انواع دیگ بخار یا بویلر در صنعت کدامند و چطور کار می کنند؟

آیا می دانستید از دیگ بخار در صنایع مختلفی همچون صنایع غذایی و کشاورزی، نساجی، کاغذ سازی، بتن سازی و حتی ذوب آهن استفاده می شود.

استفاده گسترده از دیگ های بخار صنعتی باعث شده است که دیگ های بخار انواع مختلفی داشته باشند که بسته به نوع و کارایی خاص آنها؛ در صنایع مختلفی از آنها استفاده می شود. در این مقاله به توضیح اینکه دیگ بخار چیست و چطور کار می کند می پردازیم و سپس انواع دیگ بخار را معرفی می کنیم و مزایا و معایب تک تک آنها را بررسی می کنیم.

اما قبل از هر چیز باید بدانیم که بویلر چیست و اینکه این دستگاه صنعتی پر کاربرد چطور کار می کند.

دیگ بخار یا بویلر چیست ؟

بویلر دستگاهی است که هدف آن انتقال انرژی حرارتی از بخش احتراق به بخش سیال انتقال دهنده است. اما این خاصیت چه کاربردی دارد ؟

صنایع مختلفی همچون صنایع غذایی ، چوب و کاغذ ،ذوب آهن در قسمتی از سیکل کاری به گرما ، حرارت و انرژی نیاز دارند و این گرما و حرارت توسط دیگ بخار تامین می شود. همانطور که از نام دیگ بخار پیداست، انرژی به شکل بخار به قسمت های مختلف منتقل می شود.

بویلر های صنعتی معمولا از جنس چدن و یا آلیاژ فولاد ساخته می شوند. با توجه به اینکه آلیاژ فولاد مقاومت بیشتری در برابر فشار ناشی از گرما دارد ، از آن در دیگ های پر فشار استفاده می شود. دیگ های فولادی به صورت یکپارچه ساخته می‌شوند و به موتورخانه انتقال داده می‌شود لذا فضای مورد نیاز برای ورود به موتورخانه باید پیش‌بینی شده باشد. از چدن برای ساخت دیگ های کم فشار و یا با فشار متوسط استفاده می شود. معمولا میزان فشار بخار تولید شده در داخل دیگ های بخار حدود ۷KP تا ۲۰۰۰KP پاسکال بر ۱psi‌ (پوند بر اینچ مربع) متغیر است که این میزان به قدرت و مقاومت دیگ ها و البته کارایی آن بستگی دارد.

اما دستگاه های steam boiler  چگونه کار می کنند و وظیفه اصلی آن چیست؟

دیگ بخار چطور کار می کند؟

هدف و وظیفه اصلی بویلر، تولید و سپس ذخیره انرژی (بخار) است. مکانیزم دیگ بخار به این صورت است که با سوزاندن انرژی، مایع درون دیگ (آب، روغن و سیالات دیگر) گرم شده و سپس در برابر فشار موجود در دیگ به بخار تبدیل می شوند. سپس این بخار به قسمت های لازم خط تولید منتقل می شود تا از آن استفاده شود.

نقص در هر یک از قسمت های دیگ بخار باعث می شود تا بخار به درستی تشکیل نشود. برای مثال اگر فشار کافی پس از گرم شدن مایع، اعمال نشود؛ بخار تولید نمی شود یا اینکه مقدار کمی تولید می شود.

دیگ های بخار شامل دو بخش محفظه احتراق و بخش سیال انتقال دهنده حرارت می باشند. خروجی boiler های صنعتی همیشه بخار است اما این بخار ممکن است به روش های مختلفی تولید شود. در ادامه شما را با انواع دیگ های بخار آشنا می کنیم و مزایا و معایب هر کدام را به شما میگوییم.

اجزای اصلی دیگ های بخار

در کل اجزای اصلی تشکیل دهنده یک دیگ بخار شامل: پوسته ، کنترل کننده، کوره ، شبکه های فلزی داخلی ، پایه، مخزن سیال (آب، روغن و…)، سنسور تعیین سطح سیال، عایق های حرارتی و مشعل است. در ادامه کار قسمت های مهم بویلر را به اختصار توضیح می دهیم تا شناخت بهتری نسبت به آنها داشته باشید.

کنترل کننده ها:

کنترل کننده های سیستم های گرمایش مرکزی تجهیزاتی هستند که دما و فشار آب شبکه را کنترل می کنند؛ این وسایل کنترل مشعل را به روش صحیح بر عهده دارند.
مانند ترموستات آکوستات دیگ و ترموستات آکوستات حد شیر اطمینان

مشعل:

برای گرم کردن آب داخل دیگ از مشعل استفاده می‌گردد به‌ طور کلی مشعل دستگاهی است که با اختلاط مقدار معینی سوخت و هوا بر اساس ظرفیت انرژی شیمیایی را به انرژی گرمایی تبدیل می نماید انرژی تولید شده توسط مشعل در محفظه احتراق دیگ به آب انتقال داده میشود.

انواع دیگ بخار در صنعت

انواع بویلر از نظر نوع کاربری آن به دسته های زیر تقسیم می شود. هر کدام از این دسته بندی ها کارایی خاص خود را دارد که باید توسط کارشناس این حوزه تعیین شود. نوع دیگ و کاربری آن در میزان هزینه های اجرا و نصب آن تاثیر گذار است؛ برای مشاهده لیست قیمت انواع دیگ بخار و برآورد هزینه های ناشی از آن به صفحه دیگ بخار مراجعه کنید.

دیگ بخار واتر تیوب (لوله آبی)

دیگ water tube‌ یکی از انواع دیگ بویلر است. در این نوع دیگ بخار از آب به عنوان سیال مورد نیاز برای تولید بخار استفاده می شود و دلیل نام گذاری آن هم به همین دلیل است. یعنی آب در یک سیستم شبکه بندی (لوله کشی) وجود دارد و گرما به آن برخورد می کند و بخار تولید می شود.

مزیت اصلی دیگ های بخار لوله آبی این است که از آنها می توان در ایستگاه های تولید بخار با دمای بالا استفاده کرد. زیرا با استفاده از لوله های آب در تعداد بالا، میزان حرارت انتقالی را می توان به بیشترین حد ممکن رساند. از طرفی سرعت حرکت آب نسبت به سایر سیال ها بیشتر است و به همین دلیل باعث افزایش راندمان کلی سیستم نیز می شود.

مهمترین عیب این سیستم بخار این است که با گذر زمان رسوب در لوله ها باعث خرابی آنها و یا کاهش سطح راندمان آنها می شود. به همین دلیل برای استفاده از دیگ بخار لوله آبی باید از آب شیرین و سیستم تسویه آب استفاده کرد.

دیگ بخار فایر تیوب (لوله آتشی)

دیگ های fire tube‌ در ایران به دیگ های بخار لوله آتشی معروف هستند. در این دیگ از گاز به عنوان سیال استفاده می شود. این بار آب در مخزن دیگ وجود دارد و درون آن گرما از طریق سیستم لوله کشی باعث گرم کردن آب می شود و آن را به بخار تبدیل می کند.

راندمان این روش نسبت به واتر تیوب کمتر است و حداکثر تا ۱۷٫۵ کیلوگرم بر سانتی متر مربع بخار تولید می کند. اما از طرفی سیستم فایر تیوب دیگ بخار نسبت به سیستم واتر تیوب ارزان تر است.

سیستم پکیج بویلر

در سیستم پکیج بویلر برای گرم کردن و تولید بخار از سوخت نفت و گاز استفاده می شود. این نوع دیگ در تولید بخار در حجم زیاد و در فشار بالا  و دمای زیاد استفاده می شود. کاربردهای دیگ package boiler عمدتا شامل مراکز صنعتی، شیمیایی یا به عنوان ژنراتور نیرو در توربین های بخار است. همچنین پکیج بویلر می تواند به عنوان دیگ اوج بار استفاده شود یعنی در مواردی که نیاز است از دیگ در بالاترین راندمان و برای مدت زیاد استفاده کرد، این سیستم بهترین گزینه است.

دیگ استروکر بویلر

Stoker Fired Boiler در کارخانه های قند قابلیت استفاده در سیستم های محدوده و تولید همزمان را دارد. این دستگاه کاملا به صورت اتوماتیک کار می کنند. در ضمن این بویلر ها به گونه ای طراحی شده اند که باعث می شود طول عمر بیشتر و اتلاف گرمایی کمتری داشته باشند.

دیگهای تولید بخار استروکر به دو نوع chain-gate یا traveling grate stoker و spreader طبقه بندی می شوند.در شکل زیر می توانید نمونه دیگ نوع chain-gate را مشاهده کنید.

ویژگی های یک دیگ بخار خوب

حالا می دانیم که دیگ های بویلر انواع مختلفی دارند که هر کدام در موارد خاصی استفاده می شوند. اما سوالی که مهم اینجاست که ویژگی یک بویلر خوب چیست و شما در هنگام خرید و سفارش بویلر صنعتی باید به چه نکاتی توجه کنید. ویژگی های یک بویلر خوب عبارتند از :

• با مصرف سوخت کم، بیشترین حجم بخار را تولید کند.
• وزن کمی داشته باشد و فضای کمی را اشغال کند.(البته نسبت به حجم تولید بخار)
• باید سریع باشد و پاسخ سریعی داشته باشد .( به این معنی که پس از روشن شدن در کمترین زمان بخار را در خروجی داشته باشیم.)
• قیمت آنها مناسب باشد و هزینه تعمیر و نگهداری آن کم باشد.
• توانایی تحمل هرگونه نوسانی بار را داشته باشد.

فونداسیون مورد نیاز برای نصب دیگ

برای عملکرد مناسب دیگها و تجهیزات وابسته باید فضای کافی را در موتورخانه؛ به آن اختصاص داد. در این فضا برای دسترسی راحت به تمامی سطح دیگ، دودکش، شیر فلکه ها، نشان دهنده ها و کنترل کننده ها و همچنین برای تعمیرات لازم و ضروری است.

ابعاد فونداسیون جدید متناسب با اندازه و ظرفیت گرمایی دیگ مطابق نقشه ها و داده ها معمولا از جنس بتن مسلح ساخته شده تا وزن دیگ و آب موجود در آن را تحمل نماید.

محل نصب دیگ باید علاوه بر تراز بودن قوی و مستحکم باشد و بهتر است حداقل ۱۰ سانتی متر از کف موتورخانه بالاتر باشد بتن زیر دیگ بایستی مسلح بوده و مقاومت کافی در برابر وزن و ارتعاشات دستگاه را داشته باشد.