انواع بویلرها

سیستم عملکرد دیگ بخار (بویلر)
مرداد ۱, ۱۳۹۷
ایمنی دیگ بخار و ظروف تحت فشار
مرداد ۱, ۱۳۹۷

انواع بویلرها

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 بویلرها

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.

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

– مطابق شكل زیر در بویلرهایی كه به صورت تك درامی هستند، آب ورودی بـه بـویلر ازپایین مخزن از طریق یك 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.

كوره در زیر  لوله ها و مخزن قرار دارد.

انواع بویلرها

بویلرهای دو درامی كه امروزه دارای كاربرد بیشتری  میباشند به انواع D و O وجود دارند.

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

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

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

بویلرها نوع استرلینگ دارای چهار یا پنج درام هستند كه نحوه قرارگیری آنها در شكل 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 ترك ایجاد گردد، مخلوط آب و بخار تحت فشـار در دیـگ، از ایـنترك خارج شده و به داخل محفظه احتراق وارد  میگردند، كه عموماً این خروج با انبساط حجم توأم بوده و ممكن است سبب انفجار دیگ كردد، این در حالی كه بروز همـین مشـكل 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، كاربرد 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 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 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

حركت 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 یك پمپ برای كمك 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 كـه دربویلرها استفاده می گردند، عبارتند از:

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

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 ممكن است به یكی از اشكال جامد، مایع و یا گاز وجود داشته باشد. به ایـن دسـته ازبویلرها اصطلاحاً (Fossil Fuel Boiler) م یگویند. در بعضی از بویلرها امكـان اسـتفاده از چنـدسوخت نیز وجود دارد.

  • بویلرهایی كه منبع حرارتی آنها بازیافت حرارتی می باشد و بـه اسـامی چـون بویلرهـایبازیافت حرارت تلف شده (WHB) یا تولیدكننده 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 واكنش های شیمیایی تأمین می گردد. غالباً از ایـنبویلرها در نیروگاه ها استفاده  میگردد. گازهای حاصل از احتراق كه بـه عنـوان نیـروی محركـهتوربین های گازی نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد، پس از خروج از توربین حـاوی مقـادیرزیادی انرژی هستند كه از طریق دودكش به اتمسفر وارد و اتلاف  میگردد. از بویلرهای بازیافت حرارتی برای استفاده از این انرژی استفاده می گردد. عموماً این نوع بویلرها از یك درام تشكیل شده اند. آب سرد پس از ورود به درام و عبور از لوله هایی كه در كانال عبوری گازهای داغ قـراردارند، حرارت جذب كرده 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 كه منبع حرارتی آنها از انرژی الكتریكی می باشد.
  • بویلرهایی كه 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 كه فشار پایین محسوب می گردند.

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

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

دیدگاهتان را بنویسید

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

Call Now Buttonتماس - بخش فروش