بویلر چگالشی تاثير شرايط طراحی بر عملكرد بويلر چگالشی - گروه صنعتی مبنا 

91001540-91070148

 

91001540-91070148

مقدمه

بویلرها یكی از مصرف‌كننده‌های عمده انرژی در ساختمان هستند. به طوری كه عملكرد آنها، نقش مهمی در تعیین میزان مصرف انرژی ساختمان ایفا می‌کند. از این رو کنترل راندمان و بهبود عملکرد آن، گام موثری در راستای تلفات انرژی خواهد بود. بویلرهای مورد استفاده در تاسیسات ساختمان را ‌می‌توان به دو دسته بویلر چگالشی و غیرچگالشی تقسیم نمود. استفاده از سیستم چگالشی جهت تامین بار حرارتی و آب گرم مصرفی ساختمان، با ارتقای راندمان حرارتی از حدود 60% به 110% سبب كاهش حداقل 50% در مصرف انرژی و كاهش هزینه‌های ‌بهره‌برداری می‌شود. همچنین با كاهش فضای اشغال منجر به افزایش فضای مفید ساختمان خواهدشد.

دمای آب برگشتی توصیه شده در سیستم‌های چگالشی در حدود 122ºF است. آب برگشتی به بویلر وابسته به نوع سیستم گرمایشی و شرایط دمایی طراحی دارد. برای مثال دمای آب برگشتی در سیستم‌های گرمایش از كف بین 95 تا 122ºF است. این دما برای بكارگیری بویلر چگالشی بسیار مناسب است. ولی در صورتی كه پایانه‌های حرارتی از نوع رادیاتور و یا فن‌كویل باشد، با توجه به اینكه این سیستم‌ها به خصوص در روزهای سرد سال نیاز به دمای بالاتری برای ایجاد شرایط مطلوب دمایی دارند، دمای آب برگشتی از آنها نیز بیشتر خواهد بود. باید دید آیا این بویلرها در فصول سرد عملكرد چگالشی خود را خواهند داشت یا خیر؟

در این گزارش ابتدا توضیحات مختصری در رابطه با عملكرد بویلر چگالشی داده شده است. در ادامه به بررسی عملكرد این بویلرها در كنار سیستم‌های گرمایشی متفاوت با دمای آب برگشتی مختلف پرداخته شده است. در انتها به عواملی كه ‌می‌تواند سبب بهبود عملكرد این بویلرها شود پرداخته ‌می‌شود.

بویلر‌های چگالشی

با توجه به محدودیت منابع انرژی‌های فسیلی و افزایش روز افزون هزینه حامل‌های انرژی در دنیا، تولیدكنندگان این تجهیزات همواره در جهت بهبود کیفیت کارکرد و ‌بهره‌گیری از تجهیزات کنترلی مناسب کوشیده‌اند. یکی از مهمترین اقدامات صورت گرفته، گسترش استفاده از دیگ‌های چگالشی است. در بویلرهای غیر چگالشی گازهای حاصل از احتراق پس از گرم نمودن آب در گردش سیستم، با دمای بالا از طریق دودکش در محیط خارج تخلیه می‌گردند. تخلیه دود با دمای بالا تلفات انرژی را به ساختمان تحمیل می‌نماید. علاوه بر این، تنظیم نسبت سوخت به هوا در این دیگ‌ها با مشکلات فراوانی همراه است. بر این اساس، میزان مصرف گاز جهت تأمین بار حرارتی ساختمان افزایش می‌یابد.

از موارد حائز اهمیت در رابطه با دیگ‌های غیرچگالشی ‌می‌توان به عدم امکان تنظیم ظرفیت عملکرد دستگاه با بار حرارتی مورد نیاز ساختمان، حجم آب گیری بالا، محدودیت در دمای آب برگشتی و محدودیت در دبی آب در گردش سیستم اشاره نمود. دمای آب برگشتی بویلرهای سنتی باید به گونه‌ای باشد تا از تقطیر گازهای داغ خروجی جلوگیری شود. تقطیر باعث خرابی بویلر و كوتاه شدن عمر مفید آن ‌می‌شود. اگر طراحی سیستم به حد كافی بالا بودن درجه حرارت آب برگشتی را تضمین نماید، بویلر‌های دارای لوله فولادی و یا مسی یا چدنی دچار خرابی ‌می‌شوند.

راندمان بالای عملکرد دیگ‌های چگالشی (كارآیی حدود110%) از مهمترین مزایای ‌بهره‌گیری از این تجهیزات است. در این گزارش از مشخصات فنی بویلر‌های چگالشی Wolf استفاده شده كه در پیوست آمده است.

معرفی تكنولوژی موتورخانه مركزی چگالشی

راندمان بالای حرارتی و جنبه‌های مثبت زیست‌محیطی بویلرهای چگالشی از مزایای مهم دیگ چگالشی است. از دیگر ویژگی‌های می‌توان به قابلیت تغییر ظرفیت، كنترل‌پذیری و كاهش میزان فضای اشغال شده در موتورخانه، سهولت در نصب و راه اندازی، تسهیل تعمیر و نگهداری، کاهش هزینه‌های جاری ساختمان و همچنین كاهش میزان سر و صدا اشاره کرد.

   راندمان بالا

از مهمترین مشخصه‌های بویلرهای چگالشی، راندمان بالاتر این سیستم‌ها نسبت به سیستم‌های متداول است. در دیگ چگالشی کاهش دمای گازهای احتراقی به زیر نقطه شبنم، منجر به چگالش بخار آب موجود در محصولات احتراق و بازیافت گرمای نهان می‌شود. درنتیجه محصولات احتراق در دمایی حدود ºC 50 از دیگ خارج می‌شوند. مناسب نبودن عایق‌بندی دیگ، رسوب‌گیری و عدم تناسب ظرفیت حرارتی دیگ با مشعل از دیگر عوامل پایین بودن راندمان سیستم‌های سنتی است. این موارد در طراحی بویلر چگالشی مركزی اصلاح شده است. در بویلرهای چگالشی، میزان مصرف سوخت در قیاس با بویلرهای معمولی حدود 50% كمتر می باشد كه سبب كاهش هزینه‌های پرداختی انرژی ساختمان  می گردد.

قابلیت تغییر ظرفیت و كنترل پذیری

با استفاده از از بویلرهای چگالشی در ساعات عدم استفاده از ساختمان ‌می‌توان با كاهش بار حرارتی سیستم به میزان قابل توجهی در مصرف انرژی صرفه جویی نمود. دیگ چگالشی، با مجهز بودن به مشعل‌های تشعشعی، بکارگیری الکتروفن دور متغیر و سیستم کنترلی پیشرفته، قابلیت تغییر ظرفیت از 17% تا 100% توان كاركردی را دارد.

درحالی  كه بویلرهای متداول مورد استفاده، قابلیت تغییر ظرفیت کارکرد را نداشته و بدین ترتیب موجب استهلاك دستگاه و مصرف بالای انرژی می‌گردند. باتوجه به سیستم كنترلی پیشرفته بویلرهای چگالشی، این فرآیند به صورت کاملا اتوماتیك انجام می‌گردد.

   كاهش میزان فضای اشغال شده در موتورخانه

كوچك بودن ابعاد و پایین بودن وزن بویلر چگالشی از جمله مزایای این بویلر چگالشی است. این امر سبب كاهش هزینه‌های حمل و نقل و نصب می گردد. این سیستم در زمان نصب به فونداسیون نیازی ندارد و قابلیت جانمایی در مجاورت دیوار را دارا است.

سهولت در نصب و راه اندازی

باتوجه به نحوه قرارگیری اتصالات بویلر چگالشی، لوله کشی و اتصالات آن به سهولت و با صرف كمترین هزینه قابل اجرا است.

    تعمیر و نگهداری آسان و كاهش هزینه‌های مربوطه

به دلیل دسترسی ساده و آسان به تمام اجزای بویلر چگالشی از طریق پانل جلویی، تعمیر و نگهداری دستگاه با سرعت بالا و صرف کمترین هزینه ممکن است.

دیگ چگالشی
جهت مشاهده عملکرد بویلرهای چگالشی اینجا کلیک کنید.
 حذف سر و صدا و لرزش

كاهش سر و صداي ناشی از تجهيزات موتورخانه از جمله نكات قابل توجه در سيستم چگالشی است. عملكرد بويلر چگالشی كاملا بی‌صدا و بدون لرزه و ارتعاش است. نياز به اجرای فونداسيون و زيرسازی برای كاهش ارتعاش نیست.

قابليت برنامه‌ريزي ساعات كاركرد و مجهز به سيستم كنترل هوشمند محيطی

دیگ چگالشی

مطابق با نمودار ارائه شده در شکل 2 اساسا دمای آب برگشتی به موتورخانه سنتی جهت گرمایش مجدد و ارسال به داخل ساختمان در حدود  160ºF در نظر گرفته شده‌است. عموما در روزهای بسیار سرد زمستان این دمای برگشتی و دمای رفت برابر با 180ºF است برقرار است. بویلر چگالشی به دلیل دارا بودن سیستم کنترلی جبرانساز محیطی Weather Compensator، شرایط کارکرد و نحوه زیربار رفتن مشعل را جهت تامین بار گرمایشی ساختمان بسته به دمای هوای بیرون به صورت کاملا ماژولار کنترل می‌کند. در نهایت بخشی از کاهش مصرف انرژی را در این شرایط به وجود می‌آورد. همچنین این دستگاه با توجه به میزان بار مورد نیاز ساختمان شرایط کارکرد دمایی خود در دمای آب رفت و برگشت تغییر می‌دهد.

نهایتا در روزهای بی‌باری که نیاز چندانی به تامین بار گرمایشی با دمای بالا نیست. دستگاه شرایط کارکرد و نوع احتراق را در حالت چگالشی تبدیل می‌کند. در نهایت به صورت 100% در حالت کندانس قرار خواهدگرفت. در سایر روزها که Load کارکرد دستگاه بالا است، تنها در زمان بارهای جزئی و یا کمی بار (Partial Load) دستگاه با حداقل بار و میزان زیر بار رفتن مشعل  که 17% از کل توان حرارتی تولیدی است کار می‌کند. این امر سبب کاهش مصرف انرژی می‌شود.

دیگ چگالشی

از مهمترین پارامترهای منجر به کاهش مصرف در بویلر چگالشی سیستم کنترلی یکپارچه و خطی است. بنابراین از مهمترین پارامترهایی که موجب کاهش مصرف انرژی در پکیج‌های مرکزی چگالشی نسبت به سایر سیستم های غیر چگالشی می‌گردد، دارا بودن سیستم کنترلی یکپارچه و خطی است.

حمل و نقل و تعمیرات دستگاه

به دلیل استفاده از موارد کامپوزیتی و همچنین وزن سبک دستگاه حمل و نقل آن بسیار ساده‌ است. در نهایت امکان جابجا نمودن دستگاه بدون نیاز به تجهیزات سنگینی را فراهم می‌آورد.

فرآيند چگالش و نقطه شبنم

چگالش زمانی روی می‌دهد كه دمای آب برگشتی به بويلر كمتر از دمای نقطه شبنم بخار آب موجود در محصولات احتراق شود. دمای نقطه شبنم براي بخار آب موجود در محصولات احتراق به عوامل متعددی وابسته است. از جمله می‌توان به درصد هوای اضافه، ميزان دی‌اكسيدكربن موجود، فشار جزئی بخار و ارتفاع از سطح دريا يا فشار محيط اشاره کرد.

گرمای نهان، آنتالپي تغيير فاز می‌باشد كه در معادله 1 نشان داده شده است:

دیگ چگالشی

مقدار گرمای نهان تبخير آب در دماي جوش در سطح دريا F 212،  BTU/pound972 می‌باشد. در شكل 4 محتوای انرژی گاز طبيعی نشان داده شده است.

دیگ چگالشی

همان طور كه مشاهده می‌شود، 10 درصد از محتوای گاز طبيعی را گرمای نهان تشكيل می‌دهد. اين سهم از انرژی، در بويلر‌های غيرچگالشی هدر می‌رود. در صورتی كه در بويلر‌های چگالشی اين سهم برای گرمايش آب ورودی به بويلر استفاده می‌شود.

بررسی احتراق

همان طور كه گفته شد دمای نقطه شبنم محصولات احتراق وابسته به عواملی چون ميزان هوای اضافه و دی‌اكسيدكربن محصولات احتراق است. ميزان دی‌اكسيدكربن محصولات احتراق وابسته به نسبت H/C هيدروكربن‌های مختلف است. بنابراين ميزان دی‌اكسيدكربن به سوخت مورد استفاده بستگی دارد. همچنين تركيبات يك نوع سوخت در مكان‌های مختلف متفاوت است. كه بيانگر وابستگی عملكرد بويلر چگالشی به شرايط محيطی است. البته اجزاء گاز طبيعي در مناطق مختلف كشور ما اختلاف چندانی ندارند. در نتيجه تغيير در ميزان درصد دي اكسيد كربن از تغيير كنترل هواي اضافه انجام می‌شود.

بویلر چگالشی مجهز به شير گاز پيشرفته جهت تنظيم نسبت سوخت به هوا از 17% تا 100% بار اسمی دستگاه هستند. با استفاده از ماژول برنامه‌ريزی و كنترل هوشمند BM‌ و تنظيمات شرايط كاركرد سيستم، پكيج MGK در تمامي شرايط عملكردی، ميزان اختلاط سوخت و هوا را كنترل می‌نمايد. همواره ميزان Co 2 در گاز‌های خروجی از دودكش را در محدوده مجاز 3/9-1/9 درصد كنترل می‌نمايد.

با افزايش ميزان دی‌اكسيدكربن و كاهش هوای اضافه، دمای نقطه شبنم و ميزان چگالش افزايش می‌يابد. بسته ميزان دی‌اكسيدكربن در محصولات احتراق تغييرات دماي نقطه شبنم بر حسب ارتفاع متفاوت است. شكل 5 تغييرات دمای نقطه شبنم را در دو درصد متفاوت دی‌اكسيدكربن بر حسب ارتفاع نشان می‌دهد. مطابق شكل، براي شهر تهران با ارتفاع 4000 فوت از سطح دريا، با افزايش ميزان دی‌اكسيدكربن از 8% به 3/10% دمای نقطه شبنم محصولات احتراق 5 درجه فارنهايت افزايش می‌يابد. افزايش ميزان درصد دی‌اكسيدكربن از طريق كاهش هواي اضافه صورت می‌پذيرد. به طور كلی هرچه ميزان هوای اضافه كمتر باشد راندمان بويلر‌ چگالشی افزايش می‌يابد.

بویلر چگالشی
نقطه شبنم

شرايط آب و هوا و راندمان بويلر چگالشی

در اواسط زمستان دما معمولا صفر يا زير صفر درجه سلسيوس و ماكزيمم انرژی گرمايی براي محيط نياز است. در اين زمان بويلرهاي چگالشي بايد آب را با دماي بالاتری به پايانه‌های حرارتی بفرستد. در اين حالت ممكن است بويلرهاي چگالشی از مود كندانس خارج شود. در اين قسمت در شرايط آب و هوايی تهران و با در نظرگرفتن دمای طرح خارج، 20ºF به ازای دو دمای رفت و برگشت متفاوت ميزان زمان عملكرد بويلر چگالشی در مود كندانس بدست آمده است. ميزان ºF در محصولات احتراق 3/9 درصد در نظر گرفته شده است.

دمای رفت  160ºF و دماي برگشت 140ºF

مشخصات آب و هوایی تهران، دمای نقطه شبنم، منحنی‌های دمای رفت و برگشت مورد نياز بر حسب دمای خارج در شكل 6 رسم شده است. همان طور كه مشاهده می‌شود، در فصول سرد زمانی كه دمای خارج به زير  30ºF می‌رسد، دمای برگشتی بويلر به كمتر از دمای نقطه شبنم محصولات احتراق می‌رسد. در نتيجه چگالش اتفاق نمی‌افتد و بويلر از مود كندانس خارج می‌شود. با توجه به اطلاعات آب و هوايی تنها در 2/2 درصد از سال دمای تهران به زير  30ºF می‌‌رسد. درنتيجه فقط در اين مدت زمان بويلر چگالشی از حالت كندانس خارج می‌شود.

بویلر چگالشی
کارکرد بویلر چگالشی در هوای تهران
دماي رفت   180ºF و دماي برگشت160ºF

با افزايش دمای سيستم گرمايشی و دمای آب برگشتی، زمان خروج بویلر چگالشی از حالت کندانس افزايش می‌يابد. در اين حالت در 91/11 درصد از سال بويلر از مود كندانس خارج خواهد شد. بويلر‌های چگالشی زمانی كه در مود كندانس نیستند نيز به مراتب راندمان بالاتری نسبت به بويلر‌های غيرچگالشی دارند. براي مثال بويلر‌های چگالشی Wolf در زمانی كه در مود كندانس قرار ندارند، راندمانی در حدود 98% دارند. این راندمان به مراتب از بويلر‌های غيرچگالشی بالاتر است.

دیگ چگالشی
کارکرد بویلر چگالشی در هوای تهران

به منظور آشنایی با بویلرهای چگالشی گروه مبنا اینجا کلیک کنید.



دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *