استفاده های مختلف بویلر چیست؟

صنایع شیمیایی منابع انرژی زیادی را مصرف می كنند تا بتوانند انرژی مورد نیاز خود را به منظور انجام بسیاری كارها از جمله بكا راندازی تجهیزات فرایندی، تامین انرژی حرارتی مورد نیاز برای گرم كردن مواد و غیره تامین نمایند. منابع انرژی حال حاضر در جهان عمدتاً شامل سوختهای فسیلی، آب و باد، انرژی خورشیدی، انرژی زمین گرمایی و انرژی هسته ای هستند. از این میان، سوخت های فسیلی بیش از سایر منابع انرژی برای تهیه حاملهای انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. معمولاً در صنایع شیمیایی، حاملهای انرژی برق و بخار می باشند. بهترین راه برای آنكه بتوان از انرژی سوخت های فسیلی برای تولید برق و بخار استفاده كرد، سوزاندن آن است. در فرایند سوختن، انرژی درونی به صورت حرارت آزاد می شود و به شكل تابش و جابجایی به محیط انتقال می یابد. بویلرها و توربینهای گازی، تجهیراتی هستند كه معمولاً برای تولید بخار و برق از طریق سوزاندن سوخت های فسیلی مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع بویلر

معیارهای زیادی برای تقسیم بندی بویلرها وجود دارد، مهمترین معیار تقسیم بندی بویلرها بر اساس محتویات داخل لوله ها می باشد. بویلرهای فایرتیوب و واترتیوب دو نوع از این تقسیم بندی مهم هستند.

بویلرهای فایرتیوب

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.

بویلرهای واترتیوب

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.

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.

بویلرها واترتیوب می توانند از یك تا پنج درام داشته باشند :

در بویلرهایی كه بصورت تك درامی هستند، آب ورودی به بویلر از پایین مخزن از طریق یك هدر به لوله های شیب دار می رسد. آب در این لوله های شیب دار گرم شده و بخار تولید می شود. بخار تولید شده از طریق هدر دیگری به بالای مخزن وارد می شود. كوره در زیر لوله ها و مخزن قرار دارد.

بویلرهای دو درامی كه امروزه دارای كاربرد بیشتری می باشند به انواع D  و O وجود دارند.

در بویلرهای D type درام ها در یك جهت راست یا چپ قرار گرفت هاند. عموما مخزن بخار از مخزن لجن بزرگتر بوده ولی ممكن است هم اندازه نیز باشند، نحوه قرارگیری لوله ها بین درا م ها به شكل حرف  انگلیسی D می باشد. در بخشی از بویلر لوله ها بین دو درام به شكل مستقیم نصب شده اند و در بخشی دیگر خمیده و به یك هدر وصل هستند، كوره بویلر در همین بخش خمیده قرار دارد.

بویلرهای لوله آبی O Type نیز شامل یك مخزن بزرگ بخار است كه بصورت عمودی و بواسطه چندین لوله تولید بخار به یك مخزن آب كوچكتر متصل می باشد. اندازه آنها عموما در حد كوچك تا متوسط می باشد.

بویلرهای سه درامه شامل یک درام بخار و دو درام لجن یا آب می باشند. نحوه قرارگیری درام ها به شكل حرف A می باشد.بویلرها نوع استرلینگ دارای چهار یا پنج درام هستند كه نحوه قرارگیری آنها در شكل نشان داده شده است.

چنانچه به هر دلیلی از جمله اعمال تنش های حرارتی نامناسب در بویلرهای فایرتیوب، بر روی جداره محفظه احتراق ترك ایجاد گردد، مخلوط آب و بخار تحت فشار در دیگ، از این ترك خارج شده و به داخل محفظه احتراق وارد می گردند، كه عموما این خروج با انبساط حجم توام بوده و ممكن است سبك انفجار دیگ گردد، این در حالی است كه بروز همین مشكل در نوع واتر تیوب در نهایت، تنها سبب خرابی و نشتی لوله آسیب دیده می شود.

با توجه به مطالب گفته شده، بویلرهای واترتیوب در صنایع بزرگ به جهت نیاز به حجم زیاد و فشار بالاتر، كاربرد بیشتری دارند. به همین جهت در این نرم افزار به بررسی این نوع از بویلرها پرداخته می شود.