روشهای مصرف بهینه انرژی در
بخش صنعت
در حال حاضر وضعیت مصرف انرژی در بخش صنعت به گونه ای است که از نظر مقدار، حدود 3/29 درصد و از نظر ارزش، حدود 4/20 درصد از کل مصرف نهایی انرژی کشور را به خود اختصاص داده است.
کل مصرف انرژی بخش صنعت در سال 1381، معادل 7/219 میلیون بشکه نفت خام بوده که ارزش آن بیش از 7/3 میلیارد دلار است.
با توجه به میزان انرژی برای ماشین آلات در خطوط تولید واحدهای صنعتی، ابتدا به بررسی روشهای مصرف بهینه انرژی در کوره ها و مشعلها- که از نظر مصرف انرژی در رأس قسمتهای خط تولید در صنایع هستند- پرداخته می شود.
مصرف بهینه انرژی در کوره ها و مشعلها:
|
برخی از موارد استفاده از این تجهیزات در صنایع عبارتند از :
کوره های ذوب و تصفیه فلزات
کوره های عملیات حرارتی
کوره های آهنگری
کوره های کاشی و سرامیک
کوره های سیمان
کوره های صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی
کوره های صنایع شیمیایی
کوره های پخت و فراوری محصولات غذایی
از آنجا که معمولاً در سیستمهای با دمای بالا، اتلاف انرژی زیاد است و از طرفی، فرآیند احتراق نیز همواره در دمای بالا صورت می گیرد، در بیشتر موارد، پتانسیل صرفه جویی انرژی در سیستمهای احتراقی یک واحد صنعتی، بیشتر از سایر قسمتهای آن است. بنابراین با توجه به گستردگی استفاه از سیستمهای احتراقی در صنایع، در صورت توجه به ضرورت بهینه سازی این تجهیزات، به مقدار زیادی در مصرف سوخت واحدهای صنعتی صرفه جویی خواهد شد.
وقتی از عمر کوره و سیستم احتراقی، بیش از 10 سال می گذرد، این بدان معنی است که بازده آن در بهترین شرایط، کمتر از 55 درصد است. به عبارت دیگر، این سیستم، تقریباً نیمی از انرژی حرارتی سوخت را تلف می کند. در حالیکه کوره های جدید، بازدهی حدود 96 درصد دارند. در این صورت تعویض کوره قدیمی با انواع جدید، در بسیاری موارد، بسیار منطقه تر از تعمیر و اصلاح آن است. همواره بخش عمده ای از تلفات انرژی سیستم را به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش داد.
کنترل هوای اضافی احتراق: |
|
شناسایی و برطرف کردن نشتی های کوره:
وجود نشتی در سیستم به عنوان یک عامل مهم در اتلاف انرژی است. برای برطرف کردن نشتی ها، قدم اول، شناسایی موارد نشتی است. اغلب نشتی ها در قسمتهایی بوجود می آیند که عبارتند از :
سوراخهای تعبیه شده برای نصب دستگاههای اندازه گیری
دریچه های دسترسی
درزبندی تجهیزات و شیشه های شفاف نصب شده بر کوره
ترک ها و شکستگی ها در دیواره یا آجرهای نسوز: |
پیش گرمایش هوای لازم برای احتراق:
در صورتی که بتوان با استفاده از «رکوپراتور»، هوای مورد نیاز را برای احتراق پیش گرم کرد، به مقدار قابل ملاحظه ای در مصرف سوخت کوره صرفه جویی می شود.انجام این کار ضمن بهبود فرآیند احتراق و افزایش دمای شعله، از احتراق ناقص سوخت نیز جلوگیری می کند.
توصیه هایی برای بهره برداری مناسب و عملکرد بهینه سیستم : در صورت استفاده از سوختهایی که ایجاد دوده یا خاکستر می کنند، سطوح سیستم حداقل یک بار در هر نوبت کاری به وسیله رنده تمیز شود. رسوبهای خارجی نیز- در صورت مشاهده- برطرف شوند.
|
|
برای بررسی و کنترل نسبت هوا به سوخت، از سیستمهای آنالیز گاز استفاده شود. دستگاه اندازه گیری کالیبره شدن و کالیبراسیون آنها هفته ای یکبار کنترل شود. وضعیت فیزیکی پره های فن و «دمپرها» باید در شرایط بهینه باشد. برای این منظور لازم است در هر هفته، عملکرد فن و «دمپر» بررسی شود. همچنین دمپر همواره باید مطابق با مقدار هوای اضافی مورد نیاز تنظیم شود. تقریباً هر شش ماه یک بار آنالیز سوخت پیشنهاد می شود تا در صورت ایجاد تغییرات اساسی در ترکیب آن، عملکرد مناسب برای شرایط جدید تدوین شود. شکل شعله و فشار سوخت مرتب کنترل شود تا در صورت پخش غیر یکنواخت هوا یا سوخت در مشعل، نسبت به رفع ایراد اقدام شود. فیلترهای هوا یا سوخت، مرتب بازرسی و در صورت لزوم (معمولاً هر سه ماه یک بار) تعویض شود تا از گرفتگی سوراخهای مشعل جلوگیری شود. برنامه منظم دوره ای نگهداری و تعمیرات توصیه های سازنده، اجرا شود. |
|
برخی از صنایع مهمی که از گرمایش فرآیند استفاده می کنند عبارتند از:
محصولات اساسی
فولاد، نفت و مواد شیمیایی، کاشی و سرامیک، آجر، گچ، چوب و کاغذ، شیشه، مواد معدنی، سیمان و آلومینیوم
محصولات باارزش افزوده
ریخته گری و آهنگری، وسایل الکترونیکی، ماشین آلات و تجهیزات، فلزات آلیاژی، نساجی، مواد غذایی، لوازم بهداشتی و آرایشی و مواد مرکب.
اجزای اصلی سیستم گرمایش فرآیند عبارتند از :
دستگاههای تولید حرارت؛ انرژی حرارتی مورد نیاز را تأمین می کنند.
محفظه حرارت؛ کلیه فرآیندها و عملیات حرارتی درون آنها انجام می شود.
دستگاههای بازیافت حرارت؛ بخشی از حرارت تلف شده را بازیافت می کنند.
دستگاههای جانبی؛ شامل سیستمهای پشتیبانی، نظیر سنسورها و کنترل کنده ها، انتقال مواد کنترل آلاینده ها، تجهیزات ایمنی و سایر سیستمهای کمکی هستند.
مصرف انرژی و پتانسیل صرفه جویی در سیستمهای گرمایش فرآیند: سیستمهای گرمایش فرآیند، در محدوده دمایی گسترده ای (1650 – 150 درجه سانتیگراد) وجود دارند. در بسیاری از واحدهای صنعتی بین 15 تا 85 درصد از کل انرژی مصرفی، مربوط به گرمایش فرآیند است. |
هفت روش برای بهینه سازی سیستم گرمایش فرآیند:
در بسیاری از صنایع، گرمایش فرآیند به عنوان مصرف کنند ه بزرگ انرژی مطرح است و لذا بهینه سازی سیستم های گرمایش فرآیند در حد قابل توجهی موجب کاهش مصرف انرژی این صنایع و هزینه ها می شود.
جدول شماره 2 راهنمایی برای انجام عملیات اصلاحی در مورد سیستمهای گرمایش فرآیند در صنایع است.
جدول شماره 2
بهینه سازی مصرف انرژی در سیستم های هوای فشرده صنعتی: هوای فشرده به طور گسترده در اغلب صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. برای این حامل انرژی کاربردهای فراوانی در صنعت وجود دارد که عبارتند از : عملگرها و سیستمهای کنترل، انتقال و جابجایی ماد، خشک کردن و تمیزکاری سطوح، بالابرها و جرثقیل ها، پاشیدن مواد و بسته بندی. در بسیاری از سیستمها علاوه بر صرفه جویی در مصرف انرژی به مقدار 50-20 درصد، می تواند موجب کاهش تعمیرات، کاهش زمان بیکاری کارخانه، افزایش نرخ تولید و بهبود کیفیت تولید نیز باشد. |
اجزاء یک سیستم هوای فشرده صنعتی عبارتند از :
کمپرسور: هوای فیلتر شده ورودی را تا فشار مورد نظر فشرده می کند.
خنک کننده هوا : هوای فشرده شده را که دمای آن افزایش یافتهف خنک می کند.
مخزن هوا: مخزنی است که برای ایجاد تعادل در سیستم و جلوگیری از تغییرات ناگهانی فشار به کار می رود .
خشک کن هوا : رطوبت را از هوای فشرده و خنک می زداید.
فیلتر هوا : ذرات معلق را از هوای فشرده جدا می کند.
جهت بهینه سازی مصرف انرژی و افزایش بازده سیستمهای هوای فشرده صنعتی، انجام موارد زیر ضروری است.
به حداقل رسانیدن نشتی های هوای فشرده
نشتی ها به عنوان یکی از عوامل اصلی اتلاف انرژی در یک سیستم هوای فشرده صنعتی به شمار می آیند که گاهی تا حدود 30-20 درصد از خروجی کمپرسور را تشکیل می دهند. لیکن با انجام یک برنامه منظم برای یافتن نشتی ها می توان این مقدار را تا کمتر از 10% ظرفیت خروجی کمپرسور کاهش داد. نشتی ها موجب افت فشار در سیستم می شوند که این امر کاهش بازده تجهیزات و کاهش تولید را به همراه دارد. علاوه بر آن، وجود نشتی در سیستم، موجب کار کردن کمپرسور در ظرفیتی بالاتر از ظرفیت مورد نیاز و افزایش هزینه های انرژی و هزینه های تعمیر و نگهداری می شود. بنابراین باید نسبت به رفع نشتی های موجود و جلوگیری از اتلاف انرژی، اقدام شود. بهترین راه برای یافتن محل نشتی، استفاده از یک ردیاب فرا صوتی است. روش ساده تر، آغشته کردن حل های مورد نظر به آب و صابون است. در این صورت ایجاد حباب به معنی وجود نشتی خواهد بود. نشتی ها می توانند در هر قسمتی از سیستم وجود داشته باشند، لیکن در اتصالات، کوپلینگ ها، رگلاتورهای فشار، شیلنگ ها، تله های میعانات و درزگیرها احتمال وجود نشتی بیشتر از سایر قسمتها است. معمولاً محکم کردن اتصالات، تعویض قطعات معیوب و استفاده از درزگیرهای مناسب، بهترین روش برای برطرف کردن نشتی هاست. راه دیگر برای کاهش نشتی ها، کاهش فشار سیستم است. بنابراین لازم است که همواره فشار سیستم در کمترین حد قابل قبول برای کارکرد مناسب سیستم تنظیم شود.
به حداقل رسانیدن افت فشار و فشار سیستم
افت فشار، شاخصی است که برای در نظر گرفتن کاهش فشار در سیستم، از خروجی کمپرسور تا نقطه مصرف به کار می رود. حداقل مقدار افت فشار در یک سیستم با طراحی مناسب، معادل 10% فشار خروجی کمپرسور است. افت فشار بیش از حد، موجب مصرف بیشتر انرژی خواهد شد. علاوه بر این باید سیستم هوای فشرده حتی المقدور با حداقل فشار مورد نیاز کار کند زیرا افزایش بیش از حد فشار هوا موجب افزایش مصرف انرژی در انتقال هوای فشرده می شود، ضمن آ«که کاهش مجدد فشار تا فشار مورد استفاده در تجهیزات، اتلاف مجدد انرژی را نیز در بردارد. بنابراین، انتخاب کمپرسور مناسب با قدرت مورد نیاز و همچنین استفاده از مخزن هوای فشرده، تا حود زیادی موجب کاهش مصرف انرژی می شود. به حداقل رساندن افت فشار، مستلزم طراحی مناسب، بهره برداری صحیح و نیز تعمیرات و نگهداری منظم سیستم هوای فشرده است. در سیستم تولید هوای فشرده، عوامل اصلی ایجاد افت فشار عبارتند از : خنک کننده، رطوبت گیر، خشک کن و فیلترها. بنابراین، اجزای سیستم باید به گونه ای انتخاب شوند که کمترین افت فشار را در شرایط کاری ایجاد کنند.
در مورد سیستم توزیع هوای فشرده، کاهش مسافت بین نقاط تولید و مصرف و اجتناب از مسیرهای پر پیچ و خم و نیز استفاده از رگلاتورهای فشار اتصالاتی که کمترین افت فشار را داشته باشند، نقش مؤثری در کاهش افت فشار مجموعه خواهند داشت.
حذف استفاده های نادرست از هوای فشرده:
هر چند که هزینه تولید هوای فشرده بسیار زیاد است ولی اغلب از آن به صورت نامناسب استفاده می شود. در جدول شماره 3 برخی از موارد استفاده نادرست از هوای فشرده و راهکارهای پیشنهادی برای حذف آنها بیان شده است.
جدول شماره 3
نکاتی در مورد کارکرد بهینه و پربازده سیستمهای هوایی فشرده صنعتی: 3. تله های میعانات |
|
4. خشک کن های هوا |
فن آوری های بازیافت حرارت در صنایع: |
|
گرمایش فضاهای بسته تولید آب گرم گرمایش فرآیند تولید بخار پیشگرم کردن هوای احتراق پیشگرم کردن آب تغذیه بویلر سرمایش فرآیند (با استفاده از سیستمهای جذبی) |
انواع سیستمهای بازیافت حرارت: |
برخی از سیستمهای بازیافت حرارت متداول عبارتند از :
بویلرهای بازیافت حرارتی
لوله های حرارتی
رکوپراتورها
اکونومایزرها
بازیافت متناوب حرارت
بویلرهای بازیافت حرارت:
در این بویلر، گازهای داغ حاصل از احتراق، پیش از اینکه وارد دودکش شوند، از میان تعداد زیادی لوله های موازی که درون آنها آب جریان دارد، می پذیرند. در نتیجه این تبادل حرارت، آب تبخیر شده و درون مخزن بخار جمع آوری می شود.
این بویلرها در اندازه های متفاوت و با ظرفیت دریافت 5، تا 500 مترمکعب در ثانیه محصولات احتراق ساخته می شوند. فشار و نرخ تولید بخار در این بویلرها، به درجه حرارت و نرخ جریان گازهای داغ خروجی و نیز راندمان بویلر بستگی دارد. اگر مقدار گازهای خروجی برای تولید بخار مورد نیاز کافی نباشد، برای این تجهیزات از یک مشعل کمکی بهره می گیرند.
این بویلرها در مقایسه با بویلرها متداول، نه تنها هزینه مصرف سوخت ندارند، بلکه هزینه ساخت آنها نیز کمتر است. تنها عیب این بویلرها، حجم نسبتاً بزرگ است که در مورد بازسازی و اصلاح واحدهای صنعتی، ایجاد مشکل می کند.
لوله های حرارتی:
لوله های حرارتی، نوعی مبدل حرارتی هستند که در آنها عمل تبادل حرارت بین دو جریان گرم و سرد، توسط سیال یکه درون لوله قرار دارد، انجام می شود. در این لوله ها، حرارت جذب شده از گازهای داغ خروجی که از یک طرف لوله می گذرند، سبب تبخیر سیال و جریان آن به طرف دیگر می شود. در طرف دیگر لوله، حرارت نهان تبخیر به جریان سردی که در آن طرف جریان دارد منتقل شده، باعث می شود تا سیال چگالش یافته و در جهت معکوس به سوی طرف گرم لوله جریان یابد. بدین ترتیب جریان رفت و برگشت سیال درون لوله به طور طبیعی و بدون هیچ نیروی خارجی انجام شود. لوله های حرارتی بدین ترتیب می توانند بین 60 تا 80 در صد از حرارت محسوس بین دو جریان گرم و سرد را بازیابی کنند . لوله های حرارتی در اندازه مختلف و با ظرفیت تبادل حرارت در محدوده جریان هایی با نرخ 25% تا 2 متر مکعب در ثانیه ساخته می شود.
مزایای این وسیله، راندمان بالا و اندازه مناسب آن است. در مقابل، عیب بزرگ آن قیمت زیاد لوله های حرارتی است.