بخشی از مقاله
چکیده:
از جمله روش هایی که می توان از انرژی حرارتی موجود در گازهای خروجی از دودکش کوره ها استفاده نمود، نصب سیستم پیش گرمایش هوای ورودی به کوره ها یا همان مبدل های حرارتی می باشد که این پیش گرمایش سبب به سوزی سوخت کوره و نیز کاهش مصرف سوخت می گردد، در واقع با استفاده از حرارت قابل توجه گاز خروجی از دودکش کوره که بدون هیچ استفاده ای به محیط اطراف تخلیه می گردد جهت پیش گرم نمودن هوای ورودی به کوره استفاده می گردد. در این مقاله طراحی مبدل حرارتی جهت کوره H-208 پالایشگاه آبادان به منظور بهینه سازی و بازیافت انرژی انجام گردیده است.
-1مقدمه
تاکنون بیشترین مصرف انرژی نیروگاه ها و پالایشگاه ها، به شکل سوختی بوده است که در فرآیندهای گرما دهی و یا بویلرها بکار گرفته می شده است. راندمان یک بویلر، بوسیله مقدار هوای اضافی برای احتراق کامل سوخت و بوسیله دمای جریان گاز مشخص می شود. گازهای ناشی از احتراق سوخت های مایع و گاز با درجه حرارتی حدود 200 تا 600 درجه سلسیوس بویلر را ترک می کنند. این گازها بیشترین تلفات انرژی را در فرآیندهای احتراق تشکیل می دهند. پیش گرم کن های هوا برای انتقال انرژی حرارتی گازهای داغ به هوای ورودی محفظه احتراق بکار می روند. با این کار راندمان واحد تا حدود %2 به ازای هر100 فارنهایت افزایش درجه حرارت هوای ورودی، بیشتر خواهد شد.
تخمین ذخیره صرفه جویی سالیانه سوخت ناشی از بکارگیری پیش گرم قابل حصول است. با این وجود بکارگیری پیش گرم کن باعث کاهش درجه حرارت گاز دودکش می شود که در این صورت باید ملاحظات خوردگی، تغییر در میزان هوای اضافی و سطح تولید ناکس را در نظر گرفت. استفاده از پیش گرم کن در بسیاری از کوره ها و بویلرهای جدید معمول شده است.[13] با این وجود اصلاح برگشتی آن به دلیل عدم نبود فضای کافی برای کانال ها و گازهای دودکش و کنار گذرها با مشکل روبرو است. با توجه به مشکلات فوق، اگر پیش گرم آن نصب و راه اندازی شود آنگاه راندمان سیستم در حدود % 10-15 بهبود خواهد یافت. پیش گرم کردن هوا بوسیله تجهیزاتی مانند رکوپراتورها، ریژنراتورها و لوله های گرمایی انجام می شود.
در رکوپراتورها انرژی حرارتی بطور مستقیم از جریان گاز به هوای احتراق انتقال می یابد. اما ریژنراتورها بوسیله یک محیط ذخیره کننده انرژی و بصورت غیر مستقیم، انرژی را منتقل می کنند. در سال های اخیر استفاده از واحدهای ریژنراتور گستردگی بیشتری پیدا کرده است. یک روش صنعتی جدید برای پیش گرم کردن هوا استفاده از لوله های گرمایی می باشد . هیت پایپی که روش مهم و اساسی در عملیات انتقال حرارت می باشد و از مزایایی مانند نداشتن قطعات متحرک و هزینه نگهداری و تعمیر پایین برخوردار است. هزینه نصب و راه اندازی و پیش گرم آن های هوا کاملا متفاوت بوده است و به نوع بویلر بستگی دارد. این هزینه ها به افت فشار، طراحی پیش گرم آن، مواد و انتظار ما از کارکرد سیستم بستگی خواهد داشت.
تمامی فرآیندها و تجهیزات صنعتی برای انجام وظیفه مورد نظر، نیاز به دریافت انرژی دارند لیکن از آنجا از امکان تبدیل تمام انرژی ورودی به کار مفید وجود ندارد، بخشی از این انرژی به شکل حرارت تلف می شود. از اینرو به منظور استفاده مجدد از این حرارت تلف شده و صرفه جویی در مصرف سوخت، سیستم های متعددی توسعه یافته اند که به طور گسترده در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. برای انتخاب سیستم بازیافت حرارت مناسب قدم اول شناسایی تلفات حرارتی در فرآیند و برآورده پتانسیل صرفه جویی انرژی است. برای انجام این کار، همواره باید دو عامل مورد بررسی قرار گیرند که عبارتند از: درجه حرارت و نرخ جریان های خروجی. اصول کلی عملکرد اغلب سیستم های بازیافت حرارت، انتقال حرارت از جریان خروجی با دمای بالا به یک جریان ورودی با دمای پایین تر است. بدین ترتیب بخش عمده ای از حرارت تلف شده، به یک جریان ورودی با دمای پایین تر است.
بدین ترتیب بخش عمده ای از حرارت تلف شده به یک جریان دیگر منتقل می شود. البته باید توجه داشت، استفاده از سیستم ها بازیافت حرارت، زمانی توجیه دارد که بتوان حرارت تلف شده را در جایی دیگر و به شکلی مفید مورد استفاده قرار داد از جمله کاربردهایی که برای سیستم های بازیافت حرارت وجود دارد، می توان به پیشگرم کردن هوای احتراق، گرمایش فضاهای بسته، تولید آب گرم، گرمایش فرآیند، تولید بخار و پیشگرم نمودن آب تغذیه بویلر اشاره نمود.
برخی از سیستم های بازیافت حرارت متداول عبارتند از رکوپراتورها، بویلرهای بازیافت حرارتی،لوله های حرارتی، اکونومایزرها و بازیافت متناوب حرارت.[8] رکوپراتورها مجموعه ای از مبدل های حرارتی هستند که جهت انتقال حرارت از گازهای گرم تولید شده در محفظه احتراق به هوای سرد، مورد استفاده در فرآیند احتراق به کار می روند. گرمایی که به کوره بر می گردد باعث افزایش راندمان آن می شود علاوه بر آن دمای شعله نیز به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد - شکل . - 1
-2اجزای رکوپراتورهای پوسته لوله:
لوله ها
جنس، تعداد، قطر، طول و ضخامت لوله ها به طبیعت سیال - خورنده یا بی اثر ، تمیز یا کثیف و ... - مقدار جریان سیال، فشار و درجه حرارت سیال و بار حرارتی مبدل بستگی دارد. لوله ممکن است به صورت راست - دو سر باز - یا به شکل U روی صفحه ای به نام ورق تیوب پرس یا جوش داده شوند. لوله ها معمولا به قطر خارجی 1اینچ تا 6 اینچ و از جنس فولاد یا مس و گاهی نیز از گرافیت یا تفلون ساخته می شوند. [12]
آرایش لوله ها:
لوله ها عموما با دو آرایش مربعی یا مثلثی روی صفحه لوله ها نصب می گردند. در آرایش مربعی کمترین مقاومت در مقابل جریان و در نتیجه حداقل افت فشار به وجود می آید. یکی از معایب آرایش مربعی قرار گرفتن نعداد کمتر لوله در یک سطح معین می باشد. وقتی که آرایش لوله ها مثلثی باشد، افت فشار جریان پوسته بیشتر از وقتی است که آرایش مربعی باشد، اما میزان انتقال حرارت در آرایش مثلثی بیشتر است.
-3طراحی مبدل حرارتی جهت کوره H-208 پالایشگاه آبادان
از جمله روش هایی که می توان از انرژی حرارتی موجود در گازهای خروجی از دودکش کوره ها استفاده نمود، نصب سیستم پیش گرمایش هوای ورودی به کوره ها یا همان رکوپراتور می باشد که این پیش گرمایش سبب به سوزی سوخت کوره و نیز کاهش مصرف سوخت می گردد، در واقع با استفاده از حرارت قابل توجه گاز خروجی از دودکش کوره که بدون هیچ استفاده ای به محیط اطراف تخلیه می گردد جهت پیش گرم نمودن هوای ورودی به کوره استفاده می گردد. در این مقاله به طراحی مبدل حرارتی جهت کوره مورد مطالعه یعنی کوره H-208 پالایشگاه آبادان پرداخته می شود. این طراحی با استفاده از قوانین انتقال حرارت و روابط موجود در زمینه طراحی مبدل های حرارتی به منظور تعیین پارامترهای اصلی مبدل حرارتی، صورت می پذیرد.
- 1 نوع رکوپراتور از نظر عملیاتی با توجه به دمای گازهای خروجی از دودکش، جابجایی و از لحاظ ساختاری پوسته لوله می باشد. جریان هوا وارد پوسته و جریان گازهای حاصل از احتراق وارد لوله می شود.
- 2 طراحی انجام شده بر اساس استاندارد انجمن تولیدکنندگان مبدلهای لولهای - آمریکا - که به استاندارد TEMA معروف می باشد.
- 3 جریان گازهای حاصل از احتراق دارای مقدار اندکی گوگرد می باشد بنابراین با توجه به مشکلات عملیاتی گوگرد موجود در جریان گاز خروجی از دودکش و بررسی نقطه شبنم گوگرد دمای خروجی از رکوپراتور باید بیشتر از -180.
