بخشی از مقاله
پتانسيل هاي صرفه جويي سوخت و کاهش گازهاي آلاينده در سيستم احتراق موتورخانه هاي خانگي
چکيده
بخش خانگي ، تجاري و عمومي با اختصاص بيش از ٤٠ درصد از کل مصرف انرژي کشور به عنوان يکي از اصلي ترين مصرف کنندگان نهايي انواع حامل هاي انرژي شناخته مي شود. در بسياري از موارد در ساختمانهاي مسکوني از سيستم حرارت مرکزي (شوفاژ) براي توليد انرژي گرمايشي استفاده مي شود. بررسي نتايج پروژه هاي "بهينه سازي ١٠٠٠ دستگاه مشعل خانگي " و "بهينه سازي مصرف سوخت در موتورخانه هاي ٥٠٠٠ ساختمان مسکوني " نشانگر وضعيت اسفناک موجود در موتورخانه هاي کشور مي باشد. با اصلاح مدار آب در گردش (شستشو، دوده زدايي و درزگيري ديگ آب گرم )، اصلاح مدار سوخت و احتراق (بازبيني و اصلاحات اوليه خط سوخت ، سرويس مشعل و تنظيم دقيق مشعل ) و اصلاح مسير خروج محصولات احتراق (دودکش ) در موتورخانه هاي مورد بررسي ، به طور ميانگين ضمن کاهش ٢١.٥ درصدي مصرف سوخت ، غلظت مونواکسيد کربن که متوسط آن بوسيله دستگاه آناليز گاز 811ppm اندازه گيري شده بود پس از تنظيم مشعل با کمک دستگاه آناليز گاز به 1 ppm٥٤ تقليل يافت . بنابر آمار موجود ١٠.٣ درصد خانوارهاي شهري و ٠.٤٩ درصد خانوارهاي روستايي از سيستم حرارت مرکزي (شوفاژ) استفاده مي کنند. بررسي ها نشان مي دهد اجراي طرح هاي بهينه سازي موتورخانه هاي مسکوني در سطح کشور منجر به کاهش سالانه m٨٢٦٨١٧٢٤٤٣ از مصرف گاز و کاهش سالانه kg٤٢٣٨٤٩٨٠ از توليد گاز مونواکسيد کربن خواهد گرديد.
مقدمه
بخش خانگي ، تجاري و عمومي با اختصاص بيش از ٤٠ درصد از کل مصرف انرژي کشور به عنوان يکي از اصلي ترين مصرف کنندگان نهايي انواع حامل هاي انرژي شناخته مي شود [١]. رشد فزاينده مصرف انرژي در اين بخش (در حدود ١٠ درصد) و احتمال خروج ايران از اوپک تا ده سال آينده در صورت ادامه روند کنوني مصرف بي رويه انرژي در بخش هاي مختلف [٢] لزوم و اهميت بيش از پيش مصرف بهينه را نمايان مي سازد. بيش از ١٥ ميليون واحد مسکوني در کشور وجود دارد که سالانه به طور ميانگين به ازاي هر متر مربع ٣٠ متر مکعب گاز براي گرمايش آنها مصرف مي شود. اين در حالي است که اين سرانه در کشورهاي اروپايي که هواي سردتري نسبت به ايران دارند در حدود ٥.٥ متر مکعب مي باشد [٣]. مصرف بخش خانگي در کشور ما به گونه اي است که در سرماي بي سابقه دي ماه زمستان ١٣٨٦، سهم اين بخش از مصرف گاز کل کشور حتي به ٨٩.٢ درصد نيز رسيد
.[4]
افزايش بهره وري انرژي و کاهش تلفات در يک ساختمان مستلزم کنترل مراحل مختلف اعم از مرحله توليد انرژي گرمايشي يا سرمايشي ، مرحله انتقال ، مرحله توزيع و مصرف در تجهيزات نهايي است و در واقع راندمان کل از حاصلضرب راندمان هر کدام از اين مراحل در يکديگر بدست مي آيد. لذا کاهش راندمان هر کدام از اين مراحل منجر به کاهش راندمان کل خواهد شد.
در بسياري از موارد در ساختمانهاي مسکوني از سيستم حرارت مرکزي (شوفاژ) براي توليد انرژي گرمايشي استفاده مي شود. خوشبختانه در کشور ما با حمايت هاي دولتي صورت گرفته اقداماتي چون استفاده از پنجره هاي دوجداره ، شيرهاي ترموستاتيک رادياتور، کنترل هوشمند موتورخانه ، عايقکاري ديوارها و لوله ها و ... منجر به کاهش چشمگير تلفات انرژي در مراحل انتقال تا مصرف نهايي انرژي در يک ساختمان شده اند.
اما متاسفانه در قسمت موتورخانه ها و به طور خاص سيستم احتراق آن (ديگ ، مشعل و دودکش ) تا کنون اقدام موثر و فراگيري صورت نپذيرفته است . در اين مقاله با بررسي نتايج پروژه هاي مرتبط انجام گرفته در کشور، پتانسيل هاي موجود براي کاهش مصرف سوخت و گازهاي آلاينده در موتورخانه هاي بخش مسکوني مورد بررسي قرار مي گيرد.
سوابق و نتايج طرح هاي بهينه سازي سيستم احتراق موتورخانه ها
در سال ١٣٨١ پروژه اي با عنوان "بهينه سازي ١٠٠٠ دستگاه مشعل خانگي " و در سال ١٣٨٣ پروژه اي با عنوان "بهينه سازي مصرف سوخت در موتورخانه هاي ٥٠٠٠ ساختمان مسکوني " توسط شرکت بهينه سازي مصرف سوخت تعريف و به اجرا گرديد. در اين پروژه تيم هاي اجرايي با مراجعه به
موتورخانه ها ضمن ثبت مشخصات فني ، با استفاده از دستگاه آناليز گاز، مشعل را به گونه اي تنظيم مي کردند که با قرار گرفتن در محدوده بهينه پارامترهاي احتراق اعم از درصد هواي اضافه ، مونواکسيد کربن و ... ميزان مصرف سوخت مشعل ها به حداقل ممکن برسند.
بررسي نتايج اين پروژه ها نشانگر وضعيت اسفناک موجود در موتورخانه هاي کشور مي باشد. عدم رعايت استانداردها در ساختمان موتورخانه ، چيدمان نامناسب تجهيزات ، کارکرد نامناسب تجهيزات و عدم سرويس به موقع آنها و از همه مهمتر تنظيم نبودن مشعل و مکش نامناسب دودکش در موتورخانه هاي مورد بررسي از عواملي هستند که منجر به مصرف بيش از حد سوخت در اين موتورخانه ها مي گردند.
با اجراي طرح بهينه سازي در اين موتورخانه ها، به طور ميانگين ضمن کاهش ٢١.٥ درصدي مصرف سوخت (که از مقايسه قبوض گاز در دوره هاي زماني قبل و بعد از اجراي طرح حاصل شده است )، حجم قابل توجهي از گاز مونواکسيد کربن خروجي از دودکش موتورخانه ها نيز کاسته شد. به صورت دقيق تر ميانگين غلظت مونواکسيد کربن که متوسط آن بوسيله دستگاه آناليز گاز ppm٨١١ اندازه گيري شده بود پس از تنظيم مشعل با کمک دستگاه آناليز گاز به ppm٥٤ تقليل يافت . در جدول ١ غلظت مونواکسيد کربن در دودکش موتورخانه هاي مورد بررسي بر حسب نوع کاربري ساختمان ارائه گرديده است .
مراحل عملي بهينه سازي سيستم احتراق موتورخانه ها
در پروژه هاي پيشين اشاره شده ، بويژه در پروژه «بهينه سازي ٥٠٠٠ واحد موتورخانه در سطح کشور» مراحل اصلي زير در موتورخانه هاي تحت پوشش طرح به اجرا در آمدند:
تهيه شناسنامه فني موتورخانه
در اين مرحله ، پس از مميزي اوليه و صورت برداري از تجهيزات ، براي هر يک از موتورخانه ها يک کتابچه فني ، شامل موارد زير تهيه گرديد:
مشخصات فني تجهيزات موجود در موتورخانه
برچسب انرژي براي موتورخانه که تعيين کننده وضعيت ده ها پارامتر مؤثر بر عملکرد تأسيسات و مقايسه آنها با وضعيت استاندارد مي باشد.
دستورالعمل نگهداري و سرويس صحيح تجهيزات يکي از بزرگترين محاسن تهيه اين شناسنامه فني اين بود که در صورت نياز به انجام هر گونه اصلاحات و عمليات اجرايي ، کليه اطلاعات و مستندات لازم ، در دسترس بوده و نيازي به مطالعه و بررسي گسترده نبود.
اصلاح مدار آب در گردش (شستشو، دوده زدايي و درزگيري ديگ آب گرم )
بخش ابتدايي و نقطه شروع در مدار آب گرم در گردش ، ديگ آب گرم مي باشد. در ضمن ، ديگ به همراه مشعل و دودکش ، تشکيل دهنده مجموعه احتراق هستند که نقش اساسي در بهره وري سوخت و بازدهي موتورخانه دارد. بنابراين بالا بردن راندمان و برطرف نمودن ايرادهاي ديگ آب گرم يکي از ضروري ترين عمليات اصلاحي در موتورخانه مي باشد. انتقال حرارت از محصولات احتراق به آب از طريق سطوح فلزي (جداره داخلي و خارجي لوله هاي آب يا آتش ) صورت مي گيرد. جنس ، ضخامت ، مساحت مجموع و کيفيت سطوح ، پارامترهاي تأثيرگذار بر انتقال حرارت هستند. تشکيل لايه دوده روي سطوح مجاور آتش و رسوبات روي سطوح مجاور آب ، سبب کاهش انتقال حرارت و پايين آمدن راندمان ديگ مي شود. تشکيل لايه دوده به ضخامت mm ٠.٨ مي تواند نرخ انتقال حرارت را به اندازه ٩.٥ درصد و لايه اي به ضخامت mm ٤.٥، آن را به اندازه ٦٩ درصد کاهش دهد
[٥]. لذا در اين طرح ، شستشو و دوده زدايي ديگهاي آب گرم انجام گرديد.
علاوه بر آن در بسياري از موارد، به دليل مونتاژ نادرست ، فاصله هايي بين پره هاي ديگ هاي چدني وجود داشت . بايد توجه داشت که وجود فاصله بين پره ها چندين اثر منفي را به دنبال دارد [٦و٧]:
به دليل فشار منفي در داخل ديگ ، در هنگام خاموش بودن مشعل ، هواي سرد به سرعت به داخل فضاي آتشدان (کوره ) نفوذ کرده و سبب خنک شدن سريع ديگ مي شود. لذا مصرف سوخت به مقدار قابل توجهي افزايش مي يابد.
در هنگام روشن بودن مشعل ، وجود درز بين پره ها سبب به هم خوردن فشار داخل محفظه احتراق و به تبع آن اختلال در پارامترهاي احتراق مانند دماي شعله ، شکل شعله ، نسبت هوا به سوخت ، ترکيب محصولات احتراق ، بازدهي مشعل و . . .
مي شود.
وجود درز بين پره ها سبب تشديد صوت (رزونانس ) و توليد سر و صداي زياد در هنگام روشن بودن مشعل مي شود.
وجود درز بين پره ها سبب آسيب ديدن روپوش و عايق ديگ و آلودگي هواي موتورخانه و نيز افزايش دما و رطوبت فضاي موتورخانه خواهد شد.
بنابراين در اين مرحله ، درزبندي کامل ديگهاي چدني با خمير مخصوص صورت پذيرفت .
اصلاح مدار سوخت و احتراق (بازبيني و اصلاحات اوليه خط سوخت ، سرويس مشعل و تنظيم دقيق مشعل )
در اين مرحله ، ابتدا خط سوخت رساني به مشعل مورد بازبيني قرار گرفته و اصلاحات اوليه مانند تعويض فيلتر گاز، تعويض شيلنگ گاز (در صورت نياز)، تنظيم رگولاتور و سرويس پمپ گازوييل انجام گرديد. پس از آن نوبت به بازبيني و سرويس کامل مشعل مي رسيد که بوسيله تکنسين مجرب و آموزش ديده انجام مي گرديد. گام بعدي ، تنظيم دقيق شعله از نظر «دبي گاز مصرفي » (متناسب با ظرفيت حرارتي ديگ و نياز حرارتي ساختمان ) و نيز «نسبت هوا به سوخت » ورودي مشعل (شکل ٢) بود.
شکل ٢: نمودار شماتيک نحوه تغييرات ترکيب گازهاي احتراق بر حسب نسبت سوخت به هوا [٨]
اين عمل يک بار ديگر پس از اتمام مرحلۀ اصلاح مسير خروج محصولات احتراق و با کمک دستگاه آناليز محصولات احتراق اجرا گرديده و سامانه آماده بهره برداري مي شد.
اصلاح مسير خروج محصولات احتراق (دودکش )
دودکش ، سومين جزء از مجموعه احتراق سوخت (مشعل ديگ دودکش ) است که شايد بتوان گفت به اندازه دو جزء ديگر اهميت دارد؛ زيرا معمولا بيشترين اتلاف انرژي حرارتي حاصل از سوخت از طريق دودکش صورت مي گيرد. کنترل شرايط دودکش از دو جنبه اهميت دارد: اول آنکه خروج محصولات احتراق با دماي بالا و حجم زياد به معناي خروج انرژي حرارتي و هدر رفتن هزينه و سرمايه است . دوم آنکه در صورت عدم تنظيم صحيح مشعل و توليد گازهاي آلاينده ، آنچه سبب ورود مستقيم يا نشت اين آلاينده ها به داخل محيط زندگي و کار افراد مي شود، طراحي غلط ، گرفتگي ، فرسودگي و يا جريان معکوس در دودکش مي باشد.
مهمترين عوامل مؤثر در عملکرد صحيح دودکش عبارتند از «طراحي صحيح متناسب با شرايط ديگ و مشعل »، شامل ابعاد، شکل مسير، ارتفاع ، زانوها و . . . ، «جنس دودکش » و « قدرت مکش دودکش ». چنانچه طراحي اوليه دودکش به نحو صحيح انجام شده باشد، قدرت مکش آن مناسب بوده و نيازي به اصلاح ندارد. اما در بيشتر موارد به دلايل مختلف با دو پديدة «مکش ناکافي » و « مکش بيش از حد» در دودکش مواجه هستيم . پديده دوم بسيار متداول تر است و سبب تشديد اتلاف انرژي ، چه در زمان خاموش بودن و چه در زمان روشن بودن مشعل ، همچنين به هم خوردن پارامترهاي احتراق در زمان روشن بودن مشعل مي شود.
در پروژه هاي مورد اشاره با نصب قطعه اي به نام دمپربارومتريک (شکل ٣) در مسير دودکش ، فشار داخل دودکش متعادل مي گرديد. نصب دمپربارومتريک سبب مهار مکش بيش از حد دودکش شده و به تهويه هواي موتورخانه کمک مي کند.
