انواع بویلرها

سیستم عملکرد دیگ بخار (بویلر)
مرداد 1, 1397
ایمنی دیگ بخار و ظروف تحت فشار
مرداد 1, 1397

انواع بویلرها

انواع بویلرها

در مقاله زیر به شرح انواع بویلرها خواهیم پرداخت صنایع شیمیای منابع انرژی زیادی را مصرف  میکنند تا بتوانند انرژی مورد نیاز خـود را بـهمنظور انجام بسیاری کارها از جمله به کار اندازی تجهیـزات فرآینـدی، تـأمین انـرژی حرارتـیمورد نیاز برای گرم کردن 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 آنکه بتوان از انرژی  سوختهای فسیلی برای تولید برق و بخـار اسـتفاده کـرد،سوزاندن آن است. در فرآیند سوختن، انرژی درونی به صورت حرارت آزاد می شود و بـه شـکلتابش و جابجایی به محیط انتفاق می یابد. بویلرها و توربین های گـازی، تجهیزاتـی هسـتند کـهمعمولاً 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 اتمسـفریک گرمـا جـذب کنـد،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            تراکمپذیر است و به راحتی  میتوان آن را فشرده نمود. این خصوصیات باعث شده تا برای اولین بار جیمز وات از بخار برای تولید کار مکانیکی استفاده کند. این ابداع آغازی برای استفاده بسیار گسترده بخار در صنعت بوده است. به طور کلی از جمله دلایلی که 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 زیسـتیکاملاً بی ضرر می باشد و این یکی 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 کـهانرژی ذخیره شده در بخار اشباع را میتوان در یک دمای ثابت و بدون آنکـه دمـای آن کاسـتهشود از آن دریافت کرد و تنها اتفاقی که در این حالت  میافتد تغییر شکل 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 یک کویل در داخل و یا یک ژاکت حرارتی در اطراف آن صورت می گیرد. یکنـواختی در انتقـال حـرارت از مزایـایاستفاده از بخار است.
  • در مواقعی که از بخار برای حرارت دادن استفاده میگردد، کنترل دمای آن راحت بوده و عموماً این کار با استفاده از یک شیر کنترل که میزان دبی بخار عبوری را تغییر  میدهد، صورت م یگیرد.

از بخار با فشار بالا می توان به کمک توربین بخار، کار تولید کرد. این کار را مـی تـوان بـرایچرخاندن دستگاه های دواری مانند پمپ، کمپرسور، ژنراتور و… استفاده نمود.

مصارف

همانطور که گفته شد بخار دارای مصارفی چون گرم کردن، انجام برخی فرآیندها، به حرکت درآوردن توربین بخار و غیره می باشد. در این میان به حرکت درآوردن توربین به منظور تولیـدتوان، یکی از کاربردهای مهم بخار به شمار می رود. در حین این عملیات، انرژی بخار در توربین به کار تبدیل شده و بخار پس از عبور از پره های توربین، در یک کندانسور سرد شده و کندانس می شود. از آنجایی که آبی که برای تولید بخار استفاده می شود باید عاری از ناخالصی هـا باشـد،هزینه زیادی برای تولید آن صرف می شود. به همین دلیل بخـار کنـدانس 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 سیکل 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 کندانس 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 یـک محفظـه احتـراق و دیـگ تشـکیلشده اند. دیگ حاوی لوله هایی است که از یک 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  میکنند. 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 که با وجود محدودیت قطر محفظه احتراق، قطر و طول مخروطـیمقدار مشخصی خواهد بود. از طرفی فاصله نوک 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 مشکل در نوع دیگر بویلرها که واترتیوب هستند به علت ساختارمکعبی شکل محفظه احتراق و نحوه قرارگیری، تعدد و نوع متفاوت  مشعلها کاسته  میشود. در شکل 1-1() نمونه ای از بویلر فایرتیوپ نشان داده شده است.

انواع بویلرها

بویلرهای واترتیوب

عموما این نوع بویلرها، از محفظه احتراق،  لوله های بالارونده، پایینرونده، مخازن بخار و لجن تشکیل شده اند و تفاوت عمده آنها با نوع فایرتیوب در این است که آب در داخل  لوله ها جریـانداشته و جریان گاز کرم 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 اشکال 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 شـکل 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 کـه ظرفیـت یکسـانی درتولید بخار دارند، آن بویلری که دارای درام عرضی می باشد، اندازه کوچک تری نسـبت بـه نـوعبادرام طولی دارد. نوعی از بویلرهای واترتیوب فاقد درام بوده و معروف به بویلرهای تـ کمسـیرهیا یکبار گذر (once through) میباشند. در این بویلرها آب در لوله ها فقط یک بار عبور می کند و معمولاً در تمامی فشارها و دماها کار می کنند، ولی در فشارهای بالا و فوق بحرانی اقتصادی تر  هستند.

معمولاً بویلرهای واترتیوب در ظرفیت های بالاتری نسـبت بـه بویلرهـای فـایرتیوب سـاختهمی شوند. در یک سطح انتقال حرارت تابشی یکسان، محفظه احتراق مکعبـی ماننـد بویلرهـایواترتیوب در مقایسه با شکل استوانه ای محفظه احتراق  فایرتیوبهـا، بـه فضـای کمتـری بـراینصب نیاز دارد. به عبارت دیگر در یک بویلر واترتیوب کوچک تر می توان سطح انتقال حرارتیـتمساوی با یک بویلر فایرتیوب بزرگ تر ایجاد نمود. از طرفی شکل محفظه احتراق مکعبی شکل ،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 مکانیکی لازم جهت تحمل فشار را داشته باشد. از آنجایی که لوله های با قطر کمتر تحمل فشـار بسـیار بـالاتری را در مقایسـه بـالوله های با قطر بیشتر و البته ضخامت یکسان 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 کمتر می باشد.

بویلرها واترتیوب می توانند از یک تا پنج درام داشته باشند:

– مطابق شکل زیر در بویلرهایی که به صورت تک درامی هستند، آب ورودی بـه بـویلر ازپایین مخزن از طریق یک هدر به لوله های شیب دار می رسد. آب در این لوله های شیب دار گـرمشده و بخار تولید می شود. بخار تولید شده از طریق هدر دیگری به بالای مخزن وارد میشود.

کوره در زیر  لوله ها و مخزن قرار دارد.

انواع بویلرها

بویلرهای دو درامی که امروزه دارای کاربرد بیشتری  میباشند به انواع D و O وجود دارند.

در بویلرهای D type درا مها در یک جهت راست یا چپ قرار گفته اند. عموماً مخزن بخـار ازمخزن لجن  بزرگ تر بوده ولی ممکن است هم اندازه نیز باشـند، نحـوه قرارگیـری لولـه هـا بـیندرام ها به شکل حرف انگلیسی D می باشد. در بخشی از بـویلر لوله هـا بـین دو درام بـه شـکل مستقیم نصب شده اند و در بخشی دیگر خمیده و به یک هـدر وصـل هسـتند، کـوره بـویلر درهمین بخش خمیده قرار دارد.

بویلرهای لوله آبی O Type نیز شامل یک مخزن بزرگ بخار است که به صـورت عمـودی وبه واسطه چندین لوله تولید بخار به یک مخزن آب کوچک تر متصل می باشد. اندازه آنها عمومـاًدر حد کوچک تا متوط  میباشد.

– بویلرهای سه درامه شامل یک درام بخار و دو درام لجن یا آب می باشند. نحوه قرارگیـرید را مها به شکل حرف A می باشد.

بویلرها نوع استرلینگ دارای چهار یا پنج درام هستند که نحوه قرارگیری آنها در شکل یر نشان داده شده است

انواع بویلرها

چنانچه به هر دلیلی از جمله اعمال تنش های حرارتی نامناسب در بویلرهای فـایرتیوب، بـرروی جداره محفظه احتراق ترک ایجاد گردد، مخلوط آب و بخار تحت فشـار در دیـگ، از ایـنترک خارج شده و به داخل محفظه احتراق وارد  میگردند، که عموماً این خروج با انبساط حجم توأم بوده و ممکن است سبب انفجار دیگ کردد، این در حالی که بروز همـین مشـکل در نـوع واترتیوب در نهایت، تنها سبب خرابی و نشتی لوله  آسیب دیده  میشود.

با توجه به مطالب گفته شده، بویلرهای واترتیوب در صنایع بزرگ به جهت نیاز به حجم زیاد و فشار بالاتر، کاربرد بیشتری دارند. به همین جهت در این نرم افزار به بررسی این نوع از بویلرها پرداخته می شود  .

بر اساس صاف یا خمیده بودن لوله ها  

بویلرهای با  لوله های صاف که ممکن است به صورت  شیبدار و یا عمودی باشند.

نوع شیب دار دارای یک درام بوده که به صورت افقی نسبت به زمین قرار دارد. از زیـر درام،هدرهایی به نام Downtake که  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 کـه از طریـق هـدرهایDowntake  پـایین آمـده و واردلوله های شیب دار شده را گرم  میکند، 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 کـه 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 مشکل نیاز به لوله های خمیده ای بود که 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 که به صورت عمودی بر روی محفظه احتراق قرار دارنـد،استفاده شده است. جریان گازهای حاصل از احتراق از لابلای لوله ها عبور کرده و سبب تبـدیلآب به آب گرم و بخار می گردد. این بویلرها غالباً در اندازه های کوچک بوده و عمـلاً کاربردهـایصنعتی ندارند و بیشتر از چوب به عنوان سوخت استفاده می کنند.

برای حل مشکل 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 که 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 شـکل خمیـده شـدهلوله 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.

بر اساس نحوه گردش آب

حرکت آب در  لولههای بویلر به دو صورت  میباشد:

  • جریان گردش طبیعی: اساس گردش آب در این نوع اختلاف در دانسیته حاصل از تفاوت دما در لولههای  پایینرونده و بالارونده  میباشد.
  • جریان گردش اجباری: در این نوع جریان از یک پمپ برای کمک به گردش بهتر آب در لوله ها و مخازن بخار و آب استفاده میگردد.

بر اساس نوع سوخت مصرفی

بویلرها از انواع مختلفی از سوخت ها استفاده مـ ینماینـ د. غالبـاً انـواع سـوخ تهـایی کـه دربویلرها استفاده می گردند، عبارتند از:

  • سوخت های گازی یا Fuel gas
  • سوخت مایع یا Fuel Oil
  • سوخت جامد (زغال سنگ، چوب، تفاله نیشکر یا باگاس ،…)
  • سوخت ترکیبی

بر اساس نوع منبع حرارتی

بر اساس نوع منبع حرارتی بویلرها به انوع زیر تقسیم  میگردند:

الف- بویلرهایی انرژی مورد نیاز را از سوزاندن مواد سوختی به دست مـی آورنـ د. ایـن مـوادسوختی ممکن است به یکی از اشکال جامد، مایع و یا گاز وجود داشته باشد. به ایـن دسـته ازبویلرها اصطلاحاً (Fossil Fuel Boiler) م یگویند. در بعضی از بویلرها امکـان اسـتفاده از چنـدسوخت نیز وجود دارد.

  • بویلرهایی که منبع حرارتی آنها بازیافت حرارتی می باشد و بـه اسـامی چـون بویلرهـایبازیافت حرارت تلف شده (WHB) یا تولیدکننده های بخار از حـرارت بازیافـت شـده(HRSG) معروف هستند. عموماً در این دسته از بویلرها، انرژی مورد نیـاز از بازیافـت حرارتـی از جریـانگازهای حاصل از احتراق یا گرمای حاصل از واکنش های شیمیایی تأمین می گردد. غالباً از ایـنبویلرها در نیروگاه ها استفاده  میگردد. گازهای حاصل از احتراق که بـه عنـوان نیـروی محرکـهتوربین های گازی نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد، پس از خروج از توربین حـاوی مقـادیرزیادی انرژی هستند که از طریق دودکش به اتمسفر وارد و اتلاف  میگردد. از بویلرهای بازیافت حرارتی برای استفاده از این انرژی استفاده می گردد. عموماً این نوع بویلرها از یک درام تشکیل شده اند. آب سرد پس از ورود به درام و عبور از لوله هایی که در کانال عبوری گازهای داغ قـراردارند، حرارت جذب کرده و مخلوطی از آب و بخار تولید می شـو د. مخلـوط آب و بخـار مجـدداً وارد درام می گردند و در آنجا عملیات جداسازی این دو فاز صورت می گیرد.
  • بویلرهایی که منبع حرارتی آنها از انرژی الکتریکی می باشد.
  • بویلرهایی که منبع حرارتی آنها از انرژی اتمی می باشد.

بر اساس فشار عملیاتی

گاهی نیز بر اساس فشار عملیایی بویلرها را تقسیم بندی می نمایند:

الف- بویلرهای با فشار زیر psi 200 که فشار پایین محسوب می گردند.

  • بویلرهای با فشار بین psi 500-200 که جزو بویلرهای با فشار متوسط هستند.

بویلرهای با فشار بین psi 2000-500 کـه در دسـته بویلرهـای بـا فشـار بـالا محسـوبم یشوند.

پاسخی بگذارید

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

تماس - بخش فروش