افزایش راندمان دیگهای روغن داغ از طریق جلوگیری از اتلاف انرژی و پرت حرارتی

مکانیک
دانلود پایان نامه مهندسی مکانیک افزایش راندمان دیگهای روغن داغ از طریق جلوگیری از اتلاف انرژی و پرت حرارتی

مقدمه:

هیتر روغن داغ (Thermal Oil heater) دستگاهی است برای تولید روغن داغ جهت استفاده های گرمایشی در صنایع مختلف.هیتر روغن داغ و یا به اصطلاح همان بویلر یا دیگ روغن داغ جهت تامین حرارت تا دمای حتی بالاتر از 300 درجه سانتی گراد در فشار پایین به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

بخار به عنوان یکی از ناقلین حرارت در سیستم ها ی گرمایشی از دیرباز مورد استفاده قرار می گرفته است. لیکن استفاده از بخار در دماهای بالا مستلزم بالا بردن فشار کاری می باشد . در فرآیند های صنعتی حهت انتقال حرارت به سیالی با دمای بالا نیاز است که دستیابی به این امر به واسطه ی استفاده از بخار ،باتوجه به جوانب امر و شرایط کار ، چندان سهل الوصول و مقرون به صرفه نمی باشد، یکی از بهترین جایگزین های بخار ، روغن داغ است. از هیتر های روعن داغ در صنایع سیمان ، صنایع چرم سازی و نساجی، آشپزخانه های صنعتی و ... استفاده می شود.

کلمات کلیدی: دیگ روغن داغ بازیافت حرارتی انرژی گرمایی گازهای داغ افزایش راندمان دیگهای روغن داغ تاریخچه دیگ ها: ھﻤﺰﻣﺎن ﺑﺎ ورود ﺑﺸﺮ دوران ﺻﻨﻌﺘﯽ ﮐﻪ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده ﮔﺴﺘﺮده ﺗﺮ اﻧﺴﺎن از ﻧﯿﺮوی ﻣﺎﺷﯿﻦ در اواﯾﻞ ﻗﺮن ھﺠﺪھﻢ ﻣﯿﻼدی آﻏﺎز ﺷﺪ. ﺗﻼش های اﻓﺮادی ﻧﻈﯿﺮ وات، ﻣﺎرﮐﯿﺰ و …، از اﻧﮕﻠﺴﺘﺎن در ارﺗﺒﺎط ﺑﺎ ﮔﺴﺘﺮش ﺑهره ﺑﺮداری از ﻧﯿﺮوی ﺑﺨﺎر و ﻃﺮاﺣﯽ و ﺳﺎﺧﺖ دﯾﮓ ھﺎی ﺑﺨﺎر ﺷﺮوع ﺷﺪ. امروزه از دیگهای بخار در صنایع غذایی، سیستمهای گرمایشی و نیروگاهها استفاده میگردد.دﯾﮓ ھﺎی ﺑﺨﺎر اوﻟﯿﻪ از ﻇﺮوف ﺳﺮ ﺑﺴﺘﻪ و از ورق ھﺎی آھﻦ ﮐﻪ ﺑﺮ روی ھﻢ ﺑﺮ ﮔﺮداﻧﻨﺪه و ﭘﺮچ ﺷﺪه ﺑﻮدﻧﺪ و ﺷﺎﻣﻞ اﺷﮑﺎل ﻣﺨﺘﻠـﻒ ﮐـﺮوی و ﯾـﺎ ﻣﮑﻌـﺐ ﺑﻮدﻧـﺪ ساخته می شدند. اﯾﻦ ﻇﺮوف ﺑﺮ روی دﯾﻮارھﺎی آﺟﺮ ﺑﺮ روی آﺗﺶ ﻗﺮار داده ﺷﺪه و در ﺣﻘﯿﻘﺖ ﺑﺮون ﺳﻮز ﻣﺤﺴﻮب ﻣﯽ ﺷﺪﻧﺪ. اﯾﻦ دﯾﮓ ھﺎ در ﻣﺮاﺣﻞ آﻏﺎز بهره ﺑﺮداری ﺗﺎ ﻓﺸﺎر ﺣﺪود bar 1 ﺗﺎﻣﯿﻦ ﻣﯽ ﻧﻤﻮدﻧﺪ ﮐﻪ ﭘﺎﺳﺨﮕﻮی ﻧﯿﺎزھﺎی آن دوره ﺑﻮد وﻟﯽ ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﺗﺸﮑﯿﻞ رﺳـﻮب و ﻟﺠـﻦ درﮐﻒ دﯾﮓ ﮐﻪ ﺗﻨﮫﺎ ﻗﺴﻤﺖ ﺗﺒﺎدل ﺣﺮارت آب ﺑﺎ ﺷﻌﻠﻪ ﺑﻮد، و ﺑﺎ ﺑﺮوز اﯾﻦ ﻣﺸﮑﻞ، دﻣﺎی ﻓﻠﺰ ﺑﻪ آراﻣﯽ ﺑﻼ رﻓﺘﻪ و ﻣﻮﺟﺐ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﺷﮑﻞ و دﻓﺮﻣﻪ ﺷﺪن ﻓﻠﺰ ﮐـﻒ و درﻧﺘﯿﺠﻪ اﯾﺠﺎد ﺧﻄﺮ اﻧﻔﺠﺎر ﻣﯽ ﺷﺪ. ھﻤﺰﻣﺎن ﺑﺎ ﻧﯿﺎز ﺑﻪ ﻓﺸﺎر ھﺎی ﺑﺎﻻﺗﺮ ﺑﺨﺎر ﺗﻮﺳﻂ ﺻﻨﺎﯾﻊ، روﻧﺪ ﺳﺎﺧﺖ دﯾﮓ ھﺎی ﺑﺨﺎر ﻧﯿﺰ ﺗﺤﻮﻻت ﺑﯿﺸﺘﺮی را ﺗﺠﺮﺑﻪ ﻧﻤﻮد. ﺑﺪﯾﻦ جهت ﺑﺮای دﺳﺘﯿﺎﺑﯽ ﺑﻪ ﺑﺎزده ﺣﺮارﺗﯽ ﺑﺸﺘﺮ، ﻧﯿﺎز ﺑﻪ ﺗﺒﺎدل ﺣﺮارﺗﯽ ﺑﯿﺸﺘﺮی اﺣﺴﺎس ﻣﯽ ﺷﺪ، در ﻧﺘﯿﺠﻪ ﺳﻄﻮح در ﻣﻌﺮض ﺣﺮارت ﺑـﺎ در ﻧﻈـﺮ ﮔﺮﻓﺘـﻦ ﺗﻌﺪاد زﯾﺎدی ﻟﻮﻟﻪ ﺑﺎرﯾﮏ ﮐﻪ در آن ھﺎ ﮔﺎزھﺎی ﮔﺮم، ﺟﺮﯾﺎن داﺷﺘﻨﺪ و اﻃﺮاف آنها آب وﺟﻮد دارد، اﻓﺰاﯾﺶ ﯾﺎﻓﺘﻨﺪ. اﯾﻦ دﯾـﮓ ھـﺎ ﺑـﺎ داﺷـﺘﻦ ﺣﺠـﻢ ﮐﻤـﺘﺮ راﻧـﺪﻣﺎن ﻣﻨﺎﺳﺒﯽ داﺷﺘﻨﺪ. با افزایش تقاضا برای تولید دیگ های با فشار بالا تر، ساخت دیگهایی كه درون سوز بودند آغاز شد كه از استوانه های فلزی ساخته می شدند و كوره نیز به شكل استوانه در درون مخزن استوانه ای قرار میگرفت و محصولات احتراق كه در آن زمان بیشتر به صورت جامد ( زغال سنگ ) بودند از روی صفحه ای مشبك به درون كوره انتقال می یافتند و درون كوره می سوختند. در این دیگ های بخار اولیه برای بهره برداری از دمای گازهای خروجی دودكش، از طریق انتقال آنها از كوره به كانالهای تعبیه شده در زیر مخزن استوانه ای و در نهایت هدایت به سمت دودكش خروجی دیگ اقدام به بالا بردن راندمان می نمودند و لیكن با توجه به اینكه فلز مخزن زیر كوره كه به دلیل جمع شدن گل ولای حاصل از آب و كاهش تماس آن با آب مخزن دیگ دارای دمای بیشتری می شد، همان مشكل تغییر خاصیت فلز تا حدودی وجود داشت هرچند دمای گازهای كانال خیلی كمتر از قبل بود. در ادامه فرآیند پیشرفت تولید دیگ های بخار صنعتی، دیگهای معروف به لوله آتشی عقب خشك (FireTube &DryBack) طراحی و ساخته شدند كه دراین دیگها با قرار دادن لوله های متعدد داخل مخزن دیگ، گازهای داغ انتهای كوره را از داخل آنها عبور داده و در نهایت از قسمت دودكش خارج می شدند ولی از مشكلات این دیگ ها وجود سطح عایقكاری شده در انتهای كوره بود كه علاوه براتلاف انرژی حرارتی، حین كار و یا انتقال در اثر لرزش و ضربه های ایجاد شده در كوره باعث صدمه دیدن عایقكاری و در نتیجه سوختن فلز انتهای كوره می گردید كه این مشكل در نسل بعدی دیگ های بخار صنعتی با قرار دادن انتهای كوره در داخل آب تا حدود زیادی مرتفع گردید و سطح حرارتی دیگ افزایش یافت در این طرح كه به نام طرح لوله آتشی وعقب تر(FierTube & WetBack) معروف می باشد به طور معمول بسته به ظرفیت دیگ از لحاظ انرژی حرارتی ورودی، به دو صورت: دوپاس و سه پاس، طراحی و ساخته می شوند راندمان حرارتی در دیگ های جدید با اعمال سطح حرارتی قابل قبول وعایق كاری مناسب به حدود %85 قابل دستیابی می باشد. فهرست فصل اول:آشنایی با تجهیزات یك دیگ روغن داغ 8 1-1 تاریخچه دیگ ها 9 1-2 انواع دیگ ها 17 1-2-1 دیگ بخار 17 1-2-2 دیگ روغن داغ 20 1-3 انواع دیگ بخار 28 1-3-1 دیگ های فایر تیوب 28 1-3-2 دیگ های واتر تیوب 28 1-3-3 دیگ های آكواتیوب 29 1-3-4 دیگ مدولار 32 1-3-5 دیگ لوله آبی 32 1-4 انواع اصلی دیگ آب گرم 36 1-5 مزایای بخار 40 1-6 مزایای روغن 43 1-7 نكاتی در رابطه با انتخاب دیگ 45 فصل دوم:آشنایی با تجهیزات یك دیگ روغن داغ 48 2-1 مشعل چیست 49 2-2 انواع مشعل 49 2-3 مشعل های مخصوص گاز سوز 51 2-4 مشعل های مخصوص گاز سوز بی دمنده 52 2-5 مشعل های گاز سوز دمنده دار 53 2-6 مشعل های با محفظه چرخشی 54 2-7 انواع مشعل های مایع سوز 57 2-8 نازل مشعل 59 2-9 پمپ های گازوئیل 61 2-10 دودكش 61 فصل سوم:مبدل های حرارتی 63 3-1 مبدل های حرارتی 64 3-2 انواع مبدل های حرارتی 64 3-3 انتخاب مواد برای ساخت مبدل های حرارتی 75 فصل چهارم:اكونومایزرها ( Economizer ) 79 مقدمه 80 4-1 سرمایه گذاری در بازیافت حرارتی 84 4-1-1 آیا اتلاف حرارتی دستگاه ها واقعا زیاد است 84 4-1-2 مزایای بازیافت حرارتی برای یك كارخانه صنعتی 85 4-1-3 سرمایه گذاری و سود 87 4-1-4 شاخص های سرمایه گذاری بازیافت حرارتی 89 4-1-5 راه كار شركت AB&CO 89 4-1-6 یك راه حل ساده اقتصادی 91 4-1-7 سیستم بازیافت حرارتی به عنوان یك یونیت 92 4-1-8 آیا ارزش سرمایه گذاری را دارد 93 4-1-9 حمیت های اقتصادی عمومی 94 4-1-10 انجام محاسبات اجرایی اولیه 95 فصل پنجم:بازیافت حرارتی از دیگ های روغن داغ 96 مقدمه 97 5-1 سوخت رسانی به دیگ 97 5-2 احتراق 101 5-3 گرمكن سوخت 104 5-4 محاسبات مربوط به اگزوز دیگ 106 5-5 بازیافت حرارتی از دیگ های روغن داغ 109 5-6 جریان عمود بر دسته لوله ها 111 مراجع 119 جدول تبدیل واحدها 120