دوره ارزیابی کارایی انرژی در بویلرها و کوره های صنعتی

مقدمه

کوره یکی از تجهیزات اصلی در عملیات حرارتی به منظور تغییر خواص شیمیایی یا فیزیکی مواد می باشد کوره باید طوری طراحی شوند که در یک مدت زمان مشخص بتوانند با مصرف کمترین سوخت، و نیروی کار، بیشترین مقدار ماده را تا یک دمای مشخص و یکنواختی گرم نماید. بدین ترتیب پارامترهای زیر باید مدنظر قرار گیرند:

• مقدار گرمایی که به ماده باید منتقل شود.
• آزادسازی گرمای کافی در داخل کوره جهت گرم کردن بار و غلبه بر تمام تلفات کوره
• انتقال مقدار گرمای موجود از گازها و کوره به سطح مواد گرمایشی
• متعادل سازی دمای بار
• کاهش تلفات گرمایی کوره به کمترین مقدار ممکن

بازدهی حرارتی تجهیزات گرمایش فرآیند همانند کوره ها عبارتند از نسبت گرمای داده شده به ماده و ارزش حرارتی سوخت تغذیه شده به داخل آن. هدف از فرآیند گرمایش، اعمال مقدار معینی انرژی گرمایی به یک محصول برای بالا بردن دمای آن تا مقدار مشخص به جهت آماده سازی آن برای فرآورش بعدی یا تغییر خواص آن است. برای انجام اینکار ، محصول موردنظر در یک کوره گرم می شود. اینکار باعث اتلاف انرژی به شکل های مختلف می شود. در بیشتر تجهیزات گرمایشی، مقدار زیادی از گرمای تغذیه شده به شکل گازهای خروجی تلف می شوند(بیش از 50 درصد). تلفات حرارتی کوره ها عبارتند از:

• تلفات ناشی از دهانه ها، قطعات داغ و غیره
• ذخیره حرارتی در بدنه کوره
• تلفات از دیواره ها یا سازه های خارجی کوره
• گرکای خروجی به همراه گازهای دودکش
• تلفات ناشی از نفوذ هوای سرد به داخل کوره از منافذ و درزها
• گرمای انتقال یافته به بیرون کوره توسط نوار نقاله و یا قطعات و سینی ها و غیره
• تلفات هیدروژنی و رطوبت موجود در سوخت

ایجاد شرایط اندازه گیری پارامترهای کوره و بویلر اهمیت داشته و لازم است که ملاحظات زیر در هنگام اندازه گیری رعایت شوند:

الف- محل نمونه گیری دما و گاز دودکش: مجرای خروجی کوره باید بدقت بررسی شده و تا محل ناحیه با بیشترین دما پیدا شود. این ناحیه احتمالاً همان ناحیه با بیشترین جریان گاز است و بنابراین یک نقطه نمونه برداری خوب برای اندازه گیری دما خواهد بود کما اینکه نمونه گیری گاز هم در این نقطه و هم خروجی دودکش و یا نقاط دیگر می تواند باشد.

ب- برای تحلیل گازهای دودکش نیاز به اندازه گیری داده ها می باشد در صورت وجود دستگاه پایش دائمی اکسیژن و دی اکسید کربن و مونواکسید کربن می توان از آنها استفاده کرد و در صورت فقدان سیستم برای کوره ها، از آنالایزرهای گاز دودکش نظیر Testo 350 XL می توان بهره گرفت.

در نظر داشته باشید که مقدار مونواکسید کربن در گاز دودکش یک شاخص خوب برای تشخیص احتراق ناقص در تمامی انواع سوخت هایی که در آنها کربن وجود دارد. مونواکسید کربن در گاز دودکش در ابتدا که هوای اضافی عادی است، کم می باشد و با آغاز احتراق ناقص به تدریج افزایش می یابد.

ج- آزمون باید در یک زمان 4 تا 8 ساعته در یک روز با تولید عادی انجام گیرد. نوع کوره و مورد استفاده در مجتمع آلومینای ایران از نوع پیوسته پیش بر بوده و میزان تلفات انرژی در اینگونه کوره ها معمولاً بالا می باشد.

به منظور بدست آوردن راندمان کوره با روش غیر مستقیم، پارامترهای مختلفی مورد نیاز است که شامل مصارف گاز طبیعی در زمان مشخص، ماده خروجی، مقدار هوای اضافی، دمای گاز خروجی، دمای کوره در نقاطا مختلف، دمای جداره بیرونی کوره در نقاط مختلف، دمای هوای احتراق تغذیه می باشد که توسط دستگاه هایی نظیر دماسنج مادون قرمز، ترموکوپل و غیره اندازه گیری می شوند. علاوه بر محاسبه راندمان در کوره ها، لازم است که موازنه حرارتی نیز در کوره ها مشخص و ترسیم گردد.

راهکارهای صرفه جویی انرژی در کوره های صنعتی

در صورتیکه کوره را یک سیستم انرژی شامل خود کوره، مشعل و سیستم های جانبی (همانند کنترل ها و سنسورها و گرمایش جریان آب داخل لوله های گذرده) در نظر گرفته شود آنگاه راهکارهای بهینه سازی آن عبارتند از:

• احتراق کامل با کمترین مصرف هوای اضافی
• توزیع مناسب گرما در داخل کوره
• کارکرد کوره در دما و فشار مناسب
• کاهش تلفات گرما از دهانه ها و شکاف های کوره
• برقراری جریان هوای کوره در سطح مناسب
• بهره برداری بهینه از ظرفیت
• بازیافت حرارت تلف شده از گازهای خروجی
• کاهش تلفات سطوح خارجی
• استفاده از آجرهای عاق و روکش های سرمایکی

بویلرهای صنعتی

سیستم دیگ بخار شامل سیستم آب ورودی، سیستم بخار و سیستم سوخت است. سیستم آب تغذیه، آب دیگ بخار را تأمین کرده و ان را بطور خودکار مطابق با تقاضای سیستم تنظیم می کند. چندین دریچه برای تعمیر و نگهداری تعبیه شده است. سیستم بخار بخار، تولید شده را جمع آوری و کنترل می کند. بخار از طریق سیستم لوله کشی به نقطه مصرف هدایت می شود. در سرتاسر سیستم، فشار با استفاده از یک سری شیر تنظیم شده و توسط فشارسنج کنترل می شود. سیستم سوخت شامل کلیه تجهیزات مورد استفاده برای تأمین سوخت برای تولید گرما لازم است.

آب تغذیه شده به دیگ بخار که به بخار تبدیل می شود، آب تغذیه نامیده می شود. دو منبع آب تغذیه عبارتند از: (1) چگالش با بخار چگالیده برگشتی از فرآینده ها، (2) آب ورودی (آب تصفیه شده) که باید از خارج اتاق دیگ بخار و فرآیندهای کارخانه تأمین شود. برای بازده بیشتر دیگ بخار، آب تغذیه توسط پیش گرمکن و با استفاده از گرمای تلف شده در گاز دودکش، گرم می شود.

ارزیابی عملکرد بویلرها شبیه کوره ها بوده و از یک چارچوب روش شناسی همسان پیروی می کند و تنها فرق اینکه به جای جریان مواد ، جریان آب بوده و منافذ پایین بوده و فشار داخل بویلر بالا می باشد. راهکارهای صرفه جویی مصرف انرژی نیز تقریباً همسام می باشد و تنها تفاوت مربوط به بهره گیری از سیستم اکونومایزر در بویلرها برای پیش گرمایش آب تغذیه بویلر است. بنابراین توضیحات بیشتر تکرار نخواهند شد.

در این دوره آموزشی ضمن تشریح اجزای کوره ها و بویلرها، محاسبه راندمان به صورت جامع توضیح داده خواهد شد. در ادامه با شناسایی گلوگاه های تلفات کوره ها، راهکارهای صرفه جویی و روش طراحی و اجرایی کردن این راهکارها بیان خواهد شد.