بخارسازه تولیدکننده انواع بویلر استاندارد با خدمات پشتیبانی و تضمین کالا
ديگهای بخار براي توليد بخار آب گرم بمنظور توليد برق ، استفاده در پروسه هاي صنعتي و گرمايش بكار مي روند. تقسیم بندی انواع بویلر بر اساس عملکرد آنهاست.
صنايع شيميايي ، دارويي ، غذايي ، توليد كاغذ ، قند و شكر و… از صنايعي هستند كه هر يك به نحوي از بويلر استفاده مي كنند. در يك نگاه اجمالي مي توان مجموعه بويلر را به صورت زير تشريح كرد.
بطور کلی ديگهای بخار بر اين اساس طراحي مي شوند كه انرژي را كه معمولاً از احتراق سوختها بدست مي آيد به سيال درون ديگ انتقال مي دهند و بخار يا آبگرم با فشار ، درجه حرارت و كيفيت مورد نياز توليد مي كنند و در اين روند بايستي ضايعات حرارتي تا حد ممكن كاهش يابد.
تعریف بویلر
بويلر مجموعه اي است شامل اجزائي نظير درام ، سيستم چرخه طبيعي ، سيستم چرخه اجباري ، كوره ، سوپر هيتر ، ري هيتر ، اكونومايزر ، علاوه بر اجزاي فوق هر بويلر شامل دو فن كشش اجباري ، دو فن تزريق ، دوگرمكن هوا ، چهار گرمكن هوا به وسيله بخار هم چنين تجهيزات اشتعال سوخت و سيستم شستشو دهنده اتوماتيك مي باشد. كوره و ناحيه HRA (بازيابي حرارتي) از ديگر قسمت هاي يك بويلر است كه عمل احتراق در ناحيه كوره صورت مي گيرد.
اشتعال سوخت
محصولات احتراق با گذشتن از ناحيه بازيابي حرارت بخار را سوپر هيت كرده و همچنين تجهيزاتي كه صرفه هاي اقتصادي را موجب مي شوند نظير اكونومايزر را حرارت دهي مي كنند.
قسمت هاي كف ، سقف ، جلو و ديواره هاي كناري بويلر كه ناحيه كوره HRA را تشكيل مي دهند از لوله هايي ساخته شده كه آب در آنها جريان داشته و به ديواره هاي آبي (WATER WALL) معروفند در ديوار بويلر 16 مشعل و در ديواره عقب كوره 8 مشعل ديگر در رديف هاي چهار تايي بصورت عمودي جا سازي مي شوند كه عمل اشتعال سوخت را به عهده دارند.
تقسيم بندی انواع بویلر
ديگهاي بخار از ديدگاههاي مختلف مانند ، ساختمان ، ظرفيت ، كاركرد ، نوع سوخت و غيره قابل دسته بندي مي باشند.
- ديگهای تهيه آبگرم
- ديگهای تهيه بخار
1- ديگهای آبگرم داراي ظرفيتهاي نسبتاً پايين می باشند و آبگرم را براي مصارف و پروسه هاي صنعتي و نيز بمنظور استفاده در گرمايش صنعتي و خانگي ، تهيه مي كنند. ظرفيت اين ديگها را معمولاً بصورت مقدار انرژي حرارتي منتقل شده به آب ( KW يا MW) نشان ميدهند در حاليكه ظرفيت ديگهاي بخار را با مقدار تناژ بخار توليدي بيان مي شود . بعنوان مثال يك ديگ آبگرم بظرفيتMW 1 با احتساب راندماني حدود 80% قادر است قريب 7 تن آب را در ساعت از دماي 200c به دماي 120 0c گرم كند.
دسته بندی دیگ های بخار
ديگهای بخار بازيافت حرارتي براساس كاربردهاي موردنظر به دودسته كلي تقسيم ميشوند:
الف : ديگهايي كه بازيابي حرارت در آنها بعنوان هدف ثانويه مطرح بوده و هدف اصلي سرد كردن سيال گرم در يك فرايند صنعتي مي باشد. با توجه به كاربرد مورد نظر دماي سيال خروجي بايد در يك محدوده مشخص كنترل گردد كه اين كار با روشهاي گوناگوني انجام مي گيرد و رايج ترين روش باي پس كردن
بسياري از كارخانجات شيميايي از جمله واحد هاي توليد هيدروژن و اسيد سولفوريك از اين نوع ديگها استفاده مي نمايند.
ب: دسته دوم ديگهايي مي باشند كه به هدف بيشترين بازيابي حرارت از گازگرم و با توجه به مطالعات اقتصادي و فني (خوردگي و … ) طراحي مي شوند.
دسته بندی انواع بویلر براساس سیال گرم و سرد
دیگ های بخار بازیافت حرارتی براساس قرارگیری سیال گرم و سردنسبت به دیگ به دو دسته کلی تقسیم می شوند
الف – ديگهای آب گرم لوله آتشی ( Fire Tube) :
فشار اين ديگها معمولا 6 آتمسفر و كمتر مي باشد و با اطمينان خوب قادر به تهية آبگرم تا دماي 120 0 cمي باشند ، بدون اينكه مشكل ايجاد بخار در سيستم وجود داشته باشد. (درفشار 6 آتمسفردماي اشباع 158 0 c مي باشد.)
ب- ديگهای بخار لوله آبی
طبقه بندي از لحاظ موقعيت سيال گرم و سرد نسبت به ديگ بخار :
الف : ديگهای بخار لوله دودی (Fire Tube boilers) :
اين نوع ديگها به طور وسيعي در واحدهاي شيميائي ، پالايشگاهها و ديگر مصارف صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرند.در اين نمونه گازهاي داغ كه ميتوانند در فشارهاي بالا باشند درداخل لوله جريان يافته و باعث توليد بخار اشباع در فشار كم درخارج لوله ها مي گردند.ديگهاي بخار لوله دودي درانواع يك مسيره (Single pass)و يا چند مسيره (multi pass)طراحي ميشوند.
در مدل اول گازهاي داغ از يك طرف وارد شده و از طرف ديگر خارج مي شوند و مدل دوم در مواردي بكار ميرود كه با توجه به كاربرد مورد نظر طول ديگ بخار محدود باشد. اين نوع ديگها عموماً براي تناژها و فشارهاي پائين اقتصادي تر از ديگهاي لوله آبي مي باشند افت فشار در آنها در ظرفيتهاي مساوي بيش از ديگهاي لوله آبي مي باشد
دیگ بخار لوله دودی
ديگهای بخار لوله دودي در انواع ساده و يا با درام مجزا ساخته مي شوند كه نوع ساده آن ارزانتر از نوع دوم است و نوع دوم در مواردي كه فلوي حرارتي در جلوي ديگ در اثر دماي بالاي گازها و يا ضرائب بالاي انتقال حرارت زياد مي باشد و همينطور زمانيكه توليد بخار با كيفيت بالا مورد نظر است استفاده مي شود. شكل A نمونه ديگ بخار لوله دودي نوع ساده كه فاقد درام مجزا مي باشد را نشان ميدهد.
يك درام مجزا به طراح اين امكان را مي دهد كه با بكار گيري جدا كننده ها (Separators) امكان توليد بخار با كيفيت بالا صورت گيرد. در صورتيكه در مدلهاي ساده بعلت اينكه فضاي اشغال شده بوسيله بخار در داخل ديگ كم مي باشد امكان نصب جدا كننده ها نبوده و در نتيجه فقط مي توان با اين ديگها بخار مرطوب يا خالص ppm 3-2 توليد كرد.
کاربرد دیگ بخار لوله دودی
ديگهاي لوله دودي فقط براي توليد بخار در فشار پائين ( تا حدود psig 1400 ) مناسب مي باشند كه اين موضوع به علت آنستكه براي يك فشار مساوي ضخامت مورد نياز براي لوله هايي كه تحت فشار خارجي قرار گرفته است به مراتب بيش از لوله هايي است كه تحت فشار داخلي قرار ميگيرند.
علاوه بر اين ضخامت مورد نياز پوسته ديگ ، با افزايش فشار به طور قابل ملاحظه اي افزايش مي يابد. در نتيجه استفاده از اين نوع ديگ در فشارهاي بالا اقتصادي نمي باشد. در تناژهاي بالا يا (Pinch Point) كم ، بيشتر ديگهاي بازيافت حرارتي كه در سيكلهاي تركيبي مورد استفاده قرار مي گيرند سطح مورد نياز بسيار بالا مي باشد كه اين باعث افزايش طول مورد نياز و افزايش افت فشار مي گردد.
نتیجه گیری:
بنابر اين استفاده از اين نوع ديگ در اين كاربردها بعلت اقتصادي نبودن توصيه نمي شود. استفاده از سوپر هيتر و اكونومايزر در اين ديگها امكان پذير است. سوپر هيتر را مي توان هم در ابتدا و هم در انتهاي ديگ با توجه به دماي گازهاي ورودي به ديگ قرار داد.
در برخي از طرحها براي قرار دادن سوپر هيتر دردماي مناسب ازدوديگ بايك سوپرهيتر مشترك كه بين آن دو قراردارد استفاده مي شود.
اين ديگها با سيستم كنترل و حفاظت بيشتر تا فشار 10 آتمسفر نيز ساخته مي شوند .ظرفيت اين ديگها كه در صنعت و مصارف گرمايشي كاربرد بيشتري دارند در حدود 0/1 –6 MWمي باشد .
مقطعی از ديگهاي آبگرم لوله آبی
اين نوع ديگها براي توليد بخار با فشار ، دما و تناژ بالا ( حتي تا ظرفيت 500 تن در ساعت ) مناسب مي باشد. در اين نوع ديگها مي توان از سطوح توسعه يافته (Extended Surfae) در صورت تميز بودن گازهاي گرم به منظور كاهش حجم ديگ استفاده نمود. همچنين به علت حجم كمتر آب موجود در ديگ زمان راه اندازي و عكس العمل آن نسبت به سيستم كنترلي ، سريعتر مي باشد. در صورت استفاده از گازهاي گرم با فشار بالا ، به علت افزايش ضخامت مورد نياز پوسته خارجي ، از اين نوع ديگ استفاده نمي شود.
به علت اينكه ظرفيت انتقال حرارت مربوط به جريان گاز در اين نوع ديگها بيشتر از ديگهاي لوله دودي مي باشد سطوح انتقال حرارت در آنها كمتر بوده و در نتيجه افت فشار نيز كمتر مي باشد استفاده از اين نوع ديگها در تناژهاي پائين ( كمتر از 25 تن بر ساعت ) در مقايسه با ديگهاي لوله دودي اقتصادي نيست ولي در تناژهاي بالاتر استفاده از آن اقتصادي تر از ديگهاي لوله دودي ميباشد.
انواع ديگهای بخار
ديگهاي بخار در دامنه وسيعي از ظرفيت و فشار كاربرد دارند بطوريكه ظرفيت ديگهاي بخار از حدود چند صد كيلوگرم در ساعت تا چندين هزار تن در ساعت بخار موجود دارد.ديگهای بخار از نظر نحوة انتقال حرارت و ساختار كلي به دسته هاي عمدة زير تقسيم مي شوند :
1- ديگهای بخار لوله آتشی ( استوانه ای ) Fire Tube (cylin drical ) Boiler
2- ديگهای بخار لوله آبی Water tube BLR
3- ديگهای بخار بازيابی Wast heat BLR
1-ديگهای بخار لوله آتشی ( فايرتيوب)
اين ديگها از يك محفظة نسبتاً بزرگ استوانه اي با قطر زياد تشكيل مي شود كه محفظة احتراق و
لوله هاي بويلر را در بر ميگيرد. در اين نوع بويلر گازهاي داغ حاصل از احتراق از درون لوله ها عبور مي كند و حرارت را به آب كه در خارج از لوله ها قرار دارد منتقل مي كند. ديگهاي لوله آتشي براي مقاصد گرمايش پروسه هاي صنعتي بصورت ثابت و بصورت ديگهای قابل حمل نيز توليد و بکار می روند .
طراحی دیگ های بخار فایرتیوب
شماتيكی از يك بويلر فايرتيوب در جهت نشان دادن جريان گازهای داغ
اين بويلر ها در ظرفيت كم از حدود چند صد كيلوگرم در ساعت تا حد اكثر 25 تن در ساعت توليد مي شوند. ديگهاي با ظرفيت 12 الي 15 تن در ساعت به بالا داراي دو محفظة احتراق ( لوله آتش ) و دو مشعل مي باشند. ( شكل صفحة بعد ) .توان توليد بخار در اين نوع بويلر پائين است. همچنين راندمان آن پائين است سيستم آن قديمي است. ديگهاي بخار لوله آتشي بعلت داشتن محفظة بزرگ آبِ تحت فشار از نظر فشار و ظرفيت محدوديت دارند و معمولاً براي فشارهاي پايين مانند 6 آتمسفر و كمتر و گاه تا 10 الي 12 آتمسفر طراحي مي گردد.
البته اين محدوديت بيشتر يك محدوديت اقتصادي مي باشد زيرا بعلت وجود محفظه تحت فشار با قطر زياد نياز به ضخامت جداره زياد مي باشد كه اين مسئله از نظر مصرف مواد ، مسائل ساخت و نيز مشكلات ديگر نظير تنشهاي حرارتي قابل توجه است.
اجزائی از ديگ بخار لوله آتشی
اين بويلرها معمولاً براي توليد بخار اشباع بكار مي روند. اما برخي از شركتها ، بويلرهای لوله آتشی سوپر هيتر دار نيز توليد مي كنند ، كه د رموارديكه بخار داغ (Super heat) در تناژ كم مورد نياز است اين ديگها مقرون به صرفه خواهد بود .
1- سوپرهيتر 2- كولر كنترل كننده دماي بخار 3-شير كنترل كننده دماي بخار 4-خروج بخار
دیگ بخار لوله آتشی بزرگ
در بويلر هاي بزرگتر محفظة چرخش از ديواره لوله آبي ساخته ميشود تا ضمن افزايش سطح حرارتي مشكلات تنشهاي حرارتي در محفظه هاي چرخش دود مرتفع مي گردد
1– سوپر هيتر
2- پمپ حفاظتي چرخش آب
3- كنترل كننده دبي براي حفاظت بويلر
4- سطح حرارتي براي خنك كردن بخار ( كنترل دماي بخار)
5- شير سه راه موتوري براي كنترل نهايي بخار
در اين بويلرها زمان رسيدن به فشار كاركرد ( از حالت سرد) به نسبت ظرفيت در مقايسه با بويلر هاي (بزرگ ) لوله آبي ، بعلت حجم زياد آب بيشتر است.
همچنين براي افزايش راندمان اين ديگها در مسير دود المانهاي حرارتي براي بالا بردن دماي آب تغذيه (Economizer) نصب مي شود با اينكار مي توان دماي دود ورودي به دودكش را تا حدود 140 درجه سانتيگراد كاهش داد و در نتيجه راندمان بويلر افزايش مي يابد. براي كنترل دماي دود نيز با استفاده از المانهاي حرارتي (ترموكوپلT ) توسط سيستم كنترل مربوط با تنظيم ميزان باز و بسته بودن دريچة كنار گذر دود (A) دماي دود خروجي را تنظيم مي كند.
ديگهای بخار لوله آبی (Water tube Boilers)
همانگونه كه ذكر شد ظرفيت بويلرهاي فاير تيوب از نظر ظرفيت ( تناژ بخار ) و فشار محدود است. اين محدوديت بعلت وجود بدنة استوانه ای با قطر زياد مي باشد كه نيازمند جدارة ضخيم بمنظور تحمل تنشهاي ناشي از فشار مي باشد. از طرف ديگر جدارهاي ضخيم خود باعث ايجاد تنشهاي حرارتي در حين كار كرد مي گردد.
لذا بويلر هاي واتر تيوب كه از لوله هاي با قطر كم و درام تشكيل مي شوند مطرح ميگردد. قطر درام نيز نسبت به ظرفيت توليد بخار و فشار كار كرد در مقايسه با بويلرهاي فاير تيوب خيلي كوچكتر است .
دسته بندی دیگ بخار لوله آبی بر اساس جریان
الف : بويلرهای گردش اجباری Forced circulation) )
ب: بويلرهای گردش طبيعی (Natural cir.)
ج: بويلر های با گردش كنترل شده (Controled Forced cir.)
د: بويلر های يك مسيره (One through BLRS)
د: حركت و چرخش آب در ديگ بخار
با توجه به دسته بندي هاي فوق ملاحظه مي شود كه مسئله چرخش آب در ديگ بخار يكي از فاكتورهاي عمده در اين دستگاه مي باشد زيرا براي خنك كردن لوله هاي كوره ( يا بعبارتي جذب حرارت ناشي از احتراق ) همواره بايستي آب در لوله هاي كوره در حركت باشد ، تا از داغ شدن لوله ها و سوختن آنها جلوگيري شود. در ضمن با توجه به ميزان حرارت آزاد شده در كوره ، جابجايي و سرعت انتقال آب بايستي از حداقل معيني بيشتر باشد تا قابليت جذب حرارت وارده وجود داشته باشد.
سيستم گردش اجباری (Forced Ciraulation)
جريان لازم در اين سيستم بوسيلة پمپ هاي چرخشي (Boiler circulation Pump – BCP) ايجاد مي شود. همانگونه كه از نامگذاري اين سيستمها بر مي آيد آب در يك سيستم بسته در گردش است. آب درون لوله هاي كوره يا جذب حرارت به مخلوط آب و بخار تبديل و نسبت بالا و از طريق لوله هاي بالابرنده (Riser) به درام وارد مي شود.
جدا سازي آب بخار در درام انجام ميگيردوآب جداشده (ونيز آب تازة وارده به درام) ازطريق لوله هاي پايين آورنده(Down Comer) به قسمت پايين كوره هدايت وبا استفاده ازپخش كننده ها(Distributer / Feader)مجددا به لوله هاي ديواره كوره وارد ميشود.
در سيستم گردش اجباري پمپهاي چرخشي در مسير اين چرخش قرار مي گيرند و كار گردش آب را انجام مي دهند.
ديگهاي گردش اجباری :
مزيت اين ديگ توانايي راه اندازي سريعتر و سطح زير بناي كوچكتر نسبت به ديگهاي گردش طبيعي مي باشد. يكي از معايب اين نوع ديگها اين است كه بعلت آرايش خاص لوله ها ( افقي ) در شار حرارتي كمتري لوله درمعرض DNB (قطع جوشش هسته اي ) قرار مي گيرد كه اين بعلت جدا شدن آب و بخار ( لايه اي شدن جريان ) در سرعتهاي پائين در لوله هاي افقي مي باشد در شكلهاي زير دو نمونه از اين ديگها مشاهده مي گردد .
سيستم گردش طبيعي ( Natural Circulation )
در اين سيستم چرخش آب بدون استفاده از پمپ و بعلت اختلاف دانسيتة آب ( درون لوله هاي پايين برنده ) و مخلوط آب و بخار ( درون لوله هاي ديواره كوره ) و نيز اختلاف ارتفاع (H) بين درام و هدر پاييني ايجاد مي شود.
بنابر اين در اين سيستم ارتفاع بويلر و بزرگي قطر لوله ها و آرايش ساده سيستم چرخش از اهميت ويژه اي برخوردار است و بايستي چنان طراحي شود كه افت اصطكاكي مدار حد اقل باشد تا ميزان آب لازم به گردش در آيد.
ياد آور مي شود ميزان آب در گردش در بويلرهاي چرخشي به مراتب بيش از تناژ بخار توليدي بويلر مي باشد به صورتي كه ميزان آب در گردش در بويلر هاي بزرگ و نيروگاهي حدود 4 تا 7 برابر ميزان بخار خروجي از بويلر و در بويلر هاي كوچك صنعتي اين مقدار چرخش (Ciraulation Ratio) به 20 تا 30 برابر ظرفيت بخار بويلر مي رسد.
نتیجه گیری
بنابر اين در بويلر هاي گردش اجباري بايستي ظرفيت آبدهي پمپهاي چرخش خيلي زياد و پمپهاي عظيم مورد نياز است. در بويلرهاي گردش طبيعي با افزايش گرماي داده شده به كوره بعلت افزايش اختلاف دانسيتة فوق الذكر ، مقدار آب در گردش بيشتر مي شود اما اين افزايش محدوديت دارد.
زيرا با افزايش آب در چرخش از يك طرف افت اصطكاكي بيشتر مي شود و از طرف ديگر افزايش درصد بخار در لوله هاي كوره كار انتقال حرارت را كند خواهد كرد. نمودار سيستم گردش با بار بويلر نشان داده شده است. طبيعي است سيستم بايستي در قسمت چپ منحني قرار گيرد و چنانچه سيستم بعلت طرح ناصحيح قسمت راست منحني قرار گيرد سيستم گردش دچار اختلال و باعث سوختن لوله هاي كوره خواهد گرديد.
بطور خلاصه در سيستم چرخش طبيعي ( Natural Cir) قطر لوله ها بايستي بزرگتر و ارتفاع بويلر نيز بيشتر باشد و در سيستم چرخش نيز ، بايستي از پيچيدگي پرهيز كرد. در حاليكه در سيستم گردش اجباري محدوديتهاي فوق كمتر است اما نياز به پمپهاي چرخش عظيم الجثه مي باشد كه علاوه بر هزينة اوليه داراي هزينه جاري و نگهداري نيز خواهند بود.
سيستم گردش كنترل شده : ( Controled Forcid cir )
اين سيستم تركيبي از دو سيستم فوق مي باشد. بعبارتي مقداري از فشار (Head) و انرژي لازم براي چرخش آب توسط پمپ و مقداري با استفاده از اختلاف دانسيتة آب پايين آورنده و لوله هاي كوره تامين مي شود. بديهي است فشار لازم پمپ در اين سيستم كمتر از سيستم اجباري خواهد بود .
انواع ديگهای لوله آبی با گردش طبيعی
ديگهاي لوله آبي درانواع مختلفي ساخته ميشوند كه درمورد آن اشاره مي كنيم :
1-ديگهای لوله آبي دو درامه شيب دار: ( Slant type two drum water tube boilers)
اين نوع ديگ داراي اين قابليت است كه مي توان با توجه به شرايط عملكرد ، مسيرهاي متفاوتي براي عبور گازهاي ورودي و خروجي انتخب نمود. اين مدل براي استفاده از اكونومايزر و سوپرهيتر مناسب بوده و يكي از مزاياي آن سهولت تعويض لوله ها در هنگام تعمير مي باشد شكل (C) نمونه اي از از اين ديگ را نشان مي دهد.
3-ديگهای SC با مشعل كمكی : (“SC” type. Supplementary fired boilers)
همانطوريكه در فصل قبل اشاره شد ، در سيكلهاي تركيبي مي توان با استفاده از مشعل كمكي دماي گازهاي خروجي از توربين گاز را به منظور رسيدن به ظرفيتهاي بيشتر توليد بخار بالا برد. اين مشعل معمولاً در داخل كانال دود قرار مي گيرد كه با اين روش مي توان دماي دود را تا حدود 700-800 درجه سانتيگراد افزايش داد.
بالا بردن دما
در صورتيكه بخواهيم دماي دود را بيش از مقدار 800 درجه سانتيگراد بالا ببريم قرار دادن مشعل در كانال دود امكان پذير نيست زيرا باعث سوختن كانال (burnout) ميشود. در اين صورت از ديگهاي مدل “SC” استفاده مي شود.
در ضمن اين نوع ديگهاي بخار شبيه ديگهاي انتقال حرارت در اين نوع ديگ شامل هر دو نوع انتقال حرارت جابجايي و تشعشعي مي باشد. اتاق احتراق بوسيله ديواره هاي آبي (Water wall) پوسانده شده اند. در اين قسمت انتقال حرارت عمدتاً از نوع تشعشعي مي باشد و محصولات احتراق همراه با گازهاي خروجي از توربين گاز پس از عبور از اين ناحيه وارد ناحيه انتقال حرارت جابجايي (Convection zoon) مي شوند كه در اين قسمت انتقال حرارت از نوع جابجايي مي باشد.
4- ديگهای بخار ² A ² شكل : ² A ² type boilers
اين طرح در موارديكه به حجم بيشتري تبخير كننده (Evaporators) در فضاي محدودي نياز است ، استفاده می شود. همچنين در بسياري موارد دماي گازهاي ورودي به ديگ بسيار بالا است و امكان قرار دادن سوپر هيتر در معرض جريان گرم گازها بعلت محدوديتهاي متالوژي(Metal temp) وجود ندارد.
اين مدل، اين امكان را فراهم مي نمايد كه با قرار دادن سوپر هيتر در بين دو دسته تبخير كننده آنرا در موضع مناسب (از لحاظ دما ) قرار دهد.
