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.دیگ های لوله آتشی(Fire Tubes)
در این بویلرها گازهای احتراق داخل لوله ها در جریان بوده و آب پشت لوله ها ، که در اثر انتقال حرارت آب به بخار تبدیل و از سیستم خارج می شود .
که قطر لوله ها بین 2/1 تا 4 اینچ می باشد .
تیپ های مختلف این نوع بویلرها بسته به جریان گاز داخل لوله دوپاس ، 3 پاس و چهار پاس می باشد که در شکل آمده است .
ولی در حالت کلی بویلرهای Fire tube به صورت شکل زیر می باشد .
دیگ های لوله آبی (Water Tubes)
این بویلرها همانند بویلرهای Fire tube می باشند با این تفاوت که آب داخل لوله ها در جریان بوده و گازهای داغ در بیرون و در اثر انتقال حرارت آب به بخار تبدیل شده و از آنت خارج می شود .
قطر لوله های آب in 5 تا in 6 می باشد . وقتی که مقدار بخار تولیدی بیش از 10ton/hr با فشار بخار تولیدی بالاتر از 20 bar مورد استفاده باشد حتما از این نوع بویلرها باید استفاده نمود .
استفاده اقتصادی از دیگ های بخار ( بویلرها ) و راه های افزایش راندمان
در این قسمت روش هایی را که می توان توسط آن در سوخت و در نتیجه هزینه بهره برداری دیگ های بخار صرفه جویی نمود و راندمان دیگ را افزایش داد ارائه می گردد . در این راستا تلفات حرارتی مختلف معرفی شده و میزان آنها مشخص می گردد .
بازده یک دیگ بخار معمولی حدود 75% می باشد . البته دیگ های بخار با طراحی جدید دارای بازده بین 90-80% نیز می باشندمعمولا ماکزیمم فشار کار این نوع بویلرها 25 بار بوده و دارای ظرفیتی بین 5/0 تا 10 تن در ساعت می باشند .
دیگهای بخارصنعتی
این بویلر بعنوان بویلرهای صنعتی شناخته می شوند و دارای راندمان بالا و کیفیت بسیار مطلوب و سرعت پاسخ مناسب می باشند.
این نوع بویلرها خود اتکاء (Botton Support)، دارای دو درام جداگانه ازنوع چرخش طبیعی می باشند و قابلیت تولید بخار با ظرفیت حداکثر۴۵۰ تن در ساعت می باشند.
مشعلهای این نوع بویلر در دیواره جلو بوده و به لحاظ آرایش سطوح حرارتی به گونه‌ای است که جریان دود بر روی سطوح بطور یکنواخت توزیع گردیده است.
کیفیت بالای حاصله از استانداردهای مطلوب و ساختارها و کارآیی بالای آنها باعث استقبال مشتریان از این نوع بویلر می باشند.
ظرفیت و شرایط طراحی
تناژ بخار تولیدی : حداکثر ۴۵۰ تن در ساعت
حداکثر فشار کاری :kg/cm2g127
حداکثردمای بخار:C 515
سیستم تامین هوای احتراق : فن دمنده اجباری(Force Draft Fan)
سوخت :گازی، مایع (تک ویا دو سوخته )
دیگهای بخار یکپارچه
از جمله مزایا و مشخصات دیگهای صنعتی عبارتست از :
بالا بودن سرعت پاسخ زمانی این بویلر به تغییرات بار
بالا بودن قابلیت اطمینان
این دیگها را می توان بطور یکپارچه در کارخانه تولید و پس از آن به سایت حمل نمود.
شایان ذکر است در مواردی که محدودیتهای حمل بار جاده ای وجودداشته باشد می توان این نوع دیگهای بخاررا در قطعه بندیهای کوچکتر حمل نموده و عملیات نصب و برپایی را در سایت بانجام رساند. بخار تولیدی توسط این مدل دیگ می تواند فوق داغ ویا اشباع باشد و به نظر و درخواست مشتری بستگی دارد. این نوع دیگ بخار خود اتکاء (Botton Support)، دارای دو درام مجزای آب و بخار و سیستم گردشی طبیعی آب و بخار می باشد. همچنین با نوجه به آزمایشات و تجربیات فراوانی که در طراحی و ساخت این نوع دیگ وجوددارد امکان طراحی و ساخت پیشرفته آنها فراهم آمده است.
ظرفیت و شرایط طراحی
تناژ بخار تولیدی : تا ۲۵۰ تن در ساعت
حداکثر فشار بخار : kg/cm2g120
حداکثر دمای بخار : C480
سیستم تامین هوای احتراق : فن دمنده اجباری (Force Draft Fan)
سوخت : مایع گازی (تک یا دو سوخته )
دیگهای بخار صنعتی – نیروگاهی(sn )
این بویلر هم مصرف صنعتی و هم نیروگاهی دارد و دارای راندمان بالا و حداقل افت حرارتی می باشد. با فشار و درجه حرارت بالا کارکرده و در ظرفیت های متوسط در صنایع بکارگرفته می شود و این نوع بویلر فقط از بالا به سازه فلزی خود متصل است (Top Support) و دارای یک درام بدون ری هیتر بوده و از نوع تشعشی و دارای سیستم چرخش آب طبیعی است.
ظرفیت و شرایط طراحی
تناژ بخار تولیدی : حداکثر T/H 680
حداکثر فشار بخار : kg/cm2g150
حداکثر دمای بخار : C549
سیستم تامین هوای احتراق : فن دمنده اجباری (Force Draft Fan)
سوخت :گاز، مایع (تک ویا دو سوخته )
این نوع دیگ برای تولید بخار در نیروگاههای حرارتی کاربرد دارد . این دیگها با سیستم چرخش طبیعی ، بطور تک درام و دارای چندین مرحله گرمکن بخار(SUPER HEATER) بازگرمکن بخار(REHEATER) و اکونومایزر می باشند.
