طبقه بندی بویلرها – سری مقالات روش های پیشگیری از رسوبات بویلرها (قسمت اول)

آشنایی با طبقه بندی بویلرها به ما کمک می کند تا  روش جلوگیری از تشکیل رسوب در انواع مختلف بویلر را با توجه به نوع آن تعیین نماییم .به همین دلیل در اولین قسمت از این سری مقالات که با عنوان روشهای پیشگیری از رسوبات بویلر ها و در ۵ قسمت می باشد ابتدا انواع بویلر ها با در نظر گرفتن عوامل مختلف دسته بندی آن بیان خواهد شد.

انسان همواره برای گرم کردن محل زندگی خود در فصل سرما، به دنبال ساخت وسایل گرمازا بوده است. در ابتدا با سوزاندن موادی مانند گیاهان و چوب و بعدها با کشف و استخراج معادن انواع سوخت های فسیلی، از وسایلی مانند بخاری و آبگرمکن استفاده کرده است.

ولی به تدریج با گسترش شهرنشینی و فرهنگ آپارتمان نشینی و ایجاد انواع ساختمان های مسکونی و تجاری و اداری و همچنین لزوم توجه بیشتر به مصرف بهینه و اقتصادی سوخت، باعث گردید سیستم های مختلف گرمایشی مانند: سیستم حرارت مرکزی ، انواع پکیج یونیت های آپارتمانی، سیستم های حرارت تشعشعی و … مورد توجه بیشتری قرار گرفته و در زمینه بهبود کیفیت و سهولت بهره برداری و نگهداری از آنها اقدامات موثری انجام شده است که از آن جمله می توان تولید و ساخت انواع دیگ های حرارت مرکزی که در ساختمان ها و مراکز مختلف صنعتی بسته به شرایط اقتصادی و فنی مورد استفاده قرارمی گیرند، را نام برد.

دیگ های آب گرم که تولید و بهره برداری از آنها قدمتی چندین ساله دارد، در انواع مختلف به صورت عمده با استفاده از فولاد و یا چدن ساخته شده است و برای تولید آب گرم مورد نیاز، در محلی به نام موتورخانه نصب و بکار گرفته می شوند.

ب – دیگ بخار و جایگاه آن در یک نیروگاه حرارتی :

کلمه بویلر از فعل boil به معنی جوشاندن استخراج شده و بویلر به معنی جوشاننده است. در واقع بویلرها نوعی مبدل حرارتی هستند که با گرفتن انرژی حرارتی سوخت و انتقال آن به آب سرد، باعث تبدیل آب به بخار می شوند.

نیروگاه بخاری از نظر ترمودینامیک یک ماشین حرارتی است که در آن دیگ بخار، به عنوان منبع گرما کار می کند. گرفتن کار از ماشین حرارتی تنها با منابع دمای بالا و پایین میسّر است. انتقال و افزایش انرژی سیّال عامل که عمدتاً آب خالص است، در دیگ های بخار صورت می گیرد. پس دیگ های بخار نیروگاه ها با متعلقات خود نقش اساسی و بارزی در سیکل حرارتی نیروگاه ها ایفا می کنند. در واقع می توان گفت که دیگ بخار قلب هر نیروگاه است. لذا شناخت انواع، عملکرد، اجزا و نقش تک تک اجزای این سازه بزرگ و مهم، کمک شایانی به بهره برداری و تعمیرات آن خواهد کرد. در اینجا بایستی با یک واژه درباره بویلرها آشنا شویم و آن سطح تبادل حرارتی یک بویلر است.

سطح گرمایش (heating surface) یا سطح تبادل حرارتی یک بویلر عبارت است از مساحت سطحی که در معرض محصولات احتراق قرار دارد.

در این پروژه ابتدا طبقه بندی بویلرها را ذکر خواهیم کرد. بویلرها طبقه بندی های گوناگونی دارند. بویلرها را می توان بر اساس جنس، فشار، درجه حرارت، شکل، نوع سوخت و … طبقه بندی کرد.

فصل اول :

طبقه بندی بویلرها

بویلرها طبقه بندی های مختلفی دارند که در زیر به آنها اشاره شده است :

۱-۱- طبقه بندی از نظر مصارف بویلر:

بویلرها را از نظر نوع مصرفی که در صنایع مختلف دارند، می توان دسته بندی کرد: بعضی از آنها برای تولید انرژی الکتریکی بکار می روند و برخی دیگر برای تهیه آب داغ یا بخار خشک و اشباع ساخته می شوند. در صنایع حمل و نقل ( زمینی یا دریایی ) به طرح های خاصی از بویلرها نیاز است. همچنین در جوار واحدهای عظیم بخارساز نیروگاهی، بویلرهای خاصی به عنوان بویلر کمکی نصب می شوند.

۱-۲- طبقه بندی بویلرها از نظر فشار سیکل آب و بخار :

از نظر فشار کاری عموماً سه نوع بویلر وجود دارد :

۱) بویلرهای مینیاتوری با حداکثر فشار ۷ bar جهت تولید آب داغ یا بخار خشک و اشباع  با حداکثر سطوح تبادل حرارتی ۲m²

۲) بویلرهای کم فشار که برای تولید آب داغ و بخار خشک و اشباع به کار می روند، که اگر این بویلرها برای تولید آب داغ بکار روند، طبق استانداردهای ASME برای حداکثر فشار ۱۰bar و دمای ۱۲۰˚c ساخته می شوند.

۳) بویلرهای قدرتمند (power boilers) که برای تهیه بخار اشباع یا بخار داغ با فشار بالاتر از ۱۲bar ساخته می شوند. اغلب بویلرهای نیروگاهی از این نوع هستند.

۱-۳-  طبقه بندی بویلرها از نظر مصالح صنعتی و متالوژیکی :

انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME) در این مورد استانداردهای دقیق و مبسوطی دارند که طبق آن، بویلرهای قدرتمند از انواع فولادهای کم کربن، آلیاژی و پر آلیاژی ساخته می شوند. همچنین بویلرهای کم فشار از چدن یا فولاد و بویلرهای مینیاتوری از مس یا فولادهای ضد زنگ ساخته می شوند.

۱-۴-  طبقه بندی دیگ از نظر سطوح تبادل حرارتی :

این نوع طبقه بندی  بویلرها از طرف انستیتو بویلرهای فولادی آمریکا (SBI) برای بویلرهای فولادی کم ظرفیت غیر نیروگاهی صورت گرفته که آنها را به سه دسته تقسیم می کنند :

۱) از۱۳m² تا ۳۵۰m² سطح تبادل حرارتی، با خروجی ۶۴۸ تا ۱۸۸۱۰kj

۲)سطح تبادل حرارتی از ۲m²تا  ۳۰m² با خروجی حد اکثر ۱۸۸۰kj

۳) بویلرهای با سوخت فسیلی حداکثر با خروجی ۱۸۸۰kj

البته روشن است که سطوح تبادل حرارتی بویلرهای نیروگاهی بسیار بیش از این مقادیر است.

۱-۵-  طبقه بندی بویلرها از نظر محتوای لوله ها :

۱) دیگ های بخار فایر تیوب ( fire tube) : بویلرهایی که در آنها آتش و گازهای حاصل از احتراق از درون لوله ها جریان می یابد و سیال انرژی گیرنده (آب) در خارج لوله ها می جوشد.

۲) دیگ های بخار واتر تیوب ( water tube) : بویلرهایی که در آنها سیال انرژی گیرنده ( آب ) در درون لوله ها جریان دارد و محصولات احتراق در بیرون از لوله ها حرکت می کنند.

بویلرهای فایر تیوب بخارساز حداکثر برای فشار ۱۷bar و با خروجی ۱۱٫۳m³/hr ساخته می شوند، اما بویلرهای واتر تیوب حتی برای فشارهای فوق بحرانی آب و تناژهای بسیار بالا طراحی و ساخته می شوند.

۱-۶-  طبقه بندی دیگ از نظر فشار کوره بویلر:

اگر فشار داخل کوره بویلر مد نظر باشد، از این نظر بویلرها به سه دسته تقسیم می شوند : بویلرهای تحت فشار ، بویلرهای با فشار اتمسفریک و بویلرهای تحت خلا.

بایستی به این نکته اشاره کرد که نوع کوره یک بویلر از نظر فشار درون آن، در پیدایش لوازمی نظیر دمنده هوای احتراق و مکنده دود و گازها دخیل است. همچنین با توجه به فشار کوره، سیستم تخلیه گازها از دودکش متغیر خواهد بود.

۱-۷-  طبقه بندی دیگ از نظر نوع احتراق:

بویلرها از نظر نوع احتراق به دو دسته تقسیم می شوند: بویلرهای با احتراق درونی و بیرونی.

در بویلرهای با احتراق درونی، کوره دارای مشعل و لوازم لازم برای احتراق خواهد بود. اما در بویلرهای با احتراق بیرونی، ماحصل محصولات احتراق سیستمهای دیگر تخلیه شده و از انرژی آ نها برای جوشاندن آب استفاده می گردد، مانند سیکل های ترکیبی.

۱-۸-  طبقه بندی از نظر منبع انرژی بویلر:

انرژی مورد تبدیل در بویلرها ممکن است از احتراق سوخت های فسیلی تامین شود. همچنین این امکان وجود دارد که تامین حرارت سیال عامل را تحولی شیمیایی غیر از احتراق به عهده گیرد. در برخی از بویلرها انرژی الکتریکی عامل افزایش دمای سیال عامل می باشد. حتی ممکن است این انرژی از منابع انرژی هسته ای تامین گردد. در این صورت ساختار بویلرها تفاوت های عمده ای با یکدیگر خواهند داشت.

۱-۹-  طبقه بندی بویلرها از نظر نوع سیال عامل:

سیال عاملی که در بویلرها موجب جذب حرارت می شود و می جوشد، ممکن است آب، بخار آب یا جیوه باشد.

۱-۱۰-  طبقه بندی بویلرها از نظر نوع سیرکولاسیون سیال عامل:

بویلرها از این نظر به سه دسته تقسیم می شوند:

۱)    بویلر با سیرکولاسیون طبیعی:

که در این صورت نیروی ایجاد شده از اختلاف دانسیته سیال عامل قبل از انتقال حرارت و بعد از آن، عامل سیرکولاسیون خواهد بود. البته این نیرو باید به اندازه ای کافی باشد که باعث افت سرعت سیال به هنگام گرفتن انرژی حرارتی نشود و جدایش بخار اشباع از آب جوشان در داخل درام به زحمت نیفتد.

۲)    بویلر با سیرکولاسیون اجباری :

که دراین حالت عامل حرکت سیال، مولد های خارجی ( boiler circulating pumps ) خواهند بود. پس در این نوع سیرکولاسیون محدودیت فشار برای سیال منتفی می شود.

۳)    بویلر با سیرکولاسیون مختلط :

ممکن است بویلری برای تولید بخار داغ در دو حوزه فشاری کار کند که در آن صورت، در فشار پایین، هنگامی که نیروی حاصل از اختلاف دانسیته ها کافی باشد، سیرکولاسیون طبیعی، و هنگام  افزایش تناژ بویلر (افزایش فشار) سیرکولاسیون اجباری می شود.

۱-۱۱-  طبقه بندی دیگ از نظر نام سازنده بویلر:

نام سازنده بویلر یا ابداع کننده بویلر، نه تنها از نظر کیفیت طرح، بلکه از نظر شکل، سیرکولاسیون و … می تواند برای مصرف کننده مشکل گشا باشد. در شکل زیر، شش طرح بویلر با نام سازنده آنها آمده است. برای مثال، Lamont یک بویلر درام دار و زیر نقطه بحرانی است، اما Benson یک بویلر بدون درام و بالای نقطه بحرانی است.

۱-۱۲-  طبقه بندی از نظر شکل و موقعیت لوله های بویلر:

بویلرها از این نظر به سه دسته تقسیم می شوند: بویلر با لوله های افقی، بویلر با لوله های قائم و بویلر با لوله های خمیده.

در بخش بعدی با انواع بویلرها از نظر ساختمان و نوع طراحی  آشنا خواهیم شد .