فناوری جذبی از دیروز تا فردا- بخش اول

ملاحظاتی برای انتخاب شیرهای کنترل تعدیل کننده – بخش دوم
اردیبهشت ۱۶, ۱۳۹۷
فناوری جذبی از دیروز تا فردا- بخش دوم
اردیبهشت ۲۶, ۱۳۹۷

فناوری جذبی از دیروز تا فردا- بخش اول


ماخذ : نشریه تهویه و تبرید – خرداد ۱۳۸۳

تاریخچه ی فناوری جذبی:

مبانی سرمایش جذبی در حدود سال ۱۷۷۷ کشف شده بود، اما اولین سیستم جذبی در سال ۱۸۵۰ با استفاده از اسیدسولفوریک توسط Carre Edmond ابداع گردید. Carre Ferdinand برادر وی، در سال ۱۸۵۹ یک سیستم تبرید آمونیاک /آب طراحی کرده و در ۱۸۶۰ اولین سیستم جذبی اقتصادی را در ایالات متحده امریکا به نام خود ثبت نمود. تا آخر قرن نوزدهم، چیلرهای جذبی بسیاری به منظور خنک کردن بخش های مختلف فرآیند در صنایع شیمی و پتروشیمی مورداستفاده قرار می گرفتند. با ظهور کمپرسورهای برقی و کم شدن قیمت برق، فروش چیلرهای جذبی تا سال ۱۹۳۰ کاهش یافته و بعد از این تاریخ، افزایش مجدد بهای برق بازار این چیلرها را احیا نمود. در سال ۱۹۳۶، تحقیقاتی در زمینه ی سرمایش جذبی به منظور کاربرد در تهویه مطبوع آغاز گردید. تا دهه ی ۱۹۶۰ ، ۴۰ درصد از چیلرهای فروخته شده از نوع چیلرهای جذبی بوده اند در اوایل دهه ی ۱۹۷۰ ، کمبود گاز باعث فروش چیلرهای جذبی از ۷۰۰۰۰۰ تن در سال به کمتر از ۵۰۰۰ تن در سال گردید. یکی از اولین شرکت هایی که درزمینه ی تولید یخچال های برفی شروع به فعالیت نمود، شرکت Servel (مخفف عبارت Electrically Serve) بود که در سال ۱۹۰۲ تأسیس گردید. در سال ۱۹۲۵ ، شرکت Servel امتیاز یخچال جذبی گازی که توسط دانشجویان مهندسی سوئدی با نام های Munters.G Carl و Platen von Baltazar ابداع گردیده بود را خریداری نموده و با نام Electrolux AB به بازار عرضه نمود. یخچال جذبی جدید Electrolux در سال ۱۹۲۶ وارد بازار ایالات متحده گردید و شرکت Servel این یخچال جذبی را تا زمانی توقف تولید آن در دهه ی ۱۹۵۰ در مقیاس بسیار وسیعی به بازار عرضه نمود. شرکت های آمریکایی تا اواخر دهه ی ۱۹۶۰ ، صد در صد چیلرهای جذبی لیتیوم برماید /آب را در سطح دنیا با استفاده از چرخه ی جذبی تک منظوره ی ۱ استاندارد عرضه نمودند. Trane تولید انبوه اولین چیلر جذبی دومنظوره ی
لیتیوم برماید/آب را که با بخار کار می کرد، در سال ۱۹۷۰ آغاز نمود. از این تاریخ به بعد، شاخص های متعددی فروش چیلرهای جذبی را تحت تأثیر قرار داده اند.

قیمت گاز طبیعی و همچنین نگرانی‌های موجود در رابطه با دسترسی به سوخت مناسب و سیاست‌های دولتی، باعث گردید که چیلرهای جذبی تولیدشده توسط امریکا در اواسط دهه‌ی ۱۹۷۰ تا دهه‌ی ۱۹۸۰ رو به کاهش نهد. از اوایل دهه‌ی ۱۹۹۰، فروش چیلرهای جذبی در ایالات متحده تا حدودی افزایش‌یافته است، اما استفاده از چیلر جذبی در کشورهایی مانند ژاپن، چین و کره از اواسط دهه‌ی ۱۹۷۰ به‌طور تصاعدی افزایش پیداکرده است. دلایل به وجود آورنده‌ی این پدیده‌ی رشد نابرابر در قاره‌ی آسیا بسیار پیچیده است، اما آنچه واضح است این است که جنبه‌ی اقتصادی انرژی صرف شده بین امریکای سنتی و آسیای مدرن، زمانی که مسئله‌ی فن‌آوری چیلرهای تجاری در میان است، کاملاً متفاوت خواهد بود. امروزه در بسیاری از بخش‌های آسیا، تعبیه یک چیلر آب برقی، نه‌تنها نیازمند بخش‌های اصلی تاسیسات مربوطه، لوله، پمپ‌ها، برج خنک‌کننده، به بویلر و گرمایش مربوطه است، بلکه نیازمند سیم‌کشی‌های مربوط به مبدل‌های الکتریکی و ظرفیت تولید برق لازم برای تأمین نیاز این تاسیسات نیز هست؛ بنابراین، به‌سادگی می‌توان دید چرا نصب تاسیسات گرمایش/سرمایش جذبی در آسیا بسیار مقرون‌به‌صرفه تر است.

انرژی‌های جدید در آمریکا:

بازسازی انرژی در امریکا، همراه با پیشرفت‌های اقتصادی منجر به تحولات عظیمی‌شده است. سازمان انرژی و سازمان صنایع الکترونیک امریکا پیش‌بینی نموده‌اند که بیش از ۳۶۰ گیگاوات انرژی الکتریکی برای برآورده ساختن نیازهای آینده و جبران نیروگاه‌هایی که از به پایان عمر خود می‌رسند، بایستی به ظرفیت  نیروگاه‌های این کشور اضافه شود. این کمبود انرژی الکتریکی همچنین دلیل اصلی‌ترین دلایل افزایش قیمت انرژی الکتریکی است. بازسازی انرژی الکتریکی همچنین دلیل اصلی تلاش‌های انجام‌شده در زمینه‌ی سیستم‌های «گرما و انرژی ترکیبی CHP 2» در اروپای دهه‌ی گذشته و «انرژی، گرمایش و سرمایش ساختمان BCHP» در امریکا بوده است.

تأثیر BCHP و نوآوری‌های جدید بر روی فن‌آوری جذبی:

فن‌آوری جذبی در طول ۱۵۰ سال گذشته، اماکن مسکونی، تجاری و صنعتی را با استفاده از فناوری تبرید و تهویه‌ی مطبوع تجهیز نموده است سیستم‌های جذبی، مشکلاتی را حل کردند که در صورت عدم پیدایش این سیستم‌ها، هرگز قابل‌حل نبودند. در ۱۸۵۰، این سیستم تنها فن‌آوری موجود به شمار می‌آمد. در سال ۱۹۲۶، یخچال‌های تبریدی، راه‌حل مناسبی برای کاهش تلفات روز افزون ناشی از یخچال‌های دارای سیستم فشرده‌سازی بخار (کمپرسور) اولیه – به علت سمی بودن گازهایی مانند دی‌اکسید گوگرد، متیل کلرید و آمونیاک در کمپرسور مکانیکی یخچال‌های خانگی از سال ۱۹۱۸ به کار می‌رفت – به شمار می‌آید. چیلرهای لیتیوم برماید/آب، کاربرد مناسبی از بخار قابل‌دسترس از «حلقه‌های بخار» در تابستان به شمار آمده و محصولات بسیار مقرون‌به‌صرفه‌ای بودند. موفقیت فن‌آوری HCHP به علت دو عنصر کلیدی زیر است:

  • بهینه‌سازی بازیافت انرژی گرمایی از تجهیزات تولید نیروی موجود در محل نصب
  • یکپارچه‌سازی مقرون‌به‌صرفه‌ی سیستم‌های بازیافت/استفاده‌کننده از گرما. عنصر اول، جامعه‌ی سازندگان این دستگاه‌ها را بر روی تمام جنبه‌های مربوط به بازدهی سیستم با ترکیب فن‌آوری‌ها را با به‌کارگیری روش های نوآورانه‌ی مهندسی، به‌صورت یکپارچه درآورد. این فرآیند به نتایج زیر منجر گردید:
  • بررسی مرکز تولید انرژی موجود که می‌توانستند از فرآیند یکپارچه‌سازی با چیلرهای جذبی بهره‌مند شوند مانند خنک کردن ورودی توربین گاز
  • توجه متمرکز بر روی تاسیسات پیشرفته‌ی چیلر/هیتر از نوع مستقیم سوز
  • برنامه‌ریزی برای تاسیسات جدید برای کاربرد همراه با چیلرهای جذبی موجود از جمله موتورهای IC، توربین‌های گازی، میکرو توربین‌ها و پیل‌های سوختی
  • پیدایش فن‌آوری‌های جدید جذبی به علت نیازهای جدید مطرح‌شده توسط BCHP مانند پیدایش نسل بعدی سیستم‌های جذبی تک منظوره، پیدایش سیستم‌های میکرو توربین و جذبی هم سوخت، پیدایش طرح‌هایی از چیلرهای آب از نوع لیتیوم بر ماید/آب از نوع هواخنک و پیدایش سیستم ترکیبی آمونیاک /آب/جاذب رطوبت در اماکن مسکونی.

                  

 

خنک کردن ورودی توربین گازی:

توربین‌های احتراقی، موتورهای نوع جریان جرمی هستند. در این سیستم‌ها، توان خروجی با درجه حرارت هوای ورودی نسبت عکس دارد. هوای خنک‌تر، دارای چگالی بیشتری بوده و در نتیجه جریان جرمی بیشتری ایجاد می‌کند. به ازای کاهش ۲۰ درجه سانتی گراد در دمای هوای ورودی، خروجی بین ۱۰ تا ۱۸ درصد افزایش می‌یابد. از نقطه‌نظر تاریخی، سرمایش تبخیری زمانی که دمای هوا به‌صورت درصدی از تفاوت دمای حباب خشک و حباب‌تر کاهش می‌یابد، مورد استفاده قرار می‌گرفته است. این امر بدین معنی است که در مناطق نسبتاً مرطوب، این روش کارایی چندانی ندارد؛ اما حتی در مناطق گرم و نسبتاً خشک نیز، افت دما به این روش حدود ۲۵ درجه فارنهایت خواهد بود. برای مثال، سرد کردن هوای ورودی به سیستم توربین گازی از ۱۱۰ درجه فارنهایت به ۵۰ درجه فارنهایت، توان خروجی توربین را تا ۶۰ درصد، بسته به نحوه‌ی کارکرد توربین، افزایش خواهد داد.

سرد کردن مبرد ورودی:

سرد کردن مبرد ورودی برای بهبود توان در شرایط بار پایه ۷ به کار می‌رود. از آنجایی که سرد کردن بایستی به‌طور مستمر ایجاد شود، یک چیلر (جذبی یا مکانیکی) و یا یک سیستم مبرید مستقیم در این مورد استفاده می‌شود. یک چیلر درون خطی، یک مبرد ثانویه (مانند گلیکول یا آب) را در کویل‌های سرمایشی در جلوی توربین به گردش درمی‌آورد. این سیستم از یک چیلر جذبی یا چیلر فشرده‌ساز بخار، کندانسورهای خنک شونده با آب برج خنک‌کننده و کویل‌های خنک‌کننده استفاده می‌کند. چیلرهای جذبی معمولاً خدای ورودی را تا ۵۰ درجه فارنهایت خنک می‌کنند این دما معمولاً به‌اندازه‌ی کافی پایین هست تا بهره‌ی بالقوه در توان خروجی توربین گازی را به حداکثر برساند. اگر ظرفیت بیشتری برای توربین مورد نیاز باشد، چیلرهای جذبی پیشرفته‌ی امروزی می‌توانند هوای ورودی را تا ۴۲ درجه فارنهایت نیز خنک کنند. سرد کردن هوای ورودی تا دمای کمتر از ۴۲ درجه فارنهایت توصیه نمی‌شود، زیرا می‌تواند منجر به یخ‌زدگی در سیستم شود، مگر این‌که هوای به کار رفته به‌اندازه‌ی کافی رطوبت‌زدایی شده باشد. یک سیستم تبرید مستقیم، از کمپرسور، کندانسور، یک سیستم سیرکولاسیون مجدد با فشار بالا و کویل‌های خنک‌کننده بهره می‌گیرد. مبرد ورودی صرف‌نظر از دمای هوا شده و بدین ترتیب باعث ایجاد توان خروجی ثابت می‌شود. همچنین مقدار رطوبت را در هوای ورودی ثابت نگه‌داشته و کنترل گازهای Nox را تسهیل می‌نماید.

تزریق مستقیم آب:

سرد کردن هوای ورودی به روش تبخیری با اسپری کردن مستقیم آب، روشی نسبتاً ساده و ارزان برای افزایش توان خروجی تاسیسات فعلی توربین‌های گازی به شمار می‌آیند. روش کار بسیار ساده است: یک پمپ فشار بالا، آب را تحت‌فشار زیاد قرار می‌دهد (برای کاربرد در توربین‌های گازی، معمولاً از آب بدون یون استفاده می‌شود). فشار کارکرد معمول برای این منظور بین i 1000-3000 psiدر نظر گرفته می‌شود. آب فشار بالا از بین شبکه‌ای از لوله‌های فولاد ضدزنگ عبور کرده و به نازل‌های خاصی منتهی می‌شود. این نازل‌ها، آب را به‌صورت ذرات بسیار ریز و ابر مانند (اتمایز شده) درمی‌آورند که به‌سرعت می‌تواند تبخیر گردد.

 

این مطلب را هم بخوانید  ملاحظات طراحی برج های خنک کن باز

سرد کردن با آب با استفاده از یک واسط تبخیرکننده:

صفحه‌های تبخیرکننده نیز برای افزایش تولید و بازدهی توربین‌های گازی به کار گرفته می‌شوند. فرآیند تبخیری همچنین باعث افزایش رطوبت می‌شود که دمای هوای ورودی را کاهش داده و گازهای Nox موجود در گازهای خروجی را کاهش می‌دهد و بدین طریق، باعث کاهش آلودگی می‌گردد. مزایای دیگری که از مکانیسم پراکنش آب در این صفحات حاصل می‌شود، این است که گرد و غبار موجود در هوای ورودی زدوده شده و بدین طریق میزان گرد و غبار در فیلتر ورودی توربین کاهش می‌یابد.

مزایای اقتصادی سرد کردن ورودی توربین:

نیروگاه توربین بخار، برای تولید انرژی الکتریکی در محدوده‌ی مصرفی متوسط و اوج مصرف در شبکه مناسب هستند، زیرا این سیستم‌ها، منابع تمیز انرژی ایجاد می‌نمایند. توربین‌های گازی به مقدار بار موجود حساس بوده و بسیار مقرون‌به‌صرفه هستند، اما یک ایراد نیز دارند. کارایی توربین گازی با دمای هوای محیط به‌سرعت کاهش می‌یابد. کاهش هوای ورودی از نظر اقتصادی بسیار مقرون‌به‌صرفه است. با استفاده از تخمین هزینه‌های موجود در جدول (۱)، شکل (۳) می‌تواند هزینه‌های نسبی طرح‌های مختلف سرد کردن ورودی را مشخص نمایند. اگر سرد کردن ورودی در نظر گرفته نشود، همان‌طور که در شکل نشان داده‌شده است، کارکرد سیستم گران‌تر تمام‌شده و سه نوع چیلر جذبی ذکرشده، حداقل قیمت تمام‌شده را برای انرژی تولیدشده به دست می‌دهند.

                                         

 

چطور سیستم سردکننده‌ی مناسب برای ورودی انتخاب کنیم؟

سیستم سردکننده‌ی مناسب برای ورودی، به نیازمندی‌های اقتصادی هر نیروگاه بستگی دارد. مثلاً در مورد یک توربین گازی ۵،۸۳ مگاواتی که در Houston ایالات تگزاس وجود دارد، شکل (۴) بیان می‌دارد که یک توربین گازی با استفاده از سیستم سردکننده‌ی هوای ورودی توسط یک چیلر جذبی، می‌تواند بیش از ۴۰۰۰ مگاوات ساعت در سال انرژی بیشتری از سیستم سرد کردن هوای ورودی توسط چیلر برقی تولید نماید. تحلیل‌های عمیق‌تر در این زمینه بایستی شامل شاخص‌هایی مانند ظرفیت نیروگاه و پیکربندی آن، هزینه‌ی گاز، قیمت برق تولیدشده، در دسترس بودن آب و برنامه های کاربری نیروگاه گردد.

سرد کردن ورودی توربین‌های گازی به روش جذبی در عمل:

تکیه‌ی مقامات دولتی بر روی منابع انرژی انتشار یافته (ICHP ,BCHP) نیاز به کارکرد توربین‌های گازی در دمای بالای محیط در شرایط بهینه را به‌منظور تعیین وضعیت اقتصادی سرد کردن هوای ورودی به روش جذبی مورد تأکید قرار داده است. این مسئله شامل تاسیسات خنک‌کننده‌ی تبخیری که می‌توانند از دمای کاهش‌ یافته‌ی موجود بهره‌مند شوند، خواهد شد. در عوض این قضیه، علاقه به وضعیت کارایی تاسیسات فعلی را افزایش خواهد داد. GRI یک «خلاصه‌ی عملکرد چیلر جذبی» منتشر ساخته است که تاسیسات زیر را معرفی می‌نماید:

  • یک نیروگاه دارای توربین گازی ۴۸ مگاواتی از نوع سیکل ساده با تولید همزمان بخار که متعلق به Corporation Dynegy در شهر Lathorp ایالات کالیفرنیاست. این نیروگاه از یک چیلر جذبی تک مرحله‌ای با ظرفیت ۱۴۰۰ تن تبریدی برای تولید ۳۶ درصد انرژی الکتریکی بیشتر از ظرفیت سیستم بدون سرد کردن هوای ورودی بهره می‌گیرد.
  • دو نیروگاه تولیدکننده‌ی انرژی‌های همزمان (هر کدام به ظرفیت ۴۸ مگاوات) در ساختمان تولید مواد شیمیایی شرکت Chemicals Huntsman در Texas,Houston که از یک چیلر تک منظوره‌ی بخار با ظرفیت ۱۴۰۰ تن استفاده می‌کند. مثال‌های دیگری نیز در این رابطه وجود دارد که خارج از حوصله‌ی این بحث است.

                                

این مطلب را هم بخوانید  بررسی بهترین پروژه بازسازی ساختمان های قدیمی- بخش دوم

اشتراک رایگان تاسیسات نیوز
هفته نامه تاسیسات نیوز تنها نشریه الکترونیکی تاسیسات ایران است. با عضویت در سایت کاشانه این نشریه را هرهفته در میل باکس خود رایگان دریافت کنید.البته عضویت مزایای دیگری نیز دارد...