یک دیگ بخار دارای چهار سیستم اصلی شامل سیستم بخار، سیستم آب تغذیه، سیستم سوخت و سیستم هوا است. وظیفه سیستم بخار، رسانیدن و تحویل بخار به دستگاه‌ها و اجزای مختلفی است که از آن استفاده می‌کنند.
سیستم بخار
سیستم‌های بخار شامل لوله‌کشی، شیرها و اجزای مورد نیاز برای تغذیه بخار هستند. فشارسنج‌ها که ناظر بر جریان بخار می‌باشند، در نقاط مختلف سیستم نصب می‌شوند. در اغلب موارد، انتقال‌دهنده‌های مقدار فشار و انتقال‌دهنده‌های مقدار جریان نیز وجود دارند که اطلاعات لازم را به سیستم کنترل دیگ می‌فرستند.
شبکه لوله‌ها و متعلقات، جهت کم کردن اتلاف انرژی حرارتی به محیط اطراف، عایق‌بندی می‌شوند. ذخیره انرژی حرارتی بسیار مهم است؛ زیرا هر BTU هدررفته از طریق شبکه لوله باعث افت راندمان عملیات می‌شود.
همچنین، موقعی که بخار شروع به از دست دادن انرژی می‌کند، حالت متراکم شدن یا میعان شدن آن نیز آغاز شده (CONDENS) و قطرات آب تشکیل می‌شوند که می‌توانند باعث خرابی و صدمه به دستگاه‌ها گردند.
علیرغم عایق‌بندی مناسب لوله‌های بخار، بسته به اینکه لوله‌های بخار چگونه نصب می‌شوند، مقداری حرارت تلف خواهد شد. تله‌های بخار به نقاط تحتانی لوله‌های بخار نصب می‌شوند تا برای جدا کردن هرگونه رطوبتی که تشکیل می‌گردد، مورد استفاده قرار گیرند.
مقداری از انرژی حرارتی که توسط سیستم بخار تغذیه می‌شود، به فرآیند (پروسس) انتقال می‌یابد. فرآیندهای خاصی تمام گرمای نهان میعان را از بخار می‌گیرند.
تله بخار، میعان شده حاصل از چنین فرآیندی، کندانسه یا آب مقطر نامیده می‌شود. سایر فرآیندها، گرمای نهان را کاملاً جذب نمی‌کنند که در نتیجه بخار تر، حاصل خروج بخار از آن واحد است. بخار تر معمولاً میعان شده و مجدداً مورد تغذیه دیگ قرار می‌گیرد تا دوباره مورد استفاده واقع گردد.
سیستم آب تغذیه دیگ بخار
وظیفه سیستم تغذیه آب دیگ، رسانیدن و تهیه کردن آب به مقدار کافی به دیگ بخار جهت عملیات می‌باشد. در بیشتر این سیستم‌ها، منبع اصلی آب تغذیه دیگ، آب مقطر است. سیستم آب تغذیه شامل لوله‌ها، تلمبه‌ها، شیرها و سایر اجزای مورد نیاز جهت تغذیه دیگ می‌باشد.
سیستم آب تغذیه معمولاً دارای ابزار سنجش فشار و جریان جهت نظارت و کنترل سیستم می‌باشد. اولین دلیل برای دوباره استفاده کردن آب مقطر این است که آب مقطر هنوز مقدار زیادی انرژی حرارتی دارد. در بسیاری از حالات، آب مقطر خیلی زیاد از دمای اشباع فاصله ندارد و برگشت آب مقطر به دیگ نیاز به گرمادهی آب توسط سایر منابع گرمایی برای رسیدن به دمای اشباع را کاهش می‌دهد.
راندمان دیگ بخار با بازیابی حرارتی که آب مقطر دارد، بسیار افزایش می‌یابد. هرچند آب مقطر برگشتی جهت آب تغذیه دیگ به مقدار حداکثر خود می‌رسد، اما اغلب سیستم‌های تغذیه به مقداری آب اضافی برای جبران کردن آب هدررفته از طریق نشتی‌ها نیاز دارند که آب جبرانی نامیده می‌شود.
پیش‌گرم کردن آب تغذیه
آب تغذیه معمولاً قبل از ورود به دیگ پیش‌گرم می‌شود. گرمایی که به‌طور دیگری هدر می‌رفت برای این موضوع استفاده می‌شود. برای مثال، ممکن است برای گرم کردن مخزن هواگیر از بخار مرطوب خروجی از توربین‌ها یا منابع دیگر استفاده شود. این گرما برای پیش‌گرم کردن آب تغذیه ورودی به دیگ بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد.
پیش‌گرم کردن آب تغذیه، علاوه بر بازیافت گرمایی که از طریق دیگر تلف می‌شود، در حداقل کردن مقدار گرمایشی که دیگ در معرض آن قرار دارد نیز مؤثر است. ورود آب نسبتاً سرد به داخل دیگ داغ می‌تواند باعث صدمه دیدن آن شود.
دلیل مهم دیگر در بازیافت آب حاصل از تقطیر بخارات، لزوم خالص بودن آب برای بسیاری از دیگ‌های مدرن می‌باشد. این الزام ممکن است بحرانی و ضروری باشد؛ زیرا فشار و دمای موجود در دیگ، محیط مناسبی را جهت شکل‌گیری رسوب و خوردگی در سطوح داخلی تیوپ‌های (لوله‌های) دیگ مهیا می‌کنند.
رسوب و خوردگی باعث کاستن از راندمان دیگ شده و در موارد پیشرفته باعث از کار افتادگی اجزا می‌شود. البته رسوب و خوردگی موقعی که ناخالصی‌های معینی در آب باشد، شکل می‌گیرد.
برنامه و عملیات نرم‌سازی (تصفیه) جهت جدا کردن این نوع ناخالصی‌ها از آب طراحی شده است. همچنین مواد شیمیایی دیگری نیز جهت جلوگیری از رسوب و خوردگی عرضه شده است. نرم‌سازی آب و سیستم نرم‌سازی هزینه‌بر هستند. این هزینه‌ها را می‌توان با حداقل کردن مقدار آب لازم برای تصفیه کاهش داد.
آب BFW
آبی که مراحل تصفیه را گذرانده است، آب BFW نامیده می‌شود و به عنوان خوراک دیگ‌های بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد. هرچند مراحل تصفیه آب به خوبی انجام گیرد، هنوز مقداری ناخالصی و مواد معلق در آن باقی می‌ماند که به مرور باعث ایجاد مشکلات زیادی می‌شود.
به منظور کاهش مشکلات آب درون دیگ‌های بخار، آب تحت تصفیه شیمیایی داخلی با تزریق یک سری مواد شیمیایی قرار می‌گیرد. کیفیت آب تغذیه و کنترل ناخالصی‌های آن از عوامل مهم در جلوگیری از رسوب و خوردگی و حفظ راندمان دیگ بخار است.
وظایف سیستم‌های سوخت و هوا
تغذیه سوخت و هوا با نسبت مورد لزوم جهت احتراق مناسب و با میزانی لازم برای تولید مقدار مناسب بخار انجام می‌شود. در بیشتر صنایع، حرارت توسط احتراق سوخت‌های فسیلی مثل ذغال، گاز و نفت تولید می‌شود.
برای تولید حرارت در یک دیگ بخار، سیستم‌های مرتبطی مثل سیستم سوخت، سیستم هوا و سیستمی برای دفع محصولات جانبی احتراق لازم است. علاوه بر این، شرایط مورد نیاز برای احتراق باید لحاظ گردد.
تحت شرایط ایده‌آل، احتراق کامل موقعی انجام می‌شود که تمام سوخت بسوزد. کربن و هیدروژن موجود در سوخت با اکسیژن هوا ترکیب می‌شوند و در نتیجه آب و گازکربنیک (CO2) تولید شده و حرارت آزاد می‌گردد.
حرارت به قسمت آب دیگ بخار انتقال یافته و محصول جانبی احتراق به صورت گاز سوخته (دود) (FLUE GAS) از دیگ خارج می‌شود.
البته شرایط عملیات نرمال ممکن است ایده‌آل نباشد. در این شرایط احتراق ناقص است. احتراق ناقص باعث کاستن کارآیی سوخت، به دلیل هدر رفتن کربن نسوخته، منواکسید کربن، هیدروژن و سایر گازهایی که با گازهای سوخته خارج می‌شوند، می‌گردد.
نسبت سوخت و هوا در احتراق
یک روش برای اطمینان از احتراق کامل، استفاده از هوای اضافی در کوره است. هوای اضافی اکسیژن بیشتری جهت ترکیب با سوخت فراهم می‌سازد. ایراد این روش این است که هوای اضافی نیز مقدار زیادی حرارت را همراه گازهای سوخته (دود) از کوره خارج می‌کند.
با وجود این، از بین این دو حالت، از دست دادن حرارت ارجح‌تر است؛ زیرا انرژی تلف‌شده از طریق خروج سوخت محترق‌نشده از دودکش، معادل ۵ تا ۶ برابر حرارت تلف‌شده از طریق هوای اضافی خروجی از دودکش است.
مهم‌تر اینکه استانداردهای مربوط به رهاکردن گازها، بیانگر توجهات زیست‌محیطی در ارتباط با پخش منواکسید کربن، ذرات کربن و گازهای هیدروکربن به اتمسفر می‌باشد. همچنین احتراق ناقص مسائل ناایمن بودن را به وجود می‌آورد.
اگر هوای کافی برای احتراق تدارک دیده نشود، خفگی شعله رخ می‌دهد؛ یعنی شعله خاموش شده و مخلوط گاز موجود در کوره حالت انفجاری پیدا می‌کند. همچنین اگر هوا بیش از حد زیاد شود، ممکن است باعث خاموشی شعله شود و مخلوطی از گازها و هوا در کوره به وجود آید.
اگر هوای داخل کوره افزایش یابد، خود هوا یک احتراق کامل را تضمین نمی‌کند. نسبت سوخت و هوا یکی از فاکتورهای مهم در کارکرد دیگ بخار می‌باشد.
اصول لازم برای احتراق کامل
جهت احتراق کامل، سه اصل مهم و اساسی مورد لزوم می‌باشد:
- دما
- توربولانس (تلاطم)
- زمان
دمای مخلوط سوخت و هوا باید به قدر کافی بالا باشد تا با جرقه روشن شود. توربولانس (تلاطم) نیز لازم است تا از مخلوط شدن کامل سوخت و هوا داخل دیگ اطمینان حاصل شود. در نهایت مقدار زمان کافی نیز جهت احتراق کامل مورد نیاز می‌باشد.
سیستم هوا و بازیابی حرارت
سیستم‌های هوا ممکن است شامل تجهیزات بازیابی حرارت جهت افزایش راندمان دیگ، با جذب حرارت از گازهای سوخته (دود) خروجی از دیگ، باشند. در یک دیگ صنعتی، دمای گازهای خروجی تقریباً بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ درجه فارنهایت و در یک دیگ نیروگاهی بین ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه فارنهایت قرار می‌گیرند.
اگرچه انرژی حرارتی این گازها نمی‌تواند مستقیماً به بخار اشباع انتقال یابد، ولی می‌تواند با اجزای دیگری که دمای کمتری دارند، انتقال حرارت نماید. به طور معمول، دو نوع تجهیز برای استفاده از این انرژی حرارتی طراحی می‌شود: اکونومایزرها و پیش‌گرمکن‌های هوا.
اکونومایزرها اساساً مبدل‌های حرارتی هستند که حرارت را از گازهای سوخته (دود) به آب تغذیه ورودی دیگ انتقال می‌دهند و پیش‌گرمکن هوا نیز برای گرم کردن هوای احتراق مورد استفاده قرار می‌گیرد.
صرف‌نظر از نوع دیگ، لوازم و ابزار تجهیزشده به آن در کنترل مقدار، نسبت تغذیه و سایر الزامات متغیر، جهت تدارک نیازهای حساس و بحرانی برای احتراق کامل در کوره، اپراتورها را یاری و کمک می‌نمایند.
تولید بخار
در یک دیگ بخار واتر تیوب، اجزای مختلفی در فرآیند تولید بخار نقش دارند. این اجزا شامل ورودی آب تغذیه که آب از آن وارد دیگ می‌شود، نازل بخار که بخار از آن خارج می‌شود، درام بخار و آب، لوله‌های آب و اجزای مربوط به گردش آب می‌باشند.
در دیگ‌های بخار واتر تیوب، لوله‌های ناودانی (Down Comer) و بالابرها (Riser) نقش مهمی در گردش آب دارند. به خاطر اختلاف چگالی مخلوط بخار و آب در بالابرها (رایزرها) و چگالی آب در ناودانی (D. Comer)، چرخش طبیعی به وجود می‌آید.
وقتی که حرارت به دیگ بخار داده می‌شود، مقدار اعظمی از حرارت جهت تابش به رایزرها طراحی شده است. به محض اینکه حباب‌های بخار تشکیل می‌شوند، به سمت بالا و طرف درام بخار جریان یافته و در آنجا از مخلوط آب و بخار جدا می‌شوند.
آب تغذیه ورودی به دیگ سرد بوده، بنابراین از آب داخل درام بخار سنگین‌تر می‌باشد و به محض اینکه آب تغذیه با آب موجود در درام بخار مخلوط شود، به طرف پایین از طریق لوله‌های ناودانی (Down Comer) جریان می‌یابد.
این امر باعث هدایت بیشتر آب در بالابرها، جهت تبدیل آن به بخار شده و سپس بخار از طریق نازل‌های بخار به سمت بیرون هدایت می‌شود. جریان چرخشی طبیعی در دیگ ادامه خواهد داشت تا موقعی که مقدار بخار تولیدی با مقدار لازم آب تغذیه آن جهت نگهداری سطح مطلوب درام مطابقت داشته باشد.
نگهداری سطح آب در درام بخار در نقطه تنظیم آن یکی از نکات حیاتی عملیات دیگ می‌باشد. علاوه بر عملیات انتقال حرارتی جابه‌جایی (CONVECTION) در لوله که ناشی از عبور گاز داغ حاصل از احتراق از روی آنها می‌باشد، تیوپ‌ها در معرض حرارت از طریق تابشی نیز هستند.
تابش موقعی رخ می‌دهد که تعدادی از لوله‌های آب در معرض شعله قرار گیرند. قرار گرفتن دیواره در خط مستقیم شعله، باعث در معرض قرار گرفتن تیوپ‌ها در مقابل مقدار زیادی حرارت تابشی می‌گردد.
لذا در واقع جریان آب داخل لوله‌ها به عنوان خنک‌کننده تلقی می‌شوند که اگر جریان آب داخل لوله‌ها متوقف گردد، حرارت موجود روی تیوپ‌هایی که در معرض آن هستند، می‌تواند صدمه جدی بر آنها وارد آورد. نگهداری سطح آب در درام بخار در نقطه تنظیم آن، ما را از خشک و خالی شدن لوله‌ها و سطوح تحت حرارت مطمئن می‌سازد.
جمع‌بندی سیستم‌های اصلی دیگ بخار
عملکرد دیگ بخار به هماهنگی میان چند سیستم اصلی وابسته است. سیستم آب تغذیه آب مورد نیاز دیگ را تأمین می‌کند، سیستم سوخت و هوا شرایط لازم برای احتراق و تولید حرارت را فراهم می‌سازد، سیستم بخار بخار تولیدشده را به محل مصرف منتقل می‌کند و تجهیزات مربوط به بازیابی حرارت و گازهای احتراق نیز برای استفاده بهتر از انرژی و کاهش اتلاف حرارتی به کار می‌روند.
هماهنگی صحیح این سیستم‌ها، همراه با کنترل کیفیت آب، کنترل احتراق، حفظ سطح مناسب آب و جلوگیری از اتلاف حرارت، از عوامل مهم در عملکرد مناسب و افزایش راندمان دیگ بخار به شمار می‌رود.
برای دریافت قیمت و خرید دیگ بخار با شماره 09388037440 تماس بگیرید.
