بررسی راندمان بویلر و روش‌های بهبود آن در پکیج‌های گرمایشی

با افزایش نیاز به انرژی در محیط‌های خانگی و صنعتی، سیستم‌های گرمایشی مانند بویلرها و پکیج‌های آبگرم نقش مهمی در تأمین گرما و کاهش اتلاف انرژی ایفا می‌کنند. یکی از مهم‌ترین معیارهای سنجش عملکرد این سیستم‌ها، راندمان بویلر است که نشان‌دهنده نسبت انرژی مفید خروجی به انرژی ورودی دستگاه است. هرچه راندمان بویلر بالاتر باشد، مصرف سوخت بهینه‌تر و هزینه‌های عملیاتی کمتر خواهد بود.

این مقاله با هدف بررسی مفهوم راندمان بویلر، عوامل مؤثر بر آن و روش‌های بهبود طراحی و بهره‌برداری نگارش شده است. همچنین تأثیر هماهنگی تجهیزات و رعایت استانداردهای ملی و بین‌المللی در بهبود کارایی و کاهش هزینه‌ها و افزایش راندمان بویلر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

تعریف راندمان

به نسبت انرژی مفید خروجی به کل انرژی ورودی دستگاه راندمان می‌گویند. به عبارت دیگر، راندمان میزان انرژی خروجی را در مقایسه با انرژی ورودی اندازه‌گیری می‌کند و نشان‌دهنده کارایی عملکرد دستگاه است.
برای تأمین انرژی مورد نیاز فرآیند، تجهیزات مختلفی مانند مشعل، محفظه احتراق، لوله‌های انتقال آب گرم و تجهیزات کنترلی در موتورخانه وجود دارد. هر کدام از این تجهیزات می‌توانند بر راندمان کلی سیستم اثر بگذارند. بنابراین، برای افزایش راندمان کلی یک سیستم گرمایشی، بهتر است تمامی تجهیزات در یک واحد و به‌صورت هماهنگ طراحی شوند.

پکیج بویلر و راندمان بویلر

این پکیج مجموعه‌ای است که شامل بویلر، مشعل و تجهیزات کنترلی بوده و همه آن‌ها در کنار هم قرار گرفته‌اند. برای راه‌اندازی این مجموعه، تنها نیاز به اتصال لوله‌های آب، ورودی سوخت و اتصالات برق است. با یکپارچه کردن دیگ، مشعل، تجهیزات بازیابی گرما و کنترل، می‌توان پارامترهایی مانند سرعت، دما، و کیفیت احتراق را دقیق‌تر محاسبه کرد که همگی بر راندمان بویلر تأثیر دارند.

مشعل و بویلر دو بخش اصلی در سیستم‌های گرمایشی صنعتی هستند که برای سنجش عملکرد آن‌ها از راندمان استفاده می‌شود. یکی از مشکلات رایج این است که راندمان بویلر و مشعل، به‌صورت مجزا همیشه به‌درستی تعریف نمی‌شود. گاهی اوقات، پکیج بویلر از مشعل و بویلری تشکیل شده که از دو تولیدکننده متفاوت‌اند و برای کار با هم طراحی نشده‌اند. این ناهماهنگی می‌تواند منجر به مشکلاتی در عملکرد شود.

برای درک بهتر، می‌توان این‌گونه تصور کرد که اگر موتوری که برای یک نوع خاص از اتومبیل طراحی شده است در خودروی دیگری نصب شود، هرچند ممکن است خودرو کار کند، اما عملکرد بهینه و مطمئن آن تضمین‌شده نخواهد بود. در نتیجه، با گذشت زمان مشکلاتی به وجود می‌آید که شناسایی علت آن‌ها ممکن است دشوار باشد.

در مورد بویلر و مشعل هم، اگر از دو تولیدکننده متفاوت باشند، ممکن است انرژی لازم را تأمین کنند، اما نمی‌توان به‌طور دقیق درباره راندمان بالا و آلایندگی پایین در آنها اطمینان داشت. در صورت بروز مشکل هم، نمی‌توان علت را دقیقاً به تولیدکننده مشعل یا بویلر نسبت داد. بنابراین، هماهنگی و سازگاری مشعل و بویلر اهمیت زیادی دارد و بر راندمان کل سیستم تأثیر می‌گذارد.

یک پکیج بویلر استاندارد، شامل یک مشعل و یک دیگ است که به‌طور خاص برای کار با هم طراحی شده‌اند. مواردی مانند شکل کوره، عایق‌بندی مناسب، میزان هوای اضافی برای احتراق، میزان اختلاط هوا و سوخت و نوع سوخت مورد استفاده، همه از ابتدا برای کارکرد بهینه این مجموعه در نظر گرفته شده‌اند.

برای آشنایی بیشتر با بویلرها، اجزای اصلی آن‌ها، و نکات کلیدی در انتخاب و بهینه‌سازی این تجهیزات، مقاله بررسی جامع انواع بویلرهای صنعتی را مطالعه کنید. این مقاله به شما کمک می‌کند تا دید بهتری نسبت به عملکرد بویلرها و تاثیر آن‌ها در راندمان سیستم‌های گرمایشی صنعتی داشته باشید.

عوامل موثر بر راندمان مشعل

مشعل وظیفه ترکیب هوا و سوخت و تبدیل انرژی سوخت به گرما را داشته و باعث تشکیل شعله می‌شود. طراحی مشعل تأثیر بسزایی در تعیین ویژگی‌های شعله، از جمله دما، رنگ و سرعت محصولات احتراق آن دارد. از مهم­ترین پارامترهای موثر بر راندمان مشعل می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

رنگ و دمای شعله

شعله‌ی ایجاد شده توسط مشعل باید دارای رنگ و دمای مناسب باشد تا فرآیند احتراق به‌طور مؤثر و کارآمد انجام گیرد. در احتراق ناقص، شعله زرد است و مونوکسید کربن تولید می‌شود. در مقابل، شعله آبی در احتراق کامل نشان‌دهنده سوختن کامل و کارایی بالاست. همچنین دمای شعله در احتراق کامل بالاتر از دمای شعله در احتراق ناقص است. زیرا در احتراق ناقص به علت کمبود اکسیژن، سوخت به‌طور کامل نمی‌سوزد و دمای شعله کاهش می‌یابد.

میزان هوای اضافی در احتراق

به مقدار هوایی گفته می‌شود که علاوه بر هوای تئوری مورد نیاز برای سوختن کامل سوخت وارد فرآیند احتراق می‌شود. این هوای اضافی از سوختن ناقص جلوگیری کرده و به بهبود راندمان احتراق کمک می‌کند. هوای اضافی مناسب باعث کاهش آلاینده‌هایی مانند مونوکسید کربن می‌شود، اما افزایش بیش از حد آن می‌تواند منجر به کاهش راندمان و اتلاف انرژی شود. مشعل‌های رادمن شرکت پاکمن با استفاده از کنترلرهای AUTOFLAME و سنسورهای CO و O₂ می‌توانند میزان هوای اضافه احتراق را تا حد چشمگیری بدون ایجاد اختلال در احتراق، کاهش دهند.

میزان اختلاط سوخت و هوا

طراحی مشعل باید به گونه‌ای باشد که تلاطم در جریان سوخت و هوا افزایش یابد. هرچه این تلاطم بیشتر باشد، اختلاط سوخت و هوا بهبود یافته و احتراق به‌طور کامل‌تری انجام می‌شود، که نتیجه آن افزایش راندمان احتراق خواهد بود. برای دستیابی به اختلاط بهتر، می‌توان از ادوات دواری مانند دیفیوزر و پره‌های چرخان استفاده کرد. استفاده از این ادوات باعث می شود که سوخت و هوا به جای مسیرهای صاف، در مسیرهای چرخشی و گردابه‌ای مخلوط شوند.

در نهایت، اختلاط بهتر موجب احتراق کامل‌تر، افزایش راندمان حرارتی و انتقال حرارت بهینه‌ می‌شود. سرعت هوا نیز تأثیر زیادی بر میزان تلاطم دارد. بنابراین، در شرایطی که نسبت تبدیل بالا باشد و میزان هوا کاهش یابد، رسیدن به اختلاط مناسب سخت می‌شود. در این موارد، افزایش هوای اضافی برای دستیابی به تلاطم و اختلاط مطلوب ضروری است. مشعل‌های رادمن ساخت شرکت پاکمن با استفاده از طراحی و تولید دقیق دارای شعله‌ای متقارن و کمترین میزان انتشار آلایندگی‌های زیست محیطی است.

نسبت تبدیل

عبارت است از نسبت بیشینه ظرفیت مشعل به کمینه ظرفیت آن، به‌طوری که مشعل قادر باشد شعله‌ای پایدار ایجاد کند و با حداقل میزان انتشار آلاینده‌ها کار کند. نسبت تبدیل بالا در کنار عملکرد مادولار می‌تواند از اتلافات چیلری ناشی از پس پالایش و پیش پالایش مشعل در بویلر جلوگیری کرده و راندمان پکیج را افزایش دهد. همچنین نسبت تبدیل بالای مشعل عمر ادوات مشعل و بویلر را افزایش می‌دهد. مشعل‌های شرکت رادمن ساخت شرکت پاکمن دارای نسبت تبدیل تا 1:10 در سوخت گاز و 1:5 در سوخت مایع است.

عوامل موثر بر راندمان بویلر

طراحی صحیح، عایق‌بندی مناسب و استفاده از مبدل‌های حرارتی از عوامل مهم افزایش راندمان بویلر هستند.

طراحی صحیح بویلر

محاسبه صحیح سطح حرارتی در بویلرها و پکیج‌ها مطابق با انرژی ورودی مشعل شامل محفظه احتراق، لوله‌های دود یا لوله‌های آب از عوامل موثر در راندمان بویلر است.در صورتی که عایق‌بندی به درستی اجرا نشود، اتلاف حرارت باعث هدررفت انرژی شده و راندمان بویلر کاهش می‌یابد.

عایق بندی بویلر و پکیج

عایق بندی صحیح بدنه بویلر نیز در افزایش راندمان بویلر نقش به سزایی ایفا کند. در صورتی که عایق بندی به درستی اجرا نشود اتلاف حرارت باعث هدر رفت انرژی می‌شود.

استفاده از مبدل‌های حرارتی برای بازیافت انرژی

استفاده از مبدل‌های حرارتی مانند اکونومایزر می‌تواند از اتلاف حرارت خروجی از بویلر جلوگیری کند و این مسئله باعث افزایش راندمان بویلر می‌شود.

راندمان در استاندارد

برای بررسی راندمان و تعیین رده انرژی پکیج‌های آبگرم، نیاز است به استانداردهایی که روش‌های سنجش را مشخص کرده‌اند مراجعه شود. استاندارد ملی ایران شماره 21119، که از استاندارد BS-EN 303-3 پیروی می‌کند، برای پکیج‌های آبگرم با مشعل‌های دمنده‌دار تنظیم شده است. همچنین استانداردهای ملی 4472 و 3-21119 نیز برای سنجش انرژی پکیج‌های آبگرم در ایران استفاده می‌شوند. در این استانداردها، بویلر همراه با مشعل پیشنهادی سازنده بررسی می‌شود و همه ارزیابی‌ها به‌صورت یک پکیج انجام می‌گیرد.

سیکل سنجش راندمان پکیج آبگرم

طبق استاندارد ملی 4472 و استاندارد BS-EN 303-3، برای سنجش راندمان پکیج آبگرم، آب گرم شده در دیگ توسط پمپ به مبدل منتقل می‌شود و پس از کاهش دما و اندازه‌گیری وزن، دوباره به دیگ بازمی‌گردد. برای خنک‌سازی آب در مبدل، از تجهیزاتی مانند برج خنک‌کن یا منبع آب استفاده می‌شود. در این فرآیند، منابع انبساط و تغذیه و دماسنج‌ها در نقاط ورودی و خروجی دیگ نصب شده‌اند. انجام این آزمون نیاز به تجهیزات خاصی برای اندازه‌گیری دما، فشار، دبی آب، حجم گاز مصرفی و شرایط محیطی دارد.

کارایی بالا و کاهش هزینه‌ها؛ لزوم تعریف راندمان به‌صورت پکیج

در این مقاله، اهمیت تعریف راندمان بویلر آبگرم و بخار به‌صورت پکیج مورد بررسی قرار گرفت.تعیین راندمان بویلر به‌صورت یکپارچه و هماهنگ موجب کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی می‌شود. پکیج بویلر به دلیل ترکیب هماهنگ بویلر، مشعل و تجهیزات کنترلی، راندمان کلی بهتری نسبت به بویلرها و مشعل‌های جدا از هم ارائه می‌دهد.

همچنین، استفاده از سیستم‌های کنترل بروز مانند AUTOFLAME و اجرای استانداردهای ملی و بین‌المللی نظیر استاندارد ملی ایران 21119 و BS-EN 303-3، به بهبود راندمان بویلر و کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک می‌کند.در نهایت، تعریف راندمان به‌صورت پکیج، راهی مؤثر برای افزایش بهره‌وری و کاهش اثرات زیست‌محیطی بویلرهاست که برای استفاده بهینه از منابع و کنترل هزینه‌های انرژی امری ضروری است.