Table of Contents
הבנה של משחתים ומחויבות
תנורי חום אש הם מרכיבים אינטגרליים בתעשיות החל מנפט מסדיר וייצור פטרוכימי לייצור חשמל ועיבוד מינרלים.יחידות אלה כוויות דלק - לרוב גז טבעי, גז דלק ייטב, או שמן דלק - כדי לספק חום תהליך עבור זיקוק, סדק, רפורמה, פעולות תרמיות אחרות.היעילות עם אשר מפוטר ממירת אנרגיה לתוך השפעות חום ישירות מופעל, ייצור באמצעות עמידה סביבתית, והתאמה סביבתית.
יעילות הבעירה מוגדרת כיחס של חום המשתחרר מבעירה דלק, אשר למעשה מועבר לנוזל התהליך, יחסית לפוטנציאל החום הכולל של הדלק.בחום מאומן היטב, ערך זה יכול לעלות על 85% בתנאים אידיאליים.עם זאת, יעילות הבעירה אינה מספר קבוע; זה משתנה עם הרכב דלק, כוויות, עומס הפעלה, ו - קריטי - מצב האוויר לספק את האזור.
בעוד המפעילים מתמקדים בכבדות באיכות הדלק ובכובש, איכות האוויר המביעית מטופלים לעתים קרובות כמשתנה רקע.זהו פיקוח, כי האוויר נכנס לחום מפוטר נושא לחות, חלקיקים, ומזהמים גזיים שיכולים לשנות את מאפייני הלהבה, לשבש איזון סטיצ'ימטרי, ולהאיץ את ההשמדה של הציוד.
תפקידה של איכות האוויר של Ambient ב Combustion
האוויר אינו סחורה אחידה.רכבו משתנה במיקום, העונה, מזג האוויר, וסמיכות לפעילות תעשייתית או מקורות אבק טבעיים.אוויר ההבעירה מכיל בדרך כלל 20.9% חמצן בנפח, אך הדמות הזו יכולה לרדת לרמה הים או בסביבות עירוניות שבהן הרכב והפליטה התעשייתית.אפילו הפחתות קטנות בריכוז חמצן משפיעות על יחס האוויר לדלק הנדרש לבעירה מלאה.
מעבר לתוכן חמצן, אוויר מתחרה נושא:
- (ב) ,0) ,5 ,2 , , מדרש, וכיוצא בזה.
- (ב) ⁇ :0) מזהמים מזוהים (FLT:1 ), כגון דו תחמוצת גופרית, תחמוצות חנקן, אוזון, ותרכובות אורגניות תנודתיות.
- (ב) בפרשת [[המאה ה-20]], [[1924]]
- (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
כל אחד מהרכיבים הללו אינטראקציה עם תהליך ההבעירה בדרכים נפרדות.חלקים יכולים להפריע לאירודינמיקה של כוויות, בעוד לחות סופג חום ותחתית טמפרטורת הלהבה.מזהמים גזיים עלולים להתחרות בדלק לחמצן או להשתתף בתגובות צדדיות המייצרות תוצרי לוואי קורוזיים.
זמינות חמצן ואפקטים
ריכוז חמצן Ambient הוא פרמטר איכות האוויר הבסיסי ביותר עבור הבעירה.בגובה גבוה יותר או בשקעים מזוהמים, הלחץ החלקי של החמצן יורד. Burners שנועדו לאוויר סטנדרטי ברמה הים (20.9% O2) להיות מוגבל חמצן בתנאים אלה, הדורש נפח אוויר כולל יותר כדי לשמור על אותה זרימת חמצן המונית.זה מגביר צריכת אנרגיה parasitic ממעריצים ומכות, להפחית את הטמפרטורה, ולהפחית את הלהבות חום, יכול לדחוף את הבעירה.
מפעילי באזורים עם וריאציות איכות אוויר עונתיות - כגון בעונת שריפות או סטיות טמפרטורה בחורף - עשויים לצפות בשינויים ניכרים בטיוטה חום, צבע להבה, וערעור קריאות חמצן.שינויים אלה משקפים הפחתה אמיתית ביעילות הבעירה כי לעתים קרובות לא מאובחנים ללא ניטור אווירי.
מכניזם של דחיפות
איכות אוויר שאפתנית משפיעה על שריפת חום באמצעות ארבעה מנגנונים עיקריים: הפרעת אש, העברת חום, הפחתת חיישן, והתערבות כימיה של הבעירה.
אכזבת הלהבות ו-Berer Performance
ברנס מסתמכ על שילוב מדויק של דלק ואוויר כדי ליצור חזית אש יציבה.כאשר אוויר מתחרה נושא חלקיקים יפים, חלקיקים אלה להפריע פיזית דפוס זרימה ליד נוש הבוער.זה יכול לגרום להבות, אווסוציאציה, או עכב על צינורות תנורי חום.להבה מובילה לבעירה לא שלמה, היווצרות פחמן חד תחמוצת, כתמים חמים כי מחפיר מתכת.
במקרים קיצוניים, טעינה כבדה עלולה לכבות את הלהבה, מה שגורם לעיכובים בטיחותיים ולהפרעות ייצור.מתקנים הפועלים ליד כבישים לא-מפוצלים, אתרי בנייה או סביבות המדבר פגיעים במיוחד לצורה זו של אובדן יעילות.
העברה חמה ופקדונות
חלקיקים ופחמימנים בר-קיימא באוויר המבולבל אינם עוברים רק דרך השור; הם יכולים להפקיד על פני השטח של העברת חום. מחלקים של הדבקה, אשר מחלימים חום מגז פלון, רגישים במיוחד.אש, אבק, וכן שכבות של השכבות לבנות על משטחי צינורות, מתנהגות כמו בידוד המקטין את התקני העברת החום.
גם הקטנת מעברי גז, העלאת הפסדים ואילץ את האוהדים לעבוד קשה יותר.עונש האנרגיה המתקבל יכול להיות 3–8% מסך צריכת הדלק הכוללת, בהתאם לתדירות הטעינה של חלקיקים וניקוי.
חיישן ואינסטינקטציה Degradation
תנורי חימום מודרניים משתמשים בניתוח חמצן, טיוטת חיישנים, וסורקי להבה כדי לשלוט בבעירה. a Air contaminants יכול עיוור או להטיות מכשירים אלה. Particulate deposition על חיישנים חמצן zirconia גורם לסחף, מפעילי המובילים לרוץ באופן בלתי נמנע אוויר עודף או אוויר עשיר דלק.
כאשר החיישנים נסחף, מערכת הבקרה כבר לא שומרת על יחס דלק היעד.היעילות נופלת, פליטות עולה, והמחממת הופכת להיות קשה יותר לנהל במהלך שינויים עומס או מצבים חולפים.
שילוב הכימיה
מזהמים גזיים באוויר מתפתל יכולים לשנות את הכימיה של הבעירה. Sulfur דו-חמצני, נפוץ באזורים תעשייתיים, צורות טרי תחמוצת גופרית במהלך הבעירה, המשלבת עם מים vapor לייצר חומצה sulfuric.זה לא רק מוריד את סף גז השפעת - תוך הגדלת הסיכון של קורוזיה קר - אלא גם לצרוך חמצן כי אחרת תמיכה בדלק.
בדומה לכך, רמות גבוהות של אוזון או NOx בצריכת אוויר יכולות לשנות את שיווי המשקל של תגובות הבעירה, המוביל להיווצרות של NOx תרמי נוסף ולהפחית את שחרור החום היעיל ליחידת דלק. בעוד השפעות אלה עדינות בהשוואה לטעימה חלקית, הם מצטברים לאורך זמן ויכולים להיות משמעותיים באזורים עירוניים או תעשייתיים מזוהמים מאוד.
מחקרים ותצפיות שדה
נתונים שדה מפעולות זיכוך באזורים עם איכות אוויר משתנה ממחישים את ההשפעה המעשית של תנאים נוחים.מחקר אחד השווה ביצועים חמים בתקופות עונתיות מצא כי ערימה של קריאות חמצן שהוחלפו עד 1.5% בלבד בשל שינויים בריכוז ובלחות חלקית, גם כאשר הרכב הדלק נשאר קבוע.היעילות המתקבלת מתורגמת לכדי הבדל של 2.3% בצריכת דלק במהלך השנה התפעולית.
דוגמה נוספת מגיעה מצמח פטרוכימי הממוקם ליד מתקן ייצור מלט.אירועים אבק זמניים גרמו לבעיות יציבות אשבה בוערת מספיק חמורות כדי לדרוש התאמות צריב ידני פעמים רבות לשינוי.לאחר התקנת סינון אווירי יעילות גבוהה על צריכת אוויר של התלקחות, הצמח הפחית את ההתאמות הקשורות לשורף על ידי 70% וחלמתי 1.8% ביעילות חום.
מתקני Offshore עם צריכת אוויר ימית להתמודד עם השפלה הקשורה מלח. סולט להפקיד על להבים דחוסים ורכיבי כוויות שורפים להאיץ את קורוזיה וטעייה. מפעיל offshore אחד דיווח כי יישום סינון מלח על אוויר של בעירה מופחתת טמפרטורת צינורית טמפרטורה מתכת על ידי 12 מעלות צלזיוס וחום מורחב לרוץ אורך בין תחזוקה עד 40%.
איכות אוויר של Ambient for Combustion Control
ניהול ההשפעה של איכות אוויר מכוננת על יעילות תנור מפוטר דורש מדידה לפני פעולה. המפעילים לא יכולים להסתגל לתנאים שהם לא יודעים.יישם ניטור אווירי מכוונן או ליד צריכת האוויר של הבעירה מספק נתונים המאפשרים כוונון ובקרה יזום.
« TERMS to Monitor
- (ב) סעיף 1 (ב) ו-PM2.5 ו- PM10), כדי לצפות בטעינה וטעינה.
- (ב) ,0) ללחות ריאה (FLT) כדי להסביר את ההשפעות של חום וטמפרטורת הלהבה.
- (ב) ,0) ,AmbientטמפרטורותFLT:1 כדי לתקן ביצועים של מעריצים ודחיסות אוויר של בעירה.
- (ב) ,0) לחץ על תגמול גובה וגיוס שליטה.
- (ב) [15] ,0) מזהמים של עזה-phase (FLT:1 ), כגון SO2, NOx ו- O3 שבו ריכוזים אזוריים גבוהים.
רשתות חיישן בעלות נמוכה הופכות כעת ניטור אוויר רציף אפשרי אפילו עבור תנורי חימום קטנים יותר. נתונים יכולים להאכיל לתוך מערכת בקרה מבוזרת (DCS) כדי להתאים באופן אוטומטי מהירות המעריצים, מיקום לח, או לחץ גז דלק כמו שינוי תנאי הסביבה.
אופטימיזציה בזמן אמת
עם נתוני איכות אוויר מלוכדים במערכת ניהול כוויות, מפעילי יכולים לנוע מנקודות קבועות לשליטה דינמית.לדוגמה, כאשר לחות מתפתחת, המערכת יכולה להגדיל את האוויר עודף מעט לפצות על ספיגת החום של מים ו עקירעת חמצן. כאשר אירועים חלקיקים מזוהים, המערכת יכולה להפחית את שיעור האש או להפעיל מכופות sootreretretretretrely במקום לחכות לצבור.
אסטרטגיות בקרה מתקדמות המשלבות מדידות איכות אוויריות מורכבות עם ניתוח גז ערימה הראו שיפורים יעילות של 1.5–3% בטווח של תנורי חום תעשייתיים.רווחים אלה באים משמירה על יחס האוויר עודף אופטימלי בתנאים משתנים, ולא הפעלת שולי קבוע שמרני שפסול דלק במהלך תקופות אוויר נקיות ועדיין סיכונים של התבוסות לא שלמות במהלך תקופות מזומנות.
אסטרטגיות לאפקטים איכות אוויריים שאפתניים
לאופרות יש כמה כלים כדי להפחית את ההשפעות השליליות של איכות אוויר מכוננת על יעילות הבעירה.הפתרון המתאים תלוי בדפוסי איכות האוויר המקומיים, עיצוב חום, והצדקה כלכלית.
מערכות למניעת הריון
התקנת סינון על צריכת אוויר של בעירה היא הגישה הישירה ביותר.אוויר מבודד גבוה (HEPA) מסננים או מחניכי אלקטרוסטטיים יכולים להסיר חלקיקים עד גודל תת-מיקרוני, צמצום הפחתת הפגיעות והגנה על יציבות כוויות. עבור מתקני החוף, מסננים מיוחדים של מלח (מכירים) ללכוד מלחים סולמות לפני שהם מגיעים או כוויות גז טורבינות.
הפלסטרציה מפחיתה את תדירות התחזוקה על מעריצים, לחים וחיישנים, ויכולה להרחיב את המרווח בין ניקוי צינור חום.יש לנהל את הירידה בלחץ המסננים, אך התקשורת המודרנית של דלת-דרופ שומרת על עונש האנרגיה מתחת ל-0.5% מכוח המעריצים ברוב התקנות.
בקרת בטיחות ובטיחות
באקלים קרירים, לחמיכים, אוויר של בעירה מחממת מפחית לחות יחסית ומגביר את טמפרטורת הלהבה.זה משפר את יציבות הבעירה ויעילות. preהתחממות האוויר יכול לשחזר חום פסולת גזי שפעת, מה שהופך את התהליך חיובי באופן כללי.עבור תנורים כבר מצוידים עם preהתחממות אוויר, ניטור איכות אווירי יעיל עוזר אופטימיזציה של נקודות קצה וטמפרטורה.
Burner לשדרג ובחירת
עיצובים Burner משתנים בסובלנותם לזיהום אווירי מלוכדים. נמוך-NOx כוויות, למשל, לעתים קרובות להשתמש בבעירה ממולאת כי הוא רגיש יותר לאיכות האוויר מאשר כוויות קונבנציונליות.כאשר איכות אוויר הסביבה היא עניה באופן עקבי, בחירת כוויות עם אווירודינמיקה חזקה ויציבות רחבה יותר יכול להפחית את הרגישות.
תחזוקה מוגברת וניקוי לוחות זמנים
עבור פעולות שבו סינון הוא לא מעשי או עלות-תועלת, הגדלת תדירות של ניקוי צינור חום ו חיישן calibration יכול לפוצץ כמה הפסדים יעילות. מכשירים ניקוי באינטרנט כגון מכווצים צננות אקוסטית יכול להסיר פיקדונות מבלי לסגור את תנור חימום. Schedulating מחזורי ניקוי אלה המבוססים על איכות אוויר אמיתי בזמן אמת במקום זמן קבוע מספק יעילות טובה יותר.
השלכות כלכליות וסביבתיות
ההשפעה הכלכלית של איכות אוויר מכוננת על יעילות תנור היא לא טריוויאלית.עבור צמח גדול או קטנוכיני, שיפור יעילות של 1% יכול לתרגם חיסכון דלק של מאות אלפי דולרים בשנה, יחד עם הפחתות פרופורציונליות בפליטות גזי חממה.
תקנות סביבתיות גם גורמים למשוואה.מזהמים אוויריים אמבינטיים שנכנסים לתהליך הבעירה יכולים להגדיל את פליטות הערימה של SOx, NOx, חומר חלקיקים, פחמן חד-חמצני. באזורים עם מגבלות פליטה מחמירות, זה יכול לגרום להפרות עמידה, קנסות, או הצורך בציוד נוסף למטה של חדירה.
מנקודת מבט קיימת, אופטימיזציה של תנור מפוטר עם מטרות חברות רחבות יותר ליעילות אנרגיה והפחתה פחמן.המשרד לצריכת אנרגיה:0.U. המחלקה לאנרגיה מתקדמת של משרד ייצור האנרגיה של אנרגיה 1 מדגיש כי שיפור מערכת ההבעירה מציעים בין התשואה הגבוהה ביותר על ההשקעה עבור יעילות אנרגיה תעשייתית כי עלויות הדלק הן חלק כה גדול של הוצאות תפעוליות.
צעדים מעשיים לאופרות ולמהנדסים
שיפור ניהול של השפעות איכות אוויריות על יעילות של בעירה מפוטרת אינו דורש פרויקט הון גדול.הצעדים הבאים ניתן ליישם באופן מצטבר:
- (FLT:0) לבדוק את מיקום צריכת האוויר הנוכחית של צריכת האוויר ואת תנאי.FLT:1 הבטחת צריכת מזון ממוקמים ממקורות אבק, תעבורת רכב, נקודות פליטה אחרות.
- (FLT:0) ניטור בסיסי של ambient Monitor.BuildFLT:1) התחל עם מבודד נמוך עלות נמוכה חיישן לחות ליד צריכת האוויר. Correlate קורא עם נתוני ביצועים חום כדי לזהות דפוסים.
- (FLT:0) סקירת לוגיקה בקרת חום.FLT:1המחשה האם נקודות אוויר עודף מותאמות לשינויים עונתיים או הקשורים מזג אוויר.
- (FLT:0) ,Evaluate filtration אפשרויות.IRLT:1 , בצע ניתוח עלות פשוטה-תועלת השוואת התקנת סינון ועלויות החלפת נגד חיסכון בדלק צפוי והפחתה של תחזוקה.
- (FLT:0Engage with Best Practice Reference) ארגונים כגון המכון האמריקאי לנפט (API)BuildFLT 3) מספקים הנחיות לתכנון חום ולניתוח הכוללים שיקולים לאיכות האוויר.
- צוות המבצעים של FLT:0 (FLT) 1 (FLT) מבטיח כי מפעילי חדר הבקרה מבינים כיצד איכות האוויר הסביבה משפיעה על ביצועי חום וכיצד להגיב לאזעקות או מגמות המציינות תנאים מזוהמים.
אמצעים אלה דורשים השקעה נמוכה יחסית, אך יכולים להניב רווחים של יעילות מופרזת.במתקנים שבהם תנורי חימום מפוטרים מייצגים חלק משמעותי של שימוש באנרגיה, ההשפעה המצטברת של ניהול איכות אווירי הוא גדול מדי מכדי להתעלם ממנו.
כיוונים עתידיים: סמארטפונים ובקרת איכות אוויר משולבת
האבולוציה המתמשכת של למידה תעשייתית של IoT ומכונה יוצרת הזדמנויות חדשות עבור אופטימיזציה תנורי חום מפוזרים.מממממים חכמים מצוידים במספר רב של חיישני איכות אוויר, בקרות כוויות מתקדמות, וניתוח חיזוי יכול להיות מסוגל לסכן את התנאים בזמן אמת.מערכות אלה ללמוד מתבניות איכות אוויר היסטורי ותואמים אותם עם נתוני ביצועים חמים יותר לפתח עקומות הפעלה אופטימיזציה עבור מצבים שונים.
מודלים של למידת מכונות יכולים לחזות שיעורי פשיעה המבוססים על ספירת חלקיקים מסובכים וממליץ על לוח הזמנים האופטימלי ניקוי.הם יכולים גם לזהות הידרדרות של חיישנים או מסננים וצוותי תחזוקה ערניים לפני ביצוע סחף באופן משמעותי.אימוץ מוקדם של טכנולוגיות אלה מראה הבטחה בצמצום צריכת האנרגיה על ידי 2 עד 15% בהתקני טייס, עם שיפורים נוספים הצפויים כמודלים בוגרים.
עבור עיצובים חדשים של תנורי חום, מהנדסים צריכים לשקול איכות אוויר מלוכדת כפרמטר עיצוב ולא לאחר מחשבה. מפרט צריכת אוויר של פיזור עם סינון, בקרת לחות, ושילוב חיישן מן ההתחלה עולה הרבה פחות מאשר רטרוfitting. The FLT:0 [סוכנות האנרגיה הבינלאומית] דוחות יעילות אנרגיה FLT:1 מדגיש כי חשיבה ברמה של מערכת - כולל שיקולים אוויריים חיוניים עבור ציוד חום הבא.
מסקנה
איכות אוויר שאפתנית אינה מצב רקע סטטי, אלא משתנה דינמי המשפיע ישירות על יעילות הבעירה של חום. Particulates, לחות, אבקות גזי, ואפילו וריאציות חמצן הקשורות לגבהים כולם משפיעים על יציבות הלהבה, העברה חום, דיוק חיישן, והמרות האנרגיה הכוללת.היעילות מהתעלמות מגורמים אלה יכולה להגיע למספר נקודות, לתרגם לבזבוז דלק משמעותי, פליטות גבוהות יותר, ותחזוקת מוגברת.
מפעילי לפקח על איכות האוויר הסביבה ולהתאים את אסטרטגיות בקרת הבעירה שלהם בהתאם לצבור יתרון תחרותי עלות דלק וביצועים סביבתיים.טכנולוגיית ניטור מודרנית, בשילוב עם סינון מתחשב, שדרוגים צריפים, ושליטה אינטליגנטית, עושה ניהול השפעות איכות האוויר מעשי ויעיל עבור מגוון רחב של תנורי חום תעשייתיים.
כאשר פעולות תעשייתיות מתמודדות עם לחץ גובר על יעילות האנרגיה ולהפחית את טביעת הרגל של פחמן, איכות האוויר שנכנס לחום מפוטר ראויות לאותו תשומת לב כמו איכות הדלק.על ידי טיפול אוויר מחלחל כמשתנה למדידה וניהול, במקום להתעלם, קבוצות צמחיות יכולות לפתוח את היתרונות כי לשלם במהירות ובעקביות על חיי הציוד.
לקריאה נוספת על יעילות הבעירה והשפעות אוויריות, לשקול משאבים מהמעבדה לאנרגיה מתחדשת הלאומית (NREL)BuildFLT:1 ו-FLT:2U.S. Environmental Protection Agency ניהול איכות האוויר של הסוכנות לניהול איכות אוויריות של הסוכנות.