بخشی از مقاله
-1 مقدمه
مقایسه میزان مصرف سرانه و مصرف ویژه انرژي بین کشورهاي توسعه یافته و ایران، نشان دهنده کارایی کم در تولید محصول و بازده پایین مصرف حامل هاي انرژي می باشد. نگاهی به آمار سالیانه شدت مصرف انرژي کشورهاي توسعه یافته نشان می دهد که با وجود افزایش تولید ناخالص داخلی، شدت مصرف انرژي آنها کاهش داشته است.
پایین آوردن هزینه هاي تولید با کم کردن سهم انرژي در قیمت تمام شده محصول نهایی، کاهش آلودگی هاي زیست محیطی و همچنین پایان پذیر بودن منابع سوخت هاي فسیلی، مهمترین محرك کشورهاي دنیا در بهسازي، نوسازي و توسعه فعالیت هاي تحقیق و توسعه اي در بخش انرژي بوده است . بخش هاي اصلی مصرف کننده انرژي در کشور عبارتند از بخش خانگی و تجاري، حمل و نقل، صنعت و کشاورزي که مجموعه صنعت با %22 از کل مصرف انرژي در کشور در رتبه سوم بخش هاي انرژي بر، قرار می گیرد.
یکی از تجهیزات پر مصرف انرژي در صنایع، کوره هاي حرارتی می باشد که عمدتا در صنایعی مانند: صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی، ذوب و تصفیه فلزات، کاشی ، سرامیک و سیمان و ... مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجا که معمولاً در سیستمهاي با دماي بالا، اتلاف انرژي زیاد است و از طرفی، فرآیند احتراق نیز همواره در دماي بالا صورت می گیرد در بیشتر موارد، پتانسیل صرفه جویی انرژي در سیستمهاي احتراقی یک واحد صنعتی، بیشتر از سایر قسمتهاي آن است.
بنابراین با توجه به گستردگی استفاده از سیستمهاي احتراقی در صنایع، در صورت توجه به ضرورت بهینه سازي این تجهیزات، به مقدار زیادي در مصرف سوخت واحدهاي صنعتی صرفه جویی خواهد شد. تمامی فرآیندها و تجهیزات صنعتی براي انجام وظیفه مورد نظر، نیاز به دریافت انرژي دارند لکن از آنجاییکه امکان تبدیل تمام انرژي ورودي به کار مفید وجود ندارد، بخشی از این انرژي به شکل حرارت تلف می شود، از اینرو به منظور استفاده مجدد از این حرارت تلف شده و صرفه جویی در مصرف سوخت، سیستمهاي متعددي توسعه یافته اند که به طور گسترده در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند.
براي انتخاب سیستم بازیافت حرارت مناسب قدم اول شناسایی تلفات حرارتی در فرآیند و برآورده پتانسیل صرفه جویی انرژي است. براي انجام این مهم، همواره می بایست دو عامل مورد بررسی قرار گیرند، درجه حرارت و نرخ جریانهاي خروجی. اصول کلی عملکرد اغلب سیستم هاي بازیافت حرارت، انتقال حرارت از جریان خروجی با دماي بالا به یک جریان ورودي با دماي پایین تر است.
بدین ترتیب بخش عمده اي از حرارت تلف شده به یک جریان دیگر منتقل می شود. لازم به ذکر است، استفاده از سیستم ها بازیافت حرارت، زمانی توجیه اقتصادي دارد که بتوان حرارت تلف شده را در جایی دیگر و به شکلی مفید مورد استفاده قرار داد از جمله کاربردهایی که براي سیستمهاي بازیافت حرارت وجود دارد، می توان به پیشگرم کردن هواي احتراق، گرمایش فضاهاي بسته ، تولید آب گرم ، گرمایش فرآیند، تولید بخار و پیشگرم نمودن آب تغذیه بویلر اشاره نمود. برخی از سیستمهاي بازیافت حرارت متداول عبارتند از رکوپراتورها، بویلرهاي بازیافت حرارتی، لوله هاي حرارتی، اکونومایزرها و بازیافت متناوب حرارت.
-2 رکوپراتورهاي حرارتی و انواع آن
رکوپراتور ها مجموعه اي از مبدل هاي حرارتی هستند که جهت انتقال حرارت از گازهاي گرم تولید شده در محفظه احتراق به هواي سرد مورد استفاده در فرآیند احتراق، به کار می روند. گرمایی که به کوره باز می گردد باعث افزایش راندمان آن می شود علاوه بر آن دماي شعله نیز به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد.
-1-2 رکوپراتور تشعشعی فلزي
ساده ترین شکل براي رکوپراتورها ، رکوپراتورتشعشعی فلزي است که شامل دو لوله هم مرکز طولی می باشد، لوله داخلی گازهاي گرم خروجی از کوره را به همراه دارد و لوله بیرونی حاوي هواي مورد نیاز کوره جهت احتراق می باشد. بدین ترتیب هواي احتراق توسط انرژي گرمائی گازهاي دودکش که بدون هیچگونه استفاده اي وارد محیط اطراف می گردید، گرم می شوند وبا انرژي افزوده وارد محفظه احتراق می گردد .
-2-2 رکوپراتور جابجائی
نوع دوم از رکوپراتورها به رکوپراتورهاي نوع پوسته لوله اي یا جابجائی معروف می باشد. گازهاي گرم حاصل از احتراق از درون تعداد لوله موازي با قطر کم عبور می نماید این در حالیست که هواي ورودي وارد محیط پوسته شده و با گازهاي گرم حاصل از احتراق که در لوله در جریان است تبادل حرارت می نماید. رکوپراتورهاي پوسته لوله نسبت به رکوپراتورهاي تشعشعی داراي بازده بیشتري می باشند دلیل این امر هم وجود سطح مناسب جهت تبادل حرارتی مابین سیال گرم - گازهاي حاصل از احتراق - و سرد - هوا - می باشد که باعث افزایش ضریب انتقال حرارت در این نوع از رکوپراتورها می گردد.
-3-2 رکوپراتورهاي هیبریدي
به منظور افزایش انتقال حرارت موثر از رکوپراتورهاي هیبریدي استفاده می گردد، این نوع از رکوپراتورها ترکیبی از دو نوع رکوپراتور مذکور یعنی رکوپراتور جابجایی و تشعشعی می باشد که یک واحد تشعشعی با دماي بالا و به دنبال آن یک بخش جابجائی را شامل می گردد.
-4-2 رکوپراتور سرامیکی
محدودیت عمده بازیابی انرژي از رکوپراتور تشعشعی فلزي کاهش عمر آنها در دماهاي بیشتراز هپ 1100 می باشد. براي محدوده هاي دمایی بالا به سبب ناکارآمدي رکوپراتورهاي فلزي از رکوپراتورهاي با لوله هاي سرامیکی استفاده می گردد. این نوع رکوپراتورها از لحاظ عملیاتی می توانند در محدوده دماي گازي - دماي گاز خروجی از دودکش کوره - در حدود هپ 1550 و براي پیش گرم کن هوا تا هپ 815 مورد استفاده قرار گیرند.
-3 طراحی رکوپراتور حرارتی
در این بخش به طراحی رکوپراتور حرارتی جهت کوره مورد مطالعه یعنی کوره ذتذسد پالایشگاه تهران پرداخته می شود. این طراحی با استفاده از قوانین انتقال حرارت و روابط موجود در زمینه طراحی مبدل هاي حرارتی و نیز استفاده از استانداردهاي موجود و به منظور تعیین پارامترهاي اصلی مبدل حرارتی، صورت می پذیرد.
ملاحظات طراحی:
• نوع رکوپراتور از نظر عملیاتی با توجه به دماي گازهاي خروجی از دودکش ، جابجائی و از لحاظ ساختاري پوسته لوله می باشد. جریان هوا وارد پوسته و جریان گازهاي گرم حاصل از احتراق وارد لوله می گردد.
• طراحی انجام شده بر اساس استاندارد انجمن تولیدکنندگان مبدلهاي لولهاي - آمریکا - که به استاندارد A1 معروف می باشد صورت پذیرفته است.
• جریان گازهاي حاصل از احتراق داراي مقدار اندکی گوگرد می باشد.
