بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهينه سازي مصرف سوخت در موتورخانه هاي خانگي
چکيده
يکي از راههاي موثر جهت بدست آوردن حداکثر راندمان سيستم هاي حرارت مرکزي ، تنظيم طول شعله در داخل محفظه احتراق براي ايجاد بالاترين نرخ انتقال حرارت از محصولات احتراق به بدنه محفظه احتراق (و بالتبع به آب داخل ديگ ) و همچنين کنترل و تنظيم نسبت هوا به سوخت براي افزايش راندمان احتراق مي باشد. در اين مقاله اثر اين دو پارامتر به صورت تجربي در ٢١٩٧ واحد موتورخانه بررسي گرديده است ، نتايج حاکي از وضعيت ناگوار موتورخانه هاي موجود در کشور مي باشد. در اين پژوهش با تنظيم دو پارامتر مذکور در موتورخانه هاي مورد بررسي به طور متوسط ٢٣.٦٦% از مصرف گاز کاسته شده و همچنين انتشار گازهاي آلاينده همچون مونواکسيد کربن به شدت کاهش يافته است .
واژه هاي کليدي : موتورخانه ، بهينه سازي مصرف سوخت ، احتراق ، ديگ ، مشعل
١- مقدمه
بهينه سازي مصرف سوخت از سه ديدگاه انرژي ، اقتصاد و محيط زيست داراي اهميت است . کشورهاي صنعتي در قبال اين حرکت سودهاي قابل توجهي عايد اقتصاد کشور خود نموده اند. امروزه در کشورهاي صنعتي به مديريت مصرف انرژي به عنوان يک منبع جديد انرژي مي نگرند. اعمال کنترل و اجراي راهکارهاي بهينه سازي مصرف سوخت در موتورخانه ها نقش ارزنده اي در کاهش اتلاف سوخت و سرمايه ، ايجاد الگوي صحيح مصرف و کاهش آلودگي هاي زيست محيطي خواهد داشت . در اين راستا داده هاي عملي و تجربه هاي پژوهشي و اجرايي به خوبي نشان داده اند که کنترل پارامترهاي احتراق و تنظيم مشعلها به همراه بهسازي شرايط دودکش ، اثر بسيار قابل توجهي در کاهش مصرف سوخت ، بالا رفتن راندمان سيستم گرمايش و کاهش آلودگي زيست محيطي خواهد داشت [١].
يکي از راههاي موثر جهت بدست آوردن حداکثر راندمان سيستم هاي حرارت مرکزي خانگي ، تنظيم طول شعله در داخل محفظه احتراق براي ايجاد بالاترين نرخ انتقال حرارت از محصولات احتراق به بدنه محفظه احتراق (و بالتبع به آب داخل ديگ ) و همچنين کنترل و تنظيم نسبت هوا به سوخت براي افزايش راندمان احتراق مي باشد.
زمان ، دما و اغتشاش سه عامل مؤثر در جهت تعيين ميزان هواي اضافي لازم براي احتراق کامل مي باشند. با کاهش زمان ، افزايش دماي اوليه احتراق و همچنين افزايش اغتشاش در محل مخلوط شدن سوخت و هوا، ميزان هواي اضافي مورد نياز کاهش مي يابد. اينها عواملي هستند که به طور کلي در طراحي مشعل مي بايست لحاظ گردند [٢].
به عنوان مثال براي احتراق کامل يک متر مکعب سوخت متان ٩.٥٢ متر مکعب هوا نياز است . در صورتيکه به لحاظ عملي به علت فراهم نشدن شرايط مناسب زمان ، دما و اغتشاش ، همواره مقداري هواي اضافه جهت اطمينان از حصول احتراق کامل مورد نياز است . هرچه هواي اضافه کاهش يابد درصد CO2 افزايش يافته و به تبع آن افت دودکش کم شده و راندمان احتراق افزايش مي يابد. احتراق کامل زماني اتفاق مي افتد که با کمترين هواي اضافه ، بيشترين راندمان حاصل گردد. از طرف ديگر با کاهش بيشتر ميزان هواي اضافه ، احتراق ناقص صورت گرفته و علاوه بر کاهش راندمان سيستم ، ميزان انتشار گاز سمي و کشنده مونواکسيدکربن افزايش مي يابد [٣].
به علت وضعيت نابسامان موتورخانه ها در سطح کشور در سال ١٣٨٢ پروژه پايلوت بهينه سازي مصرف سوخت در ١٠٠٠ موتورخانه در شهرستان تهران با همکاري شرکت بهينه سازي مصرف سوخت و سازمان پژوهشهاي علمي و صنعتي ايران ، جهت بررسي ظرفيت کاهش مصرف سوخت با اجراي راهکارهاي کم هزينه (تنظيم طول شعله و نسبت هوا به سوخت ) انجام پذيرفت . با توجه به نتايج رضايت بخش حاصل از آن طرح و کاهش حدود
٢٠ درصدي مصرف سوخت ، پروژه بهينه سازي ٥٠٠٠ واحد موتورخانه با مشعلهاي گازسوز در سطح کشور در سال ١٣٨٣ توسط شرکت بهينه سازي مصرف سوخت تعريف گرديد که اجراي عمليات بهينه سازي و بررسي علمي و عملي کاهش مصرف سوخت در ١٥٠٠ واحد موتورخانه در شهرستان تهران به کارشناسان شرکت بهينه سازان صنعت تأسيسات واگذار گرديد. مقاله حاصل نتايج آناليزهاي صورت گرفته در طرح فوق مي باشد. به طور کلي دو روش مستقيم و غير مستقيم براي تعيين راندمان سيستم هاي حرارتي وجود دارد که در زير به اختصار توضيح داده شده است :
١-١- روش مستقيم :
در اين روش بازده حرارتي ديگ عبارت است از نسبت گرماي گرفته شده توسط آب در گردش به انرژي داده شده به ديگ ، که مهم ترين عامل موثر در انرژي داده شده همان انرژي موجود در سوخت مصرفي مي باشد.
مقدار انرژي حرارتي خروجي برابر حرارت منتقل شده به آب مي باشد که از رابطه ذيل بدست مي آيد:
در اين رابطه ، جرم آب ورودي به سيستم ، گرماي ويژه آب ، دماي آب خروجي از ديگ ، دماي آب سرد تغذيه ورودي به چرخه گرمايش و Tمدت زمان آزمايش مي باشند.
مقدار انرژي حرارتي ورودي از حاصل ضرب مقدار دبي جرمي سوخت مصرفي (در طول مدت آزمايش ) در ارزش حرارتي سوخت بدست مي آيد. از آنجاييکه ارزش حرارتي سوخت به دو صورت خالص (ارزش حرارتي پايين سوخت ١) و ناخالص (ارزش حرارتي بالاي سوخت ٢) ارائه مي گردد، لذا در روند تعيين مقادير انرژي حرارتي ورودي و در نتيجه راندمان حرارتي مربوطه ، بايستي مشخص نمود که بر اساس کداميک از مقادير گفته شده محاسبات انجام شده است . در هر حال رابطه زير هميشه برقرار مي باشد [٤]:
. .
١-٢- روش غيرمستقيم :
در روش غيرمستقيم بازده حرارتي بوسيله برآورد تلفات حرارتي و اندازه گيري فقط يکي از مقادير انرژي حرارتي ورودي يا انرژي حرارتي خروجي تعيين مي شود:
تلفات حرارتي برابر است با اختلاف بين انرژي داده شده و انرژي مفيد خروجي ، که در ديگها اين تلفات عبارتند از(شکل ١):
١- تلفات گاز خشک ، ٢- تلفات رطوبت توليد شده حاصل از احتراق هيدروژن سوخت ، ٣- تلفات رطوبت موجود در هوا، ٤- تلفات رطوبت موجود در سوخت ، ٥- تلفات توليد گاز مونواکسيد کربن ، ٦- تلفات سوخت محترق نشده ، ٧- تلفات تشعشعي و جابجايي از بدنه ديگ [٤]
٢- روش انجام آزمون
اندازه گيري راندمان سيستم ديگ و مشعل در شرايط موجود در موتورخانه ، عملا توسط دو روش ذکر شده در بالا غيرممکن مي باشد. به علت عدم وجود سنسورهاي دما و دبي در موتورخانه ها شرايط براي اندازه گيري گرماي گرفته شده توسط آب در گردش و در نتيجه اندازه گيري راندمان به روش مستقيم محيا نمي باشد. از طرف ديگر با توجه به تغيير ميزان گاز مصرفي براي تنظيم طول شعله در داخل ديگ ، با وجود آناليز گازهاي خروجي از دودکش ، امکان محاسبه دقيق تلفات وجود ندارد.
بنابراين براي تعيين ميزان بهينه سازي مصرف انرژي و کاهش مصرف سوخت در اين پژوهش از روشي مشابه روش اندازه گيري مستقيم استفاده شده است . به اين صورت که با ثابت نگه داشتن انرژي حرارتي مصرفي در ساختمان (آب گرم و گرما) و همچنين مقدار دماي ترموستات ديگ قبل و بعد از عمليات بهينه سازي مصرف انرژي ، مقدار گاز مصرفي قبل و بعد از بهينه سازي در بازه هاي زماني مشخص با توجه به روشن بودن و يا خاموش بودن سيستم از روي کنتور قرائت گرديده و مقدار صرفه جويي در مصرف سوخت محاسبه گرديده است .در ذيل شرايط و نحوه انجام آزمايش که عينا براي تمامي موتورخانه هاي مورد بررسي در اين پژوهش تکرار گشته است بيان گرديده است :
٢-١- شرايط آزمايش :
آزمايشها در شرايط زير اجرا شده اند:
١- کنترل و ثبت دماي محيط (دماي محيط ١) در محيط آزاد و منطقه جلوي در موتورخانه (دماي محيط ٢) بوسيله دماسنج جيوه اي
٢- کنترل و ثبت حجم گاز مصرفي بوسيله کنتور گاز
٣- ثابت نگه داشتن بار حرارتي ساختمان با اجراي مراحل زير:
بستن فلکه اصلي آب گرم مصرفي ، بستن تمام لوله هاي رفت و برگشت آب گرم رادياتور ساختمان به جز يک طبقه ، بستن تمام رادياتورهاي طبقه مذکور به جز رادياتورهاي تحت تست ، بستن پنجره ها و درها و ثابت نگه داشتن ترموستات ديگ بر روي عدد c...٦٥ در تمام طول آزمايش
٤- کنترل و ثبت آناليز محصولات احتراق
٥- ثبت دقيق زمانهاي روشن و خاموش شدن مشعل بوسيله کورنومتر
٢-٢- نحوه انجام آزمايش :
در ابتدا وضعيت اوليه پارامترهاي احتراق را با استفاده از دستگاه آناليزور xl ٣٥٠ Testo تست مي کنيم ، اگر وضعيت نامطلوب بود(که در اکثر موارد وضعيت نامطلوب بود) با استفاده از تنظيم نسبت هوا به سوخت و طول شعله در محفظه احتراق وضعيت را تا حد ممکن بهبود مي دهيم . در نهايت نيز پس از قرار دادن طول شعله در مقدار بهينه و تنظيم نسبت سوخت به هوا، پارامترهاي احتراق مجددا آناليز و نتايج ثبت مي شود. نتايج يک نمونه از بهينه سازي انجام شده به اين روش در شکل ٢ آمده است . در اين
