بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهینه سازي مصرف انرژي کوره H- 702 پالایشگاه گاز سرخون وقشم به روش
بازیافت انرژي
چکیده
نظربه این که بیش از 90 درصد انرژي مصرفی جهان از احتراق سوختهاي فسیلی تهیه می شود .نیاز فرآیندي جهان به انرژي ،محدود بودن ،تجدیدناپذیر بودن کاهش سریع منابع سوخت فسیلی و مشکلات زیست محیطی بشر را برآن داشته است که نسبت به بهینه سازي مصرف این نوع از انرژي دقت بیشتري نماید. قسمت اعظم سوخت هاي فسیلی در بخش پالایشگاهی و در قسمت کوره هاي صنعتی به مصرف می رسد، بنابراین مدیریت و بهینه سازي مصرف انرژي در کوره ها بسیار مهم می باشد.
بر این اساس در این مقاله جهت افزایش راندمان کوره H702با استفاده از بازیافت انرژي گاز هاي خروجی از کوره به منظور گرم کردن هواي احتراق پرداخته شده است. ابتدا میزان مصرف گاز سوخت در کوره در شرایط موجود و همچنین مقدار انرژي گرمایی که از دودکش کوره خارج می گردد محاسبه شده است.سپس با توجه به بررسی انواع روش هاي بازیافت بهترین روش براي بازیافت این مقدار انرژي گرمایی در کوره H702،( استفاده از مبدل حرارتی پوسته و لوله) انتخاب شده است .بعد از طراحی مبدل حرارتی مورد نیاز فرآیند هواي مورد نیاز احتراق در مبدل حرارتی با گاز هاي خروجی از کوره تبادل حرارت نموده و درنتیجه دماي آن تا 200درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت که نتیجه آن افزایش بازده کوره از 81/52 درصد به
88/65 درصد می باشد و همچنین مصرف سوخت کوره سالانه 278859 مترمکعب کاهش خواهد داشت . از طرفی از ورود گاز هاي احتراق با دماي بالا ( 300 oc) به هوا و افزایش دماي محیط جلوگیري خواهد شد . هزینه اولیه مورد نیاز جهت خرید مبدل حرارتی 2000000000 ریال می باشد که به این روش بعد ازهفت سال برگشت سرمایه خواهد داشت .
کلمات کلیدي : بهینه سازي مصرف انرژي , کوره هاي صنعتی , بازیافت انرژي , احتراق
١
مقدمه
گستردگی و اهمیت احتراق سوخت هاي فسیلی براي تولیـد انـرژي در صـنعت و وسـایل نقلیـه و مصـارف خـانگی برکسی پوشیده نیست.در اثر احتراق سوخت هاي فسیلی انرژي شیمیایی تبدیل به انرژي گرمایی می شود که یا مستقیما به مصرف می رسد و یا از طریق دستگاه هاي تبدیل کننده به کار مکانیکی تبدیل می شود .انرژي مکانیکی به نوبـه خـود یا مستقیما در صنعت استفاده می شود ویا در نیروگاه ها به انرژي الکتریکی تبدیل می شود . این سوخت براي ایجاد کـار یا در فشار ثابت در کوره ها و یا در حجم ثابت در در موتورهاي احتراق داخلی مصرف می گردد .
در عین حال ما با بنیادي ترین قوانین طبیعت نیز روبرو هستیم که آن را به عنوان اصول ترمودینامیکی می شناسیم
. طبق اصل اول این علم انسان فقط می تواند ماده و انرژي موجود در طبیعت را از شکلی به شکل دیگر تبدیل کندو از آن براي آسایش خود بهره گیرد . به عبارتی انسان قدرت خلق و محو را ندارد. اصل دوم هشدار می دهد که بشر باید موظب سرمایه گرانبهاي طبیعت باشد . [1]
با توجه به این اصول از یک سو و نرخ گران انرژي هاي فسیلی ار سوي دیگر هرگونه بحث و پژوهش در مورد مدیریت انرژي هاي فسیلی حائز اهمیت است .
قسمت عمده مصارف انرژي در بخش صنعت در کوره هاي صنعتی می باشد .علاوه برآن کوره هاي صنعتی تاثیر فراوانی در مبحث آلودگی محیط زیست دارند و از آنجا که امکان تبدیل صد در صدي انرژي به کار مفید وجود ندارد بخشی از این انرژي به شکل گرما تلف می شود .از این رو به منظور استفاده مجدد از این حرارت هدر رفته و صرفه جویی در مصرف سوخت سیستم هاي متعددي توسعه یافته اند که به طور گسترده در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند
.اصول کار اکثراین سیستم ها انتقال حرارت از جریان گرم خروجی به جریان سرد ورودي با دماي پایین می باشد . بدین ترتیب بخش عمده اي از حرارت تلف شده به جریان دیگر بر می گردد. [2]
یکی از راههاي بهینه سازي مصرف انرژي استفاده از انرژي گرمایی گازهاي خروجی از دودکش کوره می باشد .امروزه از این انرژي براي مصارف زیادي مثل پیش گرمایش هواي احتراق – گرمایش سیال فرایند – پیش گرمایش آب تغذیه بویلر – گرمایش آب مصرفی استفاده می شود [1]
با توجه به شرایط اقلیمی منطقه و شرایط فیزیکی واحد 700 پالایشگاه گاز سرخون و قشم از راه هاي پیشنهاد شده براي بهره برداري ازاین انرژي حرارتی استفاده از آن براي پیش گرمایش هواي احتراق است . به این ترتیب در مصرف سوخت صرفه جویی خواهد شدمیزان هواي اضافی1احتراق کاهش می یابد .فاکتورهاي موثر در آلودگی زیست محیطی کم می شود و راندمان کوره افزایش خواهد داشت
در کار حاضر از پتانسیل حرارتی گازهاي خروجی از دودکش کوره2 استفاده شده و توسط آن هواي لازم براي احتراق به اندازه 230 OC گرم می شود. به این ترتیب انرژي گرمایی لازم براي گرم کردن هواي احتراق تا نقطه اشتعال کاهش می یابد. براي رسیدن به این هدف مبدل حرارتی )3رکوپراتور (4طراحی گردیده است . که در آن سیال گرم همان گازهاي خروجی از دودکش و سیال سرد هواي احتراق می باشد.
این بهترین روش براي بازیافت انرژي به منظور بهینه سازي مصرف انرژي می باشد .
٢
-1 معرفی کوره H‐702 واحد 700 پالایشگاه گاز سرخون و قشم
کوره H‐702 پالایشگاه گاز سرخون و قشم از نوع استوانه اي با قطر داخلی حدود 3.6 m و ارتفاع 35.4m از سطح زمین و داراي دو بخش تابشی و جابجایی می باشد. پوشش داخلی کوره از جنس Light weight Insulating concrete با ضخامت 203 mm می باشد.
قطر داخلی دودکش 0.935 mو ارتفاع آن 22.37 mمی باشد. کوره شامل 3 مشعل است که در کف کوره قرار دارند ودر شرایط نرمال هر کدام 1.47MW گرما تولید می کنند.
سیال فرایند با دبی 14.3375 kg/sو تحت فشار و دماي به ترتیب 236o c , 1690kpa وارد کوره شده و با جذب حرارت با فشار ودماي 1270kpa و 290oc خارج می شود. سوخت مورد نیاز مشعل هاي کوره گاز طبیعی fuel
gas با 15% هواي مازاد براي احتراق می باشد. ارزش حرارتی آندر حالت LHV برابر 47 می باشد و در اثر سوختن آن با هواي مازاد 4.474MW گرما تولید می شود که مقدار 3.647 MW آن توسط سیال فرایند جذب شده و بقیه تلف
می شود. دماي گازهاي خروجی از دودکش 290 oc می باشد.[3]
1) Excess air 2) Stack 4)Recuperator 3)Heat exchanger
-2 محاسبه تلفات حرارتی گازهاي خروجی از دودکش
گاز طبیعی با ترکیب مندرج در جدول ذیل همراه با % 15 هواي اضافی می سوزد. و طبق واکنش احتراق
محصولات احتراق حاصل می شود.
1.33CO2+10.73N2+0.37702+2.79H2O 1(fuel)+2.83(o2+3.76N2+0.175H2O)
( 1)
٣
دماي شعله، آریاباتیک عبارت است از: [4] 2074. 4 O C
Af (نسبت هوا به سوخت)[4] 18.47 =
جدول-1 ترکیبات گاز طبیعی مورد استفاده براي سوخت بر حسب درصد مولی [5]
بر اساس واکنش فوق و به استنادبه این که ترکیب گازهاي خروجی از دودکش داراي Z = 0.99 و رفتار گاز ایده ال دارند مقدار کل آنتالپی ترکیب در دماي 290 OC بر اساس جدول شماره 2 محاسبه می شود
جدول-2 مقدار تغییرات آنتالپی گازهاي خروجی از دودکش در دماي [6] 290 o c
جرم مولکولی این ترکیب 27.6 و دانسیته آن و دبی جرمی آن 6658.74 Kg /hr
می باشد.
اگر گازهاي خروجی را که داراي دماي 290 oc هستند تا دماي 150c سرد کنیم (نقطه شبنم اسید سولفوریک) مقدار حرارت آزاد شده عبارت است از:[7]
(3)
