پارامترهای کلیدی که در راندمان بویلر مؤثر می باشند، به شرح ذیل است:
1- دمای گاز خروجی
2- تعداد چرخش دود در بویلر
3- سطح حرارتی
4- هوای اضافی
5- تلفات تابشی و کنوکسیونی
6- ترکیبات سوخت
7- دمای محیط
8- تطابق مشعل با بویلر
1- دمای گاز خروجی
دمای گاز خروجی همان دمای گازهای حاصل از احتراق است که از دودکش بویلر خارج می شود. میزان دمای گازهای خروجی مورد استفاده در محاسبات راندمان بویلر و دیگ بخار می باید واقعی بوده و از صحت کافی برخوردار باشد به نحوی که انعکاس دهنده مصرف واقعی سوخت بویلر باشد.
طبق مشاهدات عینی، برخی سازندگان دمای گازهای خروجی را کمتر از میزان واقعی درنظر می گیرند که این امر باعث افزایش کاذب راندمان بویلر می گردد، لذا توصیه می گردد که گارانتی بویلر بر اساس دمای واقعی گازهای خروجی عرضه گردد.
لازم به توضیح است که شرایط اقلیمی محل پروژه در دمای گازهای خروجی تأثیرگذار است و می باید در نظر قرارگیرد. باید توجه داشت درصورتیکه دمای گازهای خروجی از دودکش، از حد مطلوبی پائین تر بیاید مشکلات کندانس پدید می آید. وجود بخار آب حاصل از احتراق هیدروژن منجر به نشست بخار آب در بدنه دودکش می گردد. در مورد سوختهای حاوی گوگرد نیز در اثر ترکیب گاز تری اکسید گوگرد با بخار آب، اسیدسولفوریک تشکیل می شود. جهت کاهش مشکلات ناشی از پدیدة خوردگی که در اثر حضور تری اکسید گوگرد ایجاد می شود، مبانی طراحی می باید بر اساس دمای 250-270 درجه سانتیگراد گازهای خروجی در نظر گرفته شود.
بنابراین در دماهای مذکور محصولات احتراق دربرگیرنده مقادیر قابل توجهی از حرارت محسوس همراه با گرمای نهان در بخار آب متراکم نشده می باشد.
2- تعداد چرخش دود در بویلر
تعداد پاس هایی که گازهای داغ حاصل از احتراق قبل از خروج از بویلر طی می کند یکی از عوامل تعیین کننده جهت مقایسه بویلرها می باشد.
به عنوان مثال یک بویلر سه پاس، سه فرصت جهت تبادل حرارتی مابین گازهای داغ و آب درون بویلر را فراهم می سازد، در نتیجه با توجه به اینکه دمای گاز قبل از خروج از بویلر کاهش یافته و حداکثر انرژی گرمایی جهت تبادل حرارت مورد استفاده واقع شده است، به علت ساختار فیزیکی مبدل حرارتی و ضریب انتقال حرارت، راندمان بالاتر و هزینه مصرف سوخت پائین تری را در مقایسه با بویلر دو پاس دارد.
در شرکت پاکمن، طراحی بویلرهای سه پاس به گونه ای در نظر گرفته شده است که به محض سرد شدن گازهای خروجی، سرعت گازها به حداکثر رسیده که این امر باعث تسهیل در خروج گاز سرد و متعاقباً افزایش راندمان می گردد. در شرکت پاکمن، طراحی بویلرها به گونه ای است که سطح مقطع مطلوب در مسیر هر پاس جهت سرعت مناسب گاز خروجی و انتقال حرارت مهیا گردیده است.
3- سطح حرارتی
سطح حرارتی بویلر یکی از شاخص های قابل اهمیت جهت مقایسه پیشنهادات سازندگان می باشد. به طور کلی سطح حرارتی نشانگر این امر است که بویلر در چه شرایط سختی کار می کند.
بویلرهایی که سطح حرارتی بالایی دارند دارای تنش حرارتی کمتری بوده که منجر به راندمان بیشتر، استهلاک کمتر و عمر مفید بیشتر خواهد شد.
برابر بررسی های بعمل آمده برای یک ظرفیت مشخص شده، سطح حرارتی متفاوتی از سوی سازندگان ارائه گردیده است که این اختلاف بعضاً تا حدود %50 متغیر بوده است. شرکت پاکمن، برابر تحقیقات به عمل آمده، سطح حرارتی بویلرها را جهت دستیابی به حداکثر راندمان برابر 5 فوت مربع به ازای هر اسب بخار بویلر، مبنای طراحی پایه قرار می دهد.
4- هوای اضافی
مقادیر اکسیژن مورد نیاز جهت انجام واکنشهای احتراق، طبق محاسبات انجام گردیده در جدول شمارة 1 ارائه گردیده است. مقادیر ارائه شده برای شرایط ایده آل یعنی شرایط استوکیومتریک (Stoichiometric) می باشد.
در عمل، احتراق کامل طبق شرایط ایده آل امکان پذیر نمی باشد و به منظور احتراق کامل هوای بیشتری نسبت به مقادیر تئوری مورد نیاز می باشد. این شرایط ناشی از عدم اختلاط کامل هوا با کل اجزاء مورد احتراق می باشد. بنابراین هوای اضافی میزان هوایی است که علاوه بر هوای موردنیاز مشعل، جهت تکمیل احتراق می باید تأمین گردد. لیکن این امر بدان معنا نیست که هوای اضافی بیش از مورد نیاز تأمین گردد، چرا که وجود هوای اضافی برای پروسه احتراق یکی از زمینه های اتلاف انرژی در صنایع را فراهم می آورد. از اینرو میزان هوای اضافی مورد نیاز می باید تحت کنترل قرارگیرد و طراحی بویلر به گونه ای انجام گیرد که احتراق در حداقل هوای اضافی صورت گیرد. تغییرات دما و فشار هوا می تواند باعث نوسانات در میزان هوای اضافی مورد نیاز بویلر شود. احتراق در مقادیر پائین هوای اضافی منجر به افزایش مونوکسید کربن و تولید دوده در بویلر و نهایتاً کاهش راندمان بویلر و دیگ بخار می شود. با توجه به تفاسیر ذکر شده، ضروری است که مقدار هوای مورد نیاز جهت طراحی برآورد گردد. لذا به منظور سهولت در تعیین مقدار هوای مورد نیاز نمودارهای ذیل برای سوخت مایع و گاز طبیعی تهیه گردیده است. لازم به توضیح است که حجم های ارائه شده برای شرایط استاندارد در دمای 15˚C و فشار 1 atm می باشد.
5 - تلفات تابشی و کنوکسیون
انرژی حرارتی بصورت تابشی و کنوکسیونی از بدنه و اجزاء بویلر هدر میرود.
تلفات حرارتی تابشی تابعی از دمای سطوح و فاصله تجهیزات تا سطوح سرد و تلفات حرارتی کنوکسیونی تابعی از دما و سرعت هوای محیط می باشد.
میزان تلفات مذکور تابعی از ابعاد بویلر و دما و فشار کاری بویلر می باشد که بر روی راندمان بویلر تأثیرگذار است. شرکت پاکمن با درنظر گرفتن حداقل دمای بدنه بویلر و ضخامت و دانسیته مناسب عایق، تلفات حرارتی را به حداقل رسانیده است که باعث افزایش راندمان واقعی بویلر گردیده است.
6- ترکیبات سوخت
ترکیبات شیمایی سوخت تأثیر به سزایی بر روی راندمان بویلر دارد. بنابراین به منظور دستیابی به محاسبات واقعی راندمان، صحت مقادیر ترکیبات سوخت مورد استفاده می باید بررسی گردد، چرا که در نظرگرفتن سوختی با مشخصات ایده آل راندمان را به طور غیر واقعی افزایش می دهد.
7- دمای محیط
دمای محیط اثرات قابل توجهی بر روی کارآیی بویلر دارد. هنگام بررسی محاسبات راندمان، شرایط دمایی محیط می باید مدنظر قرارگیرد.
از این رو به منظور دستیابی به راندمان بالاتر، توصیه می گردد که هوای محیط اطراف بویلر گرم باشد.
8- تطابق مشعل با بویلر
نحوه عملکرد بویلر بر مبنای قابلیت و توانایی مشعل و بویلر و کنترل کارکرد هماهنگ آنهاست.
مشعلی که تطابق لازم با بویلر را نداشته باشد، راندمان پائین تری داشته و هزینه های مصرف انرژی و تعمیر و نگهداری بیشتری را بدنبال خواهد داشت.