كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة

عزّز كفاءة احتراق الغلاية

كفاءة الاحتراق

إن تشغيل الغلاية بكمية مثلى من الهواء الزائد يقلل إلى أدنى حد فقدان الحرارة عبر المدخنة ويزيد كفاءة الاحتراق. وكفاءة الاحتراق مقياس يوضح مدى فعالية تحويل الحرارة الموجودة في الوقود إلى حرارة قابلة للاستخدام. وتُعد درجة حرارة المدخنة وتركيزات الأكسجين (أو ثاني أكسيد الكربون) في غاز المداخن من المؤشرات الأساسية لكفاءة الاحتراق.

بافتراض تحقق الخلط الكامل، يلزم مقدار دقيق أو ستوكيومتري من الهواء لكي تتفاعل كمية محددة من الوقود بالكامل. لكن ظروف الاحتراق لا تكون مثالية أبداً في الواقع العملي، ولذلك لا بد من توفير كمية إضافية من الهواء، أو «هواء زائد»، لضمان احتراق الوقود بالكامل.

يُحدَّد المقدار الصحيح من الهواء الزائد بتحليل تركيز الأكسجين أو ثاني أكسيد الكربون في غاز المداخن. يؤدي عدم كفاية الهواء الزائد إلى تكوّن وقود غير محترق وسخام ودخان وأول أكسيد الكربون، بينما تتسبب زيادته في فقدان الحرارة بسبب ارتفاع معدل تدفق غاز المداخن، مما يقلل الكفاءة الإجمالية لتحويل الوقود إلى بخار في الغلاية. يربط الجدول بين قيم قياسات المدخنة وأداء الغلاية.

التدابير الموصى بها

غالباً ما تعمل الغلايات بمستويات من الهواء الزائد أعلى من المستوى الأمثل. راقب مكونات غاز المداخن دورياً، واضبط إعدادات الغلايات بانتظام للحفاظ على كمية الهواء الزائد عند المستويات المثلى.

قيّم إمكانية المراقبة المستمرة لمستوى الأكسجين في غاز المداخن لتحديد اتجاهات فقدان الطاقة بسرعة. يتيح ذلك الحصول على إنذار مبكر بشأن أعطال أنظمة التحكم، وإدارة عملية اتخاذ القرار استناداً إلى البيانات.

كفاءة الاحتراق للغاز الطبيعي

يمكن الوصول إلى نسبة هواء زائد تبلغ 10% في أنظمة الغاز الطبيعي المصممة جيداً. ووفقاً لقاعدة عملية شائعة، فإن كل انخفاض بنسبة 15% في كمية الهواء الزائد أو انخفاض بمقدار 40°F في درجة حرارة غاز المداخن قد يزيد كفاءة الغلاية بنسبة 1%.

مثال

تعمل غلاية لمدة 8.000 ساعة سنوياً، وتستهلك سنوياً 500.000 مليون Btu (MMBtu) من الغاز الطبيعي، فيما تنتج 45.000 lb من البخار في الساعة عند ضغط 150 psig. وتُظهر قياسات غاز المداخن أن مستوى الهواء الزائد يبلغ 44,9% عندما يكون فرق درجة الحرارة بين غاز المداخن وهواء الاحتراق 400°F. ووفقاً للجدول، تبلغ كفاءة احتراق الغلاية 78,2% (E1). وبعد تحسين إعدادات الغلاية، تنخفض كمية الهواء الزائد إلى 9,5% ويصبح فرق درجة الحرارة بين غاز المداخن وهواء الاحتراق 300°F. فترتفع كفاءة احتراق الغلاية إلى 83,1% (E2). وبافتراض أن تكلفة الوقود تبلغ 8,00 $/MMBtu، تكون الوفورات السنوية كما يلي:

         الوفورات السنوية    = استهلاك الوقود × (1–E1/E2) × تكلفة الوقود
                                       = 29.482 MMBtu/سنة × 8,00 $/MMBtu
                                       = 235.856 $

محللات غاز المداخن

يمكن قياس نسبة الأكسجين في غاز المداخن باستخدام مجموعات اختبار امتصاص الغاز منخفضة التكلفة. أما المحللات المحمولة والمعتمدة على الحاسوب، التي تتراوح تكلفتها بين 500 و1.000 $، فتعرض نسبة الأكسجين ودرجة حرارة غاز المداخن وكفاءة الغلاية. وتُعد هذه الأجهزة استثماراً موصى به لجميع أنظمة الغلايات التي تتجاوز تكلفة الوقود السنوية فيها 50.000 $.

أنظمة ضبط الأكسجين

ينبغي النظر في استخدام محلل أكسجين يعمل باستمرار في الأنظمة التي يتغير فيها تركيب الوقود بدرجة كبيرة (مثل غاز المصافي أو وقود مخلفات الخشب أو الغلايات متعددة أنواع الوقود)، أو التي يتفاوت فيها معدل تدفق البخار بدرجة كبيرة. ويعمل نظام «ضبط» الأكسجين على تقليل هواء الاحتراق الزائد تلقائياً وتحسين نسبة الهواء إلى الوقود، من خلال إرسال تغذية راجعة إلى أدوات التحكم في الموقد.

لمعرفة المزيد عن المراقبة، يمكنك تنزيل دراسات الحالة المتعلقة بتطبيقات القياس الفرعي التالية من مكتبة منشورات AMO:

• Solutia: الاستفادة من القياس الفرعي لتوجيه عمليات اعتماد مشاريع الطاقة استناداً إلى البيانات
• Nissan North America: كيف غيّر القياس الفرعي طريقة عمل أحد المصانع؟

يمكنك أيضاً الرجوع إلى الدليل التالي المتاح على موقع برنامج الإدارة الفيدرالية للطاقة (FEMP): www.femp.energy.gov

• أفضل الممارسات في القياس: دليل لتحقيق الكفاءة في موارد المنشآت، الإصدار 2.0

مقتبس من نشرة معلومات Energy TIPS، التي نشرتها في الأصل خدمة Georgia Tech Industrial Energy Extension Service.

المراجع

يمكن لبرنامجي وزارة الطاقة الأمريكية Steam System Assessment Tool وSteam System Scoping Tool مساعدتك في تقييم أنظمة البخار وتحديد التحسينات الممكنة فيها. كما يمكنك الرجوع إلى المصدر Improving Steam System Performance: A Sourcebook for Industry لمزيد من المعلومات حول فرص تحسين كفاءة أنظمة البخار.

للاطلاع على هذه الموارد وغيرها من الموارد العديدة المتعلقة بالكفاءة الصناعية ومعلومات التدريب، تفضل بزيارة موقع Advanced Manufacturing Office على manufacturing.energy.gov.