بویلرها (دیگ های بخار)

بویلرها (دیگ های بخار)

بویلرها دیگ بخار سپاس اصفهان آموزش ایمنی

 

مقدمه:   

سوخت های هیدروکربنی عمده ترین بخش انرژی سیستم های صنعتی را تشکیل می دهد . با افزایش هزینه اینگونه سوخت ها توجه روز افزونی به کاهش مصرف انرژی معطوف شده  و در طراحی دستگاههای مصرف کننده انرژِی اصلاحاتی صورت گرفته است . در صنایع  شیمیایی و پالایش نفت حدود ۷۵ درصد انرژی بصورت سوخت هیدرو کربنی در کوره ها و بویلر ها به مصرف می رسد. کاهش انرژی صرف وقت و نیروی فکری قوی جهت بررسی معیارهای طراحی  و روش های ساخت کوره ها می باشد.

در این پروژه سعی شده است تا در مورد نقش حیاتی تولید بخار در کار خانه ها و خصوصیات بخار و اصول تبدیل آب به بخار توضیحاتی گنجانده شود .بخار آب دارای مشخصه های ویژه ای است که با توجه به آنها استفاده  از بخار را مقرون به صرفه می کند.

بخار آب قادر است که مقادیر زیادی انرژی حرارتی را با خود حمل نماید و آنرا به تمام نقاط کارخانه ها برساند.
مقدار کمی از آب به حجم خیلی زیاد از بخار تبدیل می شود ( یک حجم آب به ۱۶۰۰ برابر بخار تبدیل می شود)
بخار آب در اثر تغییر درجه حرارت و تغییر فشار ، حجمش  تغییر می کند.
بخار آب با درجه حرارت و  فشار بالا جهت راه اندازی  توریبن های بخار بکار می رود و یکی دیگر از خصوصیات بخار آب ، این است که می شود به آن حرارت زیادی منتقل کرد و به بخار سوپر  هیت تبدیل نمود .این بخار در صنعت مزایای زیادی بخصوص در راه اندازی توربین ها دارد . در هر صورت تحت چنین خصوصیات با ارزشی ، کاربرد های مفیدی در صنعت چون مشتعل نمی شود و به اشتعال هم کمک نمی کند.

 

تولید بخار در دیگ های بخار

استفاده و کاربرد دیگهای بخار در تولید انرژی الکتریکی در نیروگاهها و فرآیند شیمیایی و پالایشی و پتروشیمی در مجتمع های مربوط و نیز در تاسیسات گرمایشی به حدی فرآوان است که امروزه طراحی و ساخت آنها جایگاه خاصی در صنعت سنگین پیدا کرده است و این بخش از صنعت و تکنولوژی آن تا یک دهه گذشته بطور کامل در اختیار کشورهای پیشرفته صنعتی و محدود کشورهای در حال توسعه بوده و اکنون کشورهای دیگر از جمله ایران توانسته اند به تکنولوژِی طراحی و مهندسی و عملیات ساخت دیگهای بخار سنگین و نیمه سنگین دست یابند و تلاش برای دستیابی به تکنولوژی طراحی و مهندسی و ساخت دیگهای بخار فوق سنگین که از نوع (once through)  یا(super critical pressure) میباشند نیزباید مورد توجه قرار گیرد . آنچه که سبب گسترش این صنعت می گردد ، توسعه صنعتی کشورها و نیز تعدد و تنوع محصولات جدید در بخشهای پتروشیمی ، پالایشی ، شیمیایی و سلولزی است و نیز افزایش روز افزون نیاز به  انرژیِ الکتریکی با توسعه نیروگاههای جدید حرارتی و استفاده از بویلر می باشند . تولید بخار در  دیگهای بخار در شرایط خشک و داغ (super  Heated steam)  عمدتا برای چرخش توربین های بخاری و تولید انرژی مکانیکی است و تولید بخار بصورت اشباع   ( saturated ) عمدتا برای استفاده در پروسس می باشد.

اجزای تشکیل دهنده ی دیگ بخار:

انواع دیگ های بخار عبارتند از:

دیگ های بخار فایرتیوب یا لوله آتشین

دیگ های بخار واترتیوب یا لوله آبی

دیگ های بخار ترکیبی

دیگ بخار فایر تیوب یا لوله آتشین، بویلر هایی هستند که با عبور آتش و دود از درون لوله ها، آب اطراف لوله ها را به درجه حرارت مورد نظر می رساند. این نوع از بویلرها معمولا به روش های سه فاز یا چهار فاز ساخته می شوند. بویلرهای واتر تیوب معمولا برای کار در فشارهای بالا ساخته می شوند در این نوع از دیگ های بخار، آب در درون لوله در جریان است و آتش به صورت مستقیم به لوله ها برخورد می کند. این نوع از دیگ های بخار در فشارهایی بالاتر از ۱۰۰ بار هم ساخته می شوند. دیگ های بخار ترکیبی بصورت دیگ های بخار فایر تیوب با محفظه احتراق واتر تیوب می باشند که همانند سایر انواع دیگ های بخار دارای کوره و لوله های انتقال حرارت جابجایی می باشند.

بویلر واترتیوب

بویلر واتر تیوب (Water tube Boiler) نوعی از بویلر است که آب درون لوله ها در جریان است و با آتش که از بیرون به لوله ها برخورد می کند گرم می شود. این نوع از بویلرهای واتر تیوب برای فشار کارهای بسیار بالا مورد استفاده قرار می گیرد. آتش تولید شده توسط مشعل در کوره یک جریان گاز داغ (دود) را تولید کرده که تمامی لوله ها را احاطه می کند. در نوع بخار این دستگاه آب جاری در لوله ها گرما را گرفته و به بخار تبدیل می شود و به درون درام یا کلکتور بالای دیگ راهنمایی می شود. (Steam Drum )  بخار اشباع نیز از بالای درام به داخل سوپر هیتر منتقل می شود تا بخار اشباع به بخار سوپر هیت تبدیل شود. بخار سوپرهیت شده هم به مصرف مورد نیاز می رسد. بخار سوپر هیت به عنوان بخاری تعریف می شود که در فشار خاص از دمای نقطه جوش آب، دمای بالاتری را دارا می باشد.

بخار سوپر هیت یک گاز خشک به حساب می آید که برای چرخاندن توربین در نیروگاههای بخار ( تولید برق) استفاده می شود. برای صرفه جویی در مصرف آب و هزینه ی تهیه آب مناسب برای بویلر ها، این بخار پس از استفاده در توربین و تولید کار در منبع کندانس یا برج های خنک کننده به آب تبدیل شده و پس از گذشتن از مراحل دیگر دوباره به دیگ وارد می شود. آب سرد در درام پایینی دیگ وارد شده، که این آب ممکن است به وسیله اکونومایزرها و پیش گرمکن ها قبل از ورود به دیگ گرم شده باشد. دیگ های واتر تیوب در نیروگاه ها تا دمایی بالغ بر ۵۵۰ درجه سلسیوس و در فشار۱۵۰ بار بخار تولید می کنند. بویلرهای واتر تیوب برای تولید آبگرم و گرمایش ساختمان هم مورد استفاده قرار می گیرند و دارای راندمان بالاتری نسبت به دیگ های چدنی و فولادی فایر تیوب می باشند.

بویلر فایرتیوب

بویلر های نوع فایرتیوب  (Firetube boiler) یا «آتش در لوله» شامل لوله های فولادی بلندی هستند که گازهای داغ تولید شده در کوره ی آنها، از درون این لوله ها عبور کرده و آبی که باید به بخار تبدیل شود، اطراف آنها جریان داشته و سیرکوله می شود. این بویلرها معمولاً برای ظرفیت های پایین بخار، از ۱۰۰ کیلوگرم بخار تا ۳۰ تن بخار در ساعت و یا برای تولید آبگرم تا ۱۶ ملیون کیلوکالری برساعت استفاده می شوند. بنا بر محدودیت های ساختی، این نوع از بویلر ها که به صورت استوانه های جدار نازک ساخته می شوند و نوعی از مخازن تحت فشار به حساب می آیند، توان تحمل فشاری بالاتر از ۳۰ بار برای آن ها امکان پذیر نمی باشد و در صورت نیاز به ظرفیت ها و فشار های بالاتر، باید از بویلر های واتر تیوب استفاده شود.

دسته بندی بویلرهای فایرتیوب

یکی از روش های دسته بندی بویلر های فایرتیوب، بر اساس تعداد پاس های آنها (تعداد دفعاتی که گازهای داغ احتراقی از درون بویلر عبور می کنند) می باشد. محفظه ی احتراق به عنوان پاس اول بوده و پس از آن از لوله های آتش خوار به عنوان پاس های بعدی استفاده می شوند. رایج ترین نوع بویلر فایرتیوب در این گروه، واحد سه پاس می باشد که در آن از دو پاس لوله های آتش خوار استفاده شده و گازهای خروجی از پشت یا بالای بویلر خارج می شوند.

بویلرهای تک گذر فایرتیوب
بویلرهای دو پاس فایرتیوب
بویلرهای کوره برگشتی فایرتیوب
بویلرهای سه پاس فایرتیوب
بویلر های چهار پاس فایرتیوب
بویلر های فایر تیوب به انواع وت بک و درای بک نیز دسته بندی می شوند.

مزایای بویلر فایرتیوب

بویلرهای فایر تیوب نسبت به هزینه ساخت دارای راندمان بالایی می باشند.
تعمیر و نگه داری این نوع از بویلرها آسان تر از نوع واترتیوب است.
طرز کار ساده
حمل و نقل آسان
و …

محدودیت های بویلر فایرتیوب

یکی از محدودیت های استفاده از بویلرهای فایرتیوب این است که استفاده از سوخت های جامد در آنها با مشکلات فراوانی همراه است و معمولاً برای استفاده از سوخت های جامد به بویلر های واترتیوب رجوع می شود.

ضریب انتقال حرارت به وسیله ی جریان گاز درون لوله، کمتر از زمانی است که گاز در بیرون لوله ها جریان دارد. لذا بویلرهای فایرتیوب در ظرفیت مشابه، بزرگ تر از بویلرهای واترتیوب هستند. به دلیل حجم زیاد آب اطراف لوله های آتش در این بویلرها، راه اندازی و وارد خط شدن آنها بیشتر از بویلرهای واترتیوب طول می کشد. در این سیستم ها کیفیت بخار تولیدی پایین است، زیرا در آنها از درام استفاده نمی شود.(درام محفظه ای است که از آن برای جدا کردن آب و بخار از یکدیگر استفاده می شود).  لذا این بویلرها در مواقعی استفاده می شوند که از بخار آنها برای مصارف حساس استفاده نشود. زمانی که قصد داریم بخار سوپرهیت تولید کنیم، بویلرهای واترتیوب برای این کار مناسب تر هستند. در بویلر های فایرتیوب نیز امکان نصب سوپر هیتر وجود دارد اما در این حالت، فضای در دسترس برای نصب سوپرهیترها محدود شده و امکان نصب آنها تنها در بین پاس های لوله های آتش خوار فراهم می باشد که در این حالت یا دمای گازها خیلی بالاست و یا خیلی پایین و نمی توان یک سوپرهیتر ایده آل را طراحی نمود. لذا در این بویلرها نصب سوپرهیتر دشوار بوده و آنها معمولاً بخار اشباع تولید می کنند (معمولاً زیر ۳۰  بار).

در فشارهای بالا، ضخامت جدار ی موج دار کوره ی مرکزی این بویلرها (کوره کورّه گیت)، باید افزایش یابد که با بالا رفتن این ضخامت، ایجاد موج روی بدنه ی آنها دشوار می شود. این موج ها باعث کنترل انبساط حرارتی بین کوره و لوله های کوچک تر در پاس های دوم و سوم می شود. لازم به ذکر است که صفحه ی در بر گیرنده ی لوله ها، در انتهای کوره ثابت شده است و بدون این انعطاف پذیری، در زمان انقباض و انبساط، تنش های بزرگی به لوله ها و صفحه ی دربردارنده ی آنها وارد می شود. تعداد پاس های لوله ها به نظر سازنده بستگی دارد (معمولاً سه یا چهار پاس استفاده می شود).

دودکش در بویلرهای فایر تیوپ

دودکش بویلر وسیله ایست که دود های حاصل از احتراق سوخت بویلر را از موتورخانه خارج  و به فضای آزاد منتقل می کند.

در بویلر های فایر تیوب، دودکش یا در پشت دیگ قرار دارد یا در بالای آن که در هر دو صورت بنا بر قوانین انتخابی دودکش که در همین بخش به آن اشاره می شود، قطر آن تعیین می گردد.

بویلر (همان دیگ) مجهز به دمنده مناسب، بدون دودکش هم می تواند کار کند، ولی مواد حاصل از احتراق را باید به نحوی از محل موتورخانه بیرون راند. این کار، توسط دودکش صورت می گیرد. ارتفاع دودکش بستگی به مقررات محلی و نیروی رانشی مناسب دارد ولی شرایط محل نصب مانند ساختمان های بلند مجاور، جهت باد و عوامل جغرافیایی نیز موثر خواهد بود.

 در صورت وجود مسیر های فرعی در مسیر دود و محصول احتراق ، دودکش باید طوری انتخاب شود که افت فشار ناشی از مسیر های فرعی را جبران نماید.

بنابراین در انتخاب دود کش باید قدرت الکترو موتور ومیزان هوا دهی پروانه دمنده دیگ را در نظرگرفت. دودکش باید به حالت آزاد ایستاده به مجرای خروجی دود متصل شود. لوله باید به طرف بالا باشد تا از خطر ناشی از تراکم گاز جلوگیری کند. قبل از تصمیم درباره ارتفاع دودکش شرایط و مقررات محلی باید مطالعه شود. سطح مقطع دودکش نباید از سطح مقطع محل خروج دود از دیگ کمتر باشد.

دسته بندی بویلرهای فایرتیوب بر اساس تماس آب با پشت دیگ

این بویلرها به دو دسته کلی تقسیم می شوند: پشت تر و پشت خشک.
بویلر های فایر تیوب پشت تر wetback
در نوع پشت تر محل چرخش گازهای داغ، توسط آب پوشانده می شود. لذا گازهای داغ خروجی در این حالت بر خلاف مدل پشت خشک، با مواد نسوز تعبیه شده در انتهای بویلر، برخورد نمی کنند. در نتیجه بویلرهای نوع پشت تر مشکلات کمتری با تعمیر و نگهداری مواد نسوز داشته و راندمان بالاتری دارند.

بویلر های فایر تیوب پشت خشک dryback
این نوع از بویلر ها دارای راندمان پایین تری نسبت به بویلر های فایر تیوب پشت تر می باشند و همچنین تعمیر و نگه داری آنها هزینه ی بالاتری را طلب می کند و از این جهت ساخت این نوع از بویلر ها در دنیا رو به رسوخ است.

تقسیم بندی بویلر های فایر تیوب بر اساس تعداد گذر دود

دوپاس

بویلر های فایر تیوب دو پاس دارای یک کوره و یک مسیر برگشت از لوله ها می باشد. این نوع از بویلر ها دارای راندمان پایینتری نسبت به دیگر نمونه ها هستند و بیشتر در نمونه های پشت خشک (dry back) مورد استفاده قرار می گرفتند و امروزه تولید آن ها رو به اتمام است.

کوره برگشتی

بویلر های کوره برگشتی راندمان بالاتری نسبت به دیگ های دو پاس دارند و بیشتر انرژی خود را در کوره منتقل می کنند. به این نحو که با تولید آتش توسط مشعل و ورود آن به کوره، آتش دو بار مسیر کوره را در یک رفت و برگشت طی می کند و به پاس لوله ها وارد شده و از دودکش خارج می شود. این نوع از بویلر ها راندمانی بین ۷۰ تا ۸۰ درصد دارند. استفاده از اکونومایزر ها نیز در این نوع از بویلر ها بسیار رواج دارد که راندمان سیستم را تا ۵ درصد افزایش می دهد. درباره اکونومایزر در بخش بعد توضیحات بیشتری آورده خواهد شد.

این نوع از بویلر به ندرت برای تولید بخار مورد استفاده قرار می گیرند و بیشتر برای تولید آبگرم از آن ها استفاده می شود.

سه پاس

بویلر های فایر تیوب سه پاس رایج ترین انواع بویلر های فایر تیوب می باشد که با راندمانی تا ۸۶ درصد، مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع از بویلرها با سه مسیر رفت و برگشت، آتش را هدایت می کنند تا انرژی خود را به آبی که در اطراف آن وجود دارد منتقل سازد. در بویلر های سه پاس از سه نوع کوره استفاده می شود. کوره معمولی، کوره هوپ دار و کوره کورّه گیت.

دیگ آب گرم (Hot Water Boiler) یا بویلر آبگرم

 یک مخزن تحت فشار می باشد که در آن سیال عامل تحت فشار، گرم شده و مورد استفاده قرار می گیرد. آب به عنوان سیال عامل بیش تر بویلرها  با ظرفیت حرارتی بالا توان ذخیره انرژی مورد نیاز را دارد.

دیگ های آبگرم در سیستم های گرمایشی مورد استفاده قرار می گیرد و با جاسازی آن در موتورخانه ساختمان می توان گرمایش محیط را تامین کرد.

دیگ های آبداغ نیز از انواع دیگر بویلر ها هستند که در فشار های بالاتر آب بالای ۱۰۰ درجه سانتی گراد تولید می کنند.

بازه ی استفاده از دیگ های آب گرم:

دیگ های آبگرم معمولا از ظرفیت ۸۰,۰۰۰ کیلوکالری بر ساعت تا ۱۶,۰۰۰,۰۰۰ کیلوکالری بر ساعت تولید می شود.

دیگ های آبگرم و آب داغ از فشار ۲ بار تا ۲۰ بار تولید می شود. و معمولا در سیستم های گرمایش مرکزی (موتورخانه) برای تولید آبگرم رادیاتور، فن کویل، یونیت هیتر، گرمایش از کف و … مورد استفاده قرار می گیرد.مشابه این نوع از دیگ ها در ظرفیت پایین می توان از پکیج های دیواری نام برد و در ظرفیت های بالا نیز سیستم موتورخانه مرکزی با بخار به عنوان روشی دیگر برای گرمایش ساختمان مطرح می شود.

محاسبه ی ظرفیت دیگ های آب گرم:

برای محاسبه ظرفیت دیگ های آبگرم برای یک ساختمان پارامتر های متعددی دخیل هستند از جمله:

متراژ ساختمان

تعداد طبقات ساختمان (تاثیر بر روی فشار کاری دستگاه)
محل کار دستگاه
کاربری محل مورد استفاده
تعداد افرادی که در محل هستند
دمای هوای محیط در طول سال
ارتفاع از سطح دریا
راندمان شرکت سازنده
و …
برای این محاسبات ، نرم افزار کریر بهترین راه حل می باشد و مهندسین تاسیساتی خبره در این زمینه با این نرم افزار محاسبات بار گرمایشی و سرمایشی ساختمان را محاسبه می کنند.

اما برای تخمین بار گرمایی یک ساختمان معمولا متراژ زیربنای ساختمان را در عددی بین ۵۰ تا ۲۰۰ (بر اساس شهر یا کشور محل نصب دستگاه) ضرب می کنند تا ظرفیت دیگ به کیلو کالری بر ساعت بدست آید.

برای مثال:

یک ساختمان با زیربنای ۱۰۰۰ متر مربع در شهر تهران برای گرمایش به دیگ آبگرمی به ظرفیت ۱۵۰,۰۰۰=۱۰۰۰*۱۵۰کیلو کالری بر ساعت نیاز دارد. (بدون احتساب آبگرم مصرفی  )

 توجه کنید این محاسبات تنها معیاری از میزان حرارت مورد نیاز در اختیار شما قرار می دهد و حتما بار گرمایشی باید به صورت دقیق محاسبه گردد.

21

روابط عمومی سلامت پیشرو ایمن سپاهان

۹۷/۰۶/۲۷