دیگ بخار فایر تیوب
بویلرها برای اهداف و مجموعه کاربردهای متنوعی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال برای تولید آب داغ یا آبگرم برای مصارف گرمایشی، تولید بخار به منظور استفاده در صنایع محرک یا برای استرلیزه کردن مواد در صنعت، تولید هوای گرم و … از دیگ ها استفاده می‌شود. تامین انرژی بویلرها عمدتا بوسیله سوخت‌های فسیلی از جمله گاز شهری و سوخت‌های مایع تامین می‌شود. دیگ های بخار به دو دسته دیگ بخار فایر تیوب و دیگ واتر تیوب تقسیم می‌شوند. بویلرهای آتش در لوله شامل یک محفظه احتراق استوانه‌ای و یک یا دو پاس لوله هستند که گاز داغ حاصل از احتراق مشعل وارد محفظه احتراق شده و پس از گذر از لوله‌ها از دودکش خارج می‌شود. محفظه احتراق و لوله‌ها به صورت مستغرق در آب بوده و انرژی خود را به آب منتقل خواهند کرد.
در بویلرهای واتر تیوب که برای تولید بخار با فشار و تناژ بالاتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، آب از درون لوله‌های داخل بویلر عبور می‌کند و گازهای داغ حاصل از احتراق مشعل با برخورد به سطوح بیرونی لوله‌ها، انرژی خود را به آب داخل این لوله‌ها منتقل می‌کند. بویلرهای آب در لوله در صنایع نیروگاهی که نیاز به بخار سوپرهیت فشار بالا (تا 24 مگاپاسکال) دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مورد بویلرهای واتر تیوب اینجا بیشتر بخوانید.
بویلر یا دیگ بخار فایر تیوب چیست؟
بویلر های فایر تیوب از اواخر قرن هجدهم تاکنون، با اشکال اولیه گوناگونی، برای تولید بخار و آب گرم جهت مصارف صنعتی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. شمای کلی از یک موتورخانه که یک دیگ فایر تیوب در قلب آن قرار دارد، در شکل زیر نشان داده شده است.
شماتیک یک موتورخانه با دیگ بخار فایر تیوب
دیگ بخار لوله آتشی هنوز هم در صنایع مختلف بکار می‌رود. امروزه بویلرهای فایرتیوب برای تامین بخار اشباع، تا ظرفیت 25 تن بر ساعت تولید می‌شود. شکل زیر بویلر بخار آتشخوار شرکت کلور بروکس را نشان می‌دهد.
یک نمونه بویلر یا دیگ بخار فایر تیوب
نمای برش خورده بویلر فایر تیوب
شکل فوق نمای برش خورده‌ای از این دیگ ها را نشان می‌دهد که شامل یک محفظه احتراق به عنوان پاس شماره یک به همراه یک یا چند پاس لوله است. گازهای داغ حاصل از احتراق مشعل در گذر از محفظه احتراق (پاس شماره یک)، لوله‌های پاس دوم، سوم و یا چهارم و در نهایت دودکش، با انتقال انرژی به آب درون محفظه، موجب افزایش دما و فشار آب خواهند شد. در بویلر های فایر تیوب برای تولید آب گرم، آب داغ و بخار اشباع یا سوپرهیت با فشار پایین (معمولا تا 30 بار)، آب در داخل مخزن بویلر قرار می‌گیرد و گاز های حاصل از احتراق در محفظه احتراق و لوله‌های پاس دوم یا سوم گذر می‌کنند. در این بویلر ها انرژی از طریق محفظه احتراق و لوله های پاس دوم یا سوم به آب داخل مخزن دیگ فایر تیوب منتقل می‌شود و آب گرم یا بخار تولید می‌شود. در صورت نیاز به بخار سوپرهیت گاز های داغ احتراق پس از گذر از پاس های دوم وارد سوپر هیتر در بویلر خواهند شد و پس از تبادل گرما در پاس سوم، از دودکش وارد اتمسفر می‌شوند.
انواع بویلر بخار فایر تیوب کدام است؟
انواع دیگ بخار فایر تیوب با توجه به تعداد پاس‌های گذر دود به صورت زیر تقسیم بندی می‌شوند:
- بویلر فایرتیوب دو پاس: این بویلر ها بر خلاف بویلرهای یکبار گذر، دارای دو پاس شامل کوره و لوله های آتش خوار هستند. این بویلر ها دارای کمترین راندمان در بین انواع بویلر های بخار فایر تیوب هستند و تولید آن‌ها رو به اتمام است.
دیگ بخار فایر تیوب دو پاس
- بویلر فایر تیوب کوره برگشتی: این بویلر ها دارای راندمان بالاتری نسبت به بویلر فایر تیوب دو پاس هستند و بیشتر انرژی در کوره به آب منتقل می‌شود. در این بویلر ها گاز های حاصل از احتراق دو بار مسیر محفظه احتراق را طی می کنند و سپس به پاس لوله ها وارد می‌شوند. این بویلر ها اکثرا همراه با اکونومایزر ساخته می‌شوند و بازدهی تا 80% دارند.
دیگ بخار فایر تیوب کوره برگشتی
- بویلر فایر تیوب سه پاس: این بویلر ها رایج‌ترین دبگ بخار فایرتیوب هستند که راندمانی تا 86% دارند. گاز های حاصل از احتراق پس از گذر از محفظه احتراق از لوله های پاس دوم و سوم عبور می کنند و سپس از دودکش خارج می شوند. در صورت وجود سوپر هیتر در بویلر، گاز های احتراق پس از گذر از پاس دوم وارد سوپر هیتر می شوند و با عبور از سوپر هیتر وارد پاس سوم می شوند و سپس از دودکش خارج می شوند. طرز کار بویلر فایر تیوب سه پاس، به صورت شماتیک، در ادامه آورده شده است.
دیگ بخار فایر تیوب سه پاس
- بویلر فایر تیوب 4 پاس: هر مجموعه ای از لوله ها که گاز احتراق داغ (قبل از چرخش در دیگ) از آن عبور می کند، یک “گذر” یا “پاس” در نظر گرفته می شود. طراحی دیگ بخار چهار پاس شامل چهار مجموعه لوله افقی است که خروجی دودکش در جلوی مخزن بویلر قرار دارد. طراحی رو به پایین باعث می‌شود که آب خنک‌تر روی سطوح داغ داخل دیگ اثر نداشته باشد. دیگ های 4 پاس از عملکرد طبیعی بادکش استفاده می کنند که به آب خنک اجازه می دهد تا با گرم ترین قسمت دیگ بخار تماس داشته باشد.
دیگ بخار فایر تیوب چهار پاس
اجزای بویلر بخار فایر تیوب چیست؟
بویلرهای بخار آتش در لوله به دلیل نوع وظیفه‌ای که بر عهده دارند، به صورت استوانه‌ای ساخته شده و بنابراین یک مخزن تحت فشار به حساب می‌آیند. با توجه به روابط تنش در استوانه‌های جدار نازک با افزایش قطر، تنش ایجاد شده در راستای محور استوانه افزایش می‌یابد. لذا استفاده از این بویلر ها برای تولید بخار فشار بالا مناسب نیست. برای تولید بخار فشار بالا نیاز است بخار پر فشار به جای قرار گرفتن در محفظه بویلر، در داخل لوله جریان یابد. بدین منظور بویلر های واتر تیوب طراحی و تولید شدند. این بویلر ها در صنایع نیروگاهی می‌توانند بخار تا فشار 24 مگاپاسکال ایجاد کنند.
دیگ بخار فایر تیوب از اجزای اصلی و فرعی بسیاری تشکیل شده است. به دلیل فشار نسبتا بالا و خطرات ناشی از آن، اکثر اجزای دیگ برای کنترل آن طراحی و نصب شده‌اند و به منظور حفظ ایمنی استفاده می‌گردند.
در شکل برخی از اجزای یک بویلر بخار با لوله‌های آتش خوار نشان داده شده است.
اجزای دیگ بخار فایر تیوب
- بدنه بویلر بخار فایر تیوب
- سیستم کنترل (PLC)
- اکونومایزر
- خروجی بخار به سمت مصرف کننده
- لوله تخلیه شیر ایمنی
- خط بلودان (زیر آب زنی)
- مخزن مواد شیمیایی جهت تصفیه آب
- خط تخلیه (درین) و تهویه
- خط تخلیه (درین) و تهویه
- دمپر خروجی گازهای احتراق
- خط TDS (کل جامدات حل شده)
- خط تخلیه (درین) و تهویه
- مشعل و خط تغذیه سوخت
نمای برش خورده از بویلر بخار فایر تیوب به همراه اجزای اصلی آن در شکل زیر نشان داده شده است. در مورد مشعل می توانید در این قسمت بیشتر بخوانید.
اجزای تشکیل دهنده بویلر یا دیگ بخار فایر تیوب سه پاس
کوره یکی از قسمت های اصلی بویلر ها است. کوره محل نصب مشعل و انجام فرآیند احتراق است و به همین علت در معرض تنش حرارتی بالایی قرار می گیرد. دمای محصولات احتراق (FLUE GASES) بسته به نوع سوخت از 1300 درجه سانتی‌گراد فراتر بوده و موجب انبساط حرارتی بسیاری می شود. با توجه به طول زیاد کوره نسبت به قطر آن، انبساط کوره در جهت طول بیشتر است.
یکی از راه حل های غلبه بر این مشکل طراحی کوره به صورت چین دار، آکاردئونی و یا کاروگیت است. تولید این کوره ها پیچیده بوده و با توجه به افزایش ضخامت کوره، پیچیدگی ساخت آن بیشتر می گردد. از این رو معمولا قیمت این کوره ها بالاتر است. علاوه بر دفع تنش های حرارتی، کوره های کاروگیت (چین دار) سطح انتقال حرارت بیشتری داشته و لذا بازدهی (راندمان) بالاتری دارند. استحکام این کوره ها نیز بیشتر بوده و در ضخامت های یکسان نسبت به کوره های ساده، تحمل فشار بالاتری را دارند. این چین ها می توانند به صورت تکه ای و یا در سرتاسر طول کوره قرار گیرند.
لوله با ساختار کاروگیت یا چین دار به صورت سرتاسری
کوره یا لوله کاروگیت (چین دار) به صورت تکه ای
بویلر وت بک (عقب تر) و درای بک (عقب خشک)
بویلر بخار فایر تیوب از نظر ساختاری به دو دسته بویلرهای عقب خیس و عقب خشک تقسیم می‌شود.
دیگ بخار فایر تیوب عقب خشک (DRY BACK)
دیگ بخار فایر تیوب عقب تر یا عقب خیس (WET BACK)
در طراحی دیگ بخار فایر تیوب یک ساختار برگشتی انتهای پاس اول (کوره) و پاس دوم وجود دارد. در صورتی که این محفظه در تماس با آب قرار داشته باشد، بویلر بخار از نوع عقب تر و در غیر این صورت دیگ بخار از نوع عقب خشک است. در دیگ بخار عقب خیس، آب در تمامی بخش های بویلر قرار دارد. محفظه برگشت به صورت مستقیم در تماس با آب بوده و در نتیجه بدنه دیگ در تنش حرارتی پایین تری قرار دارد. دیواره پشتی بویلر بخار عقب خشک با پوشش مقاوم و نسوز در برابر حرارت پوشانده می شود. بویلر بخار عقب خشک نیاز به بازرسی منظم جسم نسوز (REFRACTORY) و بررسی تیوب پلیت دارد که می تواند هزینه بر باشد. دیگ عقب خشک در معرض تنش های حرارتی زیادی قرار دارد و ممکن است دچار نشتی گردد. در جدول زیر دیگ های بخار فایر تیوب عقب خیس و عقب خشک با یکدیگر مقایسه شده اند.
دیگ عقب تر | دیگ عقب خشک |
تنش حرارتی پایین تر احتمال نشتی پایین هزینه تعمیرات و نگهداری بیشتر راندمان بالاتر پر کاربردتر ظرفیت های بالاتر عدم نیاز به بازرسی جسم نسوز | تنش حرارتی بالاتر احتمال نشتی بالا هزینه تعمیرات و نگهداری کمتر راندمان پایین تر کم کاربردتر ظرفیت های پایین و محدود نیاز به بازرسی و بررسی جسم نسوز |
سید محمد هاشمی هستم، کارشناس ارشد سیستم‌های انرژی، گرایش انرژی و محیط زیست و همچنین یکی از کارشناسان سایت انجمن متخصصین احتراق. علاقه‌مند به وردپرس و برنامه نویسی با زبان پایتون و حدود 3 سال هست که در این حوزه فعالیت دارم. امیدوارم که بتونم تجربیات خودم رو با شما به اشتراک بگذارم.
