طراحی و انتخاب تجهیزات بخار
بررسي مجدد پروژههاي اجرا شده و تاسيسات و تجهيزات بکاررفته در پروژهها حاكي از آن است كه ظرفيت اکثر تجهيزات بکار رفته بيش از حد نياز انتخاب شده است. وجود ارتباط مستقيم بين حقالزحمه طراحي و هزينه اجراي طرح، از حساسيت در انتخاب ظرفيتهاي دقيق و بهينه ميكاهد و در مراحل طراحي معمولاً ظرفيتها Over Design انتخاب ميشوند و هم در مراحل تداركاتي نيز از ظرفيتهاي بالاتر استفاده ميشود بنابراين چنانچه ارتباط مستقيم بين حقالزحمه و هزينه اجرا قطع شود اين معضل تا حد زيادي مرتفع خواهد شد.
در طراحي و انتخاب سيستمها و تجهيزات لازم است موارد زير مد نظر قرار گيرد:
بررسي دقيق نياز با توجه به كاربري فضاي مورد نياز
تعيين محدوده آسايش با توجه به شرايط خاص اقليمي
در صورت امكان، منطقهبندي حرارتي (زون بندي)
جلوگيري از گرم شدن فضاهاي ناخواسته
خاموش نمودن تجهيزات انرژي بر، در زمانهاي تعطيلي كار
يکي از موارد عمده اتلاف انرژي صنايع (بخصوص در صنايع غذايي) در قسمت بويلرها ميباشد که بهترين راه براي کاهش اتلاف، استفاده از اکونومايزر است. در اينجا سعي بر آن است که نوع جديدي از اکونومايزر را معرفي کنيم دود خروجي از دودکش بويلر، معمولاً دماي بين 220 تا 350 درجه سانتيگراد را دارد. هر 13 درجه کاهش دماي دود خروجي معادل 1 درصد افزايش راندمان بويلر و کاهش مصرف سوخت است، لذا با در نظر گرفتن يک اکونومايزر که انرژي دود خروجي را صرف پيشگرم کردن آب ورودي به بويلر مينمايد، مقداري از انرژي تلف شده را کاهش خواهد داد. اکونومايزرهاي معمول از يک دسته لوله فيندار تشکيل شده که آب ورودي بويلر، داخل لوله حرکت کرده و دود داغ در اطراف لولهها حرکت ميکند. ولي در نوع جديد اکونومايزر (سوپرمايزر) قطرات آب با دود داغ در تماس مستقيم قرار ميگيرد. در روش قديمي ضريب انتقال حرارت بين Btu/ft2hroF 15-10 بوده ولي در روش جديد ضريب انتقال حرارت به Btu/ft2hroF 1000-800 افزايش مييابد. اين ويژگي انتقال حرارت باعث ميشود که:
اندازه دستگاه بسيار کاهش يابد
ميزان حرارتي که از دود جذب ميشود به ميزان زيادي افزايش يابد
دستگاههاي سوپرمايزر در دو نوع ارائه ميشود. نوع اول براي دودهاي ناشي از سوخت سنگين مانند مازوت که دوده به همراه دارند، استفاده ميشود. اين نوع سوپرمايزر مجهز به سيکلون براي جداکردن ذرات معلق جامد ميباشد و نوع دوم که براي دود ناشي از سوختهاي سبک (گاز طبيعي) است که انتقال حرارت بر روي پکينگ انجام ميشود.
با استفاده از سوپرمايزر، افزايش راندمان حدود 20تا 25 درصد حاصل ميشود که اگر به تعداد بويلرهاي در حال کار در ايران (حدود 20000 دستگاه) اشاره گردد و نيز با توجه به اين که هر سال 1000 دستگاه بويلر جديد به آنها اضافه ميشود، لذا ميزان صرفهجويي انرژي مشخص خواهد گرديد. از طرف ديگر با توجه به اين که دود خروجي از سوپرمايزر حدود 40 تا 50 درجه سانتيگراد دما دارد، در مقايسه با روش قديميکه حدود 200-150 درجه سانتيگراد دما داشت، براي محيط زيست کمترين آسيب را بهمراه دارد
لزوم ارتباط تنگاتنگ بين مهندسين طراح سيستم سوخت و سازندگان مولدهاي انرژي حرارتي در صنعت
تجهيزات حرارتي را ميبايد بر اساس نيازهاي فرآيندي طراحي ساخت و اطمينان حاصل کرد که اجزا مجموعه حرارتي مانند مشعل، کوره و وسايل اندازهگيري و کنترل با نيازهاي فرآيند منطبق و با يکديگر سازگار باشند. بررسيهاي کارگروه نشان ميدهد که روالهاي رايج در ايران در ساخت و تامين تجهيزات حرارتي با اين اصول انطباق نداشته و ناهماهنگي و ناسازگاري بين سيستم سوخت، کوره يا ديگ و تجهيزات کنترلي سبب ميگردد که فرآيندهاي توليد با اختلالهاي جدي همراه گرديده و صنايع کشور با خسارتهاي قابل توجهي روبرو باشند.
مهمترين موارد عدم تناسب بين سيستم سوخت و كنترل و كوره يا ديگ در موارد ذيل ميباشند.
1- ظرفيت حرارتي
اگرچه شايد منظور نمودن ظرفيت حرارتي و ميزان آن عمل سادهاي بنظر برسد ولي متاسفانه بدليل منظور نشدن ضريب اطمينان مناسب، در نظر نگرفتن اثر ارتفاع بر ظرفيت حرارتي و كاهش ظرفيت حرارتي بر اثر محيط مورد نياز در محفظه احتراق (اكسيدي يا احيايي) و تأثيرگذاري كاهش فشار هواي احتراق بر ظرفيت حرارتي، عملاً ظرفيت حرارتي واقعي با كوره هماهنگي ندارد.
2- دامنه تنظيم
دامنه تنظيم نقش بزرگي در گرم كردن اوليه مولد انرژي حرارتي (بخصوص كورهها) و طي كردن منحني حرارتي موردنظر و حرارتدهي در فرآيند را دارد، ضمن اينكه در كاهش ميزان انرژي مصرفي هم نقش قابل ملاحظهاي دارد.
3- ابعاد شعله
عدم انطباق ابعاد شعله با كوره يا ديگ موجب آسيبديدگي آن ميگردد (از جمله در ديگها موجب سوختن انتهاي ديگ و يا اطراف مشعل ميگردد)، ضمن اينكه در مواردي ميتواند موجب آسيبديدگي مواد توليدي گردد (مثلاً در كورههاي ذوب آلومينيوم موجب سوختن آلومينيوم ميگردد).
4- مسير حركت محصولات احتراق
مناسب نبودن مسير حرکت محصولات احتراق علاوه بر ايجاد نكردن يكنواختي حرارتي مورد نظر موجب افزايش مصرف سوخت ميشود، در سيستمهاي حرارتي مدرن انتخاب مسير مناسب براي محصولات احتراق نقش حياتي دارد.
5- كنترل و ايمني
روش كنترل حجم شعله ارتباط تنگاتنگي با فرآيند دارد يعني كنترل حجم شعله و در نهايت ظرفيت حرارتي مشعل بايد هماهنگ با فرآيند باشد. اينكه شعله بصورت تدريجي (Modulating) دو مرحلهاي (two-stage) و يا خاموش- روشن (ON-OFF) كنترل شود، بستگي به كوره، فرآيند و نوع توليد دارد. چنانچه اين روش بدرستي انتخاب نشود موجب اختلال در توليد و افزايش ميزان سوخت مصرفي ميگردد، ضمن اينكه سيستم ايمني بكارگيري شده ارتباط تنگاتنگي با كوره و درجه حرارت كاري آن دارد.
6- نوع مشعل
انتخاب نوع مشعل و هماهنگي آن با فرآيند حرارتي موردنظر روزبروز اهميت بيشتري پيدا ميكند و بكارگيري موثر حرارت در داخل كوره بستگي مستقيم به نوع مشعل دارد: اينكه مشعل انتخابي سرعت متوسط، سرعت بالا، شعله مسطح، تشعشعي و شعله متغير باشد يك انتخاب حياتي و فوقالعاده تخصصي ميباشد و نتيجه بكارگيري هر يك بجاي ديگري ميتواند اثر متضاد داشته باشد
چند عارضه ناشي از عدم تناسب:
عدم امكان دستيابي به سقف توليد مورد نظر بدليل كمبود انرژي حرارتي
بدست نيامدن يكنواختي حرارتي مورد نظر
عدم امكان طي كردن منحني حرارتي مورد نياز
آسيبديدن گرماسازها بدليل تمركز و يا افزايش حرارت در برخي نقاط
افزايش سيكل تعميراتي گرماسازها كه موجب افزايش هزينه عملياتي و كاهش توليد ميگردد
افزايش ميزان سوخت مصرفي
مثال از چند مورد عارضه مشاهده شده و روش اصلاح:
افزايش درجه حرارت سقف و ورودي به دودكش و ميزان مصرف سوخت: همچنين زياد شدن ميزان سرباره در كوره ذوب آلومينيوم (درجه حرارت سقف oC1200، درجه حرارت ورودي به دودكش oC1250).
مشكلات بالا با جابجايي مشعل تا حد زيادي برطرف شد و درجه حرارت سقف به oC1050، درجه حرارت، ورودي به دودكش oC850 رسيد. 20 درصد از ميزان سوخت صرفهجويي شد، ضمن اينكه از سرباره كاسته شد. (مشعل بجاي روبروي دودكش قرار گيرد، در كنار دودكش قرار گرفت و حركت سيال بجاي خط مستقيم به حالت نعل اسبي درآمد).
درجه حرارت انتهاي ديگ بخار (ورودي به مسير دوم) شديداً بالا ميرفت و موجب باز شدن اتصال لوله به صفحه ميشد، با تعويض مشعل و کاهش طول شعله آن (البته طبعاً قطر شعله قدري بزرگتر شد) اين مشكل رفع شد.
افزايش شديد درجه حرارت سوپرهيتر و ورودي دودكش بشكلي كه حتي موجب تاب برداشتن پرههاي مكنده ميگرديد، (چون طول شعله مشعل با ابعاد ديگ هماهنگي نداشته در حاليكه در ديگهاي Water-tube اين هماهنگي حياتي است). با تعويض مشعل و انتخاب مشعلي هماهنگ با ديگ (مشعل شعله متغير)، اين مشكل حل شد.
عدم امكان طي منحني حرارت با مشعلهاي روشن (بخصوص در درجه حرارت پايين) دليل دامنه تنظيم محدود مشعلها و شعله كوتاهي كه بيش از ظرفيت حرارتي مورد نياز در درجه حرارت پايين ميباشد.
عدم امكان رعايت منحني حرارتي در تنشگيري مخزن كروي گاز مايع با مشعل گازوئيلسوز و افزايش درجه حرارت بالاي مخزن به شكلي كه اختلاف دما بين پايين و بالاي مخزن بجاي oC20، oC150 ميرسيد. با تعويض و استفاده از مشعل Excess air super velocity مشكل حل شد و اختلاف به oC10 رسيد.
راه حل مشكل:
همانطوري كه چند مورد مثال زده شد ادامه روند موجود موجب بروز مشكلات بسيار بزرگ گرديده و شايد بدرستي بتوان گفت كه اين روند يكي از مهمترين موانع در افزايش ظرفيت توليد صنايع و جوابگويي صحيح طرحهاي توسعه بشمار ميآيد. لازمه اوليه براي رفع مشكل هماهنگي و همياري طراح فرآيند، طراح و سازنده كوره، طراح مشعل و سيستم سوخت و کنترل ميباشد (بخصوص طراح و سازنده كوره و طراح مشعل و سيستم سوخت و کنترل) در دنياي امروز اين هماهنگي و همياري نقش حياتي بخود گرفته و با يك بررسي اجمالي بسادگي ميتوان پي برد كه هر سازنده معتبري در دنيا در كنار خود سازندهاي از مشعل و سيستم سوخت را دارد، مثلاً شركت LO1 آلمان در كنار LBE و يا Reithammer در كنار Kromschroder و يا Babcock در كنار Peabody (اگرچه در مواردي شايد مشاهده شود كه مشعل برچسب سازنده كوره را دارد ولي اين امر ناشي از توافق دو سازنده كوره و مشعل ميباشد).
اگرچه شايد بنظر برسد كه هماهنگي و همياري مشكلاتي را براي دو طرف در بر داشته و محدوديتهايي را موجب شود ولي اين موانع جزئي در مقايسه با عوارض و خسارات غيرقابل باوري كه امروزه با آن روبرو هستيم بسيار ناچيز بوده ضمن اينكه تنها راه بهينهسازي مصرف سوخت در صنايع همكاري تنگاتنگ سازنده گرماساز و مشعل و سيستم سوخت (يا حداقل مهندس بهرهبرداري از سوخت) ميباشد.
معضل ديگر موجود در صنايع عقبماندگي تجهيزات از فنآوري روز است در اين رابطه به يكي از مشكلات مشترك موجود در تامين گرمايش فضاهاي صنعتي اشاره ميشود.
انتقال حرارت براساس سه روش هدايت و جابجايي و تابش انجام ميگيرد. روش رايج در كشور ما براي تامين گرمايش عمدتاً استفاده از روش جابجايي هواي گرم است در حاليكه به خصوص در فضاهاي بزرگ و با ارتفاع زياد نظير سالنهاي صنعتي، استفاده از روش جابجايي هواي گرم با اتلاف انرژي زيادي همراه است. فنآوري پيشرفتهاي حدود 25 سال است كه در اروپا و آمريكا رايج گرديده و نتايج بسيار مطلوب بهمراه داشته است، اين روش بر اساس گرمايش تابشي استوار است. ورود اين تكنولوژي به ايران در طي چند سال اخير نتايج بسيار مثبتي از جمله در مواردي كاهش سوخت تا ميزان 50% و كاهش مصرف برق گرمايش تا ميزان 90% را در بر داشته است، پيشنهاد ميگردد مديران محترم صنايع و كارشناسان و مديران انرژي، براي انتخاب سيستمهاي گرمايش فضاهاي موردنظر خود، اين فنآوري را نيز مورد تجزيه و تحليل قرار دهند.
شرکت آرین پادرا صنعت ارائه دهنده خدمات تاسیسات ساختمانی و صنعتی آماده ارائه خدمات به شما مشتریان گرامی می باشد. جهت درخواست مشاوره اینجا را کلیک نمایید.
