انواع بويلرها و عملكرد آنها

عملکرد انواع ديگ های بخار و روش های طراحی، نصب ، راه اندازی
تیر ۲۳, ۱۳۹۷
انواع بويلرهای فايرتيوب
تیر ۲۳, ۱۳۹۷

انواع بويلرها و عملكرد آنها

در اين مقاله به بررسی و تشریح دیگهای بخار،ازنظرجنس ( دیگهای چدنی و فولادی ) وازنظرمحتوای لوله ها ( دیگهای فایر تیوب و واتر تیوب )، و همچنین دیگهای پکیج خواهیم پرداخت .

2-1- ديگهای چدنی :

این نوع دیگها از قطعات چدنی مجزایی که به یکدیگر متصل می شوند ، تشکیل می شود که درآنها تعدادی پیچهای فشاری ، واشرها ، مجرای مناسب برای عبور آب و محصولات احتراق بکار رفته است .تعداد پره ها در یک دیگ تعیین کننده اندازه و ظرفیت آن است .

این پره ها می توانند افقی یا عمودی باشند که معمولاً نوع عمودی آن متداول تر است .

شعله مشعل در فضای وسط پره ایجاد شده و گازهای داغ حاصل از احتراق سوخت ، از مجراهای خاصی که برای افزایش بازده دیگ در نظر گرفته شده ، عبور می کنند . برای جلو گیری از برخورد مستقیم شعله با بدنه پره های دیگ می توان با آجر و خاک نسوز داخل دیگ را آجرچینی کرد .

ظرفیت حرارتی دیگهای چدنی معمولاً پایین بوده و حد اکثر در حدود 700000KCal/hr می باشد .در دیگهای با ظرفیت بالا ممکن است هر پره دیگ از دو قطعه تشکیل شود .

برای سیستمهای حرارت مرکزی با ظرفیت حرارتی بالا می توان از دیگهای چدنی به صورت موازی استفاده کرد . دیگهای چدنی اصولاً برای تولید آب گرم طراحی می شوند و کمتر برای تولید بخار استفاده می شوند . این دیگها معمولاً در فشارهای پایین ( 3-5 اتمسفر) قابل استفاده می باشند . برای سیستمهای با فشار بالاتر ، از دیگهای فولادی استفاده می شود .

پره های دیگهای چدنی به وسیله بوشن به یکدیگر متصل می شوند . با توجه به اینکه پره های این دیگها قابل جدا شدن می باشند ، حمل و نقل آنها درمقایسه با دیگهای فولادی به سادگی صورت می گیرد . با افزایش یا کاهش تعداد محدودی از پره های دیگ چدنی می توان ظرفیت حرارتی آن را تغییر داد .

دیگهای چدنی در مقابل زنگ زدن و خوردگی بسیار مقاوم هستند ، اما ، مشکل اصلی آنها پیدایش ترک در جداره پره هاست که به ترکیدن دیگ معروف است . با توجه به اینکه جوشکاری چدن مشکل است ، اغلب ترک برداشتن پره منجر به تعویض آن می شود که این خود با مشکلاتی از جمله باز کردن اتصالات دیگ ، تعویض پره ، بستن دیگ و مسائل آب بندی  دیگ همراه است .پیدایش ترک بر روی پره های دیگ می تواند به علل زیر باشد :

  • برخورد مستقیم شعله به جدار پره و ایجاد تنشهای حرارتی .
  • ایجاد رسوب در روی سطح داخلی پره ها و در نتیجه افزایش زمان کار مشعل و تولید شعله در محفظه احتراق دیگ .
  • فشار زیاد آب داخل دیگ .
  • گرم و سرد شدن ناگهانی دیگ .

دیگهای چدنی ممکن است ازنوع dry base(که درآنها مشعل درقسمت زیرین قراردارد ) ، wet base ( که در آنها مشعل توسط مجراهای آب محاصره شده است ) ویا wet leg

( که در آنها قسمتهای بالایی و پهلویی مشعل توسط مجراهای آب در برگرفته شده است ) ساخته شوند .در مجموع دیگهای آبگرم چدنی با دارا بودن دوام بیشتر ، قابلیت افزایش ظرفیت دیگ و فشار پایین نسبت به سایر انواع دیگها ، مناسبتر می باشند .

دیگهای چدنی بزرگ در محل موتورخانه جمع و به مرحله بهره برداری می رسند ، اما دیگهای چدنی کوچکتر را می توان درکارخانه تولید کننده ، مونتاژ، تست و بسته بندی کرد .

در شکل 2-1 نمونه ای از قطعات تشکیل دهنده یک دیگ چدنی نمایش داده شده است :

انواع بويلرها و عملكرد آنها

– ديگهای فولادی :

این دیگها بیشتر برای تولید آب داغ ( تحت فشار ) و بخار و اغلب در ظرفیت های بالا ، استفاده می شوند . این دیگها بطور یکپارچه روی یک شاسی ساخته می شوند و بنابراین حمل و نقل آنها بسیار مشکلتر از دیگهای چدنی است . در ساخت دیگهای فولادی از تعداد زیادی لوله های فولادی خاص استفاده می شود .

دیگهای فولادی خود به دو نوع تقسیم می شوند :

  • دیگهای Water Tube که در آنها آب در داخل لوله و آتش در اطراف لوله قرار دارد . این نوع دیگها در ظرفیتهای بالا ( تا 60000000Btu/hr تولید بخار تحت فشار 6000Psi ) ساخته می شوند .
  • دیگهای Fire Tube که در آنها آتش در داخل لوله و آب در اطراف لوله قرار دارد و گرم می شود . این نوع دیگها در ظرفیتهای متوسط ( 6000000Btu/hr تولید بخار تحت فشار 6000Psi ) تولید می شوند .

عیب مهم دیگهای فولادی زنگ زدگی به ویژه در محل اتصال لوله ها با صفحات فولادی دو انتهای دیگ است . خوردگی لوله ها و صفحات فولادی موجب کاهش عمر دیگ می شود . از مشکلات دیگر این دیگها ( بویژه دیگهای از نوع تولید بخار ) ، امکان رسوب گرفتن سطوح مجاور با آب دیگهاست . برای جلوگیری از آن لازم است از دستگاههای سختی گیر با کنترل دقیق استفاده می شود .

در دیگهای فولادی نیز مانند دیگهای چدنی می توان از طرحهای dry base ، wet base  ، wet leg استفاده کرد .

اکثر دیگهای فولادی کوچک که برای گرمایش ساختمان استفاده می شوند ، از نوع dry base با لوله های آتشخوار عمودی می باشند ، اما در دیگهای بزرگتر معمولاً لوله های آتشخوار و لوله های آب بصورت افقی یا مورب قرار دارند .

همانطور که در بحث دیگهای فولادی به آن اشاره شد ، این نوع دیگها خود به دو دسته تقسیم می شوند : دیگهای واتر تیوب و دیگهای فایرتیوب. حال در اینجا به شرح و بررسی این نوع دیگها می پردازیم :

 

2-2-1- تاریخچه و عملکرد بویلرهای فایر تیوب :

بویلرهای فایرتیوب مبدلهای حرارتی از نوع پوسته و لوله ای هستند که سیال گرم ( گازهای ناشی از احتراق سوخت ) آنها در لوله های مبدل و سیال سرد ( آب ) آنها در پوسته مبدل قرار دارد . این گونه بویلرها تنها توانایی تولید بخار در دما و فشار اشباع آب را دارند .این بویلرها در صنایعی که احتیاج به بخار آب در دما و فشار نه چندان بالایی دارند ، مانند کارخانه های شیمیایی ، پالایشگاههای نفت ، صنایع فولاد ، صنایع دارویی ، صنایع غذایی و … بکار می روند .بویلرهای فایرتیوب نسبت به نوع واترتیوب ، به ازای مقدار بخار تولیدی و فشار خروجی مشخص ، از قیمت پایین تری برخوردارند .

بویلرهای اولیه از این نوع را که جیمز وات در سال 1788 اختراع کرد ، بصورت محفظه های آهنی استوانه ای شکل ساخته می شدند . درون این محفظه ها با آب پرشده و بدنه آنها بر روی یک کوره نصب می شد . گازهای حاصل از احتراق سوخت در کوره توسط مجراهای تعبیه شده در اطراف محفظه جریان می یافتند و بدین ترتیب انرژی گرمایی خود را به آب درون محفظه منتقل می کردند . از جمله معایب این سیستم را می توان ته نشین شدن ناخالصیهای موجود درآب ، در کف بویلر نام برد . این رسوبات به صورت عایق حرارتی عمل کرده و باعث کاهش انتقال حرارت بین گازهای داغ حاصل از احتراق و آب درون بویلر می شد که این امر از طرفی باعث افت دمای آب بویلر و از طرف دیگر باعث افزایش دمای جداره زیرین بویلر و در نتیجه ایجاد تنش حرارتی در این قسمت و در نهایت ترکیدن بویلر می شد .

ترویتیک انگلیسی و واوان آمریکایی اولین کسانی بودند که احتراق داخلی بویلرها را مطرح کردند . بویلر پیشنهادی آنها یک استوانه تحت فشار بود که یک کره استوانه ای شکل را درون خود جای می داد . گازهای داغ ناشی از احتراق سوخت در کوره ، توسط مجرایی که در قسمت زیرین بویلر قرار داشت به سمت جلوی بویلر فرستاده شده و سپس از طریق مجرای دیگری دوباره به سمت عقب بویلر حرکت کرده و نهایتاً از طریق دودکش از بویلر از بویلر خارج می شدند . بدین ترتیب آب درون بویلر که این مجراها را احاطه کرده بود ، با گرفتن انرژی حرارتی لازم به بخار اشباع تبدیل می شد . مشکل ته نشین شدن و رسوب ناخالصیهای موجود در آب در این نوع بویلرها نیز وجود داشت ولی از آنجا که در این نوع بویلر ، رسوب تشکیل شده در معرض تماس مستقیم با شعله کوره قرار نداشت ، میزان تنشهای حرارتی ناشی ازآن به مراتب از نوع اولیه کمتربود .بهر حال این مشکل سالیان متمادی وجود داشت تا اینکه دانشمندان توانستند روشهای شیمیایی تصفیه آب را بوجود آورند .

در سال 1844 فریبرن ( Fairbairn ) و هترینگتون ( Hetherington ) بویلری مشابه بویلر فایر تیوب ترویتیک ( Trevithick ) ساختند، با این تفاوت که بویلر آنها مجهز به دو کوره جهت احتراق سوخت بود . حجم بزرگتر این بویلر امکان تولید بخار بیشتری را فراهم می کرد .

استفاده از این بویلرها تا سال 1950 ادامه یافت ، تا اینکه با پیشرفت صنعت بخار ، این بویلرها توسط نوع دیگری که شامل لوله های متعدد برای عبور گازهای حاصل از احتراق بودند ، جایگزین شدند . این بویلرها که در انگلستان به بویلرهای اقتصادی ( Economic ) و در آمریکا به بویلرهای اسکاچ ( Scotch ) مشهور بودند ، بر این اساس که هرچه سطح تبادل حرارت بین گازهای داغ و آب بیشتر باشد به همان میزان می توان انرژی بیشتری را از مقدار مشخص سوخت دریافت کرد ، ساخته شدند . این بویلرها نسبت به انواع قبلی به ازای خروجی بخار یکسان از حجم کوچکتری برخوردار بودند . شكل 2-3 نمونه ايب از اين بويلرها را نشان مي دهد .

بویلرهای فایرتیوب اولیه به منظور استفاده هرچه بهتر از فضای در دسترس دارای سطح مقطع مستطیل شکل بودند که تمرکز تنش ناشی از فشار درونی بویلر در گوشه های آن در بسیاری از موارد باعث ترکیدن بویلر می شد .

یکی دیگر از مشکلات بویلرهای اقتصادی مسئله تنشهای حرارتی جداره انتهایی بویلر بود. این جداره هم در معرض گازهای خروجی از کوره و هم در معرض گازهای خروجی از لوله های گذر دوم قرار داشت که اختلاف دمای موجود بین این گازها باعث ایجاد تنش حرارتی روی دیواره و ایجاد ترک و نشتی از آن می گشت .

کارخانه لینکلن (  Lincoln )، با ساختن بویلری که جدار انتهایی آن از دو فلز به جنسهای مختلف تشکیل شده بود ، توانست این مشکل را از بین ببرد .

پس از جنگ جهانی دوم و توصعه صنعتی کشورها ، تکنولوژی ساخت بویلرها نیز متحول گشت و بویلرهای ساخته شده از آن پس پکیج هایی هستند که دارای اجزای مختلفی مانند مشعل ، پمپ ، سوپاپهای اطمینان و فن هستند و راندمان آنها به ازای خروجی یکسان بهبود یافته است . در شكل 2-4 یک نمونه از بویلرهای فایر تیوب جدید را ملاحظه می کنید :

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Call Now Buttonتماس - بخش فروش