بویلر

پس به طور کلی دیگ بخار دستگاهیست که برای تولید بخار از آن استفاده می‌شود. این بخار می‌تواند برای چرخاندن توربین یا گرم کردن برخی کوره‌ها استفاده شود. در دیگهای بخاری که در نیروگاهها کار میکنند به دلیل نیاز به فشار بالاتر بخار به صورت سوپرهیت (مافوق گرم) است. آب در این دیگهای‌بخار از لوله هایی که در میان شعله های مشعل محصور شده‌اند عبور می‌کند اما در دیگهای بخار کوچکتر بخار به صورت اشباع خواهد بود و در این مشعل‌ها شعله در داخل لوله و آب در اطراف لوله قرار دارد.
یک دیگ بخار از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده که توضیح مختصری در مورد آنها خواهید دید:
۱. مشعلهای دوگانه سوز
۲. شیشه آب نما: سطح آب داخل دیگ را نشان می‌دهد
۳. مانومتر: فشار دیگ را نشان می‌دهد
۴. تابلو و تجهیزات برقی
۵. هشدار دهنده : در صورت بالا رفتن فشار داخل دیگ هنگامی که قسمتی به درستی کار نکند
۶. پمپ : در این دیگها از پمپ با دبی بالا و هد متوسط از نوع حلزونی طبقاتی استفاده می‌کنند که دارای یک الکترو موتور به عنوان محرک است..
۷. دودکش : برای خروج گازهای سوخته شده در فرایند احتراق
۸. زیر آب زن : خروجی از ته دیگ برای خروج رسوبات ته‌نشین شده در ته دیگ
۹. سنسور حرارتی: از آنجایی که بخار تولیدی در حالت اشباع است و دما و فشار همواره متناسبند به‌جای استفاده از فشارسنج که در فشارهای بالا مشکل است از سنسورهای حرارتی استفاده میکنند با استفاده از این اصل که هر دما فشار معینی را نشان می‌دهد.
۱۰. سوپاپ اطمینان : اگر در موارد نادر تمام ایستگاههای ایمنی و همچنین هشدار دهنده‌ها به علت نقص درست کار نکنند در صورت تجاوز فشار از محدوده قانونی خود سوپاپ باز شده و فشار را با خارج کردن قسمتی از بخار داخل دیگ کاهش می‌دهد.
۱۱. تراپ: واحدیست که بخار کندانس شده را جمع‌آوری کرده و به آن تله آب نیز می‌گویند.
آب رسانی برای دیگ بخار:

سیال اصلی استفاده شده در دیگهای بخار آب است باید این سیال طی مراحلی آماده و وارد دیگ شود. قسمت‌های اصلی آب‌رسانی عبارتند از:
۱٫ منبع آب صنعتی مانند چاه عمیق
۲٫ ***** شنی: ذرات جامد معلق در آب را جمع‌آوری می‌کند که از طبقات شنی، سیلیسی و سنگی تشکیل شده است. شیر ها در این قسمت و ***** بعدی بگونه‌ای طراحی شده‌اند که بعد از ساعاتی کار و کثیف شدن بتوان جریان آب را به صورت معکوس از آن عبور داد تا تمیز شوند.
۳٫ سختی گیر: سختی گیری برای جدا کردن دو عنصر کلسیم و منیزیم بکار میرود. اگر این دو عنصر از آب جدا نشوند همان اتفاقی در دیگ بخار می‌افتد که در کتری رخ می‌دهد. در واقع رسوبات سطح بین لوله های آتش کار با آب را کاهش میدهد و انرژی بیشتری برای تولید میزان معینی فشار مصرف می‌شود. همچنین پاکسازی این لوله ها علاوه بر هزینه بر بودن خط تولید را نیز متوقف می‌کند.
این بخش از دو مخزن تشکیل می‌شود مخزن اول شامل بافت رزین سه‌بعدی بوده که با منیزیم ترکیب شده RMg بوجود می‌آورد در نتیجه سختی آب از بین می‌رود ولی نمی‌توان آن را به فاضلاب هدایت کرد چون رزین از دست خواهیم رفت. پس از مخزن دوم به عنوان مخزن احیا استفاده می کنیم در این مخزن آب‌نمک وجود دارد. واکنشهای به صورت زیر انجام می‌شود زیر را با ترکیب رزین و منیزیم انجام میدهد.
واکنش اول :
http://www.hamedmonsef.com/images/papers/f5.gif
واکنش دوم :
http://www.hamedmonsef.com/images/papers/f6.gif
اکنون http://www.hamedmonsef.com/images/papers/f7.gif وارد فاضلاب شده و RNa مجددا با سولفات منیزیم تر کیب شده و تولید RMg می‌نماید که با انجام چرخه‌ای این واکنش‌ها رزین مجددا احیا شده و http://www.hamedmonsef.com/images/papers/f7.gif از چرخه خارج می‌شود.
اکنون سختی آب گرفته شده ولی برای وارد شدن به داخل دیگ هنوز مشکلاتی وجود دارد
۱٫ اکسیژن محلول در آب که باعث اکسید شدن خط لوله می‌شود.
۲٫ دمای پایین آب که به دیگ بخار که در دمای بالا است شک وارد می‌کند.
برای حل مشکلات بالا از ریگازور استفاده می‌کنند که مخزنی است حاوی آب بدون سختی که از مرحله قبل تولید شده و قسمتی از بخار تولیدی دیگ با فشار وارد آن می‌شود تا علاوه بر بالا رفتن دمای آب اکسیژن موجود به صورت حباب از آن خارج شود.
آب موجود میتواند مورد استفاده دیگ بخار قرار گیرد که توسط پمپ با دبی بالا دیگ را تغذیه می‌کند. این تغذیه هم می‌تواند اتوماتیک باشد و هرگاه سنسور‌های دیگ سطح آب داخل دیگ را کافی تشخیص ندادند به پمپ فرمان تغذیه دهند و یا به صورت دستی و توسط اوپراتور پمپ روشن شود.
سیستم گازرسانی برای دیگ بخار:

لوله گاز شهری با یک کلید قطع و وصل اصلی وارد مدار دیگ بخار می‌شود. بعد از این کلید مانومتر فشار خط را نشان می‌دهد که حدود ۵/۲ بار است اما این فشار برای مشعل خیلی زیاد و خطرناک است، پس باید از رگلاتور که فشار شکن است استفاده می‌کنیم . همچنین قبل از رگلاتور از یک ***** برای مواد جامد معلق در گاز استفاده می‌کنیم سپس گاز وارد رگلاتور می‌شود. با استفاده از مانومتر می‌توان دریافت فشار گاز بعد از رگلاتور به ۲۵ میلی بار کاهش یافته است.
گاز فشار پایین بعد از عبور از یک سوپاپ اطمینان وارد دو شیر برقی می‌شود که مستقیما توسط مشعل هدایت می‌شوند. شیر برقی شماره یک به صورت تک‌ضرب فقط حالت روشن و خاموش دارد که یا گاز را قطع میکند یا وصل، اما شیر شماره دو به صورت تدریجی می‌تواند میزان گاز عبوری را کم و زیاد کند. این گاز مستقیما وارد مشعل می‌شود.
مشعل:
در دیگهای بخار معمولا از مشعل‌های دو مرحله‌ای استفاده می‌کنند. یک سروو موتور میزان گاز و هوای ورودی را تنظیم کرده و وارد محفظه تخلیط می‌نماید. در خروجی این محفظه دو الکترود با فاصله وجود دارند که با عبور جریانی حدود ۱ الی ۱۰ میکروآمپری ایجاد جرقه می‌نماید تا شعله تشکیل شود. اما اگر این جرقه تحت هر شرابطی نتواند شعله ایجاد کند سنسور نوری(سلول UV) که در مدار وجود دارد مشعل را ریست می‌نماید چون در غیر اینصورت گاز در محفظه جمع می‌شود که بسیار خطرناک است.
این مشعل‌ها با یک رله هوشمند کار میکنند که تمامی قسمتهای مشعل را تحت کنترل دارد و هر مرحله از کار مشعل (مانند فن تنها، جرقه، شعله کامل، ریست و . . .) را با رنگ‌های مختلف نشان می‌دهد.
در هنگام روشن شدن فن مشعل به مدت ۴۰ ثانیه کار میکند تا گازهای سوخته نشده که در محفظه باقیمانده کاملا خارج کند سپس گاز نیز وارد شده و مشعل جرقه میزند تا شعله تشکیل شود.
تاریخچه و انواع دیگ های بخار
همزمان با ورود بشر دوران صنعتی که با استفاده گسترده تر انسان از نیروی ماشین در اوایل قرن هجدهم میلادی آغاز شد.
تلاشهای افرادی نظیر وات ،مارکیز …، از انگلستان در ارتباط با گسترش بهره برداری از نیروی بخار و طراحی و ساخت دیگ های بخار شروع شد.
دیگ های بخار اولیه از ظروف سر بسته و از ورق های آهن که بر روی هم بر گرداننده و پرچ شده بودند و شامل اشکال مختلف کروی و یا مکعب بودند ساخته شدند.
این ظروف بر روی دیوارهای آجر بر روی آتش قرار داده شده و در حقیقت برون سوز محسوب می شدند.
این دیگ ها در مراحل آغاز بهره برداری تا فشار حدود ۱bar تامین می نمودند که پاسخگوی نیازهای آن دوره بود ولی به علت تشکیل رسوب و لجن در کف دیگ که تنها قسمت تبادل حرارت آب با شعله بود، و با بروز این مشکل، دمای فلز به آرامی بلا رفته و موجب تغییر شکل و دفرمه شدن فلز کف و در نتیجه ایجاد خطر انفجار می شد.
همزمان با نیاز به فشار های بالاتر بخار توسط صنایع، روند ساخت دیگ های بخار نیز تحولات بیشتری را تجربه نمود.
بدین جهت برای دستیابی به بازده حرارتی بشتر، نیاز به تبادل حرارتی بیشتری احساس می شد، در نتیجه سطوح در معرض حرارت با در نظر گرفتن تعداد زیادی لوله باریک که در آن ها گازهای گرم، جریان داشتند و اطراف آنها آب وجود دارد، افزایش یافتند. این دیگ ها با داشتن حجم کمتر راندمان مناسبی داشتند.
دیگ های بخار لوله دودی امروزی با دو یا سه پاس در حقیقت انواع تکامل یافته دیگ های مذبور می باشد.
تحول عمده دیگر در ساخت این نوع دیگ ها، تکامل از دیگ های فایرتیوپ سه پاس (عقب خشک) به ساخت دیگ های ویت یک (عقب تر) می باشد.
در دیگ های عقب خشک انتهای لوله های پاس ۲ و ۳ هر دو به یک سطح شبکه متصل می شوند، که به علت اختلاف دمای فاحش گازهای حاصل احتراق در پاس ۲ ( ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد ) و پاس ۳ ( حداکثر ۲۵۰ سانتیگراد ) سطح این شبکیه دچار تنش و در نهایت نشتی می شود. همچنین دیگ های عقب خشک نیاز به عایق کاری و انجام تعمیرات بر روی مواد نسوز طاقچه جدا کننده پاس ۲ و ۳ نیز در فواصل زمانی کوتاه دارند، که موجب افزایش هزینه نگهداری و ایجاد وقفه در تولید می شوند.
جهت حل مشکلات فوق شرکت ینکلن در سال ۱۹۳۵ طرح جدید ساخت دیگ های بخار ۳ پاسه را به ثبت رساند، که مشکل اختلاف دمای زیاد صفحه و لوله ها را که تحت اختلاف شدید دمای زیاد قرار داشتند را از طریق ایجاد دو صفحه شبکیه جداگانه برای هر دو دسته از لوله ها بر طرف ساختند. این طرح سطوح عایق کاری شده در دیگ های عقب خشک را نیز تبدیل به سطوح مفید و جاذب حرارت نمود.
مزایای طرح لینکلن که منجر به ساخت دیگ های بخار عقب تر (WET_back) گردید، موجب شده این ساختار جدید تا امروز همه جا رواج پیدا نماید.
ظرفیت این دیگ ها حداکثر تا ۴٫۳mw می باشد.
جهت دستیابی به ظرفیت های بالاتر، نوع دیگری از دیگ های بخار با ساختاری متفاوت بنام دیگ های لوله آبی (واتر تیوپ) ساخته شده و تکامل یافته اند. امروزه تعداد زیادی از دیگ های بخار لوله آبی با مشخصاتی نظیر فشار نامحدود و ظرفیت ها ی بالا، با راندمان ۹۰-۸۵ درصد جهت تولید نیرو در کارخانجات بزرگ و نیرو گاه ها و … نصب و مشغول به کارند.
انواع دیگ های بخار و طبقه بندی آنها
انواع دیگ های بخار و طبقه بندی آنها
دیگ بخار به مخزن تحت فشار بسته ای اطلاق می شود که در داخل آن سیالی برای استفاده در خارج از آن گرما می بیند. این گرما توسط احتراق سوخت (جامد، مایع، گاز) یا توسط انرژی هسته ای یا برق تولید می شود.
دیگ بخار پرفشار به دیگی اطلاق می شود که بخار آب را در فشاری بالاتر از ۱۵psig تولید نماید. در پایین تر از فشار مذکور دیگ در گروه دیگ بخار کم فشار قرار می گیرد. دیگ های کوچک پرفشار در گروه دیگ های کوچک قرار می گیرند.
مطابق بخش یک آیین نامه دیگ و مخازن تحت فشار مربوط به انجمن آمریکایی مهندسین مکانیک یا به طور اختصار ASME دیگ پرفشار کوچک به دیگ پرفشاری اطلاق می شود که از محدوده های زیر تجاوز ننماید:
قظر داخلی پوسته ۱۶in , حجم کلی بدون روکش و عایقکاری ۵Ft3 , و فشار ۱۰۰psig .
چنانچه دیگ از هریک از محدوه های مذکور تجاوز نماید، به آن دیگ نیرو می گویند. مقرارت مربوط به جوشکاری در اینگونه دیگ های کوچک به سختی دیگ های بزرگ نیست.
دیگ نیرو یک دیگ بخار آب یا بخار می باشد که در بالاتر از فشار ۱۵psig کارکرده و ابعادش از ابعاد دیگ کوچک تجاوز نماید. این تعریف شامل دیگ های آب گرم گرمایشی یا آب گرم مصرفی که در فشار بالاتر از ۱۶۰psig و دمای ۲۵۰۰F کار کند، اطلاق می شود.
دیگ آب گرم گرمایشی عبارتست از دیگی که در آن هیچگونه بخار آبی تولید نمی شود، لیکن آبگرم آن به منظور گرمایش در یک مدار به گردش درآمده و مجددا به دیگ باز می گردد. فشار آب در اینگونه دیگ ها را در نقطه خروجی آن نباید از ۱۶۰psig و دمای آن از ۲۵۰۰F تجاوز نماید. اینگونه دیگ ها را دیگ گرمایشی کم فشار می نامند، که مطابق بخش ۵ آیین نامه دیگ های گرمایشی از آیین نامه ASME ساخته می شوند. چنانچه فشار یا دما، از این حدود ***** نماید، دیگ باید به مانند دیگ های پرفشار و طبق آیین نامه ASME طرح شود.
دیگ آبگرم مصرفی به دیگی گفته می شود که بطور کامل پر از آب بوده، و برای استفاده خارجی، آبگرم تولید می نماید. (آبگرم دیگر به دیگ باز نمی گردد) فشار آن از ۱۶۰psig و دمای آن از ۲۵۰۰F تجاوز نمی کند. این نوع دیگ ها را نیز در زمره دیگ کم فشار قرار می دهند و آنها را مطابق بخش چهار (دیگ های گرمایشی) آیین نامه ASME می سازند. چنانچه فشار یا دما از این حد تجاوز نماید این دیگ ها باید مطابق دیگ های پرفشار طراحی شوند.
دیگ استفاده کننده ضایعات حرارتی از ضایعات حرارتی که محصول فرعی پاره ای از فرآیند های صنعتی است، از قبیل گازهای داغ ناشی از کوره بلند کارخانه ذوب آهن یا محصولات ناشی از احتراق خروجی از یک توربین گازی، یا محصولات فرعی یک فرآیند صنعتی، استفاده می کند. ضایعات حرارتی از روی سطوح تبادل کننده گرما عبور نموده و آبگرم یا بخار آب تولید می شود.
برای ساخت این نوع دیگ ها، همان مقررات ساخت آیین نامه ASME استفاده شده برای دیگ های آتش شده بکار بده می شوند. قطعات کمکی و ایمنی مربوط به این دیگ ها بطور معمول مطابق آیین قطعات در دیگ های دیگر می باشند.
دیگ یکپارچه به دیگی اطلاق می شود که بطور کامل در کارخانه ساخته و سوار شده باشد. این دیگ دارای انواع لوله آبی و لوله دودی یا چدنی بوده و دستگاه های احتراق، تجهیزات کنترل و ایمنی را نیز به همراه خود دارد. دیگی که در کارخانه ساخته شده و سوار می شود نسبت به دیگ مشابه ای که دارای همان ظرفیت بخاردهی بوده و در خارج از کارخانه و در محل بهره برداری، نصب و سوار می شود، ارزانتر است. گرچه دیگ ساخته و سوار شده در کارخانه به طور معمول حاضر و آماده تحویل نمی باشد، ولی نسبت به دیگی که در محل بهره برداری ساخته و سوار می شود دارای زمان ساخت و تحویل کمتری است. زمان نصب و راه اندازی آن نیز نسبتا کمتر است. در کل می توان گفت که کار در کارگاه بطور معمول بهتر و قابل رسیدگی بوده و هزینه کمتری دارد.
دیگ فوق بحرانی به دیگی اطلاق می شود که در فشاری بالاتر از فشار بحرانی یعنی ۳۲۰۶٫۲psig و دمای اشباع ۷۰۵٫۴۰F کار کند. بخار آب و خود آب دارای فشار بحرانی ۳۲۰۶٫۲psig می باشند. در این فشار، بخار آب، دارای جرم ویژه یکسانی هستند و به معنای این است که بخار، تا حد آب فشرده شده است. هنگامی که این مخلوط در بالاتر از دمای اشباع ۷۰۵٫۴۰F دما ببیند، بخار خشک فوق داغ تولید شده که برای کار در فشارهای بالا مناسب است. این بخار خشک به ویژه برای به حرکت درآوردن مولدهای توربینی مناسب است.
دیگ فوق بحرانی به دو نوع یکسره و باز چرخشی تقسیم می شوند. هر دو نوع در محدوده فوق بحرانی یهنی بالاتر از ۳۲۰۶٫۲psig و ۷۰۵٫۴F کار می کنند. در این محدوده خواص مایع و بخار اشباع یکسان است. هیچگونه تغییری در فاز مایع-بخار صورت نمی گیرد و از اینرو چیزی بنام سطح آب وجود نداشته و به استوانه بخار (steam drum) احتیاجی نیست.
دیگ ها را همچنین می توان طبق طبیعت مواد استفاده آنها گروه بندی کرد. گروه بندی رایج عبارت است از: دیگ ساکن، قابل حمل، لکوموتیوی (ساخت این گونه دیگ ها امروزه متداول نیست) و دریایی که به صورت زیر تعریف می شوند:
دیگ ساکن به دیگی اطلاق می شود که بطور همیشگی بر روی زمین نصب شده است.
دیگ قابل حمل به دیگی اصلاق می شود که بر روی کامیون، کشتی کوچک رودخانه ای و یا هر نوع وسیله نقلیه نصب می شود.
دیگ لکوموتیوی دیگی است که بریا کشیدن وسیله نقلیه بروی ریل راه آهن طرح می شود.
دیگ دریایی به دیگی گفته می شود که بطو معمول ارتفاع آن کم بوده و برای کشتی های مسافربری و باری اقیانوس پیما طرح می شوند. سرعت بخار دهی این نوع دیگ ها زیاد است.
نوع ساختمان دیگ ها را نیز می توان به ترتیبن زیر گروه بندی کرد:
دیگ چدنی، واحدهای گرمایش کم فشاری هستند که قطعات فشاری آن توسط ریختگری از چدن، برنز، یا برنج ساخته می شوند. این دیگ ها را بیشتر بر اساس شیوه ای که محفظه های ریختگری شده آن برهم سوار می شود گروه بندی می کنند. این محفظه ها توسط پستانک های فشاری، سوله های خارجی و پستانک پیچی به همدیگر محکم می شوند. سه نمونه از دیگ های چدنی عبارتند از:
۱- دیگ های پره ای عمودی که پره ها بطور عمودی بروی یکدیگر قرار گرفته و توسط پستانک های فشاری یا پیچی به یکدیگر متصل می شوند.
۲- دیگ های پره ای افقی که پره ها بطور افقی پهلوی هم قرار می گیرند. در این وضعیت طرز قرارگرفتن پره ها نسبت به هم مانند پشت سرهم قرار گرفتن برش هایی از یک قالب نان مکعب مستطیلی است.
۳- دیگ های چدنی کوچک که با ریختگری بصورت یکپارچه ساخته می شوند. این دیگ ها در گذشته جهت تهیه آب گرم بکار می رفتند.
دیگ های فولادی می توانند از نوع پرفشار یا کم فشار باشند و امروزه بطور معمول از ساختمان جوشی برخوردار هستند. این دیگ ها به گروه های زیر تقسیم می شوند:
۱- دیگ لوله دودی که در آنها محصولات احتراق از داخل لوله ها عبور می کنند در حالیکه آب پیرامون لوله ها را دربر می گیرد.
۲- دیگ لوله آبی که در آنها آبل از داخل لوله ها و محثولات احتراق از اطراف آنها عبور خواهد کرد.
دیگ های لوله دودی بطور معمول تا ظرفیت ۷۰۰۰۰lb/hr و تا فشار ۳۰۰psig ساخته می شوند. در شرایط بالاتر از این حدود، دیگ های لوله آبی مورد استفاده قرار می گیرند. دیگ های لوله دودی به دیگ های پوسته ای نیز معروفند. در اینجا، آب و بخار آب درون پوسته محبوس می باشند.
این نوع دیگ حجم بخاری را که دیگ می تواند تولید نماید محدود می کند. در رابطه با فشار پوسته های بزرگ، ضخامت بسیار زیادی را احتیاج خواهد داشت و این موضوع ساخت آنها را گران می نماید.
انبار ونگهداری دیگهای بخار:

اگر به هر دلیلی برای مدتی خارج از سرویس باشد و از ان استفاده نشود ، جهت حفاظت قسمت های داخلی و تخت فشار ان باید روشهای مناسب اتخاذ شود.
نگهداری دیگ سرد با دو روش مرطوب وخشک انجام می شود.در نگه داشتن کوتاه مدت دیگ بخار یعنی بین ۲۴ ماه از روش مرطوب استفاده کرد اما در نگهداری طولانی تر باید از روش خشک استفاده شود.
۱٫ نگهداری با شیوه مرطوب:
در اینگونه نگهداری دیگ بطور کامل و بدون هوا با اب پر می شود جهت از بین بردن اکسیژن موجود در اب وتنظیم ph ان بین۱۱-۱۰ به مقدار کافی سولفیت یا هیدرازین و امونیاک به اب دیگ اضافه شود.
استفاده از امونیاک و هیدرازین بر سولفیت سدیم ترجیح داده می شود زیرا هر دو فرار بوده و املاح اب را افزایش نمی دهد. علاوه بر این رسوبی ایجاد نمی شود، هنگام راه اندازی مجدد دیگ، احتیاجی به تخلیه صرف زمان نیست.
اضافه کردن مواد شیمیای در دیگ باید به نحوی انجام شود که از اختلاط کامل انها اطمینان حاصل شود همچنین در صورت امکان یخ زدگی دیگ، پیش بینی های لازم مانند قرار دادن المان گرم کننده در داخل یا اطراف دیگ ضروری است.
۲٫ نگهداری با شیوه خشک:

در نگهداری های طولانی تر باید دیگ را کاملا تخلیه، تمیز ودر صورت لزوم به کمک هوای گرم کاملا خشک کرد. سپس باید با قرار دادن کیسه هایی از خشک کننده ها نظیر سیلیکاژل در داخل دیگ ان را به حالت خشک نگهداری کرد. سپس درب دیگ را کاملا بسته و از نفوذ هوا به ان جلوگیری می شود. بازدید منظم خشک کننده باید انجام شود و در صورت نیاز کمبود ان جبران شود.
مواردی که لازم است بصورت سالیانه کنترل شوند عبارتند از:
۱- حداقل یکبار بازرسی وتمیز کاری
۲- وضیعت شیرها از نظر باز و بسته شدن
۳- میزان بودن کنترل کننده ها روی درجات مورد نظر
۴- کیفیت اجرهای نسوز و در صورت نیاز تعویض انها در درب جلو و عقب
۵- مرور اطلاعات ثبت شده به وسیله اپراتورها