مقالات
در حال خواندن
آشنایی با بویلر یا دیگ بخار
0

آشنایی با بویلر یا دیگ بخار

توسط میثم نجفی ارشادی۱۴ فروردین, ۱۳۹۶

بویلر یا دیگ بخار( Boiler) دیگ‌بخار عبارت است از یک مخزن بسته که در آن بخار آب جهت استفاده در خارج از آن توسط گرمای ناشی از احتراق سوخت تولید می‌شود. داخل دیگ بخار شامل دو بخش طرف آتش و طرف آب است. سطح گرمایی دیگ بخار به مجموع کلیه سطوح در طرف آتش دیگ بخار اطلاق می‌شود. تمام بخش‌های داخلی و تحت فشار یک دیگ بخار از آلیاژهای آهنی ساخته می‌شوند. دیگ‌های بخار از نظر نوع جنس به دو دسته چدنی و فولادی تقسیم‌بندی می‌شوند. دیگ بخار چدنی برای تولید بخار کم فشار ساخته می‌شود. اکثر دیگ‌های بخار از نوع فولادی هستند.در ادامه مطلب با مکاسیس همراه باشید . . . 

بویلرها معمولا برای تولید بخار (بویلر بخار) و آبگرم (بویلر آبگرم) تولید می شوند. سیال خروجی از بویلر جهت مصارف مختلفی از جمله تولید برق، حرکت لوکوموتیو، گرمایش محیط ، رطوبت دهی به محیط و … استفاده می شود. محل های رایج استفاده از بویلر عبارتست از: نیروگاه، بیمارستان، کارخانجات صنعتی، سونای بخار، ساختمان ها، عمل آوری بتن، کشت قارچ، گلخانه و … هر کدام از این محل ها باموتورخانه بخار و یا موتورخانه ابگرم تجهیز می گردند.

نمای داخلی بویلر

نمای داخلی بویلر

برای راه‌اندازی اولیه یک دیگ بخار، تنها چند مؤلفه کلیدی مورد نیاز است. تانک مهمترین است به این دلیل که این ظرف استیل غیر قابل نفوذ به هوا و یا آهنی شکل آب را نگه می‌دارد و آن را تبدیل به بخار خواهد کرد. المنت گرم کننده که معمولا برای ایجاد گاز، نفت و بخار تحت فشار در زیر تانک وجود دارد. سوپاپ بخار یک دهانه کوچکی در بالای تانک دارد که معمولا یه یک لوله نصب شده است. بیشتر دیگ‌های بخار فشار بالا دارای دودکشی هستند که کمک به خروج گرمای اضافی از سیستم می‌کند.

تاریخچه ساخت دیگ بخار
اختراع دیگ بخار یکی از مهم ترین تحولات انقلاب صنعتی بود که توسط جیمز وات از اسکاتلند اختراع گردید. البته جیمز وات نخستین سازنده ماشین بخار نبود. قبل از او اشخاص دیگری دستگاه های مشابهی ساخته بودند که از آنها مثلاً برای تلمبه زدن آب استفاده می گردید. اما اصلاحات اساسی و مثلاً افزودن محفظه تراکم بخار یا عایق بندی سیلندر بخار در دیگ بخار به وسیله جیمز وات انجام شد.
از آنجایی که جیمز وات امکانات و استعداد کافی برای راه اندازی کارهای تجاری را نداشت، در سال ۱۷۷۵ به کمک مهندس و تاجری توانا به نام ماتیو بولتون شرکتی به نام وات-بولتون را تأسیس نمود که در طی ۲۵ سال تعداد بسیاری موتور بخار ساختند و روانه بازار کردند و ثروت فراوانی با فروش دیگ بخار بدست آوردند.
اگرچه تعداد زیادی از اختراعات در انقلاب صنعتی مؤثر بودند؛ اما هیچکدام از آنها به ‌تنهایی در انقلاب صنعتی مهم و حیاتی نبودند. در واقع می توان گفت که مهم ترین این اختراعات در انقلاب صنعتی، اختراع دیگ بخار بود. چرا که تا قبل از اختراع دیگ بخار منبع اصلی تأمین انرژی برای کارهای مختلف مانند گردش چرخ آسیاب استفاده از نیروی آب و باد و بالاخص استفاده از نیروی عضلات انسان بود. این موضوع باعث محدود شدن ظرفیت تولید صنعتی شده بود. اما پس از اختراع دیگ بخار این مشکل حل گردید و از آن ببعد انرژی فراوانی به واسطه دیگ بخار در دسترس بود که قابلیت افزایش دائمی هم داشت.

دسته بندی بویلرها
رایج ترین نوع دسته بندی بویلر ها ، بویلرهای فایرتیوب و بویلرهای واترتیوب می باشد .

همچنین بویلرها به صورت زیر به کلاس های مختلفی تقسیم می شوند:

۱- از نظر محل کاربرد بویلر:

تولید برق، حمل و نقل (لوکوموتیو)، گرمایش، پخت مواد، استریل کردن مواد و …

۲- از نظر فشار کاری بویلر:

فشار پایین تا متوسط، فشار بالا و فشارهای فوق بحرانی.

۳- با توجه به محل تولید شدن بخار (درون لوله های بویلر یا خارج از لوله ها):

به دو دسته water tube و fire tube

۴-از نظر نوع سوخت مصرفی در بویلر:

سوخت :گاز، مایع و جامد (برای مثال در بویلر های امروزی سوخت اصلی گاز طبیعی است)

۵- از لحاظ تعداد پاس های گذر دود :

۲ پاس، ۳پاس و ۴ پاس

نمونه ای از بویلر 3 پاس

نمونه ای از بویلر ۳ پاس

در ادامه به بررسی دسته بندی بویلر ها از نظر محل تولید شدن بخار خواهیم پرداخت که  بویلرهای فایرتیوب و واترتیوب دو نوع از این تقسیم بندی مهم هستند.

۱-بویلرهای فایرتیوب
عموما بویلرهای فایرتیوب از یك محفظه احتراق و دیگ تشكیل شده اند. دیگ حاوی لول ههایی است كه از یك طرف به آن وارد و از طرف دیگر خارج می گردند، بدین ترتیب بخشی از فضای دیگ توسط لوله ها اشغال شده و باقی فضای موجود برای آب در نظر گرفته شده است. گازهای گرم حاصل از سوزاندن سوخت در محفظه احتراق وارد این دسته لوله ها شده و از سراسر دیگ عبور می كنند.

در این حین انتقال حرارت بین گازهای عبوری از لوله ها و آب درون دیگ سبب گرم شدن آب و تولید بخار می گردد. در بویلرهای فایر تیوب نمی 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 مخروطی مقدار مشخصی خواهد بود. از طرفی فاصله نوك شعله تا انتهای محفظه احتراق به جهت ایجاد انتقال حرارت همگن و نیز پرهیز از ایجاد تنش حرارتی و نیز ذوب دیواره، دارای حد مشخصی است. این مشكل در نوع دیگر بویلرها كه وتراتیوب هستند به علت ساختار مكعبی شكل محفظه احتراق و نحوه قرارگیری، تعدد و نوع متفاوت مشعل ها كاسته می شود.

بویلر فایرتیوب

بویلر فایرتیوب

۲-بویلرهای واترتیوب
عموما این نوع بویلرها، از محفظه احتراق، لوله های بالارونده، پایین رونده، مخازن بخار و لجن تشكیل شده اند و تفاوت عمده آنها با نوع فایرتیوب در این است كه آب در داخل لوله ها جریان داشته و جریان گاز گرم در خارج لوله ها می باشد. واترتیوب ها ساختمان پیچیده تری نسبت به نوع فایرتیوب دارند و براساس نوع لوله ها، تعداد و نحوه قرارگیری مخازن بخار و لجن ساختارهای متنوعی را شامل می شوند. این بویلرها به چندین روش دسته بندی می گردند.

بویلر واترتیوب

بویلر واترتیوب

بویلرهای واترتیوب می تواند دارای اشكال مختلفی بر حسب اجزاء و قسمتهای مربوط به آن باشد. به عنوان مثال لوله های آنها می تواند خمیده یا صاف بوده، نوع گردش آب به شكل طبیعی یا اجباری و موقعیت درام آنها عرضی یا طولی باشد. عموما درام های عرضی در بویلرهای با ظرفیت بالاتر مورد استفاده قرار می گیرد، از بین دو بویلر لوله آبی كه ظرفیت یكسانی در تولید بخار دارند، آن بویلری كه دارای درام عرضی می باشد، اندازه كوچكتری نسبت به نوع با درام طولی دارد. نوعی از بویلرهای واترتیوب فاقد درام بوده و معروف به بویلرهای تك مسیره یا یكبار گذر می باشند. در این بویلرها آب در لوله ها فقط یكبار 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 ظرفیتهای بالاتری نسبت به بویلرهای فایرتیوب ساخته می شوند. در یك سطح انتقال حرارت تابشی یكسان، محفظه احتراق مكعبی مانند بویلرهای واترتیو ب در مقایسه با شكل استوانه ای محفظه احتراق فایرتیوب ها، به فضای كمتری برای نصب نیاز دارد. به عبارت دیگر در یك بویلر واترتیوب كوچكتر می توان سطح انتقال حرارتی مساوی با یك بویلر فایرتیوب بزرگتر ایجاد نمود. از طرفی شكل محفظه احتراق مكعبی شكل، آزادی عمل بیشتری را در نحوه آرایش و جانمایی مشعل ها در مقایسه با فایرتیوب ها در اختیار طراح قرار می دهد.

بویلرهای واترتیوب توانایی تولید بخار با فشار بالاتر را نسبت با بویلرهای فایرتیوب دارند. در بویلرها، محفظه در بر گیرنده مخلوط آب و بخار باید مقاومت مكانیكی لازم جهت تحمل فشار را داشته باشد. از آنجاییكه لوله های با قطر كمتر تحمل فشار بسیار بالاتری را در مقایسه با لوله های با قطر بیشتر و البته ضخامت یكسان دارد، بویلرهای واترتیوب علی رغم پیچیدگی بیشتر، برای تولید بخارهای فشار بالا مورد استفاده قرار می گیرد. معمولاً هرچه قدر فشار بخار تولیدی بویلرهای واترتیوب بیشتر باشد، قطر لوله های آن نیز كمتر می باشد.

استاندارد های ساخت بویلر
ساخت بویلرهای واترتیوب و فایرتیوب به دلیل بالا بودن فشار کاری و خطرات ناشی از ساخت و بهره برداری نا مناسب از آن ها باید تحت استاندارد های ویزه ای صورت گیرد. برای مثال در اروپا از استانداردهای EN12953  و EN12952 برای ساخت بویلرها استفاده می شود. در ایران نیز سازمان استاندارد ایران بر اساس استاندارد BS2790 نسخه ای از استاندارد را برای بویلرهای فایرتیوب ترجه کرده است که به عنوان مرجع بازرسی بویلر در کشور مورد استفاده قرار می گیرد که هم اکنون در حال بازنگری می باشد

استاندارد DIN و استاندارد ASME نیز از جمله مهمترین استاندارد های ساخت بویلر در دنیا هستند.

کاربرد بویلر

ديگ بخار (steam boiler or steam pot) از با اهمیت ترین تجهيزات و ماشين آلات تولید گرما است كه در صنایع مختلف غذايي، صنعت نفت، پتروشيمي، صنایع شیمیایی، صنایع ساخت يونوليت، در تولید بتن، صنایع نساجی، پرورش قارچ و بسیاری از صنایع دیگر کاربرد دارد و در واقع دیگ بخار جزو جدا نشدنی بسیاری از صنایع است.

 

 

منابع :

دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن

Nationwide Boiler Inc

Indeck Power Equipment Company

 

واکنش شما چیست؟
I like it
0%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میثم نجفی ارشادی
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید