- ۰۹۱۵۳۲۰۵۹۷۵ - ۰۵۱۳۵۴۲۰۶۶۳
دنیس پاپین اولین دیگ بخار(بویلر) را در سال 1679 توسعه داد و از آن زمان تاکنون تنها ظرفیت و پیچیدگی آن افزایش یافته است.
امروزه انواع مختلفی از دیگ های بخار برای کاربردهای مختلف داریم. در این مقاله، انواع دیگ های بخار را برای درک بهتر این قطعه ضروری مرور می کنیم.
اما قبل از رسیدن به آنجا، اجازه دهید با تعریف دیگ شروع کنیم.
دیگ بخار یک مبدل حرارتی تحت فشار پوسته و لوله است که با استفاده از هوا یا گازهای داغ سیال را گرم کرده و آن را برای مصارف مختلف به بخار تبدیل می کند. به نوعی می توان ادعا کرد که دیگ بخار نوعی مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد.
سیال معمولاً آب است اما می تواند روغن یا سایر مواد نیز باشد. بخار ممکن است نیروی محرکه ایجاد کند، محرک اصلی یا منبع گرمایشی برای عوامل تحویل در پایین دست خطوط لوله بخار باشد.
دیگ بخار تنها یک قطعه از کارخانه تولید بخار است. برای اینکه نیروگاه مطابق طراحی عمل کند، باید به تجهیزات دیگری مانند کندانسور، مخازن آبشاری، پیش گرمکن ها، پمپ های نفت کوره، شیرهای کاهش فشار و غیره متصل شود.
مطالعه مربوط: دیگ های بخار
روش های مختلفی برای طبقه بندی بویلر ها وجود دارد. که چند نوع آن به شرح زیر است:
طبقه بندی بر اساس:
– استفاده و کاربرد
– محتویات لوله
– فشار بخار
– محیط گرمایشی
– محل کوره
– تعداد لوله ها
– جهت قرارگیری پوسته
– تحرک(جابجایی)
– منبع انرژی
– روش گردش
– تعداد پاس
– طراحی محفظه احتراق
در اینجا نمودار درختی دسته بندی های مختلف و انواع دیگ های زیر آنها آورده شده است. نمودار با شرح کوتاهی از هر دسته و دیگ های زیر آن همراه است.
یکی از اولین راههای طبقهبندی دیگها، عملکردی است که در یک راهاندازی انجام میدهند. دیگ را می توان بر اساس کاربرد آن به عنوان دیگ اصلی یا کمکی طبقه بندی کرد.
1- دیگ اصلی
دیگ اصلی به دیگ بخار در یک کشتی اطلاق می شود که برای رانش بخار تولید می کند. این اصطلاح همچنین ممکن است به دیگ اولیه ای اشاره داشته باشد که در شرایط عادی در تاسیسات صنعتی استفاده می شود.
2- دیگ کمکی
دیگ های کمکی دیگ های بخاری هستند که بخار نیروی محرکه را تامین نمی کنند اما می توانند تمام نیازهای دیگر را برآورده کنند. دیگ های کمکی در کشتی ها برای تخلیه بار، گرمایش مخازن، گرمایش محل اقامت و ماشین آلات (تصفیه کننده ها، زباله سوزها و غیره) استفاده می شوند.
این اصطلاح همچنین ممکن است به دیگ های اضافی اشاره داشته باشد که مکمل دیگ های اصلی در فرآیندهای صنعتی زمانی که نیاز زیاد است. دیگ کمکی گاهی اوقات به نام دیگ خر نیز شناخته می شود.
این محبوب ترین طبقه بندی دیگ های بخار است. بسته به محتوای لوله ها، می توان بویلرها را به دیگ های لوله آب یا دیگ های لوله آتش طبقه بندی کرد. اجازه دهید کمی بیشتر در مورد هر یک از این دو مورد بیاموزیم.
1- دیگ لوله آب یا واتر تیوب (Water tube boiler)
دیگ بخار لوله ای است که آب در داخل لوله های داخل پوسته جریان دارد. این لوله ها توسط گازهای داغ احاطه شده اند که آب را گرم می کنند. آب گرم به سمت بالا به سمت درام بخار جریان می یابد و سپس به بخار تبدیل می شود.
سپس بخار از بالای درام استخراج می شود و به کاربردهای مختلف ارسال می شود. به طور کلی از این دیگ ها برای کاربردهای فشار بالا استفاده می شود.
مزیت دیگ لوله آب این است که احتمال انفجار بسیار کم است. قطر لوله در محدوده نگه داشته می شود و درام بخار از اشعه و برخورد شعله محافظت می شود.
در صورت نشتی لوله، آب با سرعت بسیار کمتری خارج می شود. از طرف دیگر، در دیگ فایر تیوب، اگر کوره بیش از حد گرم شود و پاره شود، تمام آب تغذیه را آزاد می کند.
2- دیگ لوله آتش یا فایر تیوب (fire tube boiler)
بر خلاف دیگ لوله آب، دیگ فایر تیوب گازهای دودکش را درون لوله ها نگه می دارد. این لوله ها از بیرون با آب احاطه شده اند، جایی که انتقال حرارت به آب انجام می شود. آب گرم می شود، به بخار تبدیل می شود و به مصرف های مختلف می رسد.
جهت مطالعه مزایا و معایب دیگ لوله آب و لوله آتش نسبت به یکدیگر به مقاله دیگ های بخار مراجعه کنید.
همه کاربردها به فشار بخار یکسان نیاز ندارند. ما می توانیم از این به عنوان معیاری برای طبقه بندی بویلرها استفاده کنیم. بر اساس فشار میتوان بویلرها را به سه نوع زیر طبقهبندی کرد.
1- دیگ های کم فشار
هنگامی که یک دیگ بخار حداکثر فشار بخار را تا 10 بار تولید می کند، به عنوان دیگ بخار کم فشار شناخته می شود.
2- دیگ های فشار متوسط
دیگ فشار متوسط دیگ بخاری است که فشار بخار در محدوده 10-25 بار تولید می کند.
3- دیگ های فشار قوی
هر دیگ بخاری که فشار بخار بالاتر از 25 بار تولید کند، دیگ فشار قوی است.
محیط گرمایش گرمای کوره را جذب می کند و آن را به مصرف کنندگان در سیستم دیگ بخار منتقل می کند. دو نوع اصلی از رسانه های گرمایشی وجود دارد. این انوع دیگ بخار و سیال حرارتی هستند.
1- دیگ بخار
بخار رایج ترین وسیله گرمایش دیگ بخار است. دیگ های بخار می توانند طیف گسترده ای از کاربردها را انجام دهند زیرا در فشارهای مختلف موجود هستند. حتی در سیستمهای دیگهای فشار قوی، میتوانیم با تعبیه یک شیر کاهش فشار بخار، بخار کم فشار را برای مصرفکنندگان انتخابی فراهم کنیم.
دیگهای بخار بیشتر به دیگهایی تقسیم میشوند که بخار اشباع تولید میکنند و دیگهایی که بخار فوقگرم تولید میکنند. بخار سوپرهیت به بخاری گفته می شود که هیچ گونه تری یا رطوبتی در آن وجود ندارد.
این بخار عمدتاً برای تولید برق در توربین ها استفاده می شود زیرا هیچ آسیبی به پره های توربین وارد نمی کند. بخار اشباع برای تمام مصارف دیگر به خوبی کار می کند.
2- دیگ سیال حرارتی
دیگ های سیال حرارتی از سیالات مایع به جای بخار برای جذب گرما در کوره و تامین آن به مصرف کنندگان استفاده می کنند. سه نوع اصلی سیالات حرارتی در این سیستم ها عبارتند از آب، روغن و مخلوط آب-گلیکول.
آب بهترین ظرفیت گرمایی را فراهم می کند اما دمای سیستمی که می تواند در خود جای دهد محدود است. برای افزایش دامنه دما، گلیکول را به آب اضافه می کنیم. این باعث افزایش نقطه جوش و کاهش نقطه انجماد می شود اما آب در نهایت مقداری از ظرفیت گرمایی خود را از دست می دهد.
روغنهای حرارتی میتوانند دماهای بسیار بالاتری (تا ۴۲۵ درجه سانتیگراد) را نسبت به آب تحمل کنند، بدون اینکه جوش بیاورند یا فشار سیستم را افزایش دهند. آنها همچنین هیچ گونه رسوب سخت یا خوردگی در سیستم ایجاد نمی کنند که یکی از معایب رایج بویلرهای مبتنی بر آب است.
کوره وظیفه تامین گرمای سیستم بویلر را بر عهده دارد که سپس به محیط گرمایشی منتقل می شود. بسته به موقعیتی که در سیستم دارد، میتوان دیگ را به دو دسته بیرونی یا داخلی تقسیم کرد.
1- انفجار خارجی
هنگامی که کوره در خارج از پوسته دیگ قرار دارد، به عنوان یک دیگ بخار خارجی شناخته می شود. در چنین سیستمی آب به طور کامل یا جزئی دیگ را احاطه نمی کند. نمونه هایی از دیگ های با شعله خارجی عبارتند از: دیگ های بابکوک و ویلکاکس، دیگ های استرلینگ و غیره.
2- انفجار داخلی
هنگامی که محفظه احتراق در پوسته دیگ وجود دارد، به عنوان یک دیگ بخار داخلی شناخته می شود. نمونه هایی از این سیستم های دیگ بخار کوکران، لنکاوی و دیگ های لوکوموتیو هستند.
لوله ها تقریباً در همه بویلرها وجود دارند. ما می توانیم از تعداد لوله های موجود در پوسته دیگ استفاده کنیم تا آنها را به عنوان دیگ های بخار تک لوله ای یا دیگ های چند لوله ای طبقه بندی کنیم.
1- دیگ بخار تک لوله
دیگ بخار تک لوله فقط از یک لوله آتش یا لوله آب تشکیل شده است. نمونه هایی از دیگ های تک لوله ای دیگ های کورنیش و بویلرهای عمودی ساده هستند.
این نوع دیگ فشرده تر، مقرون به صرفه تر و نگهداری آن آسان تر است. با این حال، حجم بخار کمتری را در مقایسه با دیگ های چند لوله ای فراهم می کند.
2- دیگ چند لوله ای
دیگ های دارای دو یا چند لوله به نام دیگ های چند لوله ای شناخته می شوند. این دیگ ها ممکن است دیگ های آتش یا لوله آب باشند. در مقایسه با دیگ های تک لوله ای، این دیگ ها به دلیل مساحت سطح بالا برای انتقال حرارت، ظرفیت تولید بخار بسیار بالاتری دارند.
بسته به جهت پوسته دیگ بخار می توان بویلرها را به سه دسته افقی، عمودی و شیبدار تقسیم بندی کرد.
1- دیگ افقی
دیگ های با محور پوسته افقی به نام دیگ های افقی شناخته می شوند. این دیگها سطح زمین بیشتری را اشغال میکنند اما دسترسی خوبی به تمام قسمتهای دیگ برای تمیز کردن، نگهداری و تعمیر فراهم میکنند.
نمونه های متداول دیگ های افقی دیگ بخار لنکاوی، دیگ بخار و دیگ لوکوموتیو هستند.
2- دیگ عمودی
دیگ های عمودی در جایی که ظرفیت کف محدود وجود دارد ترجیح داده می شوند. یک محور پوسته عمودی بیشتر بدنه دیگ را به صورت عمودی جهت می دهد و سطح کف پوشیده شده توسط تجهیزات را کاهش می دهد. در نتیجه می توانیم به اندازه نیاز دیگ بخار ظرفیت داشته باشیم.
به این ترتیب، دیگهای عمودی در کشتیها به دلیل جای محدودشان استفاده میشوند. پیش از این، به دلیل نیاز به فشردگی و مانور بیشتر، در اتومبیل های بخار و لوکوموتیوها نیز استفاده می شد.
بویلرهای عمودی در مقایسه با دیگ های افقی تحمل سطح آب بیشتری دارند، زیرا سطح آب همیشه بالای جعبه آتش می ماند. نمونه هایی از دیگ های عمودی دیگ های عمودی ساده و دیگ های کوکران هستند.
3- دیگ های شیبدار
همانطور که از نام آن پیداست، این دیگها دارای پوستههای متمایل به زمین هستند.
روش دیگر برای طبقه بندی دیگ ها بر اساس تحرک آنها است. دیگ ها را می توان به مکانی چسباند یا متحرک بمانند. بنابراین، آنها به عنوان ثابت یا قابل حمل طبقه بندی می شوند.
1- دیگ های ثابت
وقتی دیگها در جای خود ثابت میشوند و تمام خطوط لوله دائمی هستند، به آن دیگ ثابت میگویند. به طور کلی، این دیگها بسیار بزرگ هستند و در صنایع/فرآیندهایی که به حجم بخار بالا نیاز دارند کاربرد دارند. به عنوان مثال می توان به نیروگاه ها، تانکرهای نفت، صنایع لاستیک، سیمان، قند و کاغذ اشاره کرد.
اما این دیگ ها همچنین می توانند کوچک باشند مانند دیگ های بخار خانگی که در جای خود ثابت می شوند.
2- دیگ های قابل حمل (سیار)
دیگ های قابل حمل آنهایی هستند که ماهیت متحرک دارند. آنها ممکن است دارای چرخ یا قابلیت حمل دستی باشند. آنها کاملاً مستقل هستند و از طریق شیلنگ یا لوله به هیچ تجهیزات دیگری ثابت نمی شوند.
اما این دیگ ها ممکن است همیشه کوچک نباشند. دیگ های قابل حمل می توانند تا 125000 Ib/hr ظرفیت تولید کنند.
ما می توانیم از طیف گسترده ای از منابع انرژی برای احتراق دیگ ها استفاده کنیم. پنج نوع اصلی از منابع انرژی دیگ بخار به شرح زیر است.
1- دیگ بخار سوخت جامد
ما میتوانیم از سوختهای جامد مانند زغال سنگ، چوب، زبالههای کشاورزی، لاستیکها، زیست توده و غیره برای تامین انرژی این دیگها استفاده کنیم. آنها هزینه های جاری پایین، انتخاب سوخت گسترده ای دارند و می توانند کربن خنثی باشند (دیگ توده زیستی).
2- دیگ بخار سوخت نفتی
اینها رایج ترین نوع دیگ های بخار هستند و همچنین در طیف وسیعی از سوخت ها مانند دیزل، نفت سنگین، سوخت هیبریدی وجود دارند. در چند دهه گذشته کارهای زیادی در زمینه بهبود بویلرهای نفت سوز انجام شده است. در نتیجه، این دیگها نسبت به فناوریهای جدیدتر، راندمان و دوام بالایی دارند.
هر جا که منبع گرمای اتلافی وجود داشته باشد، می توانیم از آن برای آتش زدن دیگ ها و بازیابی بخشی از انرژی استفاده کنیم. این گرمای اتلاف می تواند به شکل گازهای دودکش باشد که محصول فرعی فرآیندهای احتراق مانند سوزاندن یا کارکرد موتور یا هوای داغ ناشی از فرآیندهای صنعتی هستند.
دیگ های حرارتی زباله معمولاً در کشتی ها به عنوان اکونومایزر گازهای خروجی دیده می شوند. این دیگ های بخار همچنین ممکن است در پایین دست توربین ها برای کاهش اتلاف انرژی و بهبود راندمان استفاده شوند.
این دیگها معمولاً همراه با دیگهای خودکار استفاده میشوند، زیرا ممکن است منبع گرمای اتلافی همیشه در دسترس نباشد.
یک مثال خوب این است که وقتی تانکرهای نفت در بندر متوقف می شوند و برای تخلیه نفت از طریق COPT نیاز به بخار دارند، دیگ های بخار باید استفاده شوند زیرا به دلیل توقف موتور نمی توانند بخار تولید کنند.
مطالعه مرتبط: مبدل های حرارتی در صنایع تصفیه آب و فاضلاب
4- دیگ بخار سوخت برقی
در دیگ های برقی، الکتریسیته به جای احتراق منبع سوخت، گرما تولید می کند. این دیگها در سالهای اخیر به دلیل افزایش آگاهی از اثرات زیستمحیطی سیستمهای مبتنی بر سوختهای فسیلی محبوبیت پیدا کردهاند.
دیگ های برقی پایدار هستند، در هزینه ها و انرژی صرفه جویی می کنند، دارای نگهداری آسان تر و ایمن تر هستند زیرا امکان نشت سوخت وجود ندارد.
5- دیگ بخار سوخت گازی
بویلرهای گازسوز از گاز طبیعی یا پروپان برای گرم کردن آب و تولید آب گرم یا بخار استفاده می کنند. گاز طبیعی بسیار کارآمدتر است و به طور بالقوه می تواند صدها دلار در هزینه های گرمایش سالانه حتی در تنظیمات کوچک صرفه جویی کند.
برای اینکه فشار بخار آب بر فشار بخار غلبه کند، آب باید به طور مداوم در دیگ در گردش باشد. این فرآیند در نهایت بخار تولید می کند. اما دو راه برای انجام آن وجود دارد: گردش طبیعی و گردش اجباری.
1- دیگ با گردش طبیعی
در یک دیگ با گردش طبیعی، گردش آب به دلیل اختلاف چگالی بین آب سرد و گرم اتفاق می افتد.
آب گرم پس از جذب گرما از لوله ها به بالای درام آب می رسد و آب نسبتاً سردتر از طریق یک لوله مجزا که به نام پایین آمدن نامیده می شود به پایین درام آب می رسد. آب گرم هیچ فشار خارجی دریافت نمی کند.
2- دیگ با گردش اجباری
در این نوع، به جای اینکه منتظر بمانیم تا اختلاف چگالی رخ دهد، جریان آب را اجبار می کنیم.
یک پمپ در امتداد سرازیر قرار می گیرد که در آن آب را از پایین درام بخار می کشد و آن را از طریق ناحیه گرم شده (کوره) به سمت جلو می فرستد. این دیگ، بخار بسیار سریعتری از یک دیگ با گردش طبیعی تولید می کند.
تعداد دفعاتی که گازهای دودکش از درام آب عبور می کنند راه دیگری برای طبقه بندی بویلرهای لوله آتش است. این طبقه بندی فقط برای بویلرهای لوله آتش است زیرا گازهای دودکش از لوله های این بویلرها عبور می کنند. بنابراین دیگ های فایر تیوب می توانند دیگ های تک پاس یا چند پاس باشند.
1- دیگ تک پاس
در دیگ های تک پاس، گازهای خروجی یک بار قبل از خروج از سیستم از دیگ بخار عبور می کنند.
2- دیگ چند پاس
در دیگ های چند گذر، گازهای داغ قبل از خروج از سیستم چندین بار از دیگ عبور می کنند، این عبور های متعدد معمولاً توسط بافل ها فعال می شوند.
دیگ بخار لوله آتش چند گذر زمان و مساحت بیشتری را برای انتقال حرارت فراهم می کند. در نتیجه این دیگ ها نسبت به دیگ های تک پاس کارایی بیشتری دارند.
محفظه معکوس جایی است که گاز دودکش در یک دیگ بخار لوله آتش چند پاس تغییر جهت می دهد. دو نوع طرح محفظه معکوس وجود دارد: طرح درای بک(عقب خشک) و طرح وت بک (عقب مرطوب یا تر). اجازه دهید نگاهی کوتاه به هر یک از آنها بیندازیم.
1- دیگ درای بک (عقب خشک)
در دیگ فایر تیوب درای بک، محفظه معکوس فقط تا حدی توسط آب احاطه می شود. قسمت پشتی محفظه برگشت به اتمسفر باز است که ممکن است باعث از اتلاف گرما در اثر تشعشع می شود.
طرحهای درای بک در دیگهای قبلی رایجتر بود، اما آنها نیز منقرض نشدهاند. برخی از طرحهای درای بک مانند طرح سنترفایر به 10 درصد سوخت کمتری نسبت به سایر طرحها نیاز دارند، زیرا مشعل میتواند مدت طولانیتری خاموش بماند، زیرا یک هیت سینک ایجاد میکند.
2- دیگ وت بک (عقب تر)
در دیگ فایر تیوب وت بک، کل محفظه معکوس در پوسته دیگ ادغام شده است به طوری که از همه طرف توسط آب احاطه شده است.
این تلفات تشعشعی را از محفظه معکوس حذف می کند و به آب اجازه می دهد گرمای بیشتری را جذب کرده و بخار بیشتری تولید کند.
در این مقاله سعی کردیم که به معرفی کاملی از انواع دیگ های بخار که نوعی از مبدل های حرارتی هستند،بپردازیم. شما می توانید برای خرید انواع مبدل ها حرارتی از جمله مبدل حرارتی پوسته و لوله ، مبدل حرارتی صفحه ای ، دیگ بخار و… با متخصصین ما در شرکت یاران قطعه توس خراسان (یارا مبدل) تماس حاصل فرمایید.
