تحلیل و طراحی سیستم استفاده از گرمای اتلافی کلاف نورد گرم برای تأمین آب گرم مصرفی در مجتمع فولاد

از موضوعات مهم در بخش انرژی، کاهش تلفات و بهینه سازی مصرف انرژی می باشد. محدودیت منابع و رشد تقاضای کشور، باعث شده تا اهمیت این موضوع روز به روز بیشتر شود. مدیریت مصرف انرژی ایجاب می کند که منشأ تلفات در هر یک از بخش های مصرف کننده، شناخته شده و پس از آن، اقدامات اصلاحی لازم صورت گیرد. صنعت فولاد یکی ازبزرگترین مصرف کننده های انرژی فسیلی درمیان صنایع به شمار می رود که با توجه به بهای روز افزون سوخت، نیاز به تحقیقات جدی در امر صرفه جویی و بازیاب انرژی درآن احساس می شود .در مراحل پایانی واحد نورد گرم مجتمع فولاد مبارکه، کلاف ورق نورد گرم، با عبور از یک کانال، به واحد تکمیل نورد گرم منتقل می شود. کلاف هنگام خروج ازمرحله نورد نهایی، دمایی بین 600 تا700 درجه سانتیگراد دارد و توسط ریل درون کانال کشیده می شود. بخش اعظم کانال، روباز بوده و مستقیماً در معرض هوای آزاد قرار دارد که همواره گرمای قابل ملاحظه ای از آن خارج شده و به هدر می رود. هدف کلی این پژوهش، ارائه طرحی است که گرمای اتلافی کلاف درون کانال را جذب کرده و آن را به انرژی مفید تبدیل نماید. طرح داده شده این است که با نصب کلکتور صفحه تخت در اطراف کلاف، میزانی از انرژی اتلافی کلاف دریافت شود و از آن برای تأمین آب گرم مصرفی مجتمع، مورد استفاده قرار گیرد. با این اقدام، زمان خنک شدن کلاف نیز کاهش خواهد یافت. برای رسیدن به این هدف، ابتدا باید انتقال حرارت درون کانال انتقال-دهنده کلاف نورد گرم مورد مطالعه قرار گیرد. در این پژوهش، شبیه سازی سه بعدی میدان جریان و توزیع دما در کانال انتقال دهنده کلاف نورد گرم، با در نظر گرفتن کلکتور در اطراف کلاف، به کمک نرم افزار فلوئنت انجام شده است. سیال عامل، هوا بوده و برای در نظر گرفتن اثر جابجایی آزاد، از قانون گاز ایده آل استفاده شده است. با استفاده از مدل k-?، مدل تشعشعی جهات مجزا و الگوریتم سیمپل، شبیه سازی جریان سیال و میدان دما، درون کانال انجام گرفته و میزان شار حرارتی بر روی کلکتور به دست آمده است. همچنین مدلسازی، با در نظر گرفتن کلکتور در حالات مختلف نسبت به کلاف، و با گذاشتن سقف برای کانال، یا بستن کانال، انجام شده است. در شبیه سازی، برای کلکتور یک دمای معادل تعریف شده است که میانگین دمای ورودی و خروجی می¬باشد. با استفاده از نتایج حل عددی و انجام عمل رگراسیون، برای یک کلکتور، تابع گرمای دریافتی، بر حسب دمای معادل تعریف می شود. در ادامه برای طول مشخصی از کانال، اتصال سری و موازی کلکتورها بررسی شده و میزان انرژی کل دریافتی، در تمام حالتها مقایسه شده است. نتایج نشان داد که در شرایط یکسان، با اضافه کردن سقف برای کانال روباز، میزان انرژی دریافتی به میزان 50% برای حالت کلکتور کنار، 44% برای حالت کلکتور بالا و 23% برای حالت کلکتور در بالا و کنار، افزایش پیدا می کند. با سرپوشیده کردن کانال باز و تبدیل آن به کانال بسته، برای 33 کلاف و 99 کلکتور، میزان توان بازیافتی در حدود 12 مگاوات شده که با استفاده از بازیافت این مقدار انرژی، در سال، در مصرف حدود 5/4 میلیون متر مکعب گاز، صرفه جویی خواهد شد. لازم به ذکر است که تاکنون هیچگونه استفاده ای از این گرمای اتلافی کلاف نشده است و این پژوهش اولین فعالیت، برای بازیافت حرارت از کلاف نورد گرم، می باشد. این طرح در راستای تأمین اهداف زیست محیطی مجتمع فولاد مبارکه قرار خواهد گرفت و نتایج بدست آمده در این پژوهش، با توجه به انتخاب نوع سیستم بازیافت و میزان تمایل برای هزینه، می تواند به طور مستقیم در ساخت مورد استفاده قرار گیرد.