تاریخچه و عملکرد بویلرهای واتر تیوب

بویلرهای فایرتیوب مبدل های حرارتی از نوع پوسته و لوله ای هستند که سیال سرد ( آب ) آنها در لوله های مبدل و سیال گرم ( گازهای ناشی از احتراق سوخت ) آنها در پوسته مبدل قرار دارد .دراین نوع بویلرها برخلاف بویلرهای فایرتیوب ، بخار آب می تواند به دما و فشار بیشتر از حد اشباع خود رسیده و مافوق گرم  Super Heat شود .

درواقع محدودیت های بویلرهای فایرتیوب از نظر تولید بخار پرفشار و دما بالا ، مانند بخاری که برای به گردش در آوردن توربین های بخار نیروگاهها لازم است ، باعث مطرح شدن این نوع بویلرها شده است . طراحی اولیه بویلرهای واترتیوب به اواخر قرن 18 و اوایل قرن 19 میلادی بر می گردد . ولی بدلیل در اختیار نبودن لوله ها و موادی که قادر به تحمل فشار بالای این بویلرها باشند ، این طرحها هرگز به مرحله اجرا در نیامدند .

استفان ویلکاکس  Stephen Vilcox و جرج بابکوک  George Babcock را می توان پیشگامان طراحی بویلرهای واترتیوب به شکل امروزی دانست . شکل 5-2 بویلر طراحی شده آنها در سال 1877 را نشان می دهد .

نمایی از بویلر واترتیوب طراحی شده توسط استفان ویلکاکس و جرج بابکوک

همانگونه که در شکل 5-2 نشان داده شده ، لوله های حاوی آب بصورت مایل قرار گرفته اند و انتهای دو سر آنها توسط دو مجرا به محفظه استوانه ای شکلی به نام درام ( ( Drum متصل شده اند . بخار تولید شده در لوله های بویلر قبل از اینکه به مصرف کننده برسد ، وارد درام می شود تا ذرات آب موجود در بخار آب گرفته شود .

سطح تبادل حرارت در این بویلر از تعدادی لوله به قطر تقریبی 75mm تشکیل شده است . تعدادی از این لوله ها در معرض مستقیم شعله احتراق و بقیه در معرض گازهای داغ ناشی از احتراق قرار دارند . برای هدایت این گازها در اطراف لوله ها از تعدادی تیغه  Baffle استفاده می شود ، این تیغه ها با اصلاح مسیر حرکت گازها باعث افزایش سطح انتقال حرارت و در نتیجه افزایش راندمان بویلر می شوند .

به این ترتیب در این نوع بویلر حرارت گازهای حاصل از احتراق از طریق گروهی از لوله ها که سطح مقطع آنها در مقایسه با قطر پوسته بویلر فایرتیوب نسبتاً کوچک می باشد ، به آب داده می شود . این امر امکان افزایش بخار تولیدی را میسر می سازد .

با افزایش نیاز به مصرف لخار فشار بالا ، طراحی بویلرهای واتر تیوب نیز تغییر کرد . بویلر واترتیوب با چند درام و نوع واتروال ( Water Wall )، از انواع طراحی شده بعدی محسوب می شوند . در نوع واتروال آب درون لوله های قائمی که محفظه احتراق را احاطه کرده اند ، به سمت بالا در جریان است . آب درون لوله ها با گرفتن انرژی گرمایی گازهای حاصل از احتراق به بخار تبدیل می شود . این لوله ها از یک انتها به آب تغذیه بویلر و از انتهای دیگر به یک درام متصل هستند . این بویلرها قابلیت تولید بخار با فشار اشباع 100bar و بیشتر را دارا می باشند .در شکل های 6-2 و 7-2 نمونه های دیگری از بویلر های واترتیوب نشان داده شده است .

انواع بویلر های واتر تیوب

این نوع بویلر ها به دو دسته طبقه بندی می شوند :

1. : Horizontal Straight Tube Boilers این نوع بویلر ها دارای بخار دهی 5m برای هر متر عرض بویلر است و ابعاد آن از دو متر عرض ، 5 متر ارتفاع ، 5متر عمق تا 5متر عرض ، 5متر ارتفاع و 7متر عمق تغییر می کند .
2. : Bont Tube Boilers بخاردهی این نوع بویلرها از نوع اول بیشتر بوده و تا میزان 7m برای

هر متر عرض ، بخار تولید می کند . این نوع بویلرها را طبق شکل در سه تیپ A، O ،D شکل می سازند .

محسنات بویلرهای واتر تیوب نسبت به بویلر های فایر تیوب از این قرار است :

• امکان دستیابی به فشارهای بالا و در نتیجه جذب حرارت بیشتر توسط سیال عامل .
• بیشتر بودن سطوح تبادل حرارتی به علت نامحدود بودن حجم وابعاد کوره بویلر که در نتیجه ، با افزایش سطوح ، نرخ جذب حرارت زیاد و بخاردهی بیشتر می شود .
• به علت بزرگ بودن کوره ، امکان دستیابی به فلاکس حرارتی بالا بدون خسته شدن و اکیپ دیدن لوله ها وجود دارد .
• راندمان بالاتر از 90% ، در صورتی که در بهترین طرح های بویلرهای فایر تیوب راندمان بیش از 80% نیست .