تأثیرات چگالش و راندمان بر کاهش مصرف گاز در دیگ چگالشی – بخش دوم

در این پست مبحث چگالش و تأثیر آن بر راندمان دیگ‌ چگالشی شده و عوامل مؤثر در کاهش مصرف سوخت را ادامه می‌دهیم.

تأثیر چگالش بر راندمان در دیگ‌های چگالشی

دیگ‌های چگالشی به دلیل استفاده از حرارت بالای محصولات احتراق جهت پیش‌گرمایش و گرمای نهان بخار آب موجود در آن و جلوگیری از هدررفتن انرژی، راندمان بالاتری نسبت به دیگ‌های معمولی دارند حتی اگر چگالش رخ ندهد.

دررابطه‌با بحث راندمان مطالب زیر کمک‌کننده خواهد بود:

• راندمان در LHV : (LOW HEATING VALUE) مقدار راندمان با عدم لحاظ‌کردن مقدار انرژی نهان موجود در کندانس بخار آب تولید شده در اثر احتراق است. در این شرایط فرض می‌شود که این بخار به‌صورت گاز باقی می‌ماند و در این صورت این گرمای نهان بلااستفاده است که این انرژی با عدم درنظرگرفتن در بویلرهای چگالشی، راندمان غیرواقعی بالاتر از 100 را بدست می دهد. استفاده از راندمان LHV در اروپا مرسوم می‌باشد..

• راندمان در HHV : (HIGH HEATING VALUE) بیشتر در آمریکا مورداستفاده می‌گیرد  و میزان گرمای نهان موجود در کندانس بخار آب حاصله از  احتراق را نیز لحاظ می‌نماید که باعث می‌شود در محاسبه، راندمان عدد بالاتر از 100 را نشان ندهد.

یکی از مزایای دیگ‌های چگالشی راندمان بالا در آنهاست که حداکثر میزان آن 109 درصد میباشد. راندمان، مقدار انرژی مفید به انرژی ورودی میباشد.  سوخت براساس محتوای انرژی، به دو حد پایین LHV و بالا HHV تقسیم میشود. LHV عبارت است از مقدار گرمای آزاد شده در یک احتراق کامل زمانیکه واکنش دهنده ها و محصولات احتراق در دمای یکسانی باشند و آب موجود در محصولات احتراق به صورت بخار باشد و HHV همان مقدار گرماست در صورتی که آب موجود در محصولات احتراق به صورت مایع باشد.  در دیگهای چگالشی با بهبود فرآیند احتراق، بازیابی حرارت نهان بخار آب موجود در محصولات احتراق که همان اختلاف بین ارزش حرارتی بالا و پایین سوخت است (که برای متان برابر 11 درصد میباشد)، افزایش سطح تبادل حرارتی و انجام اصلاحات ساختاری در دیگ و مشعل، راندمان حداکثری از یک مصرف سوخت ثابت را ممکن ساخته اند.

ارزش حرارتی پایین (زمانی که آب موجود در محصولات احتراق به‌صورت بخار است) = 8125 Kcal/m³

ارزش حرارتی بالا (زمانی که آب موجود در محصولات احتراق به‌صورت مایع است) = 9030 Kcal/m³

قدرت حرارتی اسمی / قدرت حرارتی خروجی = راندمان

ارزش حرارتی گاز × میزان مصرف گاز = قدرت حرارتی اسمی

اگر چالش رخ ندهد باید از ارزش حرارتی پایین برای به دست آوردن قدرت حرارتی اسمی استفاده کرد. اما هنگامی که چگالش اتفاق بیفتد، اگر از ارزش حرارتی پایین استفاده کنیم بازده از 100% بیشترمی شود که در این صورت با استفاده از ارزش حرارتی بالا بازده کمتر از 100 درصد خواهد شد و قانون اول ترمودینامیک هم نقض نخواهد شد.

کاهش  ۳۰ تا ۵۵ درصدی مصرف گاز دیگ‌های چگالشی مودولکس:

عوامل موثر بر کاهش مصرف گاز در دیگ‌های چگالشی مودولکس نسبت به دیگ‌های فولادی به شرح ذیل می‌باشد:

• راندمان بالاتر: راندمان دیگ‌های چگالشی نسبت به دیگ‌های فولادی و چدنی 20 الی 25 درصد بالاتر می‌باشد.

عوامل مؤثر بر افزایش راندمان دیگ‌های چگالشی:

1- افرایش ۱۰ درصدی راندمان بدلیل استفاده از گرمای نهان بخار آب موجود در محصولات احتراق در اثر چگالش

2- افزایش ۳ الی ۵ درصدی راندمان بدلیل عدم اتلاف حرارت از جداره دیگ‌های چگالشی مودولکس

3- افزایش 7 الی10 درصدی راندمان بدلیل استفاده از مشعل پیش مخلوط و کاهش اتلاف انرژی

• مستقل و ماژولار بودن پره‌های داخلی دیگ مودولکس: هنگام استفاده از دیگ‌های فولادی یا چدنی، زمانی که به توان حرارتی کمی نیاز داریم، عموماً سیستم از کنترلر on/off  استفاده می‌کند و این نشان دهنده عدم تعادل در تولید و مصرف حرارت است. دیگ چگالشی مودولکس تنها دیگ مولتی برنر در دنیا می‌باشد که قابلیت تولید توان حرارتی از ۲۲ تا ۹۰۰ کیلووات را بصورت پلکانی دارد. سیستم ماژولار این امکان را فراهم می‌آورد که میزان مصرف سوخت مطابق با نیاز گرمایشی ساختمان تنظیم شود و به دلیل مستقل و ماژولار بودن پره‌های داخلیشان دارای نسبت برگشت ظرفیت فوق العاده ای هستند، مثلاً در ظرفیت900کیلووات (با 8 پره مستقل) این نسبت برگشت 1 به 40 می‌باشد یعنی می‌تواند تا ۵/۲ درصد ظرفیت واقعی بر اساس بار حرارتی مورد نیاز به کار خود ادامه دهد و از اتلاف انرژی جلوگیری کند که این نیز خود عامل مهمی در کاهش مصرف گاز می‌باشد.

• عملکرد بر اساس سنسور محیط بیرون:  در دیگ‌های چگالشی بر خلاف دیگ‌های فولادی یا چدنی دمای دیگ متغیر خواهد بود و بر اساس دمای بیرون در یک بازه از پیش تعیین شده تغییر می‌کند. درحالی‌که در دیگ‌های فولادی یا چدنی یک دمای ثابت برای کل ساعات شبانه‌روز تعیین می‌شود. دمای دستگاه در زمان راه‌اندازی باتوجه‌به کاربری ساختمان، محل نصب و… در حالات مختلف تنظیم می‌شود؛ ولی باتوجه‌به وجود سنسور محیطی و تعریف شیب گرمایی؛ دستگاه در ساعات مختلف شبانه‌روز با یک دمای ثابت کار نمی‌کند و در زمانی که هوای محیط بیرون گرم باشد نیازی به عملکرد با تمام ظرفیت نیست. همچنین در  ساعات مختلف شبانه‌روز باتوجه‌به متفاوت‌بودن دمای محیط بیرون، مسلماً دمای محیط داخل هم باید متغیر باشد و بر اساس دمای بیرون تنظیم شود. به‌عنوان مثال در میانه روز نیازی به تأمین دمای 80 درجه سانتیگراد نیست و می‌توان به‌وسیله دیگ چگالشی مودولکس دمای تأمین را کاهش داد؛  مثلاً به 70 درجه سانتیگراد رساند که این قابلیت موجب کارکرد دستگاه با بار گرمایی مناسب‌تر و کاهش مصرف گاز می‌شود.

• دارابودن مشعل پیش مخلوط: وجود مشعل پیش مخلوط (Pre-Mix) در دیگ‌های چگالشی مودولکس باعث کاهش مصرف انرژی می‌شود. بدین صورت که شیر برقی‌ها و فن‌های ماژولار بر اساس دمای تنظیمی، هوا و گاز را با نسبت مناسب با هم پیش مخلوط می‌کنند و سپس به سطح برنر هر پره پاشیده می‌شوند که نتیجه آن احتراق تشعشعی در هر پره دستگاه است. به زبان ساده اگر ۱۰ درصد از کل ظرفیت موردنیاز باشد به همان مقدار گاز مصرف می‌شود، درحالی‌که مشعل دیگ‌های معمولی یا با ۵۰ درصد ظرفیت کار می‌کند یا ۱۰۰ درصد. زمانی که شما ۳۰ درصد ظرفیت کل را نیاز داشته باشید باید مشعل با ۵۰ درصد ظرفیت کار کند و ۲۰ درصد هدررفت انرژی خواهیم داشت.

• حجم آبگیری کم: حجم آبگیری دیگ‌های چگالشی مودولکس برای دستگاه ۹۰۰ کیلووات برابر با ۱۲۲ لیتر است که بسیار کمتر از حجم آبگیری ۳۰۰۰ لیتر برای دیگ‌های فولادی در ظرفیت مشابه است. این موضوع باعث می‌شود آب داخل سیستم گرمایشی به‌سرعت و به‌محض روشن‌شدن دیگ مودولکس گرم شود و این پاسخگویی سریع دیگ به نیاز سیستم کاهش چشمگیر مصرف انرژی را در پی دارد.

• دمای آب برگشت: اگر دمای آب برگشت کمتر از C° ۵۷ باشد چگالش اتفاق می‌افتد. دمای آب برگشت به دمای آب رفت وابسته است.

دمای آب رفت هم طبق نمودار صفحه ۱ به دمای محیط بیرون بستگی دارد. باتوجه‌به وجود سنسور محیطی در دیگ‌های چگالشی مودولکس و فرمان‌پذیری دیگ از این سنسور، دمای محیط داخلی بر اساس دمای محیط بیرونی تنظیم می‌شود. اگر دمای محیط بیرون بیشتر از C° ۵/۲-  باشد حتماً چگالش رخ می‌دهد.

میانگین دمای هوای تهران در سالیان اخیر نشان می‌دهد که در کمتر از ۱۰ درصد از روزهای سال، دمای تهران از C° ۵/۲- کمتر می‌شود.

• بر خلاف تصور عموم دمای  C° ۸۰ نیاز همیشگی فن‌کوئل‌ها نیست. اگر دمای محیط بیرون C° ۵/۲- باشد، دمای آب رفت حدوداً باید C° ۷۳ باشد و دمای آب برگشت هم C° ۵۷ که معادل نقطه شبنم است و چگالش رخ می‌دهد. طبق نمودار صفحه ۴، محدوده چگالش در دمای     C° ۵/۲- به بالاست.

      نتیجه‌گیری

مجموع عوامل فوق باعث کاهش ۳۰ تا ۵۵ درصدی مصرف گاز دیگ‌های چگالشی مودولکس نسبت به دیگ‌های معمولی می‌شود که نوع دیگ، فولادی یا چدنی بودن آن نیز مهم است. این نکته مهم نیز بایستی در نظر گرفته شود که بهای گاز تصاعدی است و یک مبلغ ثابت نیست و با کاهش مصرف، مبلغ گاز نیز به‌صورت تصاعدی بین ۵۰ تا ۷۰ درصد کاهش می‌یابد.

         «در صورت استفاده از دیگ‌های چگالشی مودولکس بهای گاز ۵۰ تا ۷۰ درصد کاهش می‌یابد»