رفتن به بالا

پایگاه خبری تحلیلی صنعت و تاسیسات


  • شنبه ۴ آذر ۱۳۹۶
  • السبت ۶ ربيع أول ۱۴۳۹
  • 2017 Saturday 25 November

بويلرهای چگالشی

در این مقاله تاثير شرايط طراحی بر عملكرد بويلرهای چگالشی مورد بررسی قرار گرفته است.

در این مقاله تاثير شرايط طراحی بر عملكرد بويلرهای چگالشی  مورد بررسی قرار گرفته است.
بويلرها به عنوان يكي از مصرف‌كننده‌هاي عمده انرژي در ساختمان مي‌باشند، بطوريكه وضعيت عملكرد آنها، نقش مهمي در تعيين ميزان مصرف انرژي ساختمان ايفا مي‌نمايد. از اين رو کنترل راندمان اين تجهيز و بهبود عملکرد آن، گام موثري در رفع مشکلات موجود در مصرف انرژي ساختمان و كاهش تلفات انرژي خواهد بود.
بويلرهاي مورد استفاده در تأسیسات ساختمان را مي توان به ۲ دسته، بويلرهاي چگالشی (Condensing Boiler) و غیرچگالشی (Non Condensing Boiler) تقسیم نمود.
استفاده از سيستم چگالشي جهت تامين بار حرارتي و آب گرم مصرفي ساختمان، با ارتقاي راندمان حرارتي از حدود ۶۰% به۱۱۰% سبب كاهش حداقل ۵۰% در مصرف انرژي و كاهش هزينه هاي بهرهبرداري شده و با كاهش شديد فضاي اشغال منجر به افزايش فضاي مفيد ساختمان خواهد شد.
دماي آب برگشتي توصيه شده در سيستم‌هاي چگالشي در حدود ºF 122 است، كه براي بويلرهاي چگالشي مطلوب است. آب برگشتي به بويلر وابسته به نوع سيستم گرمايشي و شرايط دمايي طراحي دارد. براي مثال دماي آب برگشتي در سيستم هاي گرمايش از كف بين ۹۵  تا F º ۱۲۲ است كه براي بكارگيري بويلرهاي چگالشي بسيار مطلوب است. ولي در صورتي كه پايانه هاي حرارتي از نوع رادياتور و يا فن كويل باشد، با توجه به اينكه اين سيستم ها به خصوص در روزهاي سرد سال نياز به دماي بالاتري براي ايجاد شرايط مطلوب دمايي دارند، دماي آب برگشتي از آنها نيز بيشتر خواهد بود. در نتيجه اين چالش به وجود مي آيد كه آيا اين بويلرها در فصول سرد عملكرد چگالشي خود را خواهند داشت يا خير؟
در اين گزارش ابتدا توضيحات مختصري در رابطه با عملكرد بويلرهاي چگالشي داده شده است. در ادامه به بررسي عملكرد اين بويلرها در كنار سيستم هاي گرمايشي متفاوت با دماي آب برگشتي مختلف پرداخته شده است و در انتها به عواملي كه ميتواند سبب بهبود عملكرد اين بويلرها شود پرداخته مي شود.

 

۲-    بويلر هاي چگالشي
با توجه به محدوديت منابع انرژي هاي فسيلي و افزایش روز افزون هزینه حامل های انرژی در دنیا، توليدكنندگان این تجهیزات همواره در جهت بهبود کیفیت کارکرد و بهره گیری از تجهیزات کنترلی مناسب کوشیده‌اند که در این میان یکی از مهمترین اقدامات صورت گرفته، گسترش استفاده از دیگ های چگالشی می باشد.
در بویلرهای غیر چگالشی گازهای حاصل از احتراق پس از گرم نمودن آب در گردش سیستم، با دمای بالا از طریق دودکش در محیط خارج تخلیه می گردند. تخلیه گازهای حاصل از احتراق با دمای بالای oF450، تلفات شدید انرژی را به ساختمان تحمیل می نماید. علاوه بر این، تنظیم نسبت سوخت به هوا در این دیگ ها با مشکلات فراوانی همراه بوده و بر این اساس، ميزان مصرف گاز جهت تأمین بار حرارتی ساختمان افزایش می یابد. از موارد حائز اهميت در رابطه با دیگ های غیر چگالشی مي توان به عدم امکان تنظیم ظرفیت عملکرد دستگاه با بار حرارتی مورد نیاز ساختمان، حجم آب گیری بالا، محدودیت در دمای آب برگشتی و محدودیت در دبی آب در گردش سیستم اشاره نمود.
دماي آب برگشتي بويلرهاي سنتي بايد به گونه اي باشد تا از تقطير گازهاي داغ خروجي جلوگيري شود. تقطير باعث خرابي بويلر و كوتاه شدن عمر مفيد آن مي شود. اگر طراحي سيستم به حد كافي بالا بودن درجه حرارت آب برگشتي را تضمين ننمايد، بويلر هاي داراي لوله فولادي و يا مسي يا چدني دچار خرابي مي شوند.
راندمان بالای عملکرد دیگ های چگالشی (كارآيي حدود۱۱۰%) از مهمترین مزایای بهره گیری از این تجهیزات می باشد. در اين گزارش از مشخصات فني بويلر‌هاي چگالشي Wolf  استفاده شده كه در پيوست آمده است.

 

۳-    معرفي تكنولوژي موتورخانه مركزي چگالشي
راندمان بالای حرارتی و جنبه های مثبت زیست محیطي بویلرهاي چگالشي، قابليت تغيير ظرفيت، كنترل پذيري و كاهش ميزان فضاي اشغال شده در موتورخانه، سهولت در نصب و راه اندازي، تسهيل تعمير و نگهداري، کاهش هزینه های جاری ساختمان و همچنين كاهش ميزان سر و صدا از ویژگی های مهم  موتورخانه مركزي چگالشی می‌باشند.

راندمان بالا

از مهمترين مشخصههاي بويلرهاي چگالشي، راندمان بالاتر اين سيستم ها نسبت به سيستم هاي متداول مي باشد. در دیگ چگالشی کاهش دمای گازهای احتراقی به زیر نقطه شبنم، منجر به چگالش بخار آب موجود در محصولات احتراق و بازیافت گرمای نهان شده و سبب  می شود که محصولات احتراق در دمایی حدود ºC 50 از دیگ خارج شوند. مناسب نبودن عايق بندي ديگ، رسوب گیری و عدم تناسب ظرفيت حرارتي ديگ با مشعل از ديگر عوامل پايين بودن راندمان سيستم هاي سنتي ميباشد. كه اين موارد در طراحي سيستم هاي چگالشي مركزي اصلاح شده است. در بویلرهاي چگالشي، ميزان مصرف سوخت در قياس با بويلرهاي معمولي حدود ۵۰% كمتر مي باشد كه سبب كاهش هزينه هاي پرداختي انرژي ساختمان  مي گردد.
قابليت تغيير ظرفيت و كنترل پذيري
با استفاده از از بويلرهاي چگالشي در ساعات عدم استفاده از ساختمان مي توان با كاهش بار حرارتي سيستم به ميزان قابل توجهي در مصرف انرژي صرفه جويي نمود. بویلر هاي چگالشي، با مجهز بودن به مشعل های تشعشعی FIBER METAL، بکارگیری الکتروفن دور متغیر و سیستم کنترلی پیشرفته، قابليت تغيير ظرفيت از ۱۷% تا ۱۰۰% توان كاركردي را داشته و ظرفیت حرارتی خود را مطابق با نياز حرارتی ساختمان تنظيم می

. درحالي  كه بویلرهای متداول مورد استفاده، قابليت تغيير ظرفيت کارکرد را نداشته و بدین ترتیب موجب استهلاك دستگاه و مصرف بالاي انرژي مي گردند. باتوجه به سيستم كنترلي پيشرفته بويلرهاي چگالشي، اين فرآيند به صورت کاملا اتوماتيك انجام مي گردد.

 

كاهش ميزان فضاي اشغال شده در موتورخانه
كوچك بودن ابعاد و پايين بودن وزن بويلر چگالشي از جمله مزاياي اين سيستم مي باشد كه سبب كاهش هزينه‌هاي حمل و نقل و نصب مي گردد. اين سيستم در زمان نصب به فونداسيون نيازي ندارد و قابلیت جانمایی در مجاورت دیوار را دارا مي باشد.
سهولت در نصب و راه اندازي
باتوجه به نحوه قرارگيري اتصالات بويلرهاي چگالشي، لوله کشی و اتصالات آن به سهولت و با صرف كمترين هزينه قابل اجرا مي باشد.
    تعمير و نگهداري آسان و كاهش هزينه هاي مربوطه
به دليل دسترسي ساده و آسان به تمام اجزاي بويلر چگالشي از طريق پانل جلويي ، تعمير و نگهداري دستگاه با سرعت بالا و صرف کمترین هزینه ممکن مي باشد.

boiler011

حذف سر و صدا و لرزش
كاهش سر و صداي ناشي از تجهيزات موتورخانه از جمله نكات قابل توجه در سيستم چگالشي مي باشد. عملكرد بويلرهاي چگالشي كاملا بي‌صدا و بدون لرزه و ارتعاش مي‌باشند و نيازي به اجراي فونداسيون و زيرسازي براي كاهش ارتعاش نمي‌باشد.

قابليت برنامه‌ريزي ساعات كاركرد و مجهز به سيستم كنترل هوشمند محيطی

boiler022

vمطابق با نمودار ارائه شده در شکل ۲ اساسا دمای آب برگشتی به موتورخانه سنتي جهت گرمایش مجدد و ارسال به داخل ساختمان در حدود   ºF160 در نظر گرفته شده است که عموما در روزهای بسیار سرد زمستان این دمای برگشتی و البته دمای رفت که برابر º F180 است برقرار می باشد که دستگاه چگالشي به دلیل دارا بودن سیستم کنترلی جبران ساز محيطي Weather Compensator، شرایط کارکرد و نحوه زیربار رفتن مشعل را جهت تامین بار گرمایشی ساختمان بسته به دمای هوای بیرون به صورت کاملا ماژولار کنترل کرده و در نهایت بخشی از کاهش مصرف انرژی را در این شرایط به وجود می آورد. همچنین این دستگاه با توجه به میزان بار مورد نیاز ساختمان شرایط کارکرد دمایی خود در دمای آب رفت و برگشت تغییر داده و در نهایت در روزهای بی باری که نیاز چندانی به تامین بار گرمایشی با دمای بالا نمی باشد، دستگاه شرایط کارکرد و نوع احتراق را در حالت چگالشی تبدیل کرده و در نهایت به صورت ۱۰۰% در حالت کندانس قرار خواهد گرفت. در سایر روزها که Load کارکرد دستگاه بالا می باشد تنها در زمان بارهای جزئی و یا کمی بار (Partial Load) دستگاه با حداقل بار و میزان زیر بار رفتن مشعل  که ۱۷% از کل توان حرارتی تولیدی است کارکرده و کاهش مصرف انرژی را حاصل می‌نماید.

boiler033

بنابراین از مهمترین پارامترهایی که موجب کاهش مصرف انرژی در پکیج های مرکزی چگالشی نسبت به سایر سیستم های غیر چگالشی میگردد، دارا بودن سیستم کنترلی یکپارچه و خطی مي باشد.بنابراین از مهمترین پارامترهایی که موجب کاهش مصرف انرژی در پکیج های مرکزی چگالشی نسبت به سایر سیستم های غیر چگالشی می گردد، دارا بودن سیستم کنترلی یکپارچه و خطی مي باشد.

حمل و نقل و تعمیرات دستگاه
به دلیل استفاده از موارد کامپوزیتی و همچنین وزن سبک دستگاه حمل و نقل آن به صورت بسیار ساده ای بوده و در نهایت امکان جابجا نمودن دستگاه بدون نیاز به تجهیزات سنگینی را فراهم می آورد.
۴-    فرآيند چگالش و نقطه شبنم
چگالش زماني روي مي‌دهد كه دماي آب برگشتي به بويلر كمتر از دماي نقطه شبنم بخار آب موجود در محصولات احتراق شود. دماي نقطه شبنم براي بخار آب موجود در محصولات احتراق به عوامل متعددي از قبيل درصد هواي اضافه، ميزان دي اكسيد كربن موجود، فشار جزيي بخار و ارتفاع از سطح دريا يا فشار محيط وابسته است.

گرماي نهان، آنتالپي تغيير فاز مي باشد كه در معادله ۱ نشان داده شده است:

f1

مقدار گرماي نهان تبخير آب در دماي جوش در سطح دريا F 212،  BTU/pound972 مي باشد. در شكل ۴ محتواي انرژي گاز طبيعي نشان داده شده است.

boiler44 همان طور كه مشاهده مي شود، ۲/۱۰ درصد از محتواي گاز طبيعي را گرماي نهان تشكيل مي‌دهد كه سهم قابل توجه اي است. اين سهم از انرژي، در بويلر‌هاي غير چگالشي به هدر مي رود. در صورتي كه در بويلر‌هاي چگالشي اين سهم براي گرمايش آب ورودي به بويلر استفاده مي شود.

بررسي احتراق
همان طور كه گفته شد دماي نقطه شبنم محصولات احتراق وابسته به عواملي چون ميزان هواي اضافه و دي اكسيد كربن محصولات احتراق است. ميزان دي اكسيد كربن محصولات احتراق وابسته به نسبت H/C هيدروكربن هاي مختلف است. بنابراين ميزان دي اكسيد كربن به سوخت مورد استفاده بستگي دارد. همچنين تركيبات يك نوع سوخت در مكان هاي مختلف متفاوت است، كه بيانگر وابستگي عملكرد بويلر چگالشي به شرايط محيطي مي باشد. البته اجزاء گاز طبيعي در مناطق مختلف كشور ما اختلاف چنداني ندارند. در نتيجه تغيير در ميزان درصد دي اكسيد كربن از تغيير كنترل هواي اضافه انجام مي شود.
پكيج‌هاي چگالشي گازسوز MGK و CGB شركت Wolf مجهز به شير گاز پيشرفته جهت تنظيم نسبت سوخت به هوا در تمامي حالت هاي كاركرد از ۱۷% تا ۱۰۰% بار اسمي دستگاه مي باشند. با استفاده از ماژول برنامه ريزي و كنترل هوشمند BM‌ و تنظيمات شرايط كاركرد سيستم، پكيج MGK در تمامي شرايط عملكردي، ميزان اختلاط سوخت و هوا را كنترل مي نمايد و همواره ميزان Co 2 در گاز‌هاي خروجي از دودكش را در محدوده مجاز ۳/۹-۱/۹ درصد كنترل مي نمايد.
به طور كلي با افزايش ميزان دي اكسيد كربن، يا به عبارت ديگر كاهش هواي اضافه، دماي نقطه شبنم و ميزان چگالش افزايش مي يابد. بسته به اينكه ميزان دي اكسيد كربن در محصولات احتراق به چه ميزان باشد تغييرات دماي نقطه شبنم بر حسب ارتفاع متفاوت است، شكل ۵ تغييرات دماي نقطه شبنم را در دو درصد متفاوت دي اكسيد كربن بر حسب ارتفاع نشان مي دهد.
مطابق شكل، براي شهر تهران با ارتفاع ۴۰۰۰ فوت از سطح دريا، با افزايش ميزان دي اكسيد كربن از ۸% به ۳/۱۰% دماي نقطه شبنم محصولات احتراق ۵ درجه فارنهايت افزايش مي يابد.
افزايش ميزان درصد كربن دي اكسيد از طريق كاهش هواي اضافه صورت مي پذيرد. به طور كلي هرچه ميزان هواي اضافه كمتر باشد راندمان بويلر‌هاي چگالشي افزايش مي يابد.

boiler55

۶-    شرايط آب و هوا و راندمان بويلر چگالشي
در اواسط زمستان دما معمولا صفر يا زير صفر درجه سلسيوس و ماكزيمم انرژي گرمايي براي محيط مورد نياز است. در اين زمان بويلرهاي چگالشي بايد آب را با دماي بالاتري به پايانه هاي حرارتي بفرستد. در اين حالت ممكن است بويلرهاي چگالشي از مود كندانس خارج شود.
در اين قسمت در شرايط آب و هوايي تهران و با در نظرگرفتن دماي طرح خارج  ºF20، به ازاي دو دماي رفت و برگشت متفاوت ميزان زمان عملكرد بويلر چگالشي در مود كندانس بدست آمده است. ميزان كربن دي اكسيد در محصولات احتراق ۳/۹ درصد در نظر گرفته شده است.

۶-۱-    دماي رفت   F160 و دماي برگشت F 140
مشخصات آب و هوايي تهران، دماي نقطه شبنم، منحني‌هاي دماي رفت و برگشت مورد نياز بر حسب دماي خارج در شكل ۶ رسم شده است. همان طور كه مشاهده مي شود، در فصول سرد زماني كه دماي خارج به زير  F30 مي رسد، دماي برگشتي به بويلر به مقداري كمتر از دماي نقطه شبنم محصولات احتراق مي رسد و در نتيجه چگالش اتفاق نمي افتد و بويلر از مود كندانس خارج مي شود.
با توجه به اطلاعات آب و هوايي تنها در ۲/۲ درصد از سال دماي تهران به زير  F30 مي‌رسد و درنتيجه فقط در اين مدت زمان بويلرهاي چگالشي از حالت كندانس خارج مي شوند.

boile66

 

۶-۲-    دماي رفت   F180 و دماي برگشت F 160
مطابق شكل۷، با افزايش دماي كاركرد سيستم گرمايشي و به دنبال آن افزايش دماي آب برگشتي به بويلر، مدت زماني كه بويلرهاي چگالشي از مود كندانس خارج مي شوند افزايش مي يابد. در اين حالت در ۹۱/۱۱ درصد از سال بويلر از مود كندانس خارج خواهد شد.
البته ذكر اين نكته ضروري به نظر مي رسد كه بويلر‌هاي چگالشي در زماني كه در مود كندانس قرار ندارند نيز به مراتب راندمان بالاتري نسبت به بويلر‌هاي غير چگالشي دارند. براي مثال بويلر‌هاي چگالشي Wolf در زماني كه در مود كندانس قرار ندارند، راندماني در حدود ۹۸% دارند كه به مراتب از بويلر‌هاي غير چگالشي بالاتر است.

boiler66

 

 

 

 

۷-    نتيجه گيري
بر اساس نتايج بدست آمده، بازيافت حرارت نهان در بويلرهاي چگالشي موجب افزايش حداقل ۵۰ درصدي راندمان، نسبت به بويلر هاي گرمايش ساده مي شود.
يكي از دغدغه هايي كه در رابطه با استفاده از بويلر‌هاي چگالشي وجود دارد، وابستگي راندمان اين بويلرها به دماي آب برگشتي به آنها است. اين نگراني براي كاربران اين بويلر‌ها وجود دارد كه با توجه به صرف هزينه انجام شده، اين سيستم ها كارايي چگالشي خود را نداشته باشند. دماي آب برگشتي بستگي به نوع سيستم گرمايشي انتخابي و شرايط دمايي مطلوب دارد. در صورتيكه دماي آب برگشتي به سيستم، بالاتر از نقطه شبنم بخار موجود در محصولات احتراق باشد، چگالش اتفاق نمي افتد و در نتيجه ممكن است حداكثر راندمان حاصل نشود.
با توجه به نتايج بدست آمده براي شهر تهران، براي دماي طراحي سيستم ºF 160 است، تنها در ۲/۲% و براي دماي طراحي سيستم  ºF 180 ، تنها در ۹۱/۱۱% از سال، ممكن است بويلرها از مود كندانس خارج شوند.
البته بايد به اين نكته نيز توجه داشت كه بويلر‌هاي چگالشي حتي در زماني كه از مود كندانس خارج مي‌شوند راندمان به مراتب بالاتري نسبت به بويلر‌هاي غير چگالشي دارند. براي مثال بويلر‌هاي چگالشي Wolf در زماني كه در مود غير چگالشي قرار دارند راندمان ۹۸% دارند كه در مقايسه با بويلر‌هاي رايج كه در بهترين شرايط مي توانند راندماني در حدود ۷۰% داشته باشند، به اندازه ۴۰% بيشتر است.

 


منابع: سایت مبنا، نمایندگی محصولات ولف آلمان

اخبار مرتبط

نظرات

مصاحبه های اختصاصی ویکی پی جی