دانلود بویلر به همراه پاورپوینت

بویلر به همراه پاورپوینت

انسان همواره برای گرم کردن محل زندگی خود در فصل سرما ، به دنبال ساخت وسایل گرمازا بوده است در ابتدا با سوزاندن موادی مانند گیاهان و چوب و بعدها با کشف و استخراج معادن انواع سوختهای فسیلی ، از وسایلی مانند بخاری و آبگرمکن استفاده کرده است ولی به تدریج با گسترش شهر نشینی وفرهنگ آپارتمان نشینی و ایجاد انواع ساختمانهای مسکونی و تجاری و اداری و همچنی

دسته بندی	برنامه نویسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	4753 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	85

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

فهرست :

الف - مقدمه

ب - دیگ بخار و جایگاه آن در نیروگاه حرارتی

فصل اول : طبقه بندی بویلرها

1-1- طبقه بندی از نظر مصارف بویلر

1-2- طبقه بندی از نظر فشار سیکل آب و بخار

1-3- طبقه بندی از نظر مصالح صنعتی و متالوژیکی

1-4- طبقه بندی از نظر سطوح تبادل حرارتی

1-5- طبقه بندی از نظر محتوای لوله ها

1-6- طبقه بندی از نظر فشار کوره بویلر

1-7- طبقه بندی از نظر نوع احتراق

1-8- طبقه بندی از نظر منبع انرژی بویلر

1-9- طبقه بندی از نظرنوع سیال عامل

1-10- طبقه بندی از نظر نوع سیرکولاسیون سیال عامل

1-11- طبقه بندی از نظر نام سازنده بویلر

1-12- طبقه بندی از نظر شکل و موقعیت لوله های بویلر

1-13- تشخیص پارامترهای یک بویلر از روی نمودار

فصل دوم : انواع بویلر ها و عملکرد آنها

2-1- دیگ های چدنی

2-2- دیگ های فولادی

2-2-1- تاریخچه و عملکرد بویلرهای فایرتیوب

2-2-1-1- انواع بویلرهای فایرتیوب

2-2-2- تاریخچه و عملکرد بویلرهای واتر تیوب

2-2-2-1- انواع بویلرهای واترتیوب

2-3- بویلرهای نیروگاهی و انواع آنها

2-3-1- دیگ های بخار با سیرکولاسیون طبیعی

2-3-2- دیگ های بخار با سیرکولاسیون اجباری

2-3-2-1- بویلر با سیرکولاسیون اجباری و زیر نقطه بحرانی با درام

2-3-2-2- بویلر با سیرکولاسیون اجباری و زیر نقطه بحرانی و یکبار گذر

2-4- دیگ های پکیج

2-5- نحوه انتخاب دیگ بخار

فصل سوم : تشریح اجزای دیگ بخار

3-1- مدارهای عملکرد دیگ های بخار

3-1-1- مدار آب و بخار و اجزای آن

3-1-1-1- کوره

3-1-1-2- لوله اصلی تغذیه آب بویلر

3-1-1-3- پمپ تغذیه آب بویلر

3-1-1-4- ری هیترها

3-1-1-5- اکونومایزر

3-1-1-6- پیش گرم کن دوار یا یانگستروم

3-1-1-7- دی سوپرهیترها

3-1-1-8- شیرهای اطمینان

3-1-2- مدار سوخت و هوا و اجزای آن

3-1-2-1- تعریف سوخت و انواع آن

3-1-2-2- ارزش حرارتی

3-1-2-3- احتراق و تعریف آن

3-1-2-4- محصولات احتراق

3-1-2-5- راندمان احتراق

3-2- مشعل ها و انواع آنها

3-2-1- مشعل های تبخیری

3-2-2- مشعل های پودر کننده

3-2-3- مشعل های گریز از مرکز

3-3- بازده حرارتی دیگ های بخار

فصل چهارم : رسوبات و خورندگی در دیگ های بخار

4-1- رسوبات و خورندگی در دیگ های بخار

4-2- شستشوی دیگ های بخار

4-3- روش های تعیین میزان آلودگی سطوح حرارتی دیگ های بخار

4-3-1- روش دستی

4-3-2- روش کاتدیک

فصل پنجم : نصب ، راه اندازی و بهره برداری از دیگ های بخار

5-1- نحوه نصب دیگ های حرارت مرکزی

5-2- راه اندازی و بهره برداری از دیگ های بخار

5-2-1- بازدیدهای قبل از راه اندازی

5-2-2- پرکردن دیگ های بخار

5-2-3- سیستم کنترل وزش دیگ بخار

5-2-4- مشعل های سوخت سبک ( آتش زا )

5-2-5- تخلیه از زیر دیگ و تخلیه معمولی

5-2-6- خواباندن عادی جهت ذخیره نگاه داشتن واحد

5-2-7- خواباندن عادی به منظور کار تعمیراتی

5-2-8- خواباندن اضطراری واحد

5-2-9- راه اندازی دیگ های بخار گازسوز

5-2-10- خواباندن دیگ بخار گازسوز

فصل ششم : کنترل و بازرسی دیگ های بخار

6-1- کنترل دیگ های بخار

6-1-1- کنترل فشار

6-1-2- کنترل درجه حرارت بخار

6-1-3- کنترل سوخت و هوا

6-1-4- کنترل آب تغذیه

6-2- بازرسی اساسی سالیانه دیگ های بخار

فصل هفتم : طراحی و ساخت دیگ های بخار

7-1- طراحی دیگ های بخار

7-2- نحوه ساخت دیگ های بخار

7-3- مراحل ساخت دیگ های چدنی شرکت ایرفو

7-3-1- تهیه مواد اولیه

7-3-2- تایید مواد اولیه توسط کارشناسان

7-3-3- آزمایشگاه و خدمات لازم جهت تایید مواد اولیه

7-3-4- انبار و توزیع مواد

7-3-5- آزمایشگاه و کنترل آنالیز ذوب

7-3-6- تهیه ذوب دیگ ها و عملیات ذوب ریزی

7-3-7- قالبگیری و ماهیچه گیری دیگ ها

7-3-8- ورقکاری و نقاشی

7-3-9- تخلیه دیگ ها از ماسه و مراحل تکمیلی

7-3-10- تست هیدرواستاتیک پره ها

7-3-11- ماشینکاری پره ها و مونتاژ

7-3-12- بسته بندی و تحویل به انبار

7-3-13- تحویل دیگ چدنی به مصرف کننده

7-3-14- بازرسی و آزمایش در حین فرآیند و فنون آماری در شرکت ایرفو

فصل هشتم : تعمیر و نگهداری دیگ های بخار

8-1- نگهداری دیگ های بخار غیر فعال

8-1-1- نگهداری دیگ بخار به روش خشک

8-1-2- نگهداری دیگ بخار به روش تر

8-2- نگهداری ناحیه احتراق در دیگ های بخار

8-3- رفع عیوب در دیگ های بخار

میهمانی نهار درون یک دیگ بخار

منابع و مراجع

ا لف - مقدمه :

انسان همواره برای گرم کردن محل زندگی خود در فصل سرما ، به دنبال ساخت وسایل گرمازا بوده است . در ابتدا با سوزاندن موادی مانند گیاهان و چوب و بعدها با کشف و استخراج معادن انواع سوختهای فسیلی ، از وسایلی مانند بخاری و آبگرمکن استفاده کرده است . ولی به تدریج با گسترش شهر نشینی وفرهنگ آپارتمان نشینی و ایجاد انواع ساختمانهای مسکونی و تجاری و اداری و همچنین لزوم توجه بیشتر به مصرف بهینه و اقتصادی سوخت ، باعث گردید سیستمهای مختلف گرمایشی مانند : سیستم حرارت مرکزی ، انواع پکیج یونیت های آپارتمانی ، سیستمهای حرارت تشعشعی و ... مورد توجه بیشتری قرار گرفته و در زمینه بهبود کیفیت و سهولت بهره برداری و نگهداری از آنها اقدامات موثری انجام شده است که از آن جمله می توان تولید و ساخت انواع دیگهای حرارت مرکزی که در ساختمانها و مراکز مختلف صنعتی بسته به شرایط اقتصادی وفنی مورد استفاده قرارمی گیرند ، را نام برد .

دیگهای آب گرم که تولید و بهره برداری ازآنها قدمتی چندین ساله دارد ، در انواع مختلف به صورت عمده با استفاده از فولاد و یا چدن ساخته شده است و برای تولید آب گرم مورد نیاز ، در محلی به نام موتورخانه نصب و بکار گرفته می شوند .

ب - دیگ بخار و جایگاه آن دریک نیروگاه حرارتی :

کلمه بویلر از فعل boil به معنی جوشاندن استخراج شده و بویلر به معنی جوشاننده است . درواقع بویلرها نوعی مبدل حرارتی هستند که با گرفتن انرژی حرارتی سوخت و انتقال آن به آب سرد ، باعث تبدیل آب به بخار می شوند .

نیروگاه بخاری از نظر ترمودینامیک یک ماشین حرارتی است که در آن دیگ بخار ، به عنوان منبع گرما کار می کند . گرفتن کار از ماشین حرارتی تنها با منابع دمای بالا و پایین میسّر است . انتقال و افزایش انرژی سیال عامل که عمدتاً آب خالص است ، در دیگهای بخار صورت می گیرد . پس دیگهای بخارنیروگاه ها با متعلقات خود نقش اساسی و بارزی در سیکل حرارتی نیروگاه ها ایفا می کنند . در واقع می توان گفت که دیگ بخار قلب هر نیروگاه است . لذا شناخت انواع ، عملکرد ، اجزا و نقش تک تک اجزای این سازه بزرگ و مهم ، کمک شایانی به به بهره برداری و تعمیرات آن خواهد کرد .در اینجا بایستی با یک واژه درباره بویلرها آشنا شویم و آن سطح تبادل حرارتی یک بویلر است .

سطح گرمایش ( ( heating surface یا سطح تبادل حرارتی یک بویلر عبارت است از مساحت سطحی که در معرض محصولات احتراق قرار دارد .

در این پروژه ابتدا طبقه بندی انواع بویلرها را ذکر خواهیم کرد . بویلرها طبقه بندی های گوناگونی دارند. بویلرها را می توان بر اساس جنس ، فشار، درجه حرارت ، شکل ، نوع سوخت و ... طبقه بندی کرد .

فصل اول :

طبقه بندی بویلرها

طبقه بندی بویلرها :

بویلرها طبقه بندیهای مختلفی دارند که در زیر به آنها اشاره شده است :

1-1- طبقه بندی از نظر مصارف بویلر:

بویلرها را از نظر نوع مصرفی که در صنایع مختلف دارند ، می توان دسته بندی کرد : بعضی از آنها برای تولید انرژی الکتریکی بکار می روند و برخی دیگر برای تهیه آب داغ یا بخار خشک و اشباع ساخته می شوند . در صنایع حمل و نقل ( زمینی یا دریایی ) به طرحهای خاصی از بویلرها نیاز است . همچنین در جوار واحدهای عظیم بخارساز نیروگاهی ، بویلرهای خاصی به عنوان بویلر کمکی نصب می شوند .

1-2- طبقه بندی از نظر فشار سیکل آب و بخار :

از نظر فشار کاری عموماً سه نوع بویلر وجود دارد :

1) بویلرهای مینیاتوری با حد اکثر فشار 7 bar جهت تولید آب داغ یا بخار خشک و اشباع با حد اکثر سطوح تبادل حرارتی 2m²

2) بویلرهای کم فشار که برای تولید آب داغ و بخار خشک و اشباع به کار می روند ، که اگر این بویلرها برای تولید آب داغ بکار روند ، طبق استانداردهای ASME برای حد اکثرفشار 10bar و دمای 120˚c ساخته می شوند .

3) بویلرهای قدرتمند ( ( power boilers که برای تهیه بخار اشباع یا بخار داغ با فشار بالاتر از 12bar ساخته می شوند . اغلب بویلرهای نیروگاهی از این نوع هستند .

1-3- طبقه بندی از نظر مصالح صنعتی و متالوژیکی :

انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME ) در این مورد استانداردهای دقیق و مبسوطی دارند که طبق آن ، بویلرهای قدرتمند از انواع فولادهای کم کربن ، آلیاژی و پر آلیاژی ساخته می شوند . همچنین بویلرهای کم فشار از چدن یا فولاد و بویلرهای مینیاتوری از مس یا فولادهای ضد زنگ ساخته می شوند .

1-4- طبقه بندی از نظر سطوح تبادل حرارتی :

این طبقه بندی از طرف انستیتو بویلرهای فولادی آمریکا(¡ ( SBIبرای بویلرهای فولادی کم ظرفیت غیر نیروگاهی صورت گرفته که آنها را به سه دسته تقسیم می کنند :

1) از13m² تا 350m² سطح تبادل حرارتی ، با خروجی 648 تا 18810kj

2) سطح تبادل حرارتی از 2m²تا 30m² با خروجی حد اکثر 1880kj

3) بویلرهای با سوخت فسیلی حد اکثر با خروجی 1880kj

البته روشن است که سطوح تبادل حرارتی بویلرهای نیروگاهی بسیار بیش ازاین مقادیر است .

1-5- طبقه بندی از نظر محتوای لوله ها :

1) دیگهای بخار فایر تیوب ( fire tube) : بویلرهایی که در آنها آتش و گازهای حاصل از احتراق از درون لوله ها جریان می یابد و سیال انرژی گیرنده ( آب ) در خارج لوله ها می جوشد .

2) دیگهای بخار واتر تیوب ( water tube) : بویلرهایی که در آنها سیال انرژی گیرنده ( آب ) در درون لوله ها جریان دارد و محصولات احتراق در بیرون از لوله ها حرکت می کنند .

بویلرهای فایر تیوب بخارساز حد اکثر برای فشار17bar و با خروجی 11.3m³/hr ساخته می شوند ، اما بویلرهای واتر تیوب حتی برای فشارهای فوق بحرانی آب و تناژهای بسیار بالا طراحی و ساخته می شوند .

1-6- طبقه بندی از نظر فشار کوره بویلر:

اگر فشار داخل کوره بویلر مد نظر باشد ، از این نظر بویلرها به سه دسته تقسیم می شوند : بویلرهای تحت فشار ، بویلرهای با فشار اتمسفریک و بویلرهای تحت خلا .

بایستی به این نکته اشاره کرد که نوع کوره یک بویلر از نظر فشار درون آن ، در پیدایش لوازمی نظیر دمنده هوای احتراق و مکنده دود و گازها دخیل است . همچنین با توجه به فشار کوره ، سیستم تخلیه گازها از دودکش متغیر خواهد بود .

1-7- طبقه بندی از نظرنوع احتراق :

بویلرها از نظر نوع احتراق به دو دسته تقسیم می شوند : بویلرهای با احتراق درونی و بیرونی .

در بویلرهای با احتراق درونی ، کوره دارای مشعل و لوازم لازم برای احتراق خواهد بود . اما در بویلرهای با احتراق بیرونی ، ماحصل محصولات احتراق سیستمهای دیگر تخلیه شده و از انرژی آ نها برای جوشاندن آب استفاده می گردد ، مانند سیکلهای ترکیبی .

1-8- طبقه بندی از نظرمنبع انرژی بویلر :

انرژی مورد تبدیل در بویلرها ممکن است از احتراق سوختهای فسیلی تامین شود . همچنین این امکان وجود دارد که تامین حرارت سیال عامل را تحولی شیمیایی غیر از احتراق به عهده گیرد . در برخی از بویلرها انرژی الکتریکی عامل افزایش دمای سیال عامل می باشد . حتی ممکن است این انرژی از منابع انرژی هسته ای تامین گردد . در این صورت ساختار بویلرها تفاوت های عمده ای با یکدیگر خواهند داشت .

1-9- طبقه بندی از نظرنوع سیال عامل :

سیال عاملی که دربویلرها موجب جذب حرارت می شود ومی جوشد ، ممکن است آب ، بخار آب یا جیوه باشد .

1-10- طبقه بندی از نظرنوع سیرکولاسیون سیال عامل :

بویلرها از این نظر به سه دسته تقسیم می شوند :

1) بویلربا سیرکولاسیون طبیعی : که در این صورت نیروی ایجاد شده از اختلاف دانسیته سیال عامل قبل از انتقال حرارت و بعد از آن ، عامل سیرکولاسیون خواهد بود . البته این نیرو باید به اندازه ای کافی باشد که باعث افت سرعت سیال به هنگام گرفتن انرژی حرارتی نشود و جدایش بخار اشباع از آب جوشان در داخل درام به زحمت نیفتد .

2) بویلر با سیرکولاسیون اجباری : که دراین حالت عامل حرکت سیال ، مولد های خارجی ( boiler circulating pumps ) خواهند بود . پس در این نوع سیرکولاسیون محدودیت فشار برای سیال منتفی می شود .

3) بویلر با سیرکولاسیون مختلط : ممکن است بویلری برای تولید بخار داغ در دو حوزه فشاری کار کند که در آن صورت ، در فشار پایین ، هنگامی که نیروی حاصل از اختلاف دانسیته ها کافی باشد ، سیرکولاسیون طبیعی ، و هنگام افزایش تناژ بویلر( افزایش فشار) سیرکولاسیون اجباری می شود.

1-11- طبقه بندی از نظرنام سازنده بویلر :

نام سازنده بویلر یا ابداع کننده بویلر ، نه تنها از نظر کیفیت طرح ، بلکه از نظر شکل ، سیرکولاسیون و ... می تواند برای مصرف کننده مشکل گشا باشد . در شکل زیر ، شش طرح بویلر با نام سازنده آنها آمده است . برای مثال ، Lamont یک بویلر درام دار و زیر نقطه بحرانی است ، اما Benson یک بویلر بدون درام و بالای نقطه بحرانی است .

1-12- طبقه بندی از نظرشکل و موقعیت لوله های بویلر :

بویلرها از این نظربه سه دسته تقسیم می شوند : بویلر با لوله های افقی ، بویلر با لوله های قائم و بویلر با لوله های خمیده .

1-13- تشخیص پارامترهای یک بویلر از روی نمودار :

نمودار1-1 به عنوان کلیدی جهت مشخص کردن فشار کاری ، تناژ ، نوع سیرکولاسیون ، نوع بخار تولیدی و پیدایش باز گرمایش انواع بویلرها عمل می کند :

نمودار1-1 : دیاگرام فشار-ظرفیت برای ژنراتورهای آبی مختلف

فصل دوم :

انواع بویلرها و عملکرد آنها

در این فصل به بررسی و تشریح دیگهای بخار،ازنظرجنس ( دیگهای چدنی و فولادی ) وازنظرمحتوای لوله ها ( دیگهای فایر تیوب و واتر تیوب )، و همچنین دیگهای پکیج خواهیم پرداخت .

2-1- دیگهای چدنی :

این نوع دیگها از قطعات چدنی مجزایی که به یکدیگر متصل می شوند ، تشکیل می شود که درآنها تعدادی پیچهای فشاری ، واشرها ، مجرای مناسب برای عبور آب و محصولات احتراق بکار رفته است .تعداد پره ها در یک دیگ تعیین کننده اندازه و ظرفیت آن است .

این پره ها می توانند افقی یا عمودی باشند که معمولاً نوع عمودی آن متداول تر است .

شعله مشعل در فضای وسط پره ایجاد شده و گازهای داغ حاصل از احتراق سوخت ، از مجراهای خاصی که برای افزایش بازده دیگ در نظر گرفته شده ، عبور می کنند . برای جلو گیری از برخورد مستقیم شعله با بدنه پره های دیگ می توان با آجر و خاک نسوز داخل دیگ را آجرچینی کرد .

ظرفیت حرارتی دیگهای چدنی معمولاً پایین بوده و حد اکثر در حدود 700000KCal/hr می باشد .در دیگهای با ظرفیت بالا ممکن است هر پره دیگ از دو قطعه تشکیل شود .

برای سیستمهای حرارت مرکزی با ظرفیت حرارتی بالا می توان از دیگهای چدنی به صورت موازی استفاده کرد . دیگهای چدنی اصولاً برای تولید آب گرم طراحی می شوند و کمتر برای تولید بخار استفاده می شوند . این دیگها معمولاً در فشارهای پایین ( 3-5 اتمسفر) قابل استفاده می باشند . برای سیستمهای با فشار بالاتر ، از دیگهای فولادی استفاده می شود .

پره های دیگهای چدنی به وسیله بوشن به یکدیگر متصل می شوند . با توجه به اینکه پره های این دیگها قابل جدا شدن می باشند ، حمل و نقل آنها درمقایسه با دیگهای فولادی به سادگی صورت می گیرد . با افزایش یا کاهش تعداد محدودی از پره های دیگ چدنی می توان ظرفیت حرارتی آن را تغییر داد .

دیگهای چدنی در مقابل زنگ زدن و خوردگی بسیار مقاوم هستند ، اما ، مشکل اصلی آنها پیدایش ترک در جداره پره هاست که به ترکیدن دیگ معروف است . با توجه به اینکه جوشکاری چدن مشکل است ، اغلب ترک برداشتن پره منجر به تعویض آن می شود که این خود با مشکلاتی از جمله باز کردن اتصالات دیگ ، تعویض پره ، بستن دیگ و مسائل آب بندی دیگ همراه است .پیدایش ترک بر روی پره های دیگ می تواند به علل زیر باشد :

• برخورد مستقیم شعله به جدار پره و ایجاد تنشهای حرارتی .
• ایجاد رسوب در روی سطح داخلی پره ها و در نتیجه افزایش زمان کار مشعل و تولید شعله در محفظه احتراق دیگ .
• فشار زیاد آب داخل دیگ .
• گرم و سرد شدن ناگهانی دیگ .

دیگهای چدنی ممکن است ازنوع dry base(که درآنها مشعل درقسمت زیرین قراردارد ) ، wet base ( که در آنها مشعل توسط مجراهای آب محاصره شده است ) ویا wet leg

( که در آنها قسمتهای بالایی و پهلویی مشعل توسط مجراهای آب در برگرفته شده است ) ساخته شوند .در مجموع دیگهای آبگرم چدنی با دارا بودن دوام بیشتر ، قابلیت افزایش ظرفیت دیگ و فشار پایین نسبت به سایر انواع دیگها ، مناسبتر می باشند .

دیگهای چدنی بزرگ در محل موتورخانه جمع و به مرحله بهره برداری می رسند ، اما دیگهای چدنی کوچکتر را می توان درکارخانه تولید کننده ، مونتاژ، تست و بسته بندی کرد .

در شکل 2-1 نمونه ای از قطعات تشکیل دهنده یک دیگ چدنی نمایش داده شده است :

شکل 2-1 : قطعات تشکیل دهنده یک دیگ چدنی

2-2- دیگهای فولادی :

این دیگها بیشتر برای تولید آب داغ ( تحت فشار ) و بخار و اغلب در ظرفیت های بالا ، استفاده می شوند . این دیگها بطور یکپارچه روی یک شاسی ساخته می شوند و بنابراین حمل و نقل آنها بسیار مشکلتر از دیگهای چدنی است . در ساخت دیگهای فولادی از تعداد زیادی لوله های فولادی خاص استفاده می شود .

دیگهای فولادی خود به دو نوع تقسیم می شوند :

• دیگهای Water Tube که در آنها آب در داخل لوله و آتش در اطراف لوله قرار دارد . این نوع دیگها در ظرفیتهای بالا ( تا 60000000Btu/hr تولید بخار تحت فشار 6000Psi ) ساخته می شوند .
• دیگهای Fire Tube که در آنها آتش در داخل لوله و آب در اطراف لوله قرار دارد و گرم می شود . این نوع دیگها در ظرفیتهای متوسط ( 6000000Btu/hr تولید بخار تحت فشار 6000Psi ) تولید می شوند .

عیب مهم دیگهای فولادی زنگ زدگی به ویژه در محل اتصال لوله ها با صفحات فولادی دو انتهای دیگ است . خوردگی لوله ها و صفحات فولادی موجب کاهش عمر دیگ می شود . از مشکلات دیگر این دیگها ( بویژه دیگهای از نوع تولید بخار ) ، امکان رسوب گرفتن سطوح مجاور با آب دیگهاست . برای جلوگیری از آن لازم است از دستگاههای سختی گیر با کنترل دقیق استفاده می شود .

در دیگهای فولادی نیز مانند دیگهای چدنی می توان از طرحهای dry base ، wet base ، wet leg استفاده کرد .

اکثر دیگهای فولادی کوچک که برای گرمایش ساختمان استفاده می شوند ، از نوع dry base با لوله های آتشخوار عمودی می باشند ، اما در دیگهای بزرگتر معمولاً لوله های آتشخوار و لوله های آب بصورت افقی یا مورب قرار دارند .

همانطور که در بحث دیگهای فولادی به آن اشاره شد ، این نوع دیگها خود به دو دسته تقسیم می شوند : دیگهای واتر تیوب و دیگهای فایرتیوب. حال در اینجا به شرح و بررسی این نوع دیگها می پردازیم :

2-2-1- تاریخچه و عملکرد بویلرهای فایر تیوب :

بویلرهای فایرتیوب مبدلهای حرارتی از نوع پوسته و لوله ای هستند که سیال گرم ( گازهای ناشی از احتراق سوخت ) آنها در لوله های مبدل و سیال سرد ( آب ) آنها در پوسته مبدل قرار دارد . این گونه بویلرها تنها توانایی تولید بخار در دما و فشار اشباع آب را دارند .این بویلرها در صنایعی که احتیاج به بخار آب در دما و فشار نه چندان بالایی دارند ، مانند کارخانه های شیمیایی ، پالایشگاههای نفت ، صنایع فولاد ، صنایع دارویی ، صنایع غذایی و ... بکار می روند .بویلرهای فایرتیوب نسبت به نوع واترتیوب ، به ازای مقدار بخار تولیدی و فشار خروجی مشخص ، از قیمت پایین تری برخوردارند .

بویلرهای اولیه از این نوع را که جیمز وات در سال 1788 اختراع کرد ، بصورت محفظه های آهنی استوانه ای شکل ساخته می شدند . درون این محفظه ها با آب پرشده و بدنه آنها بر روی یک کوره نصب می شد . گازهای حاصل از احتراق سوخت در کوره توسط مجراهای تعبیه شده در اطراف محفظه جریان می یافتند و بدین ترتیب انرژی گرمایی خود را به آب درون محفظه منتقل می کردند . از جمله معایب این سیستم را می توان ته نشین شدن ناخالصیهای موجود درآب ، در کف بویلر نام برد . این رسوبات به صورت عایق حرارتی عمل کرده و باعث کاهش انتقال حرارت بین گازهای داغ حاصل از احتراق و آب درون بویلر می شد که این امر از طرفی باعث افت دمای آب بویلر و از طرف دیگر باعث افزایش دمای جداره زیرین بویلر و در نتیجه ایجاد تنش حرارتی در این قسمت و در نهایت ترکیدن بویلر می شد .

شکل 2-2 : نمای یک نوع بویلر فایرتیوب اولیه

ترویتیک انگلیسی و واوان آمریکایی اولین کسانی بودند که احتراق داخلی بویلرها را مطرح کردند . بویلر پیشنهادی آنها یک استوانه تحت فشار بود که یک کره استوانه ای شکل را درون خود جای می داد . گازهای داغ ناشی از احتراق سوخت در کوره ، توسط مجرایی که در قسمت زیرین بویلر قرار داشت به سمت جلوی بویلر فرستاده شده و سپس از طریق مجرای دیگری دوباره به سمت عقب بویلر حرکت کرده و نهایتاً از طریق دودکش از بویلر از بویلر خارج می شدند . بدین ترتیب آب درون بویلر که این مجراها را احاطه کرده بود ، با گرفتن انرژی حرارتی لازم به بخار اشباع تبدیل می شد . مشکل ته نشین شدن و رسوب ناخالصیهای موجود در آب در این نوع بویلرها نیز وجود داشت ولی از آنجا که در این نوع بویلر ، رسوب تشکیل شده در معرض تماس مستقیم با شعله کوره قرار نداشت ، میزان تنشهای حرارتی ناشی ازآن به مراتب از نوع اولیه کمتربود .بهر حال این مشکل سالیان متمادی وجود داشت تا اینکه دانشمندان توانستند روشهای شیمیایی تصفیه آب را بوجود آورند .

در سال 1844 فریبرن ( Fairbairn ) و هترینگتون ( Hetherington ) بویلری مشابه بویلر فایر تیوب ترویتیک ( Trevithick ) ساختند، با این تفاوت که بویلر آنها مجهز به دو کوره جهت احتراق سوخت بود . حجم بزرگتر این بویلر امکان تولید بخار بیشتری را فراهم می کرد .

استفاده از این بویلرها تا سال 1950 ادامه یافت ، تا اینکه با پیشرفت صنعت بخار ، این بویلرها توسط نوع دیگری که شامل لوله های متعدد برای عبور گازهای حاصل از احتراق بودند ، جایگزین شدند . این بویلرها که در انگلستان به بویلرهای اقتصادی ( Economic ) و در آمریکا به بویلرهای اسکاچ ( Scotch ) مشهور بودند ، بر این اساس که هرچه سطح تبادل حرارت بین گازهای داغ و آب بیشتر باشد به همان میزان می توان انرژی بیشتری را از مقدار مشخص سوخت دریافت کرد ، ساخته شدند . این بویلرها نسبت به انواع قبلی به ازای خروجی بخار یکسان از حجم کوچکتری برخوردار بودند . شکل 2-3 نمونه ایب از این بویلرها را نشان می دهد .

شکل 2-3 : دیگ های اقتصادی ، الف) دوکاناله ، ب) سه کاناله

بویلرهای فایرتیوب اولیه به منظور استفاده هرچه بهتر از فضای در دسترس دارای سطح مقطع مستطیل شکل بودند که تمرکز تنش ناشی از فشار درونی بویلر در گوشه های آن در بسیاری از موارد باعث ترکیدن بویلر می شد .

یکی دیگر از مشکلات بویلرهای اقتصادی مسئله تنشهای حرارتی جداره انتهایی بویلر بود. این جداره هم در معرض گازهای خروجی از کوره و هم در معرض گازهای خروجی از لوله های گذر دوم قرار داشت که اختلاف دمای موجود بین این گازها باعث ایجاد تنش حرارتی روی دیواره و ایجاد ترک و نشتی از آن می گشت .

کارخانه لینکلن ( Lincoln )، با ساختن بویلری که جدار انتهایی آن از دو فلز به جنسهای مختلف تشکیل شده بود ، توانست این مشکل را از بین ببرد .

پس از جنگ جهانی دوم و توصعه صنعتی کشورها ، تکنولوژی ساخت بویلرها نیز متحول گشت و بویلرهای ساخته شده از آن پس پکیج هایی هستند که دارای اجزای مختلفی مانند مشعل ، پمپ ، سوپاپهای اطمینان و فن هستند و راندمان آنها به ازای خروجی یکسان بهبود یافته است . در شکل 2-4 یک نمونه از بویلرهای فایر تیوب جدید را ملاحظه می کنید :

شکل 2-4 : برشی از یک بویلر فایرتیوب امروزی

2-2-1-1- انواع بویلرهای فایرتیوب :

این نوع بویلرها را به دو دسته طبقه بندی می کنند :

1. بویلرهای با کوره در بیرون ( External Furnace Steel Fire tube Boilers ) :

در این نوع بویلرها ، کوره در بیرون ردیف لوله های آتش (Fire Tubes ) قرار دارند و گازهای حاصل از احتراق سوخت از درون لوله ها گذر می کند . این نوع بویلرها در سه نوع زیر ساخته می شوند :

• Horizontal Return Tubular ( H.R.T. ) :

این نوع که بیش از سایرین مورد مصرف قرار می گیرد ، دارای ماکزیمم فشار کاری 14bar و ماکزیمم بخاردهی 11.5m³/hr است . راندمان آن غالبا 70% و نرخ تولید بخار به واحد سطح ، از 15 الی 25 کیلوگرم در ساعت می باشد .

• Short Fire Box
• Compact

1. 2. بویلرهای با کوره دردرون ( Internal Furnace Steel Fire tube Boilers ) :

این گونه بویلرها را در سه تیپ می سازند :

• Horizontal Tubular که خود دارای چهار نوع زیر است :

- Locomotire Boilers با حد اکثر فشار کاری 17bar و ماکزیمم بخاردهی 6.8m³ بخار اشباع است .

- Short Fire Box Boilers

- Compact Boilers که دارای ظرفیت بخاردهی 0.2 الی 5.6 متر مکعب در ساعت بخار است .

- Scotch Boilers که دارای ماکزیمم فشار کاری 17bar و ماکزیمم ظرفیت بخاردهی 6.8m³/hr است . این نوع بویلرها را در دو تیپ Dry back و Wet back می سازند . اگر پشت کوره این بویلر با مواد نسوز پوشانده شود ، آن را Dry back و اگر با آب احاطه شود آن را Wet back گویند .

• Vertical Tubular : که دارای بخاردهی 1.5m³/hr در فشار نهایی 17bar است .
• Residental Boiler : که در تیپ های لوله افقی و قائم جهت تولید آب داغ ساخته می شوند و در هر ساعت حداکثر تبادل حرارتی ممکن 13500BTU است و نوع لوله قائم آن برای تولید 0.5m³/hr بخار اشباع ساخته می شود .

2-2-2- تاریخچه و عملکرد بویلرهای واتر تیوب :

بویلرهای فایرتیوب مبدلهای حرارتی از نوع پوسته و لوله ای هستند که سیال سرد ( آب ) آنها در لوله های مبدل و سیال گرم ( گازهای ناشی از احتراق سوخت ) آنها در پوسته مبدل قرار دارد .دراین نوع بویلرها برخلاف بویلرهای فایرتیوب ، بخار آب می تواند به دما و فشار بیشتر از حد اشباع خود رسیده و مافوق گرم ( Super Heat ) شود .

درواقع محدودیت های بویلرهای فایرتیوب از نظر تولید بخار پرفشار و دما بالا ، مانند بخاری که برای به گردش در آوردن توربین های بخار نیروگاهها لازم است ، باعث مطرح شدن این نوع بویلرها شده است .

طراحی اولیه بویلرهای واترتیوب به اواخر قرن 18 و اوایل قرن 19 میلادی بر می گردد . ولی بدلیل در اختیار نبودن لوله ها و موادی که قادر به تحمل فشار بالای این بویلرها باشند ، این طرحها هرگز به مرحله اجرا در نیامدند .

استفان ویلکاکس ( Stephen Vilcox ) و جرج بابکوک ( George Babcock ) را می توان پیشگامان طراحی بویلرهای واترتیوب به شکل امروزی دانست . شکل 2-5 بویلر طراحی شده آنها در سال 1877 را نشان می دهد .

شکل 2-5 : نمایی از بویلر واترتیوب طراحی شده توسط استفان ویلکاکس و جرج بابکوک

همانگونه که در شکل 2-5 نشان داده شده ، لوله های حاوی آب بصورت مایل قرار گرفته اند و انتهای دو سر آنها توسط دو مجرا به محفظه استوانه ای شکلی به نام درام ( Drum ) متصل شده اند . بخار تولید شده در لوله های بویلر قبل از اینکه به مصرف کننده برسد ، وارد درام می شود تا ذرات آب موجود در بخار آب گرفته شود .

سطح تبادل حرارت در این بویلر از تعدادی لوله به قطر تقریبی 75mm تشکیل شده است . تعدادی از این لوله ها در معرض مستقیم شعله احتراق و بقیه در معرض گازهای داغ ناشی از احتراق قرار دارند . برای هدایت این گازها در اطراف لوله ها از تعدادی تیغه ( Baffle ) استفاده می شود ، این تیغه ها با اصلاح مسیر حرکت گازها باعث افزایش سطح انتقال حرارت و در نتیجه افزایش راندمان بویلر می شوند .

به این ترتیب در این نوع بویلر حرارت گازهای حاصل از احتراق از طریق گروهی از لوله ها که سطح مقطع آنها در مقایسه با قطر پوسته بویلر فایرتیوب نسبتاً کوچک می باشد ، به آب داده می شود . این امر امکان افزایش بخار تولیدی را میسر می سازد .

با افزایش نیاز به مصرف لخار فشار بالا ، طراحی بویلرهای واتر تیوب نیز تغییر کرد . بویلر واترتیوب با چند درام و نوع واتروال ( Water Wall )، از انواع طراحی شده بعدی محسوب می شوند . در نوع واتروال آب درون لوله های قائمی که محفظه احتراق را احاطه کرده اند ، به سمت بالا در جریان است . آب درون لوله ها با گرفتن انرژی گرمایی گازهای حاصل از احتراق به بخار تبدیل می شود . این لوله ها از یک انتها به آب تغذیه بویلر و از انتهای دیگر به یک درام متصل هستند . این بویلرها قابلیت تولید بخار با فشار اشباع 100bar و بیشتر را دارا می باشند .در شکل های 2-6 و 2-7 نمونه های دیگری از بویلر های واترتیوب نشان داده شده است .

بویلر به همراه پاورپوینتنگهداری دیگ بخار به روش خشکرفع عیوب در دیگ های بخار