توربولاتور در ديگ های بخار

انواع توربولاتور

مجله صنعت تاسيسات

مقدمه

دیگ های آب داغ و بویلر بخار لوله آتشی (فایرتیوب) یكی از منابع اصلی تولید حرارت در صنایع و ساختمان ها می باشند. راندمان دیگ های لوله آتشی بسته به طراحی و مشعل مورد استفاده بین ۶۵ تا ۸۵ درصد است.

مجله صنعت تاسیسات

در واقع ۱۵ تا ۳۵ درصد انرژی وارد شده به بویلر به هدر می رود. راهكارهای مختلفی جهت بازیافت حرارت از دودكش پیشنهاد شده اند كه تاكنون به دلایل اقتصادی مورد اقبال عمومی قرار نگرفته اند.

توربولاتور وسیله ای برای افزایش راندمان

روش های معمول افزایش راندمان مبتنی بر بازیابی انرژی خروجی همراه دود و استفاده از آن جهت پیش گرم كردن آب یا هوای ورودی به بویلر است.

در استفاده از توربولاتور هدف اصلی دستیابی به روشی است كه میزان انتقال حرارت از دود به آب داخل بویلر افزایش یافته ، دمای خروجی دود كاهش یافته، و در نتیجه راندمان بویلر افزایش یابد.

استفاده از توربولاتور روش مقرون به صرفه تری در افزایش راندمان مجموعه بخار نسبت به استفاده از اكونومایزر و یا پیش گرمكن هوا می باشد.

تاریخچه

پیشینه تاریخی استفاده از توربولاتور در بویلرها به سال ۱۸۹۶ در انگلستان باز می گردد. در این سال در تحقیقی نشان داده شد كه با استفاده از توربولاتور نوار پیچانده (Twisted tape) می توان مصرف زغال سنگ را در بویلر لوله آتشی ۲/۱۸ درصد كاهش داد.

استفاده از توربولاتور ازاوایل قرن بیستم در انگلستان معمول گردید. هم اكنون در بسیاری از كشورهای دنیا توربولاتور بعنوان بخشی جدایی ناپذیر از بویلر درآمده است و سازندگان بویلر از همان ابتدا بویلر را مجهز به توربولاتور به مشتریان خود تحویل می دهند. وزارت انرژی آمریك ا(DOE) نیز در كتاب خود با نام:

improving steam system performance:A Sourcebook for Industry

كه مرجع بهره وری سوخت در آمریكا محسوب می شود، تاكید بر استفاده از توربولاتور در پاس ۲ و ۳ بویلرهای لوله آتشی دارد.

اصول كاركرد توربولاتور

در بویلرهای فایرتیوب ، سوخت پس از احتراق در كوره ، وارد لوله های دود(smoke tubes) می گردد.محصولات احتراق در عبور از این لوله ها ، حرارت خود را به آب بیرون لوله ها منتقل می كنند و سرانجام از طریق دودكش خارج می شوند. بیش از نیمی از انتقال حرارت بویلر از طریق لوله های دود صورت می پذیرد.

جریان دود در لوله های دود و یك جریان توسعه یافته با پروفیل سرعت مستقیم است كه لایه مرزی یاد شده كه سرعت خیلی كمتری نسبت به جریان اصلی دارد به مثابه یك عایق حرارتی بین جداره لوله و حجم اصلی جریان قرار می گیرد و میزان انتقال حرارت را كاهش می دهد. همچنین دوده وارد لوله می شوند با قرار گرفتن در این لایه كم سرعت، فرصت نشستن بر روی جداره لوله را پیدا می كنند.

توربولاتور وسیله مكانیكی ثابتی است كه در جریان سیال قرار گرفته و با ایجاد اغتشاش در جریان و از بین بردن لایه مرزی، ضریب انتقال حرارت را افزایش داده و از رسوب دوده بر روی سطح داخلی لوله جلوگیری می كند.

همچنین توربولاتور مسیر عبور جریان دود در لوله را طولانی تر نموده، دوده مدت زمان بیشتری در تماس با سطح تبادل حرارتی قرار می گیرد و در نتیجه میزان انتقال حرارت افزایش می یابد.

انواع توربولاتور

مجله صنعت تاسیسات

انواع مختلفی از توربولاتورهای داخل لوله ای برای بویلرها ارائه شده اند عبارتند از :

  • نوار پیچانده(Twisted tape)

معمول ترین نوع توربولاتور می باشد ضریب انتقال حرارت داخل لوله را تا ۳/۵ برابر افزایش می دهد ودر عین حال افت فشار اضافی چندانی به سیستم تحمیل نمی كند(شكل۱).

  • نوارخمیده(Bent strip)

افزایش ضریب انتقال حرارت تا ۷ برابر گزارش شده است ولی به دلیل افت فشار بالا(تا حد ۳۰۰ درصد افت فشار لوله خالی )موارد استفاده از آن محدود است (شكل۲).

  • نوار چین دار(Corrugated strip)

افزایش ضریب انتقال حرارت تا ۵ برابر افت فشار بالا (تا حد ۳۰۰ درصد افت فشار لوله خالی) استفاده از آن نیاز به دقت و محاسبات خاص و در صورت امكان تعویض فن دمنده مشعل دارد (شكل۳).

  • فنری(Helix wire)

افت فشار كم، سهولت تولید همراه با ۲ برابر كردن ضریب انتقال حرارت این نوع توربولاتور را در رتبه دوم مصرف پس از نوار پیچانده قرار داده است (شكل۴).

جنس توربولاتور با توجه به محل قرارگیری آن (پاس۲ یا ۳) و دمای كاركرد از استنلس استیل نسوز و یا آلومینیوم آلیاژی مخصوص می باشد. در ادامه این مقاله توجه خود را به معمول ترین نوع توربولاتور یعنی نوار پیچانده معطوف می نمائیم.

طراحی توربولاتور

مجله صنعت تاسیسات

شكل ۵ نحوه قرارگیری توربولاتور در لوله و پارامترهای مهم آن را نشان می دهد كه در آن do قطر خارجی لوله ، H گام پیچش ۱۸۰درجه ای نوار و δ ضخامت نوار فلزی است.

ضخامت نوار فلزی بین ۱/۵ تا ۳ میلیمتر می باشد. گام پیچش H مهم ترین پارامتر در طراحی توربولاتور است. نسبت گام به قطر لوله را نسبت پیچش نامیده و با Y مشخص می نمایند. هرچه قدر Y كوچكتر باشد، تعداد پیچ ها در واحد طول بیشتر بوده و لاجرم میزان اغتشاش و طول مسیر بیشتر شده و میزان انتقال حرارت بیشتر خواهد بود. نكته محدود كننده در كاهش عدد Y افت فشار مجاز مسیر دود می باشد.

با قرار گرفتن توربولاتور در لوله های دود، افت فشاری در مسیر دود ایجاد می گردد كه چنانچه اختلاف فشار ایجاد شده توسط فن مشعل و دودكش نتواند بر آن فائق آید، دود نمی تواند از بویلر خارج شده، مشعل پس زده و خاموش می شود. لذا با افزایش Y دمای خروجی دود از دودكش افزایش و افت فشار مسیر كاهش می یابد. برای بدست آوردن نقطه بهینه طراحی، ضریبی به نام beh تعریف می گردد كه حاصل تقسیم میزان افت فشار بر دمای خروجی دودكش است. این ضریب را به ازای Y های مختلف محاسبه می نماییم.

این محاسبه برای بویلرهای مختلف انجام گرفت و الگوی مشابهی در تمامی آنها تكرار شد به این معنی كه با افزایش Y ابتدا beh كاهش می یابد و پس از عبور از یك نقطه مینیمم، حالت صعودی به خود می گیرد(شكل۶).

مجله صنعت تاسیسات

ابعاد بهینه توربولاتور

نقطه مینیمم منحنی ، ابعاد بهینه توربولاتور است كه در آن میزان افت فشار نسبت به افزایش راندمان حداقل است. البته ممكن است در نقطه بهینه طراحی هم مجموعه فن مشعل و دودكش توان غلبه بر افت فشار ایجاد شده را نداشته باشند كه در این صورت باید Y را افزایش داده و لاجرم از نقطه بهینه دور شد. Y بهینه هر بویلر با دیگری متفاوت است ولی محدوده كلی آن بین ۲/۶ تا ۳/۴ می باشد. Y عملی كه بستگی به افت فشار مجاز دارد عددی بین ۳ تا۵ است.

نتیجه گیری

استفاده از توربولاتور در كلیه دیگ های فایرتیوب توصیه می شود ولی انتخاب نوع ونیز طراحی آن با ملاحظات فنی دقیق همراه است كه باید توسط كارشناسان خبره انجام پذیرد .

چنانچه از ابتدا طراحی بویلر مبتنی بر استفاده از توربولاتور صورت گیرد. نتیجه بدست آمده بسیار بهتر خواهد بود توربولاتور را می توان برای بویلرهایی با سوخت گاز و گازوئیل به كار برد ولی استفاده از آن در بویلرهای مازوت سوز توصیه نمی شود.

 

! کپی ممنوع * استفاده از مطالب این سایت فقط با ذكر نام منبع بلامانع می باشد * کپی ممنوع !

 

انواع دیگ های(بویلرهای) بخار مشهد بویلر انواع دیگهای(بویلرهای)روغن داغ مشهد بویلر انواع دیگ های(بویلرهای) آبگرم(آبداغ)-دیگ فولادی مشهد بویلر بخارشوی-كارواش-تجهیزات موتورخانه-روغن حرارتی-هیتر هوای گرم فیلترشنی-مبدل حرارتی-سختی گیر-موگیر و صافی-منبع كوئل دار مقاللات تخصصی بویلر(دیگ بخار)-نرم افزارهای تخصصی-استانداردهای فنی