سیستم عملکرد دیگ بخار (بویلر)

کنترل دیگ بخار
مرداد ۱, ۱۳۹۷
انواع بویلرها
مرداد ۱, ۱۳۹۷

سیستم عملکرد دیگ بخار (بویلر)

در بویلرها به منظور تولید بخار، آب ابتدا وارد دستگاهی به نام هوازدا یا دی اریتور می شود. وجود گازهای نامحلول، مانند اکسیژن و  دیاکسیدکربن باعث ایجاد خورندگی در  لوله های بویلر میگردد، به همین دلیل باید این گازها را از جریان آب خارج نمود.

بعد از مرحله هوازدایی، آب وارد مخزن بخار یا Steam Drum وارد  میشود. در مخزن بخار ،آب ورودی به بویلر از طریق لوله های پایین رونده یا down comer ها به سمت مخـزن لجـن یـاmud drum م یرود. از آنجا جریان آب وارد  لوله های بالارونده یا riser ها  میگردد.

لوله های بالارونده، بخش های مختلـف محفظـه احتـراق شـامل دیـوارههـا، کـف و سـقف رامی سازند. آب در لوله های بالارونده در معرض حرارت قرار گرفته و بخشی از آن تبدیل به بخـارمی گردد. مخلوطی از آب و بخار مجددا وارد مخزن بخار شـده و در آنجـا دو فـاز بخـار و آب ازطریق عبور از مراحل جداکننده آب و بخار از یکدیگر جدا می شوند. فاز بخار با از عبور از مراحل مختلفی که برای جداسازی ذرات آب از بخار در درون مخزن بخار در نظر گرفته شده اند، از آب جدا شده و از طریق خطی جداگانه از بالای مخزن بخار خارج می گردد. فاز مایع مجـدداً بـرایتبدیل شدن به بخار، مسیر قبلی را از لوله های پایین رونده، مخزن لجـن، لولـههـای بالارونـده وورود مجدد به مخزن بخار طی می کند.

بخار خروجی از مخزن بخار به صورت بخار اشباع می شود. در صورت نیاز به بخار سوپرهیت ،بخار تولید شده را وار بخش سوپرهیتر می کنند. بخار اشباع در سوپرهیترها به وسـیله گازهـایحاصل از احتراق، گرم شده و به شکل سوپرهیت درمی آینـ د. سـوپرهیترها باعـث حـذف ذراترطوبت از بخار و افزایش دمای آن به دماهای بالاتر از دمای اشباع می گدند. بخار تولید شده در واحد بخار، پس از استفاده در واحدها، مجددا به واحد بخار بازگشته و پـس از کنـدانس شـدنمجددا وارد سیکل تولید بخار می گردد.

در صنعت برای تولید انواع بخارهای اشباع و سـوپرهیت مـورد نیـاز، از بویلرهـای متفـاوتیاستفاده می گردد کـه دارای عملکردهـای تقریبـاً مشـابهی هسـتند. امـا مفهـوم بخـار اشـباع وسوپرهیت چیست و با یکدیگر چه فرقی دارند؟

در واقع پس از آنکه آب به جوش آمد، ابتدا به بخار اشباع تبدیل می شود. بخار اشباع بخاری است که در مجاورت آب قرار دارد یا به عبارت دیگر ذرات آب در آن قابل مشاهده هسـتن د. تـازمانی که تمام آب به بخار تبدیل نشود، بخار موجود در ظرف بخار اشباع مـ یباشـ د. بـا تبخیـربیشتر، فشار بخار و به عبارت دیگر فشار ظرف بالا می رود. چنانچه در بالای این ظـرف شـیریقرار داشته باشد که اجازه ندهد فشار ظرف از حدی بالاتر رود، در این صـورت جوشـش آب درفشار ثابت و لذا در دمای ثابت انجام شود.

چنانچه به بخار اشباع حرارت داده شود، دمای بخار بالا می رود. این بخـار، بخـار سـوپرهیتاست که در آن دیگر ذرات آب دیده نمی شود و به همین دلیل به این نـوع بخـار کـه در فشـارثابت  میتواند دماهای بالاتر از دمای اشباع داشته باشد بخار خشک نیز  میگویند.

معمولاً بویلرها دارای بخش های مختلفی می باشند که عبارتند از:

  • سیستم جریان آب و بخار، که از مخازن آب شروع شـده و پـس از تبـدیل آب بـه بخـارسوپرهیت در هدر جمع کننده بخار یا collect header پایان می یابد.
  • سیستم حفظ کیفیت آب بویلر
  • سیستم احتراق که شامل بخش های سوخت رسانی، هوارسانی و مشعل ها می باشد.
  • سیستم عبور گازهای حاصل از احتراق که از کوره شـروع شـده و در دودکـش بـویلر راترک می کند .

سیستم جریان آب و بخار

آب ورودی به واحد بویلر ابتدا به دستگاهی به نام هوازدا یا دی اریتور وارد می شود. چـرا کـهگازهای نامحلولی مانند اکسیژن و دی اکسید کربن سبب ایجاد خورنـدگی در لولـه هـای بـویلرمی گردد، از این رو باشد این گازها را از جریان آب بویلر حذف نمود. با توجه به اینکه حلالیـتبسیاری از گازها از جمله اکسیژن در آب با بالا رفتن دما کـاهش مـی یابـد، یکـی از روش هـایحذف گازهای حل نشده از آب، حرارت دادن آن است. در دی اریتور فرآیند حذف این گازهـایحل نشده و خورنده یک فرآیند فیزیکی و بر اساس گرما دادن می باشد. با اینکه روش هواگیری مقادیر زیادی از گازهای حل نشده از آب را جدا  میکند ولی باز هم مقدار کمی اکسیژن در آب باقی می ماند که باید با روش های شیمیایی جدا گردد. این دو مرحله یعنی      حرارتدهی و تزریق مواد شیمیایی برای جداسازی گازهای نامحلول در آب، در این دستگاه صورت می پذیرد. پس از دی اریتور، آب هواگیری شده توسط پمپ های خوراک به سمت بویلر ارسال می گردد. در اولـینبخش آب وارد اکونمایزر می گردد. ممکن است در بعضی از بویلرها بخشـی بـه نـام اکونومـایرزوجود نداشته باشد که در این صورت آب مستقیماً به مخزن بخار وارد  میگردد.

از نکات مهم در اکونومایزر این است که اولاً نباید آب ورودی به بویلر در اکونومایزر به جوش آید چرا که در این صورت هیچ آبی وارد مخزن بخار و لوله های بویلر نمی گردد و این بخـ شهـادر برابر گرمای زیاد آسیب  می بینند و ثانیاً با جذب حرارت زیـاد از دودکـش و در صـورتی کـهدمای جریان گاز دودکش از نقطه شبنم گاز کمتر گردد، مقداری از جریان گاز به شـکل مـایعدرآمده و امکان تولید ترکیبات اسیدی فراهم می گردد که در نهایت سبب خوردگی و فرسودگی خواهد گردید.

بعد از این مرحله آب به مخزن بخار یا Steam Drum وارد مـ یشـو د. در مخـزن بخـار، آبورودی به بویلر از طریق لولههای پایین رونده یا down comer ها به سمت مخزن لجن یا mud drum می رود. از آنجا جریان آب وارد لوله های بالارونده یا riserهـا مـی گـرد د. ایـن لولـه هـایبالارونده هستند که بخش های مختلف کوره شامل دیواره ها، کف و سقف را می سازند. مشعل هـانیز در محفظه احتراق قرار دارند. آب در  لولههای بالارونده گرمـای زیـادی را دریافـت نمـوده وبخشی از آن تبدیل به بخار میگردد. مخلوطی از آب و بخار مجدداً وارد مخزن بخار شـده و درآنجا دو فاز بخار و آب از طریق عبور از مراحل جداکننده آب و بخار از یکدیگر جـدا مـ یشـون د.

فاز بخار پس از عبور از مراحل مختلفی که برای جداسـازی ذرات آب از بخـار در درون مخـزنبخار در نظر گرفته شده اند، از آب جدا شده و از طریق خطـی جداگانـه و خروجـ یهـای بـالای مخزن بخار، وارد یک خروجی بخار می گردد. فاز مایع مجدداً برای تبدیل شدن به بخار، مسـیرقبلی را از لوله های پایین رونده، مخزن لجن، لوله ها بالارونده و ورود مجدد به مخزن بخـار طـیم یکند.

بخار خروجی از مخزن بخار به صورت بخار اشباع میباشد. بخار اشـباع در سـوپرهیترها بـهوسیله گازهای حاصل از احتراق، گرم شده و به شکل سوپرهیت درمی آیند. سوپرهیترها سـببحذف ذرات رطوبت از بخار و افزایش دمای آن به دماهای بالاتر از اشباع  میگردند.

ممکن است سوپرهیترها یک یا دومرحله ای باشند. در سوپرهیترهای یک مرحلـه ای بعـد ازسوپرهیتر و در سوپرهیترهای دومرحله ای در بین مراحل قسمتی به نام دی هیتـر یـا ری هیتـروجود دارد. در این مرحله دمای بخار سوپرهیت عموماً به وسیله تزریـق آب کنتـرل مـ یگـرد د. بخار خارج شده از سوپرهیترها در انتها وارد هدری به نام هدر جمع کننـده یـاcollect header  م یگردد. این هدر محصول واحد بویلر که همان بخار با دما و شرایط مورد نظر است را به سمت مصرف کننده ها می برد.

مکانیزم جریان آب در لوله های پایین رونده و بالارونده به دو صورت میباشد:

۱- گردش طبیعی: اساس کار سیستم های با گردش طبیعی، اختلاف دانسیته یا همان جرم حجمی در لوله های بالارونده و لوله های پایین رونده می باشد که به واسطه اختلاف دمای آب در لوله ها به وجود می آید.

آبی که به مخزن بخار وارد می گردد نسبت به آبی که در آنجا قرار دارد، سردتر است. از این رو دانسیته بیشتری نسبت به آب گرم درون مخزن بخار دارد. لذا قبل از اینکه کامًلاً با آب گرم شده، مخلوط گردد، از طریق لوله های پایین رونده به سمت مخزن پایینی یا مخزن لجن حرکت می نماید و از آنجا وارد لولههای بالارونده شده و در معرض تابش شعله قرار می گیرد. بخشـی ازاین آب در همین لوله ها بالارونده به بخار تبدیل می گردد و مجدداً وارد مخزن بخار می شود

همانطور که در شکل مشاهده می گردد، فشار در نقطه A برابر است با فشـار مخـزنبخار به اضافه فشاری که بر اثر نیروی وزن ستون آب وارد  میگردد:

۰ +PA =ρAgh PA   به طور مشابه و در نقطه B، فشار به صورت زیر محاسبه  میگردد:

۰ +PB =ρBgh PB   همانطور که گفته شد، دانسیته آب سرد در لوله های پایین رونده، بیشتر از دانسیته  مخلـوطآب و بخار در لوله های بالارونده می باشد، از این رو فشار در نقطه B بیشتر از فشار در نقطـهA  م یباشد. این اختلاف فشار بین دو نقطه طبق معادله ۳-۲() بدست  میآید  .

(P PB − =A gh(ρ ρB A   آب از نقطه با فشار بالاتر یعنی نقطه B به سمت نقطه A کـه فشـار کمتـری دارد، حرکـتم یکند. به عبارت دیگر به واسطه اختلاف دانسیته، گردش طبیعی شکل می گیرد.

در صورتی که فشار در بویلرهای لوله  آبی بالا رود، اخـتلاف دانسـیته بـین بخـار و  آب کـمم یگردد. همانطور که در رابطه مقابل مشاهده  میکنید، کم شدن اختلاف دانسیته سبب کاهش اختلاف فشار و در نهایت کاهش مقدار جریان گردش طبیعی می گردد. در این حالت با افزایش دادن ارتفاع لوله ها یا به عبارتی افزایش فاصله بین مخزن بخار و مخـزن لجـن، مقـدار اخـتلاففشار را افزایش یافته و بدین ترتیب مقدار گردش طبیعی افزایش می یابد.

ب- گردش اجباری: مواقعی که از یک پمپ یا به عبارتی از یک نیروی خارجی، برای ایجـادگردش آب در لوله های پایین رونده و بالارونده استفاده گردد،  گردش آب در بویلر را در گردش اجباری یا مثبت می گویند. از مزایای این نوع گردش می توان به سرعت بیشـتر درتولیـد بخـار،ظرفیت  بیشتر جهت کنترل نوسانات بار، حرارت دادن به شـکل یکنواخـت تـر در قسـمت هـایمختلف و غیره اشاره نمود. از طرفی وجود یک پمپ برای ایجاد گردش سبب افزایش هزینه های عملیاتی و نگهداری  میگردد. در عمل استفاده از گردش طبیعی  متداولتر است.

سیستم حفظ کیفیت آب بویلر

به سه دلیل عمده آب بویلر مورد تصفیه قرار  میگیرد، این دلایل عبارتند از:

  • جلوگیری از تشکیل رسوب
  • به حداقل رساندن خوردگی در  سیستمهای بویلر و بخار
  • حفظ کیفیت بخار

اصولاً فرایندهای تصفیه آب بویلر شامل دو دسـته تصـفیه خـارجی و داخلـی مـ یباشـ د. در تصفیه خارجی کارهایی چون حذف ذرات سوسپانسیونی، حـذف گازهـای حـل نشـده ای ماننـداکسیژن و سختی گیری از آب صورت می گیرد. در انتهای بخـش تصـفیه خـارجی بایـد مقـادیرسختی، قلیائیت، مقدار سولفات ها، سیلیکات و ذرات سوسپانسیونی موجـود در آب در کمتـرینمقدار خود باشند. مقدار مجاز این ترکیبات توسط انجمن سازندگانی بویلر در آمریکا یا ABMA تعیین و ارائه شده است، همانگونه که مشاهده می نماییـد، مقـدار ایـن پارامترهـا در فشـارهایمختلف فرق می کند. در کل هر چه فشار و دمای عملیاتی بویلر بالاتر باشد، باید در تصـفیه آبورودی به بویلر سختگیرانه تر عمل نمود، چرا که ناخالصی های موجود اثرات شدیدتری بر بـویلرمی گذارند. به عنوان مثال، مقدار مجاز سیلیکات در فشـا ر psi 200 در حـدو د ppm 125 و در فشار psi 800 در حدود ppm 02 می باشد. یعنی با افزایش فشار مقدار مجاز سـیلیکات در آببویلر کاهش یافته است.

تصفیه داخلی آب بویلر به علل مختلـف و بـا تزریـق مـواد شـیمیایی بـه  آب بـویلر صـورتم یگیرد. مهم ترین دلایل تزریق مواد شیمیایی در این بخش شامل موارد زیر  میباشد:

  • تنظیم pH و حفظ میزان قلیائیت برای جلوگیری از ایجاد رسوب و خوردگی
  • سختی گیری از آب ورودی
  • Boiler sludge conditioning جلوگیری از تشکیل لجن یا
  • حفاظت از  بخشهای در معرض حرارت از آب گرم
  • هواگیری و جلوگیری از خورندگی اکسیژن
  • جلوگیری از شکنندگی قلیایی
  • جلوگیری از تشکیل فوم
  • تشکیل فیلم محافظ برای جلوگیری از خوردگی
  • جلوگیری از خوردگی به وسیه بخارات کندانس شده

همانطور که در جدول مشاهده  میشود، برای هر یک از مـوارد فـوق، مـواد مختلفـیمورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال برای تنظیم pH موادی چون کربنـات سـدیم و یـاسدیم هیدروکسید مورد استفاده قرار می گیرد. البته در هر واحدی بنـا بـه شـرایط فرآینـدی وطراحی، مواد مناسبی برای تصفیه داخلی مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثـال در واحـدتولید بخار مجتمع پتروشیمی بندر امام از موادی چون آمونیاک در آب ورودی به بویلر و قبل از ورود به دی اریتور ،DEHA در هیتر دی اریتـور، آمونیـاک و مـورفلین درStorage  دی اریتـور وترکیبات فسفات در مخزن بخار استفاده می گردد.

مواد شیمیایی و دلیل تزریق آن ها

سیستم عملکرد دیگ بخار (بویلر)

به مرور زمان، غلظت مواد نامحلول در آب بویلر افزایش خواهد یافت، از این رو با استفاده از سیستم های بلودان پیوسته و به طور دائم مقداری از آب بویلر، تخلیه می گردد و همراه این آب تخلیه شده، بخشی از رسوبات و املاح نیز خارج می گـرد د. معیـاری کـه بـه واسـطه آن مقـداربلودان مورد نیاز تعیین  میگردد ،TDS مـیباشـ د. Total Dissolved Solids) TDS) و معـرفمقدار مواد جامد حل نشده در آب می باشد. این مواد حـ ل نشـده شـامل ذرات نمـک هـا، مـوادمعدنی، فلزات، آنیون ها، کاتیون ها و به طور کلی هر چیزی به غیر از مولکول های آب می باشند.

وقتی TDS آب بیش از مقدار مجاز باشد، محاسبه می گردد که چـه حجمـی از آب بـویلر بایـدتخلیه گردد تا پس از ورود آب تازه به بویلر به TDS مطلوب دست یـابی م. بخشـی از بلـودان ازمخزن لجن صورت می گیرد تا ذراتی که در آنجا وجود دارد را از بویلر خارج سازد. ممکن اسـتسیسم بلودان مخزن لجن به صورت پیوسته و یا ناپیوسته باشد.

مقدار آبی که به واسـطه بلـودان کـردن از سیسـتم تخلیـه مـ یگـردد، بـا آبDM  جبـرانمی گردد .آبی که به عنوان بلودان بویلر را ترک می کند، وارد یک جداکننده شده و فـاز بخـار و مایع آن از یکدیگر جدا می شود. بخار به دست آمده از بالای جداکننده، بخار با فشار ماشین یـاLS می باشد که برای استفاده در بخش های چون دی اریتور که نیاز به این نوع بخـار مـی باشـدمورد استفاده قرار میگیرد. مایع خروجـی از زیـر جداکننـده واردblow tank  شـده و در آنجـامقدار کمی بخار جدا شده از آن به اتمسفر رفتـه و مـایع خروجـی از ایـن تانـک بـه فاضـلاتفرستاده  میشود  .

سیستم احتراق

سیستم احتراق شامل انتقال سوخت و هوای مورد نیاز مشعل ها می باشد.

  • سیستم سوخت رسانی

در مشعل های دوگانه سوز دو خط انتقال جداگانه برای انتقال سوخت مایع و گاز وجود دارد. سوخت مایع بویلر به وسیله پمپ از مخازن نگهداری تا            مشعلهای بـویلر ارسـال مـیگـرد د. در مسیر انتقال، سوخت از     صافیهایی به جهت     آشغالزدایی عبـور داده مـ یشـو د. در صـ ورتی کـهسوخت مایع مورد نظر ویسکوزیته بالایی داشته باشد باید به وسیله سیستم گرمـایش سـوختکه عموماً به شکل یک کویل بخار در مخزن است. گرم شده تا راحت حرکت کند و اگر از چند سوخت مایع برای بویلر استفاده می گردد باید قبل از ورود سوخت ها به مشـعل آنهـا را بـا هـممخلوط نمود.

سوخت گازی از مخازن گاز وارد سیستم جداکننده یا صافی هـا شـده و بـه وسـیله خطـوطانتقال به سمت بویلر منتقل  میگردند، قبل از ورود این سوخت به       مشعلهای بـویلر از دو شـیرایمنی به نام Safety shut off valve استفاده شده است که در مواقع اضطراری جریان سـوختبه مشع لها را قطع می کنند.

  • سیستم تأمین هوای مورد نیاز احتراق

هوای مورد نیاز احتراق از طریق کانال ورودی هوا به سمت فن ها کشیده می شود. در محـلورود هوا به این کانال از تورهای استفاده شده است که از ورود اجسامی مانند آشغال و یا حتی پرندگان جلوگیری نماید. حرکت هوا با سرعت زیاد در این  کانالها سبب تولیـد صـدای زیـادیمی گردد، از این رو در بعضی واحدها از یک صدا خفه کن یـاSilencer  بـه جهـت جلـوگیری ازانتشار صدای هوا استفاده می نمایند. در مناطق سرد و حتی در بعضی منـاطق گـرم بـه جهـتافزودن بازده احتراق، هوا را از پیش گرم کننده عبور می دهنـ د. البتـه ممکـن اسـت بخـ شهـایصداخفه کن و پیش گر مکن در همه بویلرها وجود نداشـته باشـد. پـس از ایـن مرحلـه هـوا واردDamper Valve که دریچه اصلی هوای ورودی به فن است، می گـرد د. بـه وسـیله ایـن بخـشمقدار هوا را تنظیم می کنند، در بویلرهایی که فن دمنده دارند، هوا در این مرحله وارد فن شده و در خروجی فن وارد کانال اصلی هوای مورد نیاز احتراق می گردد. ایـن کانـال اصـلی هـوا بـهشاخه هایی تقسیم شده که هر یک به یکی از مشعل هـا مـی رود و اصـطلاحاً بـه آنهـا رجیسـترمی گویند، آنها هوای لازم برای احتراق هر مشعل را منتقل می نمایند. در انتهـا هـوا بـه مشـعلمورد نظر  میرسد.

سیستم عبور گازهای حاصل از احتراق

پس از احتراق سوخت در مشعل، گازهـای حاصـل از احتـراق در محفظـه احتـراق تشـکیلمی گردند. در این قسمت که بخش تابشی بویلر را تشکیل می دهد، گازهای گرم پس از برخورد با تعدادی از لوله های بالارونده، از مسیری وارد بخش  جابجایی مـ یگردنـ د. در ابتـدای ورود بـهبخش جابجایی، یعنی در گرم ترین بخش جابجایی، سوپرهیترها قرار دارنـ د. گازهـای حاصـل ازاحتراق پس از سوپرهیترها به سمت لوله های پایین رونده رفته و در نهایـت وارد کانـال گـاز یـا gas duct م یگردند. غالباً در مسیر جابجایی از             بفلها یا  دیوارههایی استفاده شده اسـت کـه تـاحد امکان گازهای حاصل از احتراق با سطوح جـذب حرارتـی تمـاس بیشـتری داشـته باشـند.

گازهای حاصل از احتراق بعد از کانال گاز وارد بخش اکونومایزر و در نهایت دودکش می گردند.

دیدگاهتان را بنویسید

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

Call Now Buttonتماس - بخش فروش