بایگانی ماه سپتامبر, 2022

بویلر

بویلرها تجهیزات بسیار پرکاربرد و حیاتی در صنایع گوناگون هستند که تقریبا برای واحد تولیدی در صنایع غذایی٬ دارویی و نفت گاز وپتروشیمی و …مورد نیاز هستند.

با توجه به اهمیت این تجهیزات ما تلاش کردیم تا مقاله ای را تحت عنوان بویلر چیست که در آن ابعاد مختلفی از این تجهیزات از جمله انواع بویلرها٬تجهیزات مورد نیاز بویلرها و کاربردهای آنها را مورد بررسی قرار دادیم تا شما بتوانید با آگاهی بیشتری این محصولات را خریداری کنید.

نحوه ساخت بویلرهای صنعتی چگونه است؟

بویلرهای صنعتی اغلب با جوش دادن صفحات فولادی ضخیم به یکدیگر ساخته می‌شوند که امکان ایجاد فشارهای بسیار بالا را فراهم می‌کند. برای مقابله با فشار بالا باید بسیار قوی ساخته شوند.

کاربرد بویلرها چیست؟

در بررسی موضوع اینکه کار بویلر چیست و اساسا این تجهیز چه کار مهمی را انجام می دهد که کاربرد بسیار گسترده ای در صنایع دارد باید بگوییم که وظیفه بویلر تولید آب داغ و یا بخار است که بویلرهای آب داغ برای مصارف domestic، گرمایش تجاری و یا تامین آب داغ، آب را داغ می‌کنند.

کاربردهای مختلفی برای بویلرها وجود دارد. به عنوان مثال در صنایع غذایی و دیگر تولیدات که برای انجام پروسه تولید نیاز به گرمایش توسط بویلر دارند.

برای تولید نیرو و دیگر کاربردهای گرمایشی در صنعت، بویلرهای بخار مورد استفاده قرار می‌گیرند و بخار را تولید می‌کنند. بویلرها گرما و نیرو را برای طیف گسترده‌ای از سیستم‌ها و کاربردها، از جمله بخاردهی خاک کشاورزی، توربین‌ها (تقویت برق)، تولید سیمان، سرامیک، پالایش و کوره‌ها (گرمایش) و غیره تامین می‌کنند.

بویلرها بخار تولید می‌کنند تا توربین‌ها را برای تولید برق و سایر کاربردهای گرمایش صنعتی به قدرت برسانند. برای تجسم اثرات تولید بخار با استفاده از بویلر، به بخاری فکر کنید که انرژی یک توربین را تامین می‌کند. هنگامی که بخار از میان پره‌های یک توربین عبور می‌کند، نیرو پره‌ها را می‌چرخاند و توربین را شتاب می‌بخشد.

زمانی که بخار از توربین عبور می‌کند، نیرو موجب حرکت توربین می‌شود. به این ترتیب، انرژی تولید شده و در نتیجه سوخت جوشاندن آب تولید می‌شود. بخار حاوی مقدار زیادی انرژی است، بنابراین توربین را بسیار کارآمد می‌کند. برحسب سوختی که برای جوشاندن آب استفاده می‌شود، انرژی بسیار کارآمدی نیز دارد. با گرم شدن آب و بالارفتن دما، فشار آن به واسطه انبساط افزایش پبدا کرده و بخار تولید می‌شود. این بخار به عنوان انرژی مولد در فرآیندها به کار می‌رود. برای اینکه دیگ بخار بتواند بخار تولید و شرایط آن را کنترل کند نیاز به تجهیزات ابزاردقیق دارد. به طور کلی گیج فشار، گیج دما و شیر کنترلی برای کنترل سیال فرآیند آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نحوه عملکرد بویلر

برای کار بویلر نیاز به منبع سوخت داریم. این منبع موجب گرمایش آب درون مخزن می‌شود و آن را به جوش می‌رساند. در نتیجه آن بخار تولید شده و این بخار مورد نیاز فرآیندهای تولیدی صنعتی می‌باشد.

انواع مختلفی از بویلرها برای کاربردهای متعددی وجود دارند. در ادامه می‌بینیم که هر کدام به چه شکل گرما را تولید می‌کنند.

بویلرها با توجه به گازهای داغ، موقعیت دیگ، فشار، روش گردش و کوره دسته‌بندی می‌شوند و با توجه به موقعیت آب به دو دسته فایر تیوب و لوله‌ای آب تقسیم می‌شوند.

انواع بویلر

بویلرها براساس نوع کاربرد و محل مورد استفاده، انواع گوناگونی دارند. در ادامه به بررسی ۴ مدل اصلی آنها می‌پردازیم:

• بویلر‌ فایر تیوب
• بویلر لوله ای آب
• بویلر‌ گازی
• بویلر برقی 

 بویلر‌‌ فایر تیوب

این بویلر از کوره،

مخزن آب (مخزن آب به عنوان دیگ بخار عمل می‌کند) و دودکش تشکیل شده‌است. دو تیوب از میان مخزن آب رد می‌شوند که دارای گرما هستند که گاز درون آنها تیوب‌ها را داغ کرده و تیوب‌ها موجب گرمای آب می‌شوند. به این ترتیب بخار تولید می‌شود. دودکش نیز گرما و گازهای ناشی از اثر گرمایش را تخلیه می‌کند تا فشار از سطح مورد نظر بالا نرود. این مدل جزء ارزان‌ترین‌هاست و برای کاربردهای فشار کم به دلیل ضخامت پوسته بیرونی حاوی آب، مورد استفاده می‌باشد.

با گرم کردن لوله های آب و استفاده از لوله های آتش برای گرم کردن مخزن، بخار در فشارهای بسیار بالا تولید می‌شود تا مقادیر زیادی انرژی تولید شود.

بویلر لوله‌ای آب

دیزاین مدل کاملا شبیه بویلر فایر تیوب است. با این تفاوت که آب داغ در لوله‌ها جریان دارد و همین آب داغ درون لوله‌ها موجب گرم شدن آب درون مخزن می‌شود و با گرم شدن آب، بخار تولید می‌گردد. این مدل بویلر کارایی بیشتری نسبت به بویلر فایر تیوب دارد اما در زمان ساخت با پبچیدگی همراه است.

کیفیت آب، وابسته به فیلتراسیون است که آب باید فیلتر گردد. برای اینکه به عکس العمل برسیم باید منبع سوخت گرما و عامل اکسید کننده وجود داشته باشد.

بویلرها برای ایجاد نوع به خصوصی از سوخت طراحی می‌شوند که از تکنولوژی‌های مختلفی برای تولید بهره می‌برند. اما منبع گرمایشی متداول، سوخت است.

سوخت یکی از مهم‌ترین المان‌های بویلر است که در مخزن مخصوص بویلر می‌سوزد تا گرما تولید کند. منابع سوخت متعدد هستند که در ادامه به برخی از آنها اشاره می‌کنیم. منبع استاندارد سوخت، زغال سنگ می‌باشد. در کاربردهای دیگ بخار صنعتی، زغال سنگ به پودر ریز تبدیل می‌شود، زیرا نسبت به آجرهای سنتی کاملاً می‌سوزد.

بویلر الکتریکی

جریان برق نیز به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرد. جریان برق برای بویلرهای کوچکتر یا خانگی مورد استفاده است.

برای اینکه بویلرهای الکتریکی خوب کار کنند باید از آب با کیفیت بالا در آنها استفاده کرد. نگهداری خوب، کلید طول عمر این تجهیزات می‌باشد. یعنی الکترودها باید مرتب تمیز شوند تا از کیفیت خوب عملکرد بویلر مطمئن شویم.

بویلر گازی

بویلرهای گازسوز با استفاده از پروپان یا گاز طبیعی کار می‌کنند، در حالی که بویلرهای نفتی با استفاده از گازوئیل یا سیال مبتنی بر نفت کار می‌کنند.

فاکتورهای اندازه سیستم، سطح گرمای مورد نیاز، الزامات و محدودیت‌های صنعت/کاربرد، راندمان مطلوب بویلر، پایداری مطلوب/سازگاری با محیط زیست و میزان فضای موجود برای نصب بویلر از عواملی است که باید در استفاده از بویلرها لحاظ شوند. به طور کلی، آب و بخار حامل گرمای بسیار خوبی هستند و به محیط زیست ما آسیب نمی‌رسانند.

اجزای اصلی بویلر

• مشعل

یکی از مهم ترین قسمت های دیگ بخار، مشعل است. اینجاست که اختلاط هوا با منبع سوخت اتفاق می‌افتد و در نتیجه احتراق ایجاد می‌شود که گرمای لازم برای گرم کردن سیال را فراهم می‌کند.

مشعل حرارت ورودی را با احتراق یک منبع گرما فراهم می‌کند. به عبارت دیگر، واکنش احتراق را در دیگ آغاز می‌کند. نحوه عملکرد این قطعه خاص به این صورت است که ترموستات‌ها زمانی که سیستم نیاز به تولید گرما داشته باشد، پیام‌ها را به صورت الکترونیکی به مشعل ارسال می‌کند. سپس، سوخت، توسط مکانیزم فیلتر، از یک منبع بیرونی – معمولاً یک مخزن سوخت مجاور – به دیگ بخار پمپ می‌شود. یک نازل روی مشعل، این سوخت را به یک اسپری ریز تبدیل می‌کند و آن را مشتعل می‌کند که واکنش را در محفظه احتراق ایجاد می‌کند.

• اتاق سوخت یا محفظه احتراق

محفظه احتراق جزء دیگ بخار است که در آن سوخت برای گرم کردن آب، سوزانده می‌شود. محفظه شامل مشعل است و به گونه‌ای طراحی شده که یک منطقه بسیار امن برای احتراق سوخت فرار در دمای بالا ایجاد می‌کند. معمولاً از فولاد یا چدن یا فلز سنگین دیگری تولید می‌شود که می‌تواند با دمای چند صد درجه مقابله کند. این قسمت دیگری از دیگ است که نیاز به سرویس دهی به طور منظم دارد، زیرا واحدهای قدیمی ممکن است دچار خوردگی یا ترک شوند و این امر آنها را ناامن می‌کند.

• مبدل حرارتی

مبدل حرارتی قطعه‌ای است که حرارت تولیدی توسط مشعل‌های داخل محفظه احتراق را به آب موجود در دیگ انتقال می‌دهد. مبدل‌های حرارتی می‌توانند از عناصر مختلفی از جمله بسته‌های لوله‌های فولادی، خطوط چدنی یا مسی ساخته شوند. عناصر باید از مواد بسیار محکمی ساخته شوند که قادر به مقاومت در برابر درجه حرارت بالا، ماندگاری طولانی و انتقال موثر گرما باشند.

• کنترل‌ها

کنترل‌های سیستم به کاربر اجازه می‌دهد دمای آب، مخلوط‌های تامین هوا و سوخت، فشار داخلی و احتراق را تنظیم کند. کنترل‌ها تعداد دفعات آتش گرفتن مشعل، کیفیت مخلوط سوخت و اکسیژن، سرعت استفاده از سوخت و گرم شدن آب را تنظیم می‌کنند. کنترل‌ها نیز بخش مهمی از سیستم ایمنی دیگ شما هستند. بخار کنترل نشده و پرفشار می‌تواند فوق العاده خطرناک باشد و کنترل‌های سیستمی که به خوبی نگهداری می‌شوند با اطمینان از اینکه فشار داخلی دیگ شما خیلی بالا نمی‌رود، آب در محدوده دمایی ایمن باقی می‌ماند، به ایمنی کامل دیگ شما کمک می‌کند. سیستم به درستی به کار خود ادامه می‌دهد.

• خطوط تامین و خطوط برگشت

خطوط تامین از دیگ بخار منتهی می‌شود و آب یا بخار گرم را به نقاط توزیع اطراف ساختمان شما مانند رادیاتور یا بخاری می‌رساند. هنگامی که آب خارج شده در این نقاط، سرد می‌شود، یا بخار خنک می‌شود و دوباره به آب تبدیل می‌شود، خطوط برگشت آب را قبل از ارسال مجدد به دیگ بخار، جایی که دوباره گرم می‌شود، بازمی‌گرداند.

• پمپ سیرکولاتور

پمپ سیرکولاتور جزئی است که آب گرم را از طریق خطوط تغذیه به رادیاتورها یا سایر خطوط توزیع خارج می‌کند. همچنین مسئول بازگرداندن آن از طریق خطوط برگشت است. پمپ گردش خون نقش مهمی در عملکرد دیگ شما ایفا می‌کند و باید به خوبی نگهداری شود تا اطمینان حاصل شود که سیستم تا حد امکان کارآمد است.

• پشته اگزوز

پشته اگزوز – که گاهی اوقات به عنوان دودکش شناخته می‌شود – به گونه ای طراحی شده که سوخت مصرفی را به طور ایمن از فضای بیرونی خارج کند. یک پشته اگزوز ممکن است شبیه یک دودکش آجری سنتی باشد یا ممکن است یک سری لوله‌های فلزی باشد. پشته اگزوز باید به گونه‌ای ساخته شود که گازهای خطرناکی مانند مونوکسید کربن از فضای شما منحرف شود.

کاربرد بویلر در نیروگاه

از بویلر در نیروگاه‌ها به منظور تولید بخار با فشار بالا استفاده می‌شود تا نیروگاه بتواند برق تولید کند. همچنین آن را در توربین صرف کند و انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند.

دو نوع بویلر وجود دارد که در نیروگاه حرارتی زیر بحرانی، فوق بحرانی و فوق بحرانی زغال سنگ استفاده می‌شود:

• بویلر زغال سنگ پودرشده
• بویلر احتراق بستر سیال (FBC).

طراحی بویلر یک عامل فوق العاده مهم در راندمان نیروگاه است. سه قرن توسعه موجب تولید بویلرهای بخار امروزی شد که هزاران تن بخار در ساعت تولید می‌کنند و راندمان سوخت-به-بخار به ۹۰% می‌رسد. طراحی بهتر به معنای نیاز به سوخت کمتر، هزینه کمتر و انتشار آلاینده‌های کمتر است. مطالعه و نوآوری در بویلرها بسیار لازم است زیرا اگرچه بسیار کارآمد هستند، اما ضایعات آنها برخی از مشکلات عمده آلودگی جهان را با انتشار گازهای گلخانه‌ای ایجاد می‌کند.

دیگ‌ بخار و دیگ‌ آب گرم

دیگ‌ بخار و دیگ‌ آب گرم (که دیگ‌ هیدرونیک نیز گفته می‌شوند) اغلب به روش مشابه کار می‌کنند اما تفاوت‌هایی در زمینه کاربرد دارند. دیگ‌های بخار قدرت بیشتری دارند و معمولاً در کاربردهای صنعتی که نیاز به بخار یا آب گرم است استفاده می‌شوند. از سوی دیگر، دیگ‌های آب گرم معمولاً به کاربردهایی برای گرمایش محدود می‌شوند.

سوخت احتراق مورد استفاده در دیگ‌های بخار و دیگ‌های هیدرونیک یکسان است. تفاوت‌های عمده بین دیگ‌های آب گرم و دیگ‌های بخار شامل نقاط گرمایش، سطح و گردش آب، لوازم جانبی، هزینه، کارایی و ایمنی و سطوح و کنترل‌های آب است.

بویلر چگالشی چیست؟

در این نوع بویلر برای افزایش بازده گرمایی بویلر، کوره از تکنولوژی چگالش استفاده می‌کند. در داخل بویلر دستگاه بازیابی گرمای اتلافی، با استفاده از تکنولوژی چگالش، گرمای محسوس و نهانی را که بوسیله مصرف سوخت آزاد می‌شود، جذب می‌کند. گرمای محسوس عمدتا گاز دودکش است که دمای بالایی دارد و به خاطر مصرف سوخت بویلر ایجاد می‌شود. گرمای نهان گرمایی‌ است که بوسیله چگالش بخار آب آزاد می‌شود. بازده گرمایی بویلرهای چگالشی نسبت به بویلرهای معمولی، می‌تواند ۱۵ تا ۲۵ درصد بیشتر باشد.

بویلر صنعتی

بویلرهای صنعتی می‌توانند فشارهای بسیار بالایی را تحمل کنند. بویلرهای صنعتی از صفحات فولادی جوش داده‌شده با ضخامت فوق العاده ساخته می‌شوند که فشار بیش از ۳۰ بار را امکان‌پذیر می‌کند. این بویلرها باید از صفحات فوق‌العاده‌ای که به طور منحصربه‌فرد مهندسی شده‌اند جوش داده شوند تا فشار و حرارت بسیار زیاد را تحمل کنند. به دلیل این الزامات دوام، بویلرها به راحتی می‌توانند بیش از ۱۶۵ تن وزن داشته باشند.

همانطور که دیگ بخار انرژی گرمایی ایجاد می‌کند، یک محصول فرعی فرآیند – گازهای دودکش – از طریق یک سیستم دودکش خارج می‌شود. به همین دلیل، تنظیم انتشار گازهای گلخانه‌ای صنعتی یک موضوع بسیار جدی است.

بویلرهای واتر تیوب صنعتی عمدتاً دیگ‌های بخاری هستند که برای کاربردهایی استفاده می‌شوند که به فشارهای بالاتر و مقادیر زیادی بخار نیاز دارند. بویلرهای واترتیوب برای کاربردهای تجاری یا صنعتی بخار یا آب گرم تولید می‌کنند. این دیگ‌ها به طور قابل توجهی برای کاربردهای گرمایش استفاده می‌شوند و معمولا ورودی های BTU از ۵۰۰۰۰۰ تا بیش از ۲۰۰۰۰۰۰۰ دارند. بویلرهای لوله آب صنعتی توانایی تامین گرمای اضافی از طریق سوپرهیترها را دارند.

تجهیزات بویلرها

در حالی که اپراتورهای انسانی برای عملیات بویلر مورد نیاز هستند و این کار آگاهی و حفاظت را فراهم می‌کند، تجهیزات ایمنی برای محافظت نهایی در برابر فاجعه  طراحی شده‌اند. هنگامی که آب به بخار تبدیل می‌شود، اندازه آن ۱۴۰۰ برابر افزایش می‌یابد که در محیط کنترل شده‌ی یک سیستم دیگ بخار که به درستی کار می‌کند، کاملاً خوب است. با این حال، اگر نقصی وجود داشته باشد و مقدار زیادی آب فشار بالا/دمای بالا به اتمسفر رها شود، انبساط آن آب به بخار منجر به خسارات فاجعه‌بار می‌شود. تجهیزات ایمنی روی بویلرها محافظتی را در برابر شرایط خطرناکی که ممکن است ایجاد شود فراهم می‌کند.

انواع تجهیزات ایمنی بویلر

کنترلرهای مشعل / حفاظت شعله

کنترل کننده‌هایی که ترتیب مناسبی را برای عملکرد مشعل از جمله احتراق، نظارت بر شعله، پاکسازی، قطع فراهم می‌کنند و و به طور معمول شامل مدارهای حد ایمنی و حد عملیاتی هستند. در اکثر بویلرها، یک کنترل کننده مبتنی بر ریزپردازنده جزء کنترل کننده ترتیب‌دهی عملکرد مشعل است. این کنترل‌کننده‌ها مدارهای محدودی را تعبیه کرده‌اند که بررسی‌های ایمنی مداوم را برای نظارت بر اجزای مرتبط عملکرد ایمن اجرا می‌کنند.

کنترل فشار یا دما

مجموعه ای از کنترل کننده‌ها که برای کنترل فشار یا دمای دیگ استفاده می‎‌شود. طبق نوع عملکرد مشعل، انواع مختلفی از کنترلرها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در یک سیستم بویلر، فشار در دیگ بخار توسط سرعت سوخت مشعل حفظ می‌شود. از آنجا که دما و فشار برای بخار اشباع‌‌ شده‌ متناسب است، هرچه گرمای بیشتری اضافه شود، دما و فشار دیگ بیشتر می‌شود. کنترل‌های فشار برای فشار کاری مورد نظر تنظیم می‌شوند و به طور خودکار مشعل را برای ایجاد شرایط مورد انتظار تنظیم می‌کنند. به طور معمول، در کنترل‌های فشار نیز برای خاموش کردن همه سیستم‌ها در صورت «فشار بالا» دوباره کاری وجود دارد.

شیرهای کاهش فشار

نوعی شیر اطمینان که برای محدود کردن فشار در یک سیستم و محافظت در برابر فشار بیش از حد استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها برای جلوگیری از فشار بیش از حد یک سیستم وجود دارند، چه دیگ بخار، مخزن، مبدل حرارتی، لوله کشی یا سایر اجزای مرتبط. انواع مختلفی از شیرهای اطمینان وجود دارد که از نظر نحوه عملکرد و همچنین کاربرد خاص متفاوت هستند، اما دلایل نصب همه یکسان است – محافظت از سیستم. این شیرهای اطمینان باید به طور مرتب آزمایش شوند تا عملکرد و دقت تنظیمات را نشان دهند.

قطع کننده آب کم و قطع کننده کم آب کمکی(Low Water Cutoff and Auxiliary Low Water Cutoff)

یک وسیله ایمنی که برای محافظت از تجهیزات در برابر خطرات شرایط کم آب استفاده می شود. معمولاً هنگامی که از دو “LWCO” استفاده می شود، اولی جریان آب آرایشی را به داخل تجهیزات کنترل می کند و دومی یک تنظیم مجدد دستی دارد که به مدار محدودیت ایمنی کنترلر مشعل متصل می شود. دو عملکرد اصلی که با دستگاه های LWCO انجام می‌شود:

کنترل سطح: این کار را می‌توان با هر دو نوع انجام داد، اما معمولاً با یک LWCO نوع شناور انجام می‌شود که دارای تنظیم مجدد خودکار است.

قطع سوخت: این را نیز می‌توان با هر دو نوع انجام داد، اما شامل تنظیم مجدد دستی است که برای لغو این وضعیت خطا به ورودی اپراتور نیاز دارد. همچنین مشعل را قطع می‌کند و دیگ را تا زمانی که شرایط اصلاح شود “خاموش” می‌شود.

در سیستمی که از دو LWCO (اولیه و کمکی) استفاده می‌کند، اولی سطح را کنترل می‌کند و دومی یک قفل ایمنی برای مشعل است.

در مجموع، دیگ‌ها، اگرچه در شرایط عادی بسیار ایمن هستند، اما بدون تجهیزات ایمنی و پروتکل‌های مناسب می‌توانند خطرناک باشند. درک هدف انواع مختلف تجهیزات ایمنی و همچنین پیاده سازی و نگهداری صحیح از آنها برای ایمنی کارگران و سلامت طولانی مدت بویلر شما بسیار مهم است.

در این مقاله به بویلرها، انواع آن و همچنین نحوه عملکرد هر یک از بویلرها پرداختیم. برای مطالعه بیشتر در زمینه بویلرها و همچنین تجهیزات ابزار دقیق مورد استفاده در بویلرها به مقاله تخصصی که برای آن تولید کردیم رجوع کنید.

اگر علاقه مند به دانستن بیشتر درمورد بویلرها و اجزای اصلی بویلرهای تجاری می‌باشید، پیشنهاد می‌کنیم که حتما مقاله جامع را در این خصوص مطالعه نمایید.

همچنین اگر نیاز به مطالعه بیشتر درمورد بویلرها دارید پیشنهاد می‌کنیم که به لینک‌های زیر رجوع کنید.

منابع مقاله:

https://realpars.com/boiler

https://energyeducation.ca/encyclopedia/Boiler

https://atiofny.com/steam-boiler-vs-hot-water-boiler

https://www.powerhouse.com/en/boiler-education/boiler-101/boiler-safety-equipment

https://www.mboiler.com/what-is-the-difference-between-a-condensing-boiler-and-a-common-boiler