22 ارديبهشت 1395 منتشرشده در مقالات نوشته شده توسط 

بازیابی انرژی

این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)

افزایش دمای کره زمین و تغییرات اقلیم، نگرانی های بسیاری را در سراسر جهان برانگیخته و سبب تجدید نظر در  رویکرد تصمیم سازان و تصمیم گیران در بسیاری از دولت ها گردیده است. یکی از آخرین اقدامات جهت جلوگیری از افزایش دمای کره ی زمین اجلاس جهانی پاریس است که طبق آن برای هریک از کشورها محدودیت هایی الزام آور در جهت کاهش انتشار این گاز ها قائل گردیده است. یکی از مهم ترین منابع انتشار کربن دی اکسید، بخش صنعت می باشد به گونه ای که مصرف انرژی در بخش صنعت در امریکا یک سوم کل انرژی مصرفی یا به عبارت دیگر   *10^15    BTU 32 است و کربن دی اکسید تولیدی 1680میلیون تن در سال است. متاسفانه بین 20 تا 50 درصد از این انرژی مصرف شده در فرآیندهای صنعتی به صورت حرارت تلف می گردد.  در این راستا کاهش تلفات حرارتی در جهت کاهش انتشار کربن دی اکسید و کاهش هزینه های تولید یکی از چالش های پیش روی صنعت است. یکی از اصلی ترین منابع اتلاف حرارت، گازهای خروجی از کوره می باشد. که بیش از 50 درصد از اتلاف گرمایی در صنایع از این منبع ناشی می شود به همین منظور صرفه جویی در این زمینه می تواند به صرفه جویی قابل توجه در مصرف انرژی منجر گردد.

 

دو جزء اصلی در فرآیندهای بازیابی انرژی گرمایی عبارت اند از:

1-منبع گرمایی قابل دسترس

2- استفاده تکنولوژی بازیابی

این تحقیق برروی جریان های زائد خروجی از فرآیندهای احتراق در دمای بالا  صورت گرفته است که یکی از بهترین منابع گرمایی می باشد.

 

1-منبع گرمایی قابل دسترس

 

1-1-دمای گازهای خروجی:

کلیدی ترین فاکتور برای بررسی امکان سنجی یک روش دماست .

برای انتقال دما، دمای چشمه گرم باید از دمای چاه سرد بیشتر باشد و میزان اختلاف آن ها مشخص کننده گرمای انتقال یافته بر واحد متر مربع در مبدل حرارتی است و عامل تاثیری گذاری در حجم تجهیزات بازیابی است.

نمودار زیر نشان دهنده تاثیر اختلاف دما بر ابعاد مبدل حرارتی است همان طور که مشاهده می گردد با افزایش اختلاف دما میان سیال داغ و سیال سرد داخل مبدل ، ابعاد مبدل به صورت نمایی کاهش خواهد داشت که این امر تایر چشمگیری در کاهش هزینه تمام شده مبدل خواهد داشت.

 

 1-2-ترکیب شیمیایی گازهای خروجی

ترکیب شیمیایی گازهای خروجی به صورت مستقیم در کمیت و کیفیت گرمای در دسترس تاثیری ندارد اما روی پروسه بازیابی و انتخاب آلیاژ مناسب تاثیرگذار است.

ترکیب شیمیایی گازهای خروجی مشخص کننده فاکتورهایی از قبیل: رسانایی گرمایی و ظرفیت گرمایی است که روی بازده مبدل گرمایی تاثیر گذار است. مثلا مواد با دانسیته بالاتر میزان انتقال حرارت بالاتری دارد.

عامل تاثیر گذار دیگر کشش سطحی میان مواد در مبدل و سیال است وقتی در مبدل رسوب ایجاد شود بازده آن به صورت موثری کم میشود

راه های مختلفی برای مقابله با رسوب در مبدل ها وجود دارد:

1-دسترسی آسان برای تمیز کردن آن

2-انتخاب آلیاژ مناسب

3-افزایش سطح مبدل حرارتی

 

  1-3-حداقل دمای مجاز:

حداقل دمای مجاز، با خوردگی در مبدل ارتباط مستقیمی دارد  چون گازهای ناشی از احتراق حاوی ترکیبات مختلفی از قبیل   NOX  و SOX و.... است و اگر دمای جریان پایین تر از نقطه شبنم این ترکیبات باشد میعان صورت گرفته و باعث خوردگی در مبدل می گردد.  معمولا مبدل از مواد ارزان قیمتی ساخته می شود که مقاومت پایین در مقابل خوردگی دارند. مبدل ها به صورت کلی برای گازهایی بالاتر از نقطه شبنم طراحی شده اند.

مثلا دمای مجاز برای گازهای ناشی از احتراق گاز طبیعی 120درجه سانتی گراد است.

دمای مجاز برای گازهای ناشی از احتراق زغال سنگ  150تا 175 درجه سانتی گراد است.

دمای مجاز برای گازهای ناشی از ذوب شیشه 270 درجه سانتی گراد است.

در بعضی مواقع از آلیاژهای پیشرفته برای ساخت مبدل استفاده می کنند تا بتوانند در دمایی پایین تری از نقطه شبنم عملیاتی شوند ولی هزینه ساخت آن بالاست.

 

 2-تکنولوژی بازیابی

 

2-1-تکنولوژی بازیابی مستقیم:

چرخه های سنتی تولید انرژی شامل استفاده از حرارت برای تولید انرژی مکانیکی و در نهایت تولید برق است.

در حالی که در فناوری های جدید برق به صورت مستقیم از گرما حاصل میگردد. . هنوز شواهدی مبنی بر استفاده از این فناوری ها جهت بازیابی انرژی در بخش صنعت وجود ندارد. ولی چند پیش نمونه برای آزمایش مورد استفاده قرار گرفته اند بازیابی انرژی از گرمای موتور خودرو یکی از موارد کاربرد این تکنولوژی است. چند نوع از این تکنولوژی به شرح زیر است:

 

2-1-1-ترموالکتریک:

این سیستم شامل ترکیباتی نیمه هادی است که در اثر اختلاف دمای ایجاد شده الکتریسیته تولید می کنند. این اتفاق در اثر پدیده Seebeck رخ می هد.

زمانی که دونیمه رسانای متفاوت با چشمه گرم و چاه سرد در ارتباط باشند، اختلاف پتانسیل میان این دو نیمه هادی شکل خواهد گرفت. این اثر برای اولین بار در سال 1821 مشاهده گردید و تکنولوژی آن از مدت ها قبل موجود بوده است. ولی به دلیل بازده پایین(2تا5 درصد) و هزینه اولیه بالا،  تنها در شاتل های فضایی و سیستم های کنترل از راه دور کاربرد دارد. البته استفاده از مواد پیشرفته جدید سبب افزایش بازدهی آن تا 15 درصد گردیده است ولی هنوز هم هزینه و بازدهی این روش برای استفاده در بخش صنعت ناکافی است.

مطالعات جدید صورت گرفته توسط PNNL  و BCS فرصت ها، تجهیزات و تحقیق و توسعه مورد نیاز را مشخص کرده است.

این مطالعات نشان داده که استفاده از از پکیج TE برای دماهای متوسط تا بالا و دبی های بالای گاز خروجی مناسب است. برای نمونه در کوره های ذوب فلز و شیشه  امکان استفاده از آن وجود دارد.

 

2-1-2-پیزوالکتریک

یک روش برای تولید برق از دمای 100 تا 150 سانتی گراد می باشد. این فناوری لرزش های محیطی را به الکتریسیته تبدیل می نماید.

برای نمونه این روش می تواند نوسان های ناشی از انبساط گاز در خروجی دودکش را به برق تبدیل کند.

از چالش های این روش می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1-بازدهی این روش در منبسط کننده گاز تنها 1درصد است زیرا فرکانس مناسب این روش1000HZ است در حالی که فرکانس منبسط کننده گاز تنها 100HZ است البته می توان این سیستم را در مواردی به کار برد تا بازدهی به بالای 10 درصد برسد.

2-مقاومت داخلی بالا

3-نیاز به ماندگاری و دوام بالا و هزینه اولیه بسیار سنگین(در حدود 10000 دلار به ازای هر وات توان تولیدی)

 

2-1-3- ترمویونیک

در این روش از پنل هایی شبیه به پنل خورشیدی برای تولید الکتریسیته استفاده میشود. در این فناوری تابش های گسیل شده از منبع گرم از فیلترهایی گذشته تا به طول موج مناسب برای پنل ها برسد و درنهایت الکتریسیته تولید شود چندین نمونه اولیه از این فناوری احداث شده است برای نمونه در توربین های گازی هلیکوپتر یکی از موارد استفاده از ان است.

2-2-تکنولوژی بازیابی غیر مستقیم:

این روش بر بازیابی انرژی به استفاده از مبدل های حرارتی برای استفاده هایی از قبیل: پیش گرم کردن هوا، پیش گرم کردن خوراک، تولید الکتریسیته و... استوار است انواع مبدل های حرارتی مورد استفاده در صنعت به شرح زیر است:

2-2-1-تجهیزات بازیابی حرارت:

 

Economizer2-2-1-1-

اکونومایزر (Economizer) یک مبدل حرارتی است که آب  از میان آن عبور داده شده و از حرارت گازهای داغ خروجی برای گرم کردن این آب استفاده می شود. بدین ترتیب، آب  با دمای بالاتری به درون بویلر فرستاده شده و انرژی کمتری را برای تبخیر نیاز است.. لذا در این حالت، با یک مقدار انرژی مشخص، می توان آبگرم و یا بخار بیشتری را تولید کرد. نتیجه ی این امر افزایش در راندمان بویلر است. به طور کلی، یک افزایش 10 درجه ی سلسیوسی در دمای آب تغذیه، باعث افزایش 2 درصدی راندمان می شود.

  

Recuperator2-2-1-2-

برای بازگردانی گازهای احتراق در  دمای بالا یا متوسط از این تجهیز استفاده می گردد.

مثل کوره های ذوب، afterburners، کوره های زباله سوز و..... و معمولا از  مواد فلزی در دماهای پایین تر از  1093درجه استفاده می شود و در دماهای بالاتر از این میزان مواد سرامیکی به کار میرود . در این مبدل ها بازه عملکردی در ناحیه گرم تا حداکثر 1538 سانتی گراد و در ناحیه سرد تا حداقل 982 درجه است.

 

Regenerator2-2-1-3-

ابن مبدل از دو اتاقک آجری تشکیل شده است که  هوای سرد و گرم در آن به صورت متناوب جریان دارد

 گازهای احتراق از یک اتاقک گذشته و سبب گرم شدن آجرهای دیوار می شود و سپس هوا وارد اتاقک گردیده و گرم میشود و جهت احتراق به کوره تزریق میشود.

دلیل استفاده از دو اتاقک این است که وقتی یک اتاقک در حال گرم شدن به وسیله گازهای احتراق است، اتاقک دیگر مشغول گرم کردن هوای ورودی کوره باشد تا این فرآیند مداوما ادامه داشته و هر 20 دقیقه جای اتاقک ها تعویض شود.

این تجهیز برای فرآیندهای دما بالا با جریان کثیف بسیار مناسب است. از معایب آن به ابعاد بزرگ این سیستم و سرمایه اولیه موردنیاز بالا اشاره کرد. که از هزینه ریکامپریتور بسیار بیشتر است.

  

 2-2-2-کاربردهای بازیابی انرژی:

 

2-2-2-1-تولید الکتریسیته:

رایج ترین روش بازیابی انرژی شامل استفاده از گرما برای تولید بخار، و به حرکت درآوردن توربین است. این سیکل برای بازیابی انرژی از  گازها در دمای 340 تا 370 درجه روشی ایده آل است. و در دماهای پایین تر بازده اقتصادی این روش کاهش می یابد. زیرا گازهای دما پایین توانایی تولید بخار سوپرهیت را ندارند. دلیل استفاده از بخار سوپرهیت جلوگیری از کندانس شدن بخار و ایجاد خوردگی در پره های توربین است.

  

2-2-2-2-پیش گرم کردن خوراک:

این روش بیشتر برای خوراک های مایع که قابلیت پیش گرم شدن را دارا هستند مورد استفاده قرار میگیرد. از مزیت های این روش نسبت به تولید الکتریسیته، بازدهی بسیار بالاتر و تجهیزات کمتر مورد نیاز است.

 

2-2-2-3-پیش گرم کردن هوای ورودی به کوره:

این روش بیشتر در کوره های شیشه و فولاد کاربرد داشته و بازدهی فرآیند تا 50 درصد افزایش خواهد یافت.

 

 2-2-2-4-تولید بخار

این روش در فرآیندهایی که نیازمند بخار است مورد استفاده قرارمی گیرد که می توان به صنایع پتروشیمی اشاره کرد

بازدید 3306 بار

ارتباط با ما

آدرس

ایران - تهران - دانشگاه علم و صنعت - دفتر مرکز پژوهش و فناوری علم و توسعه.

تلفن و فکس

77240664 - 021

021 - 77240667

ایمیل

این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید