انواع بويلرها

استاندارد دیگ بخار
تیر ۱۴, ۱۳۹۷
تجهیزات دیگ بخار (بویلر)
تجهیزات دیگ بخار (بویلر)
تیر ۱۹, ۱۳۹۷

انواع بویلرها

در مقاله زیر به شرح انواع بویلرها خواهیم پرداخت صنایع شیمیای منابع انرژی زیادی را مصرف  میكنند تا بتوانند انرژی مورد نیاز خـود را بـهمنظور انجام بسیاری كارها از جمله به كار اندازی تجهیـزات فرآینـدی، تـأمین انـرژی حرارتـیمورد نیاز برای گرم كردن مواد و… تأمین نمایند. منابع انرژی حال حاضر در جهان عمدتاً شامل سوخت های فسیلی، آب و باد، انرژی خورشیدی، انرژی زمین گرمایی و انرژی هسته ای هستند.

از این میان، سوخت های فسیلی بیش از سایر منابع انرژی برای تهیه حاملهای انـرژی مـورداستفاده قرار می گیرند. معمولاً در صنایع شیمیایی، حامل های انـرژی بـرق و بخـار مـی باشـند.

بهترین راه برای آنكه بتوان از انرژی  سوختهای فسیلی برای تولید برق و بخـار اسـتفاده كـرد،سوزاندن آن است. در فرآیند سوختن، انرژی درونی به صورت حرارت آزاد می شود و بـه شـكلتابش و جابجایی به محیط انتفاق می یابد. بویلرها و توربین های گـازی، تجهیزاتـی هسـتند كـهمعمولاً برای تولید بخار و بـرق از طریـق سـوزاندن سـوخ تهـای فسـیلی مـورد اسـتفاده قـرارم یگیرند

بخار

بخار فاز گازی مایع آب است. در واقع چنانچه آب در فشـار اتمسـفریك گرمـا جـذب كنـد،شروع به جوشش و تولید بخار می نماید. با تبدیل آب بـه بخـار، حجـم آن تقریبـاً 1600 برابـرمی شود و انرژی درونی آن نیز حداقل به میزان 6 برابر در حالت اشـباع افـزایش مـ ییابـ د. گـازبرخلاف مایع            تراكمپذیر است و به راحتی  میتوان آن را فشرده نمود. این خصوصیات باعث شده تا برای اولین بار جیمز وات از بخار برای تولید كار مكانیكی استفاده كند. این ابداع آغازی برای استفاده بسیار گسترده بخار در صنعت بوده است. به طور كلی از جمله دلایلی كه باعث شده از بخار در صنایع شیمیایی به طور وسیع استفاده گردد،  میتوان به موارد ذیل اشاره نمود:

  • آب به طور فراوان و ارزان در دسترس بوده و ماده ای بی خطـر و از دیـد محـیط زیسـتیكاملاً بی ضرر می باشد و این یكی از علل استفاده گسترده از بخار در صنایع می باشد.
  • بخار اشباع انرژی خود را در دمای ثابت منتقل می نماید و این به مفهوم ایـن اسـت كـهانرژی ذخیره شده در بخار اشباع را میتوان در یك دمای ثابت و بدون آنكـه دمـای آن كاسـتهشود از آن دریافت كرد و تنها اتفاقی كه در این حالت  میافتد تغییر شكل از حالت بخار به مایع است (گرمای نهان تبخیر).
  • در بعضی از فرآیندها بخار به عنوان جزئی از فرآیند وارد می گردد. از آن جمله می تـوانبه برج های عریانسازی با بخار اشاره نمود.
  • انتقال حرارت از بخار به اجسام دیگر به راحتی و به وسیله قرار دادن یك كویل در داخل و یا یك ژاكت حرارتی در اطراف آن صورت می گیرد. یكنـواختی در انتقـال حـرارت از مزایـایاستفاده از بخار است.
  • در مواقعی كه از بخار برای حرارت دادن استفاده میگردد، كنترل دمای آن راحت بوده و عموماً این كار با استفاده از یك شیر كنترل كه میزان دبی بخار عبوری را تغییر  میدهد، صورت م یگیرد.

از بخار با فشار بالا می توان به كمك توربین بخار، كار تولید كرد. این كار را مـی تـوان بـرایچرخاندن دستگاه های دواری مانند پمپ، كمپرسور، ژنراتور و… استفاده نمود.

مصارف

همانطور كه گفته شد بخار دارای مصارفی چون گرم كردن، انجام برخی فرآیندها، به حركت درآوردن توربین بخار و غیره می باشد. در این میان به حركت درآوردن توربین به منظور تولیـدتوان، یكی از كاربردهای مهم بخار به شمار می رود. در حین این عملیات، انرژی بخار در توربین به كار تبدیل شده و بخار پس از عبور از پره های توربین، در یك كندانسور سرد شده و كندانس می شود. از آنجایی كه آبی كه برای تولید بخار استفاده می شود باید عاری از ناخالصی هـا باشـد،هزینه زیادی برای تولید آن صرف می شود. به همین دلیل بخـار كنـدانس شـده را دوبـاره واردسیستم آب بویلر می نمایند تا مجدداًٌ به بخار تبدیل شود. به عبارت دیگر قسمت زیادی از تولید بخار و مصرف آن در واحدهای شیمیایی به صورت سیكل بسته است. یعنی بخـار در بویلرهـایواترتیوب یا HRSG تولید می شود و در توربین های بخار و مبدل های گرمـایی و غیـره مصـرفشده و پس از كندانس شدن به بویلر باز می گردد.

برای تولید بخار، در مشعل های بویلرها، انرژی تابشی از شـعله بـه سـطوح داخلـی محفظـهاحتراق انتقال می یابد و از تماس گازهای حاصل از احتراق با بخش های دیگر بویلر، حـرارت بـهصورت جابجایی به  لوله ها و نهایتاً آب درون آنها انتقال  مییابد.

بویلرهای فایرتیوب

معیارهای زیادی برای تقسیم بندی بویلرها وجود دارد، مهم ترین معیار تقسیم بندی بویلرهـابر اساس محتویات داخل لولـه هـا مـی باشـ د. بویلرهـای فـایرتیوب و واترتیـوب دو نـوع از ایـنتقسیم بندی مهم هستند. عموماً بویلرهای فایرتیوب از یـك محفظـه احتـراق و دیـگ تشـكیلشده اند. دیگ حاوی لوله هایی است كه از یك طرف به آن وارد و از طرف دیگر خارج  میگردند ،بدین ترتیب بخش از فضای دیگ توسط لوله ها اشغال شده و باقی فضای موجـود بـرای آب درنظر گرفته شده است. گازهای گرم حاصل از سوزاندن سوخت در محفظه احتراق وارد این دسته لوله ها شده و از سراسر دیگ عبور  میكنند. در این حین انتقال حرارت بین گازهـای عبـوری ازلوله ها و آب درون دیگ سبب گرم شدن آب و تولید بخار می گـرد د. در بویلرهـای فـایر تیـوبنمی توان قطر محفظه احتراق را بزرگ طراحی نمود، طول محفظه احتراق را نیز از حدی بیشتر نمی توان در نظر گرفت. چرا كه با وجود محدودیت قطر محفظه احتراق، قطر و طول مخروطـیمقدار مشخصی خواهد بود. از طرفی فاصله نوك شعله تا انتهای محفظه احتراق به جهت ایجـادانتقال حرارت همگن و نیز پرهیز از ایجاد تنش حرارتی و نیز ذوب دیواره، دارای حد مشخصـیاست. این مشكل در نوع دیگر بویلرها كه واترتیوب هستند به علت ساختارمكعبی شكل محفظه احتراق و نحوه قرارگیری، تعدد و نوع متفاوت  مشعلها كاسته  میشود. در شكل 1-1() نمونه ای از بویلر فایرتیوپ نشان داده شده است.

انواع بويلرها

 

بویلرهای واترتیوب

عموما این نوع بویلرها، از محفظه احتراق،  لوله های بالارونده، پایینرونده، مخازن بخار و لجن تشكیل شده اند و تفاوت عمده آنها با نوع فایرتیوب در این است كه آب در داخل  لوله ها جریـانداشته و جریان گاز كرم در خارج لوله ها می باشد. واترتیوب ها ساختمان  پیچیده تری نسـبت بـه نوع فایرتیوب دارند و بر اساس نـوع لولـه هـا، تعـداد و نحـوه قرارگیـری مخـازن بخـار و لجـنساختارهای متنوعی را شامل می شوند. این بویلرها بـه چنـدین روش دسـته بنـدی میگیرند

بویلرهای واترتیوب می تواند دارای اشكال مختلفی بر حسب اجزاء و قسمت های مربـوط بـه آنباشد. به عنوان مثال لوله های آنها می تواند خمیده یـا صـاف بـوده، نـوع گـردش آب بـه شـكل طبیعی یا اجباری و موقعیت درام آنها عرضی یا طولی باشد. عموماً درام های عرضی در بویلرهای با ظرفیت بالاتر مورد استفاده قرار می گیرد، از بین دو بویلر لوله آبـی كـه ظرفیـت یكسـانی درتولید بخار دارند، آن بویلری كه دارای درام عرضی می باشد، اندازه كوچك تری نسـبت بـه نـوعبادرام طولی دارد. نوعی از بویلرهای واترتیوب فاقد درام بوده و معروف به بویلرهای تـ كمسـیرهیا یكبار گذر (once through) میباشند. در این بویلرها آب در لوله ها فقط یك بار عبور می كند و معمولاً در تمامی فشارها و دماها كار می كنند، ولی در فشارهای بالا و فوق بحرانی اقتصادی تر  هستند.

معمولاً بویلرهای واترتیوب در ظرفیت های بالاتری نسـبت بـه بویلرهـای فـایرتیوب سـاختهمی شوند. در یك سطح انتقال حرارت تابشی یكسان، محفظه احتراق مكعبـی ماننـد بویلرهـایواترتیوب در مقایسه با شكل استوانه ای محفظه احتراق  فایرتیوبهـا، بـه فضـای كمتـری بـراینصب نیاز دارد. به عبارت دیگر در یك بویلر واترتیوب كوچك تر می توان سطح انتقال حرارتیـتمساوی با یك بویلر فایرتیوب بزرگ تر ایجاد نمود. از طرفی شكل محفظه احتراق مكعبی شكل ،آزادی عمل بیشتری را در نحوه آرایش و جانمایی مشعل ها در مقایسه با  فایرتیوبها در اختیـارطراح قرار  میدهد.

بویلرهای واترتیوب توانایی تولید بخار با فشار بالاتر را نسبت به بویلرهای فایرتیوب دارند. در بویلرها، محفظه در برگیرنده مخلوط آب و بخار باید مقاومت مكانیكی لازم جهت تحمل فشار را داشته باشد. از آنجایی كه لوله های با قطر كمتر تحمل فشـار بسـیار بـالاتری را در مقایسـه بـالوله های با قطر بیشتر و البته ضخامت یكسان دارد، بویلرهـای واترتیـوب علـی رغـم پیچیـدگیبیشتر، برای تولید بخارهای فشار بالا مورد استفاده قرار می گیرد. معمولاً هر چقـدر فشـار بخـارتولید بویلرهای واترتیوب بیشتر باشد، قطر  لوله های آن نیز كمتر می باشد.

بر اساس صاف یا خمیده بودن لوله ها  

بویلرهای با  لوله های صاف كه ممكن است به صورت  شیبدار و یا عمودی باشند.

نوع شیب دار دارای یك درام بوده كه به صورت افقی نسبت به زمین قرار دارد. از زیـر درام،هدرهایی به نام Downtake كه  لوله های  شیبدار از آنها منشعب مـ یگردنـد، خـارج مـ یشـو د. لوله های شیب دار صاف بوده و با شیبی در حدود 5 تا 51 درجه نسبت به حالت افقی در انتها و در ارتفاعی بالاتر به هدرهایی دیگر به نام uptake متصل مـی گردنـ د. محفظـه احتـراق در زیـرلوله های شیب دار قـرار گرفتـه و آبـی كـه از طریـق هـدرهایDowntake  پـایین آمـده و واردلوله های شیب دار شده را گرم  میكند، از این رو بخشی از آب درون  لوله هـای شـی بدار پـس ازجذب گرما، تبدیل به بخار شده و به واسطه گردش طبیعی از طریق هـدرهایuptake  مجـدداًوارد درام می شود.

لوله های صاف را نمی توان در قسمت هایی از دیـواره كـه نیـاز بـه قرارگیـری اجزایـی چـونمنهول، مشعل ها و یا peepHole  م یباشد، نصب نمود. لذا با توجه به این موضوع و نیز وضعیت قرارگیری لوله ها و مشعل ها در محفظه احتراق بخش های زیادی از محفظه احتراق فاقد لولـه  و یا به عبارتی سطوح انتقال حرارت برای دریافت گرما می باشد. از این رو مقدار زیادی از حـرارتتولید شده از طریق تابشی بدون جذب مناسب اتلاف می گردد و راندمان بویلر پـایین مـی آیـ د. برای حل این مشكل نیاز به لوله های خمیده ای بود كه بتواند با خمیده شدن و استفاده بهینه از فضای محفظه احتراق، سطح بیشتری برای انتقال حرارت تأمین نماید.

در نوع عمودی، از دسته لوله هایی كه به صورت عمودی بر روی محفظه احتراق قرار دارنـد،استفاده شده است. جریان گازهای حاصل از احتراق از لابلای لوله ها عبور كرده و سبب تبـدیلآب به آب گرم و بخار می گردد. این بویلرها غالباً در اندازه های كوچك بوده و عمـلاً كاربردهـایصنعتی ندارند و بیشتر از چوب به عنوان سوخت استفاده می كنند.

برای حل مشكل اتلاف حراتری ناشی از پایین بودن سطوح انتقال حـرارت در بویلرهـای بـالوله های صاف، نوعی از بویلرهای واترتیوب با لوله های خمیده طراحی و ساخته شدند. به عنوان مثال در محلی كه منهول وجود دارد، لوله ها با خمیده شدن فضای منهول را ایجـاد مـ ی:ننـد وبدین ترتیب از حذف لوله ها در این بخش جلوگیری می گردد. در مجموع شـكل خمیـده شـده لوله ها سبب شده تا انعطاف پذیری بیشتری در آرایش و جانمایی در سـطوح انتقـال حـرارت درمحفظه احتراق به دست آید.

عموماً اجزاء این نوع بویلرها نیز مشابه بویلرهای با لوله های صاف می باشد و عمـدتاً اجزائـیچون مخازن بخار و لجن، لولههای بالارونده و پایین رونده و غیره در آنها وجود دارد.

 

دیدگاهتان را بنویسید

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

Call Now Buttonتماس - بخش فروش