مقاله تاثیر بکارگیری پکیج چگالشی بر بهینه سازی مصرف انرژی

پکیج چگالشی :

چگالش زمانی روي می دهد که دماي بخار کمتر از دماي نقطه شبنم بخار آب موجود در محصولات احتراق شود. در صنعت این فرآیند معمولا بر اثر انتقال حرارت بین بخار و یک سطح سرد بوجود می آید. گرماي نهان بخار به سطح انتقال یافته و مایع چگالش می یابد.

دماي نقطه شبنم براي بخار آب موجود در محصولات احتراق به عوامل متعددي از قبیل درصد هواي اضافه، میزان دي اکسید کربن موجود، فشار جزئی بخار و ارتفاع از سطح دریا یا فشار محیط وابسته است .

مقدار گرماي نهان تبخیر آب در دماي جوش ۱۰۰ درجه سانتیگراد ۲۲۵۷ کیلوژول بر کیلوگرم می باشد که نسبت به گرماي محسوس، مقدار قابل توجهی است .

اجزاء تشکیل دهنده عمده پکیج ها مشعل، محفظه احتراق، دسته لوله ها، پوسته و دودکش می باشد. دماي آب برگشتی پکیج هاي ساده باید بین ۱۳۰ تا ۱۴۰ درجه سانتی گراد باشد تا از تقطیر گازهاي داغ خروجی بویلر جلوگیري شود. تقطیر باعث خرابی پکیج و کوتاه شدن عمر مفید آن می شود. اگر طراحی سیستم به حد کافی بالا بودن درجه حرارت آب برگشتی را تضمین ننماید، پکیج هاي داراي لوله فولادي و یا مسی دچار خرابی می شوند.

بنابراین به علت عدم بکارگیري مبدل حرارتی چگالشی در مسیر خروج گازهاي خروجی دودکش پکیج هاي ساده ، از انرژي نهان بخار آب استفاده نمی شود.

طرح اندازه گیري

جهت محاسبه راندمان و بررسی عوامل موثر بر آن پارامترهاي ذیل با دستگاه Microplan که مجهز به سنسورهاي دماي متعدد و دبی سنج می باشد، اندازه گیري گردیده است.

دبی آب در گردش

دماي آب رفت

دماي آب برگشت

دماي هوا

دماي گاز

دبی گاز

دماي گازهاي خروجی دودکش

جهت آنالیز گازهاي احتراق نیز پارامترهاي ذیل با بکارگیري دستگاه آنالیزور گاز testo 350 xl اندازه گیري شده است .

درصد هواي اضافه احتراق

میزان دي اکسید کربن

میزان اکسیژن

راندمان مشعل

در نهایت دبی مایع چگالیده نیز با بشرهاي آزمایشگاهی در طول دوره تست راندمان اندازه گیري شد. در طی آزمایشات مبنا تغییر دماي آب برگشتی بوده است و از ۲۰ الی ۶۰ درجه سانتی گراد در فواصل ۵ درجه سانتی گرادي تست صورت گرفته است.

زمان انجام تست پس از رسیدن به حالت پایدار، ۶۰۰ ثانیه و طول لوله دودکش ۱ متر می باشد. همچنین دبی آب در گردش میزان ثابت ۱۷٫۵ لیتر بر ثانیه بوده است . لازم بذکر است که هر دو نوع پکیج هاي چگالشی و ساده با ظرفیت گرمایشی نامی یکسان معادل ۲۴ کیلو وات انتخاب شده اند.

بررسی احتراق

همانطور که گفته شد دماي نقطه شبنم محصولات احتراق وا بسته به عواملی چون میزان هواي اضافه و دي اکسید کربن محصولات احتراق است. میزان دي اکسیدکربن محصولات احتراق وابسته به نسبت H/C هیدروکربن هاي مختلف است. بنابراین میزان دي اکسیدکربن به سوخت مورد استفاده بستگی دارد. همچنین ترکیبات یک نوع سوخت در مکان هاي مختلف متفاوت است، که بیانگر وابستگی عملکرد بویلر چگالشی به شرایط محیطی می باشد. اجزاء گاز طبیعی مناطق مختلف کشور در اختلاف چندانی ندارند؛ لذا آزمایشات تنها با گاز طبیعی پالایشگاه سرخس انجام گردیده است که ارزش حرارتی و چگالی آن در جدول شماره ( ۱) ذکر شده است.

ارزش حرارتی و چگالی گاز طبیعی

در نتایج آنالیز احتراق نشان داد که میزان دي اکسید کربن در محصولات احتراق حدود ۱۰٫۳ می باشد و کمتر از ۳ درصد تغییر داشته است.

تغییرات دماي نقطه شبنم بر حسب ارتفاع از سطح دریا

ارتفاع شهرستان محل تست(مشهد)، از سطح دریا ۳۲۳۱ فوت از سطح دریا می باشد. بنابراین بر اساس منحنی فوق، دماي نقطه شبنم معادل ۵۴٫۷ درجه سانتی گراد است.

محاسبه راندمان

نرم افزار دستگاه Microplan بر اساس استاندارد هاي EN 483 ، EN 297 و EN 677 برنامه ریزي شده و قابلیت محاسبه راندمان پکیج را با استفاده از داده هاي اندازه گیري شده، دارد. بطور کلی راندمان بر اساس فرمول ذیل محاسبه می گردد:

η = E out – E in

در استاندارد اروپا، راندمان پکیج ها بر اساس ارزش حرارتی پایین گاز محاسبه می گردند، به همین دلیل راندمان پکیج هاي چگالشی که از گرماي نهان آب نیز بهره می جویند.

بیش از ۱۰۰ درصد محاسبه می گردد. بر این اساس راندمان پکیج چگالشی در حالت دماي توصیه شده براي پکیج هاي چگالشی (دماي آب رفت ۵۰ و برگشت ۳۰ درجه سانتی گراد) ۱۰۲ درصد و راندمان پکیج ساده در حالت دماي توصیه شده براي آن (دماي آب رفت ۸۰ و برگشت ۶۰ درجه سانتی گراد) ۹۰٫۵ درصد محاسبه شده است که اختلاف ۱۱٫۵ درصدي را نشان می دهد.

آنالیز اقتصادي

جهت آنالیزهاي اقتصادي از روش بازگشت سرمایه استفاده شده است که در ادامه به معرفی این روش می پردازیم: در این روش جریان هاي وجوه درآمد و هزینه، به مبدا زمان انتقال می یابند. این امر با توجه به حداقل نرخ تنزیل قابل قبول که نشان دهنده ارزش زمانی پول است، صورت می گیرد. زمان حال، ابتداي سال شروع سرمایه گذاري است . دوره بازگشت سرمایه مدتی است که در آن زمان درآمد حاصل از اجراي طرح مساوي هزینه آن گردد. به طور کلی یک سرمایه گذاري زمانی می تواند سود ده باشد که سرمایه گذاران انتظار دریافت اصل و سود بیشتري داشته باشند، به عبارت دیگر انتظار دریافت یک نرخ برگشت سرمایه کوتاه تر.

نتایج و بحث

نتایج ذیل بر اساس ۹ تیپ آزمایش بر روي پکیج چگالشی با ظرفیت ۲۴ کیلووات و آزمایش انجام شده بر روي پکیج ساده با همان ظرفیت و بررسی و محاسبات فنی و اقتصادي صورت گرفته، بدست آمده است.

اثر افزایش دماي آب برگشتی بر راندمان.

شکل شماره ( ۳) اثر دماي آب برگشتی بر راندمان ناخالص را نشان می دهد. نتایج حاکی از وابستگی زیاد راندمان پکیج چگالشی به دماي آب برگشتی می باشد؛ که با تغییر دماي آب از ۲۰ تا ۶۰ درجه سانتی گراد، بصورت خطی از ۱۰۲ درصد به ۹۶٫۵ درصد کاهش یافته است.

اثر افزایش دماي آب برگشتی بر دماي گازهاي خروجی دودکش.

شکل شماره ( ۴) اثر دماي آب برگشتی بر دماي گازهاي خروجی از دودکش را نشان می دهد. مشاهده می شود با اقزایش دماي آب از ۲۰ تا ۵۰ درجه سانتی گراد، دماي گازهاي خروجی از دودکش از ۴۷ تا ۵۶ درجه سانتی گراد تغییر یافته است و پس از آن با افزایش دماي آب برگشتی تا ۶۰ درجه سانتی گراد، افزایش سریع دماي گاز را تا ۷۵ درجه سانتی گراد شاهد هستیم.

اثر افزایش دماي گازهاي خروجی دودکش بر نرخ چگالش.

شکل شماره ( ۵) اثر دماي گازهاي خروجی از دودکش بر نرخ چگالش را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود، از دماي ۴۷ درجه سانتی گراد گازهاي خروجی دودکش تا حدود نقطه شبنم، ۵۶ درجه سانتی گراد، نرخ چگالش بطور نسبتاً خطی کاهش یافته است و پس از آن ضمن افزایش دماي ناگهانی گازهاي خروجی از دودکش، چگالش متوقف گردیده است.

اثر افزایش دماي گازهاي خروجی دودکش بر راندمان ناخالص پکیج چگالشی

در شکل شماره ( ۶) اثر افزایش دماي گاز خروجی از دودکش بر راندمان ناخالص نشان داده شده است. مشاهده می شود که منحنی راندمان به دو حوزه متم ایز تقسیم گردیده است. حوزه اول از دماي ۴۷ تا ۵۵ درجه سانتی گراد براي گازهاي خروجی که راندمان به شیب زیاد از حالت ایده آل آن، حدود ۱۰۲ درصد تا حدود ۹۷ درصد کاهش مییابد. حوزه دوم از دماي ۵۵ تا ۷۵ درجه سانتیگراد براي گازهاي خروجی است که راندمان بویلر چگالشی تغییرات کمتري نسبت به حوزه اول دارد و منحنی راندمان با شیب ثابت به کمترین میزان خود، حدود ۹۶ درصد میرسد.

شکل شماره ( ۷) اثر افزایش نرخ چگالش بر افزایش راندمان ناخالص پکیج چگالشی نسبت به پکیج غیر چگالشی را نشان می دهد. نتایج اندازه گیري میزان بهبود راندمان را بصورت تابعی از نرخ چگالش بیان می کند.

 میزان کاهش مصرف سوخت به ازائ هر پکیج، ۸۰۵ متر مکعب گاز طبیعی در سال محاسبه گردیده است. بر این اساس در صورتی که در هر سال، کلیه ۵۷۰،۰۰۰ پکیج گرمایشی تولیدي و وارداتی به کشور، با پکیج چگالشی جایگزین شوند، صرفه جویی سالانه به میزان ۴۵۸٫۸ میلیون متر مکعب در مصرف گاز کشور را شاهد خواهیم بود.

نتیجه گیری

در این تحقیق با انجام آزمایش بر روي پکیج هاي چگالشی و ساده با ظرفیت ۲۴ کیلووات و اندازه گیري راندمان پکیج و دما و دبی آب در گردش و آنالیز احتراق مشعل گاز سوز آن، و محاسبات اقتصادي نتایج ذیل حاصل گردیده است.

بر اساس نتایج بدست آمده، بازیافت حرارات نهان در پکیج هاي چگالشی موجب افزایش ۱۱٫۵ درصدي راندمان، نسبت به پکیج هاي گرمایشی ساده گردید.

منحنی راندمان پکیج چگالشی، نسبت مستقیم دم اي آب برگشتی با عملکرد مطلوب آن را نشان میدهد. در این منحنی، مناسب نبودن دیگ هاي چگالشی براي سیستم هایی که درجه حرارت آب برگشتی به آنها بالاتر از ۵۵ درجه سانتی گراد است مشهود است؛ زیرا دماهاي بالاتر از دماي نقطه شبنم بخار آب بیشتر بوده و دیگر چگالش روي نمی دهد.

پکیج چگالشی در صورتیکه دماهاي آب برگشتی به سیستم، بالاتر از نقطه شبنم بخار موجود در محصولات احتراق باشد، به راندمان بالاي خود نمی رسد و سرمایه گذاري بیشتر نیز در این مورد توجیهی ندارد.

دماي نقطه شبنم محصولات احتراق، منحنی دماي گاز دودکش-راندمان را به دو منطقه متمایز تقسیم می کند. در منطقه اول، از دماي ۴۷ تا ۵۵ درجه سانتی گراد، تغییرات زیاد در راندمان و در منطقه دوم، از دماي ۵۵ تا ۷۴ درجه سانتی گراد، تغییر راندمان بطور تدریجی صورت گرفته است. بنابراین میتوان نتیجه گرفت، براي بدست آوردن عملکرد مناسب بویلر چگالشی، در نظر گرفتن شرایط کارکرد به گونه اي که دماي گازهاي خروجی کمتر از دماي نقطه شبنم، حدود ۵۵ درجه سانتیگراد باشد حائز اهمیت است.

منحنی هاي نرخ چگالش-راندمان نیز بیانگر وابستگی این دو پارامتر به یکدیگر هستند. با افزایش نرخ چگالش، راندمان نیز افزایش می یابد.

با بکارگیري پکیج چگالشی بجاي پکیج ساده، صرفه جویی سالانه به میزان ۴۵۸٫۸ میلیون متر مکعب در مصرف گاز کشور به ازاي پکیج هاي جدید صورت می پذیرد. متاسفانه آمار دقیقی از میزان پکیج هاي بکار گرفته شده در سطح کشور در دسترس نمی باشد و نمی توان محاسبه دقیقی در خصوص صرفه جویی اعمال این راهکار در کل کشور ارائه نمود.

تعویض پکیج هاي ساده با پکیج هاي چگالشی از دیدگاه مصرف کننده خانگی بازگشت سرمایه معادل ۷٫۳ سال، از دیدگاه مصرف کننده دولتی ۳٫۹ سال و از دیدگاه ملی ۱٫۳ سال می باشد. مشاهده می گردد که هرچه قیمت ها به قیمت واقعی حامل هاي انرژي نزدیکتر شوند بازگشت سرمایه سریعتر اتفاق می افتد.

منبع : دومین همایش ملی اقلیم، ساختمان و بهینه سازي مصرف انرژي(بارویکرد توسعه پایدار) 

مقاله توسط : سمانه صباح (دانشگاه فردوسی مشهد) – سید ایمان پیش بین (شرکت ملی گاز ایران) – محمد مقیمان (دانشگاه فردوسی مشهد)

انواع سیستم های تهویه مطبوع مرکزی با کیفیت بالا و قیمت مناسب (سازندگان داخلی و خارجی) در ⇐ صفحه اصلی سایت

به این متن چند ستاره میدین؟ (ستاره سمت چپ بیشترین امتیاز رو داره. بدون نیاز به ثبت نام در سایت می تونید امتیاز بدید)
[کل: 0 میانگین: 0]
اشتراک گذاری :

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

فهرست