एयर प्रीहीटर दक्षता कैलकुलेटर

APH दक्षता स्क्रीन पर एक अकेले प्रतिशत जैसी दिखती है; फील्ड में उसे ऐसे नहीं पढ़ा जाता। अगर गैस इनलेट तापमान, गैस आउटलेट तापमान, एयर इनलेट तापमान और एयर आउटलेट तापमान एक ही ऑपरेटिंग पल से नहीं आते, तो निकला हुआ मान केवल अच्छी तरह फॉर्मेट किया गया अनुमान होता है। खासकर rotary air preheater में leakage हो तो गैस आउटलेट तापमान पहली नज़र में धोखा दे सकता है। DCS पर कम flue gas तापमान देखना अच्छा लगता है, लेकिन अगर seal की तरफ से रिसाव हो रहा है, तो वह अच्छाई कागज़ पर ही रह जाती है।

दक्षता प्रतिशत किस तापमान अंतर से आता है?

Air preheater एक heat exchanger है जो गर्म flue gas और ठंडी combustion air को एक-दूसरे के करीब लाता है। गैस साइड ठंडी होती है, एयर साइड गर्म होती है। कैलकुलेटर का काम इस तापमान बदलाव को दो अलग दिशाओं से पढ़ना है: gas-side efficiency या air-side efficiency।

दोनों तरीकों की साझा बात इनलेट्स के बीच तापमान अंतर है:

$$
\Delta T_{head} = T_{g,in} - T_{a,in}
$$

अगर गैस APH में 340 °C पर और हवा 30 °C पर प्रवेश करती है, तो उपलब्ध तापमान अंतर 310 K होता है। यहाँ Kelvin और Celsius का अंतर समान परिमाण देता है; 340 - 30 जो है, 613,15 - 303,15 भी वही है। कैलकुलेटर परिणाम में यह अंतर भी दिखाता है, क्योंकि दक्षता प्रतिशत की नींव यही है।

Gas-side efficiency के लिए गणना इस तरह बनाई जाती है:

$$
\eta_{gas} = \frac{T_{g,in} - T_{g,out}}{T_{g,in} - T_{a,in}} \times 100
$$

Air-side efficiency हवा द्वारा प्राप्त तापमान वृद्धि को देखती है:

$$
\eta_{air} = \frac{T_{a,out} - T_{a,in}}{T_{g,in} - T_{a,in}} \times 100
$$

हर हाल में denominator एक ही होने के बावजूद दोनों परिणाम समान होना ज़रूरी नहीं है। बल्कि अधिकांश वास्तविक डेटा में वे समान नहीं निकलते। गैस और हवा के flow rates बराबर नहीं होते, specific heats अलग होते हैं, leakage measurement इस गणना में नहीं है, और duct के भीतर temperature distribution भी हमेशा समान नहीं होता। इसलिए gas-side और air-side efficiency को दो अलग readings की तरह सोचना अधिक सही है।

अगर किसी engineering note में “efficiency %80” लिखा है, तो उस पंक्ति के पास method भी जोड़ना चाहिए। Gas side या air side? वही प्रतिशत अलग method के साथ बिल्कुल अलग अर्थ दे सकता है।

Gas-side calculation: flue gas कितना ठंडा हुआ?

Gas-side method APH से गुजरने वाली flue gas ने कितना तापमान खोया, इसे मापता है। अगर gas inlet 340 °C, gas outlet 150 °C और air inlet 30 °C है, तो formula इस तरह काम करता है:

$$
\eta_{gas} = \frac{340 - 150}{340 - 30} \times 100
$$

परिणाम %61,29 आता है।

यह गणना gas side के लिए काफी व्यावहारिक शुरुआती reading देती है। अगर APH गंदा है, basket surfaces भर गई हैं, sootblower का असर कमजोर हो गया है या cold-end side पर blockage शुरू हो गई है, तो gas outlet temperature ऊँचा बना रहता है। गैस पर्याप्त ठंडी नहीं होती। Formula में numerator छोटा होता है, efficiency घटती है।

लेकिन gas outlet temperature को बहुत रोमांटिक नज़र से नहीं देखना चाहिए। Rotary APH में अगर air side से gas side में हवा leak कर रही है, तो measured gas outlet ठंडा दिखाई दे सकता है। इसे ऐसे समझा जा सकता है जैसे वास्तविक heat transfer बढ़ गया हो। DCS स्क्रीन पर कम value report में अच्छी लगती है; फिर जब leakage measurement मेज़ पर आती है, तो उसी value पर भरोसा उतना नहीं बचता।

यह कैलकुलेटर leakage correction नहीं करता। यह no-leakage gas outlet temperature भी नहीं बनाता। अगर आपके पास raw gas outlet temperature है, तो gas-side efficiency भी raw temperature data से ही calculate होगी। इसे इसी तरह लिखना चाहिए। वरना प्रतिशत ज़रूरत से ज़्यादा दावे वाला दिखता है।

Gas-side efficiency खासकर उसी unit को समय के साथ monitor करते समय काम आती है। कल, पिछले हफ्ते, maintenance से पहले, maintenance के बाद। लेकिन comparison meaningful होने के लिए load point similar होना चाहिए। Fuel बदल गया हो, excess air बदल गया हो, fan damper किसी दूसरी position में रह गया हो, तो दो efficiencies को साथ रखकर फैसला देना आसान नहीं है। Excel में दो rows एक line में आ जाती हैं; operation में ऐसा नहीं होता।

एक और realistic example लें: gas inlet 346,7 °C, gas outlet 158,4 °C, air inlet 32,1 °C। Gas-side efficiency लगभग %59,85 होती है। यहाँ गोल example वाला साफ-सुथरा pattern नहीं है। Field में भी अक्सर नहीं होता।

Air-side calculation: combustion air कहाँ तक गर्म हुई?

Air-side method देखता है कि APH combustion air को कितना ऊपर उठाता है। अगर gas inlet 340 °C, air inlet 30 °C और air outlet 280 °C values के साथ calculation की जाए:

$$
\eta_{air} = \frac{280 - 30}{340 - 30} \times 100
$$

परिणाम %80,65 है।

उसी temperature set में gas side %61,29 और air side %80,65 निकला था। यह अपने आप में fault sign नहीं है। Gas side पर temperature drop 190 °C है, air side पर temperature rise 250 °C है। Flow rate और \(C_p\) calculation में शामिल नहीं हैं, इसलिए इन दो percentages को energy balance की तरह पढ़ना गलत होगा।

Air-side efficiency उस व्यक्ति के लिए अधिक सीधे बोलती है जिसे burner में जाने वाली air temperature से मतलब है। Air outlet temperature कम हो तो combustion side पर fuel, flame stability या boiler efficiency के लिहाज़ से follow करने वाली स्थिति हो सकती है। लेकिन यहाँ भी sensor location काम में आती है। बड़े air ducts में mixing हमेशा homogeneous नहीं होती। एक point से measured temperature पूरे duct को represent नहीं कर सकता।

Air inlet temperature season से प्रभावित होता है। सर्दियों में 5 °C पर आने वाली हवा और गर्मियों में 35 °C पर आने वाली हवा उसी APH में अलग percentage दे सकती है। इसलिए months के बीच comparison करते समय यह देखना चाहिए: “air inlet बदला, लेकिन efficiency वही रही?” कुछ reports इस distinction को छोड़ देती हैं। फिर values क्यों हिलीं, यह समझ नहीं आता।

Air-side calculation में gas outlet temperature formula में नहीं है। फिर भी उसे एक नज़र से follow किया जाता है। Air outlet अच्छा दिख रहा हो और gas outlet भी असामान्य रूप से low हो, तो leakage suspicion टेबल से हटती नहीं। हवा अच्छी तरह गर्म हुई, इसका मतलब gas side की कहानी बंद हो गई, ऐसा नहीं माना जाता।

Inputs में सबसे ज़्यादा error कहाँ निकलता है?

कैलकुलेटर में चार temperature fields हैं: gas inlet, gas outlet, air inlet, air outlet। साथ में method selection भी है। Gas side चुने जाने पर gas inlet, gas outlet और air inlet values उपयोग होती हैं। Air side चुने जाने पर gas inlet, air inlet और air outlet values आगे आती हैं। Temperature difference हर स्थिति में gas inlet और air inlet के बीच से आता है।

Unit °C, °F या K हो सकती है। Conversion सही हो तो percentage नहीं बदलता। Error ज़्यादातर value में ही होता है: जैसे 340 °C की जगह 340 K लिखना। 340 K लगभग 66,85 °C होता है। कैलकुलेटर user की मंशा नहीं समझ सकता; वह number लेता है, calculation करता है, result देता है। फिर report में अजीब percentage निकलता है।

Measurement time भी unit जितना परेशान कर सकता है। Gas inlet 10:00 का average हो, air outlet 10:30 की instantaneous value हो, और gas outlet load घटते समय लिया गया हो, तो calculation ठीक दिखती है लेकिन data वही कहानी नहीं बताता। Stable load पर 15-30 minute average अधिकतर practical checks के लिए बेहतर रहता है। Shorter intervals कभी-कभी पर्याप्त होते हैं, खासकर fast shift check में। Performance report के लिए थोड़ा और patience चाहिए।

Sensor placement भी note किया जाना चाहिए। APH inlet पर temperature profile uniform नहीं है, तो एक probe पर्याप्त नहीं हो सकता। Gas outlet पर stratification हो तो किसी corner से लिया गया value पूरे cross-section को represent नहीं करता। Air outlet पर भी similar issue है; duct का एक side अधिक गर्म और दूसरा side अधिक ठंडा रह सकता है। Formula यह नहीं जानता।

कभी-कभी जिसे हम calculation error कहते हैं, वह measurement arrangement error होता है।

यह percentage energy balance नहीं है

बिना अधिक लंबा किए साफ कहना ज़रूरी है: यह calculator flow rate और specific heat का उपयोग नहीं करता। यह केवल temperature differences से gas-side या air-side efficiency निकालता है। X-ratio नहीं है। Leakage correction नहीं है। No-leakage temperature नहीं है।

इसका मतलब यह नहीं कि calculation काम की नहीं है; इसका scope ऐसा है।

अगर heat load calculation करनी हो, तो flow rate और \(C_p\) चाहिए। Air side पर rough heat gain इस तरह मिलता है:

$$
Q_{air} = \dot{m}_{air} \times C_{p,air} \times (T_{a,out} - T_{a,in})
$$

Gas side पर भी similar reading की जाती है:

$$
Q_{gas} = \dot{m}_{gas} \times C_{p,gas} \times (T_{g,in} - T_{g,out})
$$

ये दोनों calculations temperature efficiency जैसी चीज़ नहीं हैं। Air-side efficiency %80 और gas-side efficiency %61 निकल सकती है; flow rates जाने बिना यहाँ से “energy lost हो गई” या “calculation गलत है” जैसे नतीजे पर नहीं कूदना चाहिए। Air flow, gas flow, specific heats और leakage information table में आए बिना energy balance नहीं बनता।

Coal boiler में gas \(C_p\) assumption अलग, natural gas में अलग, biomass में और अलग व्यवहार कर सकता है। Excess air ratio, moisture, fuel composition, load; ये सब gas side को प्रभावित करते हैं। यह calculator जो करता है वह अधिक narrow है: temperature difference से तेज़ APH efficiency percentage देना।

Field में result पढ़ते समय

Low efficiency पहले पल में fouling की याद दिलाती है। Basket surfaces भर गई हो सकती हैं, sootblower regime कमजोर हो सकता है, APH washing time आ गया हो सकता है, cold-end side पर blockage शुरू हो गई हो सकती है। ये वास्तविक possibilities हैं। फिर भी efficiency घटते ही सीधे maintenance order खोलना जल्दबाज़ी होगी।

Gas inlet temperature कम आया तो denominator बदलता है। Air flow बढ़ा तो air outlet घटता है। Leakage बढ़ी तो gas outlet अजीब तरह से अच्छा दिख सकता है। Pressure drop बढ़ा तो fouling suspicion मजबूत होती है। उसी percentage तक अलग रास्तों से पहुँचा जा सकता है; APH calculation की बेचैन करने वाली तरफ भी यही है।

High efficiency भी अकेले success certificate नहीं है। Air outlet sensor high read कर रहा हो सकता है। Gas inlet probe किसी hot zone में आ गया हो सकता है। Averaging period छोटा रखा गया हो सकता है। DCS पर चमकदार दिखने वाला value field में कभी-कभी weak measurement arrangement का product होता है।

Design या acceptance value से comparison करना हो तो deviation calculation अलग से उपयोग की जा सकती है:

$$
Sapma\ (\%) = 100 \times \frac{\eta_{mevcut} - \eta_{tasarım}}{\eta_{tasarım}}
$$

Current gas-side efficiency %61,29 और design reference %65 हो तो deviation लगभग -%5,71 निकलता है। यह line report में जा सकती है। अगर इसके साथ load, fuel, excess air और measurement interval नहीं लिखा गया, तो यह बहुत convincing नहीं होगी।

मैं होता तो report में लंबी explanation के बजाय कुछ मजबूत data रखता: method, चार temperatures, load, pressure drop, और अगर हो तो leakage note। छह lines अक्सर दो paragraphs से अधिक काम आती हैं। खासकर maintenance meeting में कोई लंबी सजावटी sentences नहीं पढ़ता; सब देखते हैं कि value कहाँ से आई।

Tool उपयोग करते समय छोटी note

Method selection से शुरू करें। Gas-side efficiency चाहिए तो gas inlet, gas outlet और air inlet temperature पर ध्यान दें। Air-side efficiency में gas inlet, air inlet और air outlet temperature calculation को संभालते हैं। Fourth temperature फिर भी screen पर रहता है; interpretation में काम आता है।

340 °C gas inlet, 150 °C gas outlet और 30 °C air inlet values gas side पर %61,29 देती हैं। उन्हीं gas inlet और air inlet values के साथ air outlet 280 °C enter किया जाए तो air side %80,65 निकलती है। ये दो test calculations tool के temperature difference logic को check करने के लिए पर्याप्त हैं।

Data किसी अलग unit में enter करना हो तो पहले unit selection देखें। °F और °C mix हो जाएँ तो result काफी भटकता है। Kelvin उपयोग करते समय absolute values सही enter की गई हैं, यह भी सुनिश्चित करना चाहिए; केवल “K अधिक technical दिखता है” इसलिए बिना conversion के data लिखना अच्छा idea नहीं है।

Last line को ऐसे छोड़ना अधिक ईमानदार है: निकले हुए percentage को अकेले नहीं, बल्कि उसी load point की trends के साथ पढ़ें। Gas outlet temperature, air outlet temperature और pressure drop एक ही दिशा में कुछ कह रहे हों तो calculation काम आता है। अगर कोई एक दूसरी दिशा में जा रहा है, तो पहले measurement side को खंगालें।