کاهش مصرف سوخت دیگ بخار به ازاء هر تن بخار

رسوبات و خورندگی در دیگ های بخار
رسوب و خوردگی در دیگ های بخار
آذر 25, 1397
طراحی و ساخت دیگ های بخار
نکاتی در خصوص انتخاب دیگ حرارتی
آذر 25, 1397

کاهش مصرف سوخت دیگ بخار به ازاء هر تن بخار

در مقاله کاهش مصرف سوخت دیگ بخار به ازاء هر تن بخار به تفصیل در مورد این خواهیم پرداخت در مقاله حاضر، ضمن بررسی عوامل موثر بر راندمان دیگ های بخار و ارائه روشهای گوناگون جهت محاسبه آنها، عملکرد دیگ های بخار مجتمع پتروشیمی بندر امام مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. هر یک از اجزاء دیگ های بخار بعنوان یک حجم کنترل مورد بررسی قرار گرفته و ضمن اعمال معادلات حاکم، بازده سیستم و بویژه بازده حاصل از موازنه اگزرژی آنها بدست آورده شده است. تاثیر پارامترهای مختلف ترمودینامیکی بر میزان اتلافات اگزرژی و نیز بازده انرژی به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. بازده اگزرژی دیگ های بخار به دلیل نابودی اگزرژی روی داده در اثر بازگشت ناپذیریهای سیستم از بازده انرژی آنها کمتر است. عوامل اساسی خارجی موثر در عملکرد دیگ های بخار شامل اتلاف حرارتی، درصد هوای اضافی، آب تخلیه اظطراری و نیز رویکرد کاری اجزاء بشکل توأمان بوده، که خود به تفکیک ارزیابی شده اند. نتایج نشان می دهند که بازیافت انرژی حرارتی گازهای دودکش، نه تنها باعث صرفه جویی مالی قابل توجه شده بلکه سبب بالا رفتن راندمان انرژی و اگزرژی دیگ های بخار مورد مطالعه به دلیل بهره مندی بیشتر از گرمای حاصل از احتراق سوخت، کاهش آلودگی محیط زیست به دلیل مصرف سوخت کمتر و بالا رفتن ظرفیت عملی تولید بخار به واسطه افزایش یافتن سطح حرارتی می گردد. در خاتمه نیز راهکارهای جهت دستیابی به بازده اگزرژی و انرژی بالا و بالطبع آن کاهش مصرف سوخت در دیگ های بخار ارائه شده است.

 

مقدمه

صنعت پتروشیمی کشور در بین صنایع داخلی به سبب شرایط و جایگاه خاص در اقتصاد ملی، نیازمندی بیشتری به ابزار صرفه جویی انرژی برای ارتقاء و تثبیت وضعیت خود در منطقه و جهان دارد. شرکت ملی صنایع پتروشیمی با اتخاذ سیاستهای مناسب و توجه خاص به صرفه جویی انرژی و در نظر گرفتن ملاحظات زیست محیطی، در این زمینه ها در کشور پیشرو بوده و بدون شک در مجموع شرکتهای پتروشیمی، شرکت پتروشیمی بندر امام از این حیث پیشتاز می باشد. دیگ های بخار از جمله تجهیزاتی هستند که برای تولید بخار در پتروشیمی بندر امام مورد استفاده قرارمی گیرند. با توجه به هزینه بر بودن تولید بخار و ارزش اقتصادی آن، بررسی و بهبود عملکرد آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. بر این اساس بهبود راندمان دیگ های بخار با توجه به حجم تولید بخار و بالطبع آن کاهش مصرف سوخت و نیز اهمیت آن در فرایند تولید ضروری می نماید


مشخصات طراحی دیگ های بخار مورد مطالعه

 

واحد تولید آب، برق، بخار مجتمع پتروشیمی بندر امام دارای پنج دیگ بخار از نوع لوله آبی بوده که ظرفیت تولیـد بخـار هـر کدام 300تن در ساعت با فشار 52 kg/cm2در دمای 440 0Cمی باشد. این دیگ های بخار توسـط شـرکت کاواسـاکی ژاپـن ساخته شده و در سال 1369با بازده ای در حدود 80درصد راه اندازی شده اند. هر دیگ بخار دارای دو پمـپ تـوربینی و یـک پمپ برقی جهت تامین آب درام بخار و یک فن مکش اجباری توربینی می باشد

روشهای محاسبه بازده دیگ های بخار

بازده انرژی بازده بر اساس قانون اول ترمودینامیک

بازده حرارتی دیگ بخار می تواند از رابطه حرارت اضافه شده به سیال عامل تقسیم بر انرژی سوخت تعریف گـردد. در ایـن بخـش ضمن تعریف کامل بازده مشخص می گردد که چگونه هوای مورد نیـاز احتـراق، محـصولات احتـراق، کـار مـصرفی دیـگ بخـار و همچنین رطوبت هوا در این تعریف نقش ایفاء می نمایند. در شکل شماتیک 1عناصر درگیر در راندمان دیگ بخار به استثناء محیط نشان داده شده است

کاهش مصرف سوخت در دیگ های بخار به ازاء هر تن بخار تولیدی

میزان راندمان قانون اول بقرار زیر قابل محاسبه می باشد.

 

فرمول محاسبه تعیین سوخت دیگ های بخار

عناصراصلی رابطه فوق الذکر در ذیل تعریف شده اند. , , = m m m & & & f w vدبی جرمی بخار خروجی ، دبی آب DMورودی و دبی جرمی سوخت ورودی،

 K/S

در شکل زیر میزان انحراف از متوسط بازده انرژی دیگ بخار Eبر اساس 15درصد هوای اضافی)حالت طراحی( در اسـفند مـاه سـال 1385نشان داده شده است. نتایج نشان دهنده حداکثر % ± 5/5انحراف از متوسط بازده انرژی می باشند.

میزان انحراف از متوسط بازه انرژی دیگ بخار

محاسبه بازده اگزرژی بازده بر اساس قانون دوم ترمودینامیک

مقدار بازده اگزرژی دیگ بخار برابر با میزان اگزرژی اضافه شده به سیال عامل تقسیم بر مجموع اگزرژی سوخت کار مصرفی دیـگ بخار و اگزرژی ورودی هوا است. این میزان از رابطه زیر بدست می آید].

محاسبه بازه انرژی دیگ بخار

در رابطه یاد شده عناصر حاضر بقرار ذیل تعریف شده اند

محاسبه بازه انرژی دیگ بخار

در شکل 3میزان انحراف از متوسط بازده اگزرژی دیگ بخار Eدر اسفند ماه سال 1385نشان داده شده است. نتایج نـشان دهنـده حداکثر % ± 5انحراف از متوسط بازده اگزرژی می باشند

میزان انحراف دیگ بخار انرژی

بررسی عوامل موثر بر عملکرد دیگ های بخار

بطور کلی دیگ های بخار تحت تاثیر عوامل متفاوتی قرار دارند. به منظور شناخت مکان های هـدر رفـت انـرژی در دیگهـای بخـار مجتمع پتروشیمی بندر امام، لازم است هر یک از عوامل مذکور شناسائی گردند. لذا در ادامه به معرفی این عوامل می پردازیم

اتلاف حرارت از بدنه دیگ بخار

اتلاف حرارت از بدنه ناشی از دو مکانیزم انتقال حرارت تشعشعی و جابجائی بوده که به علت بالاتر بودن دمـای بدنـه دیـگ بخـار ازدمای محیط ایجاد می شود. انتقال حرارت تشعشعی به محیط با توان چهارم دمای بدنه و همچنـین ضـریب صـدور سـطح بـستگی دارد. بنابراین با کاهش دمای بدنه می توان میزان قابل ملاحظـه ای از اتـلاف انـرژی از ایـن طریـق را کـاهش داد. انتقـال حـرارت جابجائی به محیط نیز به اختلاف دمای بدنه و محیط و سرعت باد وابسته می باشد. در مجموع کاهش انرژی از بدنه تنها بـا کـاهش دمای بدنه قابل دسترسی می باشد. لازم به ذکر است درصد اتلاف حرارت از بدنه دیگهای بخار بزرگ با توجه به نرخ جهـانی حـدود

 

1تا 1/5درصد می باشد. در شکل 4تغییرات تلفات انتقال حرارت جابجائی و تشعشع برحسب بارهای مختلف نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می گردد در بارهای کم این تلفات بیشتر می باشند]

تلفات جابجائی و تشعشع دیگ های بخار

تلفات جابجائی و تشعشع دیگ های بخار

آب تخلیه اضطراری

 

آب تغذیه دیگ های بخار شامل کندانس ها و آب جبرانی می باشد. از آنجائی که در این آب ها همـواره ذرات جامـد غیـر محلـول وجود دارد، لذا برای بالابردن کیفیت عملکرد دیگ های بخار لازم است مقداری از آب در گردش دیگ بخار تخلیـه شـود. معمـولا” تخلیه اظطراری دیگ های بخار بین 15-3درصد ظرفیت بخار تولیدی را به خود اختصاص می دهد. مقدار انرژی تلف شده در اثر تخلیه اضطراری از رابطه ) (3محاسبه می شود].[
فرمول محاسبه دیگ بخار

در رابطه فوق . m& B Dدبی جرمی تخلیه اضطراری، C P , . B Dگرمای ویژه در فشار ثابت، . T B Dدمای بخار تخلیـه اضـطراری و Tدمای محیط می باشد.

اتلاف حرارت از دودکش

گازهای خروجی از دودکش یکی از مهمترین پتانسیل های بازیافت انرژی در دیگ های بخار محـسوب مـی شـوند. از آنجـائی کـهگازهای خروجی از دودکش دارای دمای نسبتابالایی هستند، می توان از انرژی آنها برای گرم کردن آب تغذیه یا هوای ورودی بـه دیگ بخار استفاده کرد. مطالعات نشان می دهند که به ازاء هر 20 0Cکاهش دمـای گازهـای خروجـی دودکـش یـک درصـد بـه راندمان دیگ بخار اضافه می شود

 

لازم به ذکر است پارامتر محدودکننده میزان کاهش دمای گازهـای خروجـی از دودکـش، دمـای نقطـه شـبنم اسـید سـولفوریک محصولات حاصل از احتراق می باشد.بدیهی است که کاهش بیش از حد دما باعث ایجاد اسید سولفوریک شده و خوردگی تجهیزات را به دنبال خواهد داشت. در شـکل5تاثیر مقدار گوگرد موجود در سوخت گازی بر روی نقطه شبنم گازهای خروجی از دیگ بخار نشان داده شده است]

 

+ 20 0C (4دمای نقطه شبنم = حداقل دمای مجاز گازهای خروجی

دمای نقطه شبنم اسید سولفوریک

 

راهکارهای بهبود راندمان دیگ های بخار مجتمع پتروشیمی بندر امام

نصب اکونومایزر جهت بازیافت انرژی حرارتی گازهای دودکش

برای مشخص سازی توجیه منطقی بودن اجرای پروژه، لازم است که میزان صرفه جوئی مربوطه به طور دقیق مشخص شود. بـرایاین کار از آمار و اطلاعات سال 1385که در جدول ) 1میزان تولیـد بخـار، مـصرف سـوخت و آب DMواحـد بخـار ( آورده شـده، استفاده می گردد

میزان مصرف سوخت آب بخار

 

 

با در نظر گرفتن متوسط راندمان 70درصد، از آنجائیکه نصب اکونومایزر 10-5درصد راندمان را افزایش می دهـد، مـصرف جدیـد سوخت در واحد بخار، برای تولید این مقدار بخار قابل محاسبه خواهد بود. با توجه با اینکه دیگ های بخار سوخت گازی (Mixed) gasمصرف می کنند، در حالیکه مجتمع گاز طبیعی ) (Lean gasرا خریداری می کند، لذا برای معادل سـازی ایـن دو از ارزشحرارتی پایین آنها استفاده شده است

نصب مبدل بازیافت حرارت آب تخلیه اضطراری

بازیافت حرارت از آب تخلیه اضطراری از دیگر روشهای بازیافت انرژی بوده که از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. با توجه به بالا بودن دمای آب تخلیه اضطراری، می توان با قرار دادن یک مبدل از این انرژی به منظور پیش گرم کردن آب جبرانی استفاده نمود. در صورت نصب مبدل بازیافت حرارت، با توجه به شرایط کاری دیگ بخار با توجه به محاسبات ذیل حداقل به میزان 817158014ریال در سال ذیل صرفه جویی کرد.

فرمول محاسبه راندمان دیگ های فولادی

نتیجه گیری

بازده اگزرژی از بازده انرژی به دلیل نابودی اگزرژی رخ داده در دیگ بخار کمتر است. نابودی اگـزرژی بـه دلیـل کـاهش سریع دما بین محصولات احتراق و بخار است. بطور متوسط بازده اگزرژی دیگ بخار در حدود یک سوم بازده انرژی است.
تلفات گاز دودکش با افزایش هوای اضافی و دمای گاز دودکش افزایش می یابد. اما اثر افزایش هوای اضافی به اندازه دمای گاز دودکش نیست. تلفات دیگر که در اثر نشر سطوح دیگ بخار و تخلیـه اضـطراری اتفـاق مـی افتنـد خیلـی کوچـک هستند. بطور کلی تلفات اگزرژی در دیگ بخار در اثر نابودی اگزرژی رخ داده ناشی از بازگشت ناپذیریهای سیستم اسـت.
غیر ممکن است بتوان نرخ بازگشت ناپذیریها را در دیگ بخار بدون تغییر دادن ساختار و سیستم آن کاهش داد. اما تلفات موجود در جریان های دیگر همانند گاز دودکش، تخلیه اضطراری و نشر سطوح را می توان با تنظـیم کـردن پارامترهـای نگهداری حداقل کرده و در شرایط بهینه نگهداشت .

 

پاسخی بگذارید

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

تماس - بخش فروش