چگونه راندمان دیگ بخار را افزایش دهیم؟

1380 بازدید

۱۳۹۶/۰۸/۱۸

راندمان در دیگ‎خانه شامل دو بخش راندمان بویلر و راندمان سیستم انتقال بخار می‎باشد. راندمان بویلر نسبتی است بین انرژی دریافت شده توسط بویلر از سوخت و انرژی موجود در بخار به انرژی تلف شده در آن. در بویلرهای امروزی راندمان بویلرها عددی بین ۶۵ تا ۸۵ درصد می‎باشد. حال می‎خواهیم به بررسی راههای افزایش راندمان دیگ بخار بپردازیم.

راه های افزایش راندمان دیگ بخار

به طور کلی برای افزایش راندمان دیگ‎خانه لازم است در ابتدا راندمان دیگ بخار را افزایش داده و سپس در سیستم توزیع بخار و بازگشت کندانس از اتلاف انرژی شامل موارد زیر جلوگیری کنیم.

  1. بکارگیری تجهیزات بازیابی انرژی
  2. جلوگیری از چرخه کوتاه
  3. جلوگیری از نشت بخار
  4. عایق کاری مناسب
  5. سطوح حرارتی
  6. سرویس مشعل
افزایش راندمان دیگ بخار

راندمان دیگ بخار

سطوح حرارتی

پاکیزه نگه داشتن سطوح حرارتی دیگ بخار یکی از مهمترین عوامل در بالا بردن راندمان است. وجود رسوب بر روی این سطوح مانند یک عایق عمل کرده و روند انتقال حرارت را دچار مشکل کرده و در دراز مدت باعث رسیدن آسیب به دستگاه می‎گردد.

بهترین راه برای حل این مشکل استفاده از  سختی گیرها، ریختن مواد رسوب گیر مناسب به طور روزانه در داخل آب منبع تغذیه و شستشوی شیمیایی بویلر (اسید شویی) به طور سالانه می‎باشد. انتخاب سختی گیر مناسب به میزان سختی آب منطقه بستگی دارد.

اسید شویی

دیگ‎های بخار عمدتاً از جنس فولادهای کربنی ساخته می‎شوند که سطح داخلی این فلزات با آب در تماس است و می‎بایست بدون رسوبات ناخواسته باشد. رسوبات دارای هدایت حرارتی پایین‎تری نسبت به فلزات هستند که باعث بالا رفتن دمای فلز در سمت دیواره احتراق می‎گردند. بنابراین سوخت بیشتری برای تولید بخار نیاز می‎شود (ضریب انتقال حرارت کاهش می‎یابد).

بخار در دمای بالا با یون آهن واکنش داده و تشکیل یک لایه یکنواخت از اکسید آهن fo3o4 که به مگنتیت معروف است را می‎دهد. در یک اتمسفر کاهنده در دمای بالای ۱۰۰ درجه سانتی‎گراد آب به عنوان یک ماده اکسیدکننده عمل کرده و واکنش الکتروشیمیایی شکل گرفته و باعث تشکیل لایه‎ای از مگنتیت می‎گردد.

لایه مگنتیت ایجاد شده تیره رنگ، نازک و به شدت چسبنده می‎باشد که به عنوان لایه پسیو در سطح فولاد از ادامه خط خوردگی سطح جلوگیری می‎نماید. تشکیل این لایه مگنتیت در بویلرهای بخار یک مزیت محسوب می‎شود که در شرایط ایده آل سطوح سمت دیواره آبی این فلزات با این فیلم نازک پوشش داده می‎شوند.

گرچه با گذشت زمان لایه مگنتیت رشد کرده و متخلخل و یا حتی شکسته و جدا می‎گردد. پس به صورت موضعی این لایه رسوب به شدت ضخیم می‎شود. بعلاوه تأثیر منفی بر روی انتقال حرارت گذاشته و همچنین غیر یکنواختی ضخامت رسوب باعث چسبیدن دیگر رسوبات نمکی ناخواسته مانند کربنات کلسیم می‎شود.

زمانی که راندمان بویلر بسیار کم می‎شود و یا انسداد و یا سوراخ شدن در لوله‎ها اتفاق می‎افتد، معمولاً تصمیم به تمیزکاری بویلر می‎گیرند. این کار معمولاً با بریدن چند لوله از قسمت‎هایی که انتظار بیشتری در تجمع رسوب در آن مناطق وجود دارد صورت می‎پذیرد.

پس از بررسی‎های گسترده متالورژیکی نمونه لوله به همراه رسوب مربوطه جهت تمیزکاری یا اصطلاحاً فرایند اسیدشویی مورد تست قرار می‎گیرد. جهت انجام پروسه مناسبی در جهت اسیدشویی دانستن میزان رسوبات در واحد سطح از مقدمات فرایند می‎باشد.

مراحل اسیدشویی

مراحل به اسیدشویی بصورت زیر انجام می‎پذیرد:

  1. پسیو کردن با استفاده از سیترات آمونیوم و یک معرف اکسیدکننده
  2. اسیدشویی با مخلوطی از اسید HF و hcl
  3. چربی‎گیری

در طول پروسه اسید شویی که با چرخش اسید کلریدریک و فلوریدریک گرم صورت می‎گیرد، لایه مگنتیت با اسید واکنش می‎دهد. بنابراین غلظت آهن در محلول شوینده افزایش خواهد یافت، چرا که مگنتیت را در خود حل می‎کند.

برای محافظت از فولاد لخت شده در مقابل اثر اسید، یک محافظت کننده اسیدی به آن اضافه می‎گردد. این محافظت‎کننده اسیدی نرخ خوردگی را تا ۵۰ mpy کاهش می‎دهد. مقدار آهن موجود در محلول شوینده در حقیقت پارامتری از نتیجه اسیدشویی و اینکه اسیدشویی به چه شکل انجام شده می‎باشد. هنگامی که مقدار آهن در محلول ثابت ماند تمام مگنتیت حل شده و مرحه اسیدشویی پایان یافته است.

بعد از مرحله اسیدشویی سطح فولاد واکنش پذیر و مرطوب خواهد بود و اکسیژن باعث تشکیل اکسید خواهد شد. در حقیقت آخرین مرحله از تمیزکاری دیگ بخار زدودن این زنگ آهن و ایجاد یک لایه فیلم اکسید آهن پسیو می‎باشد.

برای زدودن این زنگ آهن در ابتدا از یک محلول اسید سیتریک استفاده می‎شود. سپس اسید سیتریک با آمونیاک خنثی شده و تشکیل سیترات آمونیاک با یک ph قلیایی می‎شود. معمولاً آهن حل شده به شکل هیدروکسید رسوب خواهد شد. اما به دلیل تمایل شدید سیترات آمونیوم به تشکیل کمپلکس، آهن به صورت محلول باقی می‎ماند.

یک معرف اکسیژن‎زای قوی به سیترات آمونیوم برای فعال سازی یون‎های فرو برای اکسید شدن و بنابراین تبدیل آهن فلزی به حالت فریک یکنواخت اضافه می‎شود. این عمل باعث پدیدار شدن یک لایه نازک، پسیو و چسبنده اکسید آهن fe2o3 می‎گردد.

بازیابی انرژی

بازیابی انرژی در بویلرهای بخار شامل ۳ بخش اصلی است:

  1. بازیابی انرژی از گازهای احتراق
  2. بازیابی انرژی از کندانس
  3. بازیابی انرژی از بلودان

بازیابی انرژی از گازهای احتراق

اکونومایزر

اکونومایرزها به نوعی مبدل حرارتی شبیه هستند که معمولاً روی اگزوز بویلر نصب می‎شوند. به کمک اکونومایزرها می‎توان آب تغذیه دیگ بخار و یا هوای احتراق را مورد پیش گرم قرار داد. در بویلر صنعتی با فشار ۱۰ اتمسفر دمای بخار اشباع تولید شده حدود ۱۸۰ درجه سانتی گراد است.

اکونومایزر

اکونومایزر

برای انتقال حرارت از سطوح حرارتی بویلر به آب و بخار می‎بایست اختلاف دما بین این دو وجود داشته باشد. اختلاف دمای مؤثر برای این امر حداقل ۳۰ درجه سانتی گراد است. چنانچه اختلاف دما کمتر شود به سطح بزرگتری برای انتقال دما نیاز است.

بنابراین چنانچه بخواهیم دمای سطوح حرارتی را به ۱۸۰ درجه سانتی گراد نزدیک کنیم احتیاج به سطح بسیار وسیعی خواهیم داشت و در نتیجه قیمت بویلر به شدت افزایش یافته و ابعاد آن نیز به شدت بزرگ خواهد شد.

اما در اکونومایزرها اختلاف دمای مؤثر بین آب پیش گرم و دمای اگزوز حداقل ۱۵۰ درجه سانتیگراد است. بنابراین می‎توان با سطح کمتری انتقال مؤثرتری را به وجود آورد. از دیگر مزایای اکونومایزرها می‎توان به موارد زیر اشاره کرد:

  1. بازیافت انرژی تا ۵% و در نتیجه کاهش مصرف سوخت
  2. عدم پیچیدگی در کاربری
  3. هزینه تعمیر و نگهداری
  4. عمر طولانی
پیش گرم کن‎های هوای احتراق

چنانچه سوخت دارای ارزش حرارتی پایینی باشد و یا بویلر با سوخت جامد کار کند که احتمال وجود رطوبت در سوخت جامد وجود دارد برای خشک کردن سوخت قبل از احتراق و تضمین ثبات شعله هوای گرم نیاز است.

بهترین راه برای گرم کردن هوای احتراق استفاده از جریان گازهای داغ خود دیگ بخار است. در این اکونومایزرها جریان گازها می‎تواند داخل و یا خارج لوله‎های اکونومایزر باشد. چنانچه جریان گازها حاوی خاکستر و یا گرد و غبار باشد در این صورت ترجیح داده می شود تا از داخل لوله ها عبور کند تا موجب رسوب گرفتگی جداره نگردد زیرا تمیزکاری جداره‎ها مشکلتر است. هوا نیز از مسیرهای متعدد بین لوله‎ها عبور داده خواهد شد. این نوع از اکونومایزرها در بویلرهای لوله آبی کاربرد بیشتری دارند.

پیش گرم کن‎های آب تغذیه

این نوع از اکونومایزر یک مبدل حرارتی لوله‎آبی است که به کمک گازهای ناشی از احتراق، آب تغذیه بویلر را مورد پیش گرم قرار می‎دهد. اکونومایزرها را می‎توان از لوله‎های صاف و یا پرده‎دار ساخت. سرعت حرکت آب در داخل لوله‎ها باید بین ۱-۵/۲ متر بر ثانیه باشد.

نصب اکونومایزرها می‎تواند به صورت داخلی و یا خارجی باشد. در نوع داخلی سازنده در زمان ساخت بویلر آن را در داخل بویلر قرار داده است. در نوع خارجی اکونومایزر بعداً در داخل دیگ‎خانه یا به صورت افقی و یا به صورت عمودی بر روی اگزوز نصب می‎گردد.

نکته: جهت جلوگیری از خوردگی ناشی از دمای پایین گازها می‎بایست نهایت دقت را به عمل آورد تا دما همواره بالاتر از دمای نقطه شبنم اسید باشد.

علت اصلی این خوردگی نقطه شبنم اسیدی است و این نوع خوردگی شامل کندانس‎های بخار اسیدی است که عمده آن اسید سولفوریک می‎باشد که بر سطح ماده حمله می‎کند اسید در دمای پایین‎تر از نقطه شبنم کندانس می‎شود.

در گازهای خروجی طی عملیات احتراق بویلر گازهای SO2 و SO3 تشکیل می‎شود. تشکیل اسید سولفوریک به تعادل میان تری‎اکسید گوگرد و بخار آب و H2SO4 در گازهای خروجی بستگی دارد. پایین‎تر آمدن دما از نقطه شبنم باعث می‎شود این اسید کندانس شود. نقطه شبنم‎های بالاتر که با افزایش میزان اسید سولفوریک رخ می‎دهند باعث مشکلات بیشتری می‎شوند زیرا در این صورت اسید در دمای بالاتری کندانس می‎شود که در بهربرداری معمول ریکاوری بویلر این شرایط به راحتی بدست می‎آید.

نقطه شبنم اسید از نقطه شبنم آب بالاتر است؛ در دمای بین نقطه شبنم اسید سولفوریک و آب ممکن است اسید کلریدریک موجود در گازها کندانس شوند که از کلریدهای ریکاوری بویلر منشأ می‎گیرد.

کندانس شدن اسید کلریدریک باعث شتاب بخشیدن به روند خوردگی در دماهای پایین‎تر می‎شود. در دماهای پایین‎تر ممکن است کندانس آب باعث عرق کردن و گستره شدن خوردگی گردد. گازهای خروجی که میزان H2SO4 آنها زیادتر است دمای نقطه شبنم بالاتری دارند و احتمال خوردگی را افزایش می‎دهند. بالاتر بودن غلظت H2O و SO3 باعث افزایش تولید H2SO4 می‎شود و بنابراین نقطه شبنم افزایش می‎یابد.

بازیابی انرژی کندانس

بازیابی انرژی کندانس شامل استفاده از بخار فلش ایجاد شده از کندانس در فشار پایین‎تر است. همچنین هر چقدر بتوانیم کندانس بیشتری را به چرخه تولید بخار برگردانیم دمای آب تغذیه بالا رفته و همچنین در هزینه‎های تصفیه صرفه جویی می شود.

کندانس

کندانس

بازیابی انرژی بلودان

یکی از مهم‎ترین مسائل در اتلاف انرژی بویلر بلودان یا زیرآب است. بلودان بنا به شرایط بویلر و رژیم شیمیایی آب تغذیه معمولاً عددی بین ۱-۱۵% است. این انرژی را به چند صورت می‎توان بازیابی نمود.

اول استفاده از بخار فلش و نصب تانک جداکننده که مستلزم نصب سیستم تخلیه پیوسته است. که این سیستم توأمان میزان بلودان را نیز کاهش می‎دهد. با این کاهش بلودان در مصرف آب و انرژی و مواد شیمیایی و … نیز صرفه جویی خواهد شد. دوم استفاده از مبدل حرارتی جهت بازیابی.

جلوگیری از نشت بخار

نشتی بخار علاوه بر آنکه بسیار خطرناک است و می تواند موجب صدمه دیدن پرسنل دیگ خانه شود، باعث اتلاف انرژی نیز خواهد شد. نشتی بخار عموماً در ساقه شیرها، فلنچ ها، شیرهای کنترل و تله‎های بخار معیوب اتفاق می‎افتد.

نشتی بخار در دیگ خانه رطوبت محیط دیگ خانه را به شدت افزایش می‎دهد و همین عامل موجب کاهش عمر تجهیزات می‎گردد. اما مهمترین ضرر نشتی بخار اتلاف آب و انرژی است.

نشتی بخار را چگونه پیدا کنیم؟

نشتی‎های بزرگ را می‎توان با چشم غیر مسلح رؤیت نمود و برای نشتی‎های کوچک نیز می‎بایست از دستگاه‎های اولتراسونیک کمک گرفت. برای بازدید عملکرد صحیح تله‎های بخار نیز چند راه حل وجود دارد.

  1. بازرسی از طریق دیدن: بخار فلش کندانس از لوله خارج شده و هنگام خروج از لوله همانند ابر سفیدی اطراف لوله را دربر می‎گیرد. در صورتی که بخار زنده مثل هوا بدون رنگ می‎باشد و نسبت به بخار فلاش شده دما و سرعت بالاتری دارد.
  2. بازرسی از طریق اندازه گیری دما: اساس این روش اندازه‎گیری اختلاف دما در دو طرف تله بخار است.
  3. بازرسی از طریق شنیدن صدا: این روش در مورد تله‎های بخاری به کار برده می‎شود که به صورت متناوب باز و بسته می‎شوند. اگر تله بخار به صورت سریع باز و بسته شود و یا صدای عبور بخار بدون صدای حرکت دیسک شنیده شود، نشان دهنده خرابی تله بخار است.

عایق کاری

عایق کاری مناسب دیگ بخار امری است حیاتی که هدف اصلی آن ذخیره سازی انرژی به وسیله کاهش نرخ انتقال حرارت و بالطبع جلوگیری از ایجاد کندانس در خطوط بخار می‎باشد. عایق‎های حرارتی عبارتند از موادی که از نرخ انتقال حرارت بین سیستم‎های فیزیکی مختلف می‎کاهند و از اتلاف انرژی گرمایی جلوگیری می‎کنند.

عایق کاری

عایق کاری دیگ خبار

عایق‎های حرارتی مختلف برای جلوگیری از مکانیزم‎های انتقال حرارت وجود دارند. عایق‎کاری حرارتی، اتلاف انرژی حرارتی را در خطوط بخار و کندانس و همچنین مخازن و تجهیزات به حداقل رسانده و پیرو آن، منجر به صرفه‎جویی در هزینه‎های انرژی می‎شود.

از دیگر مزایای عایق‎کاری می‎توان به کنترل دمایی بهتر، جلوگیری از یخ زدگی و شکست تجهیزات و بسته به نوع عایق، ایجاد مقاومت در مقابل صوت و آتش سوزی نیز اشاره کرد

عایق‎کاری مناسب به امنیت پرسنل در مقابل سوختگی به خصوص در محیط های پر مخاطره که احتمال دارد با این سطوح تماس حاصل گردد، جلوگیری می‎کند.

برای عایق‎کاری خطوط بخار عموماً از عایق پشم و شیشه الیافی استفاده می‎شود. این محصول در فرم‎های مختلف و دانسیته‎های مختلف و خواص فیزیکی متعدد و متفاوت ساخته و عرضه می‎شود.

چرخه کوتاه

در مواردی که بویلر خیلی برزگتر از ظرفیت مورد نیاز سیستم باشد و یا در فشار بسیار کم به کار گرفته شود پدیده چرخه کوتاه اتفاق می‎افتد. به صورتی که بویلر پس از استارت شدن در مدت زمان کوتاهی نیاز سیستم را برطرف کرده و فشار بالا می رود. در نتیجه پرشر سوئیچ فرمان خاموش شدن مشعل را می‎دهد.

در این چرخه کوتاه اولاً میزان اتلاف تشعشعی از بدنه بویلر بالا می‎رود؛ ثانیاً در استارت مشعل قبل از شروع به کار مشعل فن شروع به کار کرده و هرگونه مخلوط گاز قابل احتراق را پاکسازی می‎کند و حجمی از گرما و انرژی را نیز از اگزوز تخلیه می‎کند. در نتیجه مصرف سوخت بالا رفته و راندمان بویلر کاهش می‎یابد و ثالثاً تجهیزات را زودتر دچار خرابی کرده و از عمر بویلر می‎کاهد.

[تعداد: ۰    میانگین: ۰/۵]

پربازدیدترین‌ها

دیدگاه‌ها

خوشحال خواهیم شد که اولین دیدگاه را شما ارسال نمائید.

دیدگاه خود را ثبت نمایید.

برای دریافت آخرین خبرها و محصولات ما به کانال تلگرام ما بپیوندید