف راندمان رخ دهد. در بحث پیرامون سیستم های بخار ، بسیاری از موضوعات مربوط به دستورالعمل بهره برداری و تعمیرات با یکدیگر هم پوشانی دارند.

نویسندگان:

سیدهادی جعفرنیا [ کارشناس ارشد فرایند مهندسی طرح های پالایشگاه آبادان ]

غلام محمد احمدی [ رئیس واحد HSE منطقه پخش شاهرود ]

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *