Fa En جمعه 27 مهر 1397 ساعت 19 و 40 دقیقه

افزایش بهره وری دیگ های بخار با استفاده از بازیافت حرارتی بلودان

  • یکشنبه 3 بهمن 1395

مقالات => مقالات

امروزه با توجه به هزینه های زیاد تامین انرژی جهت فراهم نمودن محصول مورد نیاز بخشهای مختلف فرآیندهای صنعتی، ضرورت بازیافت انرژی تولیدی در صنایع پشتیبانی کارخانه ها امری اجتناب ناپذیر می باشد،
افزایش بهره وری دیگ های بخار با استفاده از بازیافت حرارتی بلودان

افزایش بهره وری دیگ های بخار با استفاده از بازیافت حرارتی بلودان

احسان معراجی همدانی1   علی احتشامی2

کارشناس مکانیک دفتر فنی شرکت خمیرمایه والکل رازی ehsan.meraji@yahoo.com

چکیده:

امروزه با توجه به هزینه های زیاد تامین انرژی جهت فراهم نمودن محصول مورد نیاز بخشهای مختلف فرآیندهای صنعتی، ضرورت بازیافت انرژی تولیدی در صنایع پشتیبانی کارخانه ها امری اجتناب ناپذیر می باشد، یکی از مهمترین واحدهای که در اکثر کارخانه ها وجود دارد واحد دیگ بخارمی باشد که وظیفه تامین بخار با دما وفشار مطلوب برای بخشهای مختلف را برعهده دارد.در این پژوهش که اطلاعات فرآیندی آن از کارخانه خمیرمایه و الکل رازی استخراج شده است به محاسبه میزان انرژی هدر رفته در بلودان1 دیگهای بخار این کارخانه و تعیین میزان انرژی که قابلیت بازیافت دارد پرداخته شده است،

با توجه به محدودیت در پیش گرمایش آب تغذیه دیگ بخار به دلیل وجود پدیده کاویتاسیون در پمپهای تغذیه، به تحلیل فرآینداختلاط جریانهای برگشتی واحدهای فرآیندی وآب خام پرداخته شده است ومیزان حداکثراختلاف دمای قابل حصول محاسبه شده است. همچنین کاهش مصرف سوخت مشعل بویلر ناشی از پیش گرم شدن آب تغذیه تعیین گردیده است. میزان صرفه جویی حاصل ازبازیافت حرارتی بلودان، سالانه در حدود 370146072 ریال وحداکثر اختلاف دمای قابل حصول جهت پیش گرمایش 17 می باشد که نشان از اهمیت این سیستم دارد.  

 

مقدمه:

همزمان با تبخیر آب در دیگ بخار، ذرات جامد موجود در آب دیگ بخار در آن به جا مانده و انباشته می شوند. ذرات نامحلول به مرور زمان تشکیل رسوب ولجن داده که باعث کاهش میزان انتقال حرارت می گردند. همچنین این ذرات موجب افزایش ایجاد کف بر روی سطح آب و تشدید نفوذ آب به داخل بخار خروجی می شوند.

 

به منظور حفظ میزان رسوبات و سختی های محلول در آب در اندازه قابل قبول، آب بویلر با فواصل زمانی معین به هرزآب تخلیه می شود. این کار توسط دو سیستم مجزا صورت می گیرد.

 

بلودان تحتانی: که غالباً به صورت دستی و درزمانهای متناوب انجام می گیرد (چندین بار در روز به مدت کمتر از یک دقیقه) تا لجن و رسوبات سنگین را از قسمت زیرین دیگ بخار تخلیه کند.2-بلودان سطحی: که به منظور تخلیه ذرات محلول متمرکز در نزدیکی سطح آب طراحی شده است. این سیستم معمولاً به صورت پیوسته عمل کرده و اتوماتیک می باشد. 

 بلودان ناکافی ممکن است منجر به حمل آب بویلر به درون بخار و نیز تشکیل کف و رسوب گردد. بلودان بیش از حد نیز معادل با اتلاف آب، انرژی و مواد شیمیایی بکار رفته است. مقدار بهینه بلودان تابعی از فاکتورهای مختلف نظیر نوع بویلر، فشار کاری، کیفیت آب ورودی و نوع سیستم تصفیه آب است. میزان بلودان معمولاً در حدود 4% الی 8% آب ورودی به بویلر است در صورت بالا بودن سختی آب ورودی می تواند تا 10% نیز افزایش یابد.  

 

 

شرایط فرآیندی:

در کارخانه خمیرمایه و الکل رازی که این مطالعه انجام شده است از دو بویلر آتش سمت لوله با محصول بخار اشباع با در نظر گرفتن شرایط عملیاتی که در جدول شماره 1 آمده است استفاده می شود. در این مقاله حالت عملیاتی بویلر به صورت بار کامل1 می باشد. بخش عمده بخار مورد استفاده در واحدهای فرآیندی بعد از استفاده به واحد دیگ بخار برگشت داده می شود و در یک مخزن کندانس جهت استفاده مجدد مورد استفاده قرار می گیرند، همچنین علاوه برآن مقداری آب خام جهت جبران کمبود آب تغذیه دیگ بخار، به این مجموعه اضافه می شود ودر نهایت توسط دو پمپ به مخزن دی اریتور جهت اکسیژن زدائی فرستاده شده واز آنجا به وسیله پمپهای تغذیه به دیگهای بخار فرستاده می شود.  

 

جدول1: شرایط عملیاتی

 

مواد جامد تغذیه

(PPM)

بیشترین مقدارمجاز مواد جامد آب (PPM)

میزان تولید بخار

(kg/h)

فشار بخار

bar (g)

دمای هرز آب

113

3500

15000

10

185

 

 

 

 

 

 

 

 

سیستم بازیافت حرارتی بلودان سطحی دیگهای بخار:

 

دراین طرح  ابتدا آب حاصل از بلودان را به یک مخزن فلش هدایت می کنیم تا دچار افت فشار شود افت فشار در مخزن فلش باعث می شود بخشی از سیال بخار شده، از بخار ایجاد شده برای گرم کردن آب تغذیه در دی اریتور استفاده     می شود واز آب باقی مانده، به وسیله یک مبدل حرارتی برای گرم کردن آب خام استفاده می شود.

 

شکل1 : سیستم بازیافت حرارتی بلودان دیگهای بخار

انرژی حاصل از بلودان:

برای هر دوبویلر                                                             

برای هر دوبویلر

که در این معادله F  مقدار سختی آب ورودی، S میزان بخار تولیدی، B میزان سختی آب بلودان و  آنتالپی مخصوص آب در فشار کاری می باشند.    

 

کیفیت بخار واثر مخزن فلش:

 مخزن فلش به دلیل ساختاری که دارد باعث می شود که آب در حدودbarg 9.5 افت فشار پیدا کند وبخشی از آن بخار شود درادامه به محاسبه کیفیت بخار می پردازم.

 

 

این بدین معنی است که با افت فشار آب دیگ بخار در مخزن فلش، بخشی از آب بخار می شود که در حدود kw100 انرژی از kw 211 را در خود در بردارد.این بخار برای گرم کردن آب تغذیه در دی اریتور صرف می شود. باقی مانده آب در مخزن فلش برای گرم کردن آب خام ورودی به مخزن کندانس در یک مبدل حرارتی استفاده می شود.در نتیجه آب با دمای بالاتری وارد مخزن کندانس شده و آب با دمای بالاتری را جهت دیگهای بخار فراهم می کند. بدلیل وجود محدودیتهای که از لحاظ دمای در دی اریتور داریم که در ادامه توضیح داده می شود به محاسبه دمای مخلوط آب کندانس کارخانه هاوآب خام ورودی می پردازیم تا دمای حاصل از مخلوط شدن آنهارا بدست آوریم و همچنین با مقادیر واقعی که ثبت گردیده است مقایسه شود.  

 

فرآیند اختلاط کندانس برگشتی از واحدهای فرآیندی وآب خام:

 

فرضیات:

1-%70 آب مخزن کندانس از کندانس برگشتی واحدها تامین و%30 باقی مانده از آب خام تامین می شود.2-چاله کندانس را یک حجم کنترل در نظر می گریم.3-دمای آب کندانس در حدود  110ودمای آب خام در حدود  20 می باشد.4-انتقال حرات وکار صفر است.  که در این معادله مقدار دمای نهایی مخلوط آب در مخزن کندانس،  دبی آبهای ورودی به مخزن کندانس، دمای آبهای ورودی و  دبی کل می باشند.  

 

مقدار دمای خروجی  مخزن کندانس از کلکتور خروجی پمپهای مخزن کندانس در چند روز متوالی قرائت شده است که در نمودار شماره 1 با مقدار تئوری آن مقایسه شده است. که نشان از نزدیکی دمای واقعی با دمای حالت تئوری دارد.تفاوت دمای تئوری و تجربی به دلیل تغییر در نسبت مقدار آبهای ورودی به چاله کندانس می باشد.

 

نمودار1: مقایسه دماهای ثبت شده در خروجی مخزن کندانس و دمای تئوری

 انرژی آب باقی مانده:

حداکثر انرژی بازیافتی:

انرژی مخزن فلش

 انرژی بازیافتی در مبدل حرارتی

 حداکثر انرژی بازیافتی

 درصد انرژی بازیافت شده

حداکثر دمای قابل حصول:

بیشترین دمای که آب می تواند گرم شود بر اساس نوع دی اریتور در واحدهای فرآیندی متفاوت می باشددر این مورد که مورد مطالعه قرارگرفته است دمای دی اریتور  103 است یعنی فشار کاری دی ارتور در حدود  brag 0.2 است اگر دما بیشتر از این مقدار شود آب بخار شده وپدیده کاویتاسیون در پمپ های تغذیه بویلر به وجود می آید. که این بدین معنی است که درپیش گرمایش آب دی اریتور محدودیت وجود دارد. در این جا تغییرات دمای آب ورودی به دی اریتور را با تغییر دمای آب تغذیه گرم شده با توجه به فرمول 6 بررسی می کنیم. در این مورد مشاهده می شود که افزایش دمای آب خام بیش از اندازه مفید نیست زیرا با توجه به تزریق بخار به داخل دی اریتور دما آب تغذیه مقداری افزایش خواهد یافت ودر هرصورت نبایداز مقدارمجاز  103بیشتر شود و قبل از ورودبه مخزن دی اریتور بیشتر از  100 نباید گردد لذا حداکثر دمای قابل حصول با استفاده از این سیستم  17 می باشد.

 

جدول2: حداکثر دمای قابل حصول برای آب تغذیه

 

90

80

70

60

50

40

30

20

دمای ورودی خام به مخزن کندانس بعد از پیش گرم شدن

104

101

98

95

92

89

86

83

دمای نهای مخزن کندانس بعد از اختلاط یا آب تغذیه دیگ بخار

 

 

 

 

 

صرفه جویی سوخت درمشعل :

همان طور که گفته شد به دلیل پیش گرم شدن آب تغذیه بویلربا استفاده از این روش مشعل جهت گرم کردن آب خام ورودی، سوخت کمتری مصرف می کند. میزان مصرف سوخت و هزینه ای که صرفه جویی می شود با توجه بازده 75 درصدی مشعل، ساعت کار 8400 در سال و ارزش حرارتی 10000 کیلو کالری مطابق زیر می باشد.

 هزینه سالانه صرفه جویی 

که در این رابطه  دبی جرمی سوخت بازیافت شده،  انرژی حرارتی بازیافت شده،  بازده مشعل و E ارزش حرارتی سوخت می باشد.

نتایج و بحث:

1-همانطور که گفته شده با بازیافت حرارت بلودان دیگهای بخار سالانه مبلغ 370146072 ریال صرفه جویی در هزینه گاز مصرفی صورت می پذیرد.2-در نمودارزیر بافرض اینکه هزینه هر مترمکعب گاز مصرفی 1000 ریال می باشد به مقایسه کاهش هزینه گاز مصرفی در نیمه دوم سال 93 در صورت اجرا این طرح پرداخته شده است.  

نمودار2: مقایسه هزینه های مصرف گاز بدون و با سیستم بازیافت حرارتی به ریال در نیمه دوم سال 93

 

تشکروقدردانی:

 

لازم است در اینجا تشکر ویژه از پرسنل شرکت خمیرمایه والکل رازی به دلیل همکاری آنها صورت پذیرد.

منابع و مراجع:

 

1-پارسا،م.کامیاد،ع.نقیبی سیستانی،م.1390.افزایش راندمان نیرو گاههای حرارتی ذوب آهن اصفهان با استفاده از داده کاوی فازی، بیست و ششمین کنفرانس بین الملی برق، تهران

2-Singh and Fweyers, 2011.Biler Blow down Flash Recovery.Pp271-274. Proc S Afr Sug Technol Ass3-William L, 2001 .Avoiding Boiler Problems. Reeves. ASHRAE Journal. http://www.ashraejournal.org/4-Boiler Blowdown. Application Note. Analytical-SIC-4900-02. http://www.us.yokogawa.com/5-Recover Heat from Boiler Blowdown, 2001 .Department of Energy. Office of Industrial Technologies. Energy Efficiency and Renewable Energy. June.http://www.energystar.gov/ia/business/industry/heat_recovery.pdf  

Increase productivity with the use of heat recovery boilers blow down

Ehsan Meraji Hamedani   Ali Ehteshami

Abstract

Due to the high cost of energy needed to provide the various sectors of industrial processesThe need for energy recovery in plantsupport industrial is inevitable. One of the most important units in most companies is steam supply unit for that it desiredtemperature and pressure is responsible for various sectors. In this study the yeast and alcohol factory's information is extractedfrom the process to calculate the amount of energy wasted in the plant's boiler blow down and determine the amount of energy that can be recovered has been.Due to limitations in preheat boiler feed water due to cavitation in pumps for feeding The review process of mixing the raw water flows and returns processing units has been calculated the amount of the maximum achievable temperature.

As well as reduce fuel consumption by pre-heating boiler's feed water is determinedThe savings generated by recycling show the importance of this system.

ارسال نظر