CHP :
علم CHP یا حرارت و توان ترکیبی بدلیل صرفه جویی در سرانه انرژی مصرفی کشورها و کمک به پاکیزگی محيط زيست ودر بعضی از مواقع جلوگیری از الودگی هواو همینطور استفاده از انرژي پاك طبيعت پيشرفت قابل ملاحظه اي كرده است .
هم اكنون با توجه به سياست هاي اقتصادي دولت به منظور هدفمند كردن يارانه ها و افزايش قيمت حامل هاي انرژي و از طرفي اهميت بيش از پيش هزينه سوخت درقيمت تمام شده كليه محصولات توليد داخل و همچنين حمايت وزارت نيرو از احداث واحد هاي توليد برق در مقياس كوچك توسط اشخاص حقيقي يا حقوقي موجب شده تا مديران صنايع نسبت به صرفه جويي بيشتر در مصرف انرژي اهتمام ورزيده و بعضاً اقدام به احداث نيروگاههاي برق با مقياس كوچك نمايند .
در مجموعه ها مصرف كننده هاي عمده انرژي عبارتند از :
1- موتورهاي احتراق داخلي
2- مشعلها
روشهاي بهينه سازي انرژي مصرفي در مجموعه موتورها و مشعل ها :
1- تنظيم فشار پمپ سوخت
2- تميز كردن و يا تعويض نازل پاشش سوخت
3- تنظيم و كنترل مستمر هواكش و يا دمپر هوا و در صورت وجود تعويض بموقع فيلتر هاي هوا
رعايت نكات اساسي فوق باعث كاهش قابل توجه سوخت مصرفي ميشود .
مبحث ديگري كه در اشل كشوري داراي اهميت ميباشد افزايش راندمان سيستمهاي مصرف كننده سوخت ميباشد . بطور مثال راندمان يك مشعل حدوداً 80 % است كه با تنظيم مقدار هواي مناسب و پا شش صحيح سوخت افزايش اين راندمان تا 98 درصد امكان پذير ميباشد .كه بايد سازمانهاي گواهي دهنده و استاندارد در سطح كشور به آن توجه نمايند .
بعنوان مثال :
راندمان يك نيروگاه گازي حدود 31 % الي 36 % در شرايط ايده آل كار توربين ، كمپرسور،كوره هواي گرم مي باشد الباقي انرژي كه حدوداً 64 % الي 69 % ميباشد بصورت گازهاي داغ از دودكش خارج ميگردد كه با قراردادن مبدل آبگرم يا بخار و يا هواي گرم مقدار راندمان 31% الي 36 % را تا 70 % الي 78 % ميتوان ارتقاء داد ، اگر درصد هاي فوق را به واحد هاي انرژي تبديل كنيم مقدار صرفه جويي قابل لمس تر خواهد بود . بطورمثال در يك شهرك صنعتي كه بطور متوسط مجموع مصرف انرژي با راندمان 50 % ميباشد . مصرف سوخت اين شهرك صنعتي در روز معادل ده ماشين حمل سوخت با مجموع ظرفيت 000/280 ليتر ميباشد .
انرژي حاصل از اين سوخت مايع حدوداً 2800 مگا كيلوكالري ميباشد . كه فقط 1400 مگا كيلوكالري آن بصورت مفيد مصرف و الباقي بصورت حرارت از دودكش ها و بدنه ماشين آلات خارج ميگردد و به ازاي هر يك درصد افزايش راندمان 1400 ليتر صرفه جويي سوخت خواهيم داشت و اگر بتوانيم راندمان مجموعه را تا 70 % ارتقاء دهيم . يعني 28000 ليترصرفه جويي در روز برای یک مجموعه.
مسئله صرفه جويي در كشورهاي پيشرفته از قدمت بیشتری برخوردار ميباشد شايد به قدمت اختراع ديگ بخار كه در آن زمان محوطه كارگران را با گرماي حاصل از دودكش گرم ميكردند .
به دليل اهميت موضوع شاخه اي از علم مكانيك به اين موضوع اختصاص داده شده است و آن تركيب حرارت و قدرت يا Combind Heat & Power يا اختصاراً CHP ناميده شده است .
بطور مثال انسان مدرن با صرف هزينه هاي بسيار زياد از گرما و انرژي خورشيد توسط سلولهاي خورشيدي انرژي دريافت ميكند در حاليكه دهها برابر آنرا توسط اگزوزها و دودكش ها هدر مي دهد . بنابراين به موازات استفاده از انرژي پاك استفاده از حرارت دودكش ها نيز به طبيعت كمك مي كند .
حرارتي كه از دودكش ميگيريم در كجا ميتوان مصرف كرد ؟
1- گرمايش محيط زندگي و كار
2- توليد بخار جهت مصارف صنعتي و يا نيروگاه بخار ( سيكل تركيبي )
3- توليد آبگرم مصرفي ساختمانها و ادارات و كارخانجات
4- توليد كوره هاي هوا گرم
5- استفاده از هواي گرم جهت خشك كردن ميوه جات
6- استفاده از حرارت دود و گازهای خروجی موتورهای درون سوزجهت ژنراتور دستگاههاي Absorbtion براي توليد هواي سرد در تابستان .
7- دريافت انرژي الكتريسته ( برق ) از حرارت دودكش در نيمه هادي ها و ترموكوبلها ( اگر دو فلز با دو جنس مخالف را از يك سر بهم گره بزنيم و در مقابل حرارت قرار دهيم در دو سر ديگر اختلاف ولتاژ بوجود ميايد كه اين اختلاف ولتاژ بطور خطي افزايش مي يابد. با سري كردن اين ترموكوپلها مي توان به ولتاژ هاي قابل قبول جهت روشنايي محوطه در شبها رسيد .)
محدوديت هاي استفاده از هواي گرم دودكشها :
1- محدوديت دماي مبدل حرارتي
مبدلی که گرمای دودکش و محصولات احتراق را دریافت میکند خود سقف دماي كار از پيش تعيين شده اي دارد.این سقف محدودیت استفاده از دود را تعيين مينمايد .
مثال : اگر قصد داريم ديگ بخاري با فشار کار 10 اتمسفر سر راه دودكش قرار دهيم ناچارا” دماي اشباع بخار 180 درجه خواهد بود و حداقل 20 الی 30 درجه سانتیگراد دماي دود خروجي از مبدل بايد بالاتر باشد .بنابراین دود خروجي از مبدل و در نهايت دودكش به 230 درجه سانتي گراد محدود خواهد شد .
2- محدوديت نقطه شبنم :
هنگاميكه دماي دود به پايين تر از دماي نقطه شبنم مي رسد بخار آب كندانس شده و با گوگرد و يا CO2 موجود در سوخت و دود ، اسيدي با PH پايين توليد مينمايد كه موجب خوردگي در مبدل و يا ديواره دودكش ميگردد و طراح بايد در مقوله طراحي دماي دود را در نظر گرفته و به نسبت خورندگی گازها جنس دودکش را تعیین نماید.
3- افت فشار كوره :
مهمترين نكته در استفاده از مبدلهاي CHP افت فشار كوره ميباشد.
وقتی که افت فشار مسیر گازهای داغ افزایش میابد موجب هدر رفتن مقداری از قدرت الکتروموتور برای جبران اين افت میگرددو ایراد اساسی که در فن مشعلها و يا كمپرسورها بوجود میا ید مقدار هوای طراحی شده است كه بشدت كاهش يافته و اين كاهش هوا موجب بالا رفتن دمای شعله و یا دود شده وتولید گازهای NOX میگردد که به محیط زیست اسیب میرساند.
در اين مورد بحثهاي فراواني پیش میاید که در جای خود بدان پرداخته خواهد شد .
مثلاً چرا از ابتدا راندمان را بالا نمي بريم ؟كه مجبور بشويم از ضايعات حرارت استفاده كنيم .
واقعيت اين است كه در بسياري از پروسه های عملي امكان بالا بردن مستقيم راندمان وجود ندارد .برای بالا بردن راندمان يك نيروگاه بخار بشكل ذيل عمل مي شود .
1- افزايش دماي بخار ورودي توربين .
2- كاهش دماي آب ورودي پمپ .
حال اگر فرض كنيم تمامي تجهيزات نيروگاه شامل ديگ بخار – توربين – پمپ كندانسور با راندمان 100 % كار كنند راندمان ايده آل اين نيروگاه برابر با :
( دماي بخار به كلوين ) / ( دماي آب به كلوين- دماي بخار به كلوين) = μ
بالاترين دمايي كه بخار را مي توان افزايش داد 370 درجه سانتي گراد و يا 643 = 370 + 273 درجه كلوين و كمترين دمايي كه اقتصادي باشد دماي محيط مي باشد . اگر در زمستان دماي کندانسور را تا 7 درجه سانتي گراد و يا 280 = 7 + 273 درجه كلوين پایین اورده شود بالاترين راندمان اين نيروگاه در صورت داشتن راندمان 100% تك تك اجزاي آن برابر با :
( دماي بخار به كلوين ) / ( دماي آب به كلوين- دماي بخار به كلوين) = μ