اجزای بویلر واتر تیوب مجموعه‌ای از بخش‌های هماهنگ هستند که تولید بخار پایدار و عملکرد مطمئن سیستم را ممکن می‌سازند. در این متن، ابتدا محفظه احتراق، مشعل و درام‌ها و سپس لوله‌های آب، سوپرهیتر، اکونومایزر و بازگرمکن را بررسی می‌کنیم. همچنین نقش سیستم‌های ایمنی و کنترل، شامل شیر اطمینان، شیر بلودان، نشانگر سطح آب و سیستم FGR ، مورد تحلیل قرار می‌گیرد. هدف مقاله ارائه دیدگاه جامع درباره عملکرد هر بخش در تولید بخار با کیفیت، ایمنی و کارایی بالا است.
اجزای دیگ بخار
اجزای بویلر واتر تیوب شامل بخش‌های اصلی مانند محفظه احتراق، مشعل، درام‌ها، لوله‌های آب، سوپرهیتر، اکونومایزر و گاهی بازگرمکن است. در ادامه، هر یک از این اجزا به صورت جداگانه معرفی و کارکرد آن‌ها در چرخه تولید بخار توضیح داده می‌شود تا تصویر روشنی از نحوه عملکرد کلی بویلر ارائه شود.
محفظه احتراق
محفظه احتراق یکی از مهم‌ترین بخش‌های بویلر واتر تیوب است که فرایند سوزاندن سوخت در آن انجام می‌شود و گرمای موردنیاز برای تولید بخار را تامین می‌کند. دیواره‌های این محفظه از لوله‌های آب (رایزر) تشکیل شده‌اند که گرمای حاصل از احتراق را جذب می‌کنند. در این بخش، انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرارتی تبدیل می‌شود. شکل مکعبی محفظه احتراق در بویلرهای واتر تیوب، آزادی عمل بیشتری در طراحی و جانمایی مشعل‌ها فراهم می‌کند و نیاز به فضای کمتری برای نصب دارد. برای جلوگیری از اتلاف انرژی، دیواره‌های محفظه احتراق از بیرون با عایق‌های نسوز پوشانده می‌شوند.
در صنعت تجهیزات گرمایشی، هر بویلر قبل از ساخت، با تحلیل‌های مهندسی پیچیده طراحی می‌شود تا عملکرد پایدار و ایمنی کامل تضمین شود. کوچک‌ترین خطا در طراحی می‌تواند راندمان بویلر واتر تیوب را کاهش و ایمنی سیستم را به خطر اندازد. شرکت پترو انرژی من با سال‌ها تجربه تخصصی در ساخت بویلرها، این فرایند را با رویکرد مهندسی دقیق و رعایت استانداردهای بین‌المللی انجام می‌دهد.
برای مشاوره تخصصی در خصوص بویلر واتر تیوب با پترو انرژی من تماس بگیرید:02157423
مشعل
مشعل، مسئول ترکیب سوخت با هوا و سپس احتراق این مخلوط برای تولید شعله‌ای است که لوله‌های آب را گرم می‌کند. این جزء حیاتی، انرژی شیمیایی سوخت را به انرژی حرارتی تبدیل کرده و گرما را در محفظه احتراق فراهم می‌آورد. مشعل باید با کارایی بالا، انتشار آلاینده کم و پایداری قابل اطمینان عمل کند.
بویلرهای واتر تیوب می‌توانند دارای چندین مشعل باشند که در آرایش‌های مختلفی مانند دیوار جلو، دیوارهای متقابل یا گوشه‌ها قرار می‌گیرند. انواع سوخت‌ها نظیر گاز طبیعی، نفت، گاز مایع (LPG) و حتی هیدروژن می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند، به شرطی که مشعل با نوع سوخت سازگار باشد. عملکرد هوشمند مشعل، مانند قابلیت مدولاسیون و کنترل‌کننده‌های هوشمند، می‌تواند به بهبود کارایی و ایمنی بویلر کمک کند.
درام بخار
درام بخار یک مخزن استوانه‌ای است که در قسمت بالای بویلر قرار گرفته و وظیفه جمع‌آوری بخار تولید شده در لوله‌های رایزر و جداسازی آن از آب را بر عهده دارد. این درام با استفاده از اجزای داخلی مانند جداکننده‌های سیکلونی و بافل‌ها، قطرات آب را از بخار جدا می‌کند تا بخار خشک و عاری از رطوبت از آن خارج شود.
این کار برای جلوگیری از پدیده «حمل آب» (Moisture Carryover) به سوپرهیترها و توربین‌های بخار اهمیت زیادی دارد. درام بخار همچنین وظیفه ذخیره آب و کمک به گردش آن را نیز داراست. مواد شیمیایی نیز در درام بخار تزریق می‌شوند تا به دلیل تلاطم موجود، به خوبی با آب مخلوط شده و به بهبود کیفیت آب بویلر کمک کنند. حفظ سطح آب صحیح در درام بخار برای عملکرد ایمن و بهینه بویلر بسیار حیاتی است.
درام لجن
درام لجن، که به آن درام آب یا درام پایین نیز گفته می‌شود، در پایین‌ترین قسمت بویلر واتر تیوب قرار دارد و وظیفه جمع‌آوری رسوبات و ناخالصی‌ها از آب را بر عهده دارد. این رسوبات به دلیل چگالی بالاترشان در این قسمت ته نشین می‌شوند. آب از طریق لوله‌های پایین‌رونده از درام بخار به درام لجن منتقل می‌شود. ناخالصی‌ها به صورت دوره‌ای از طریق مکانیزم«بلودان» (Blowdown) از درام لجن خارج می‌شوند تا کیفیت آب بویلر حفظ شده و از تجمع رسوبات بر روی سطوح انتقال حرارت جلوگیری شود. در برخی طرح‌های مدرن، ممکن است درام لجن مجزا وجود نداشته باشد و هدرهای پایین (Water Headers) وظیفه آن را نیز انجام دهند.
هدرها
هدرها یا منیفولدها مخازن استوانه‌ای بزرگی هستند که لوله‌های متعددی به آن‌ها متصل می‌شوند و وظیفه جمع‌آوری و توزیع سیال کاری (آب یا بخار) را بر عهده دارند. معمولا دو نوع هدر در بویلر واتر تیوب وجود دارد:
هدر بالایی (Steam Header): این هدر آب داغ و بخار را از لوله‌های رایزر (بالارونده) جمع‌آوری کرده و به درام بخار منتقل می‌کند.
هدر پایینی (Water Header): این هدر آب را بین لوله‌های رایزر توزیع می‌کند. هدرها با کاهش تعداد لوله‌های متصل مستقیم به درام بخار، ساختار بویلر را ساده‌تر می‌کنند. آن‌ها همچنین در قسمت‌های مختلف بویلر مانند اکونومایزر و سوپرهیتر نیز برای جمع‌آوری و توزیع سیال استفاده می‌شوند.
لوله‌های آب
لوله‌های آب از اجزای اساسی بویلرهای واتر تیوب هستند که آب در داخل آن‌ها جریان دارد و از بیرون توسط گازهای داغ احاطه می‌شوند. این طراحی امکان انتقال حرارت بسیار کارامد و تولید بخار با فشار بالا را فراهم می‌کند. لوله‌های آب در بویلرهای واتر تیوب به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:
لوله‌های رایزر (Riser Tubes): آب داغ و بخار از پایین به سمت درام بالایی از طریق این لوله‌ها به بالا حرکت می‌کنند. این لوله‌ها گرمای تابشی و جابجایی را از گازهای احتراق جذب می‌کنند.
لوله‌های پایین‌رونده (Downcomer Tubes): آب سرد از درام بخار از طریق این لوله‌ها به سمت پایین جریان می‌یابد تا دوباره به چرخه گرمایش بازگردد. تعداد، نوع و نحوه قرارگیری این لوله‌ها، ساختارهای متنوعی را در بویلرهای واتر تیوب ایجاد می‌کند.
سوپرهیتر
سوپرهیتر وسیله‌ای است که دمای بخار تولید شده توسط بویلر را فراتر از نقطه اشباع آن افزایش داده و بخار اشباع را به بخار فوق داغ (Superheated Steam) تبدیل می‌کند. این بخار فوق داغ، انرژی حرارتی بیشتری دارد و در کاربردهایی نظیر توربین‌های بخار برای تولید برق، کارایی بالاتری فراهم می‌کند. سوپرهیترها معمولا از مجموعه‌ای از لوله‌ها یا مبدل‌های حرارتی کویل شکل تشکیل شده‌اند که در مسیر گازهای خروجی قرار می‌گیرند تا حرارت را جذب کنند.
سوپرهیترها می‌توانند از نوع تابشی (Radiant) باشند که مستقیما در معرض شعله قرار می‌گیرند یا از نوع همرفتی (Convection) که توسط گازهای داغ فلوی گاز گرم می‌شوند. استفاده از بخار فوق داغ، رطوبت را در بخار کاهش داده و از فرسایش پره‌های توربین جلوگیری می‌کند.
اکونومایزر
اکونومایزر یک مبدل حرارتی است که آب تغذیه ورودی به بویلر را با استفاده از حرارت باقیمانده گازهای داغ خروجی (فلوی گاز) پیش‌گرم می‌کند. این عمل باعث افزایش راندمان بویلر و کاهش مصرف سوخت می‌شود. با کاهش دمای گازهای خروجی از دودکش به ازای هر 13 درجه سانتی‌گراد، راندمان بویلر حدود 1 درصد افزایش می‌یابد. اکونومایزرها در مسیر گازهای احتراق و معمولا قبل از ورود به درام بخار قرار می‌گیرند. استفاده از اکونومایزر نه تنها بازدهی حرارتی را بالا می‌برد، بلکه می‌تواند به کاهش شوک حرارتی به بویلر نیز کمک کند.
بازگرمکن
بازگرمکن یا ری‌هیتر، مبدل حرارتی است که بخار را پس از خروج از مراحل اولیه توربین (مثلا توربین فشار بالا) مجددا گرم می‌کند. بخار بازگرم‌شده به مراحل بعدی توربین (فشار پایین) هدایت می‌شود. هدف اصلی از بازگرمایش بخار، افزایش کارایی حرارتی سیکل رانکین و بهبود عملکرد توربین است. بازگرمکن‌ها در طراحی و ظاهر مشابه سوپرهیترها هستند و می‌توانند به صورت سری نصب شوند. این کار باعث می‌شود که بخار با انرژی حرارتی بالاتر و رطوبت کمتر وارد مراحل بعدی توربین شده و عمر مفید توربین نیز افزایش یابد.
دودکش
دودکش یا سیستم اگزوز، مسیری است که گازهای حاصل از احتراق را پس از عبور از بویلر، به صورت ایمن به اتمسفر خارج می‌کند. نقش آن در کنترل مکش و دفع ایمن گازهای دودکش برای عملکرد اثربخش و ایمن بویلر حیاتی است. ارتفاع و قطر دودکش باید با مشخصات خروجی بویلر مطابقت داشته باشد تا جریان هوای موثر را تضمین کند و از آلایندگی محیط زیست جلوگیری شود. در بویلرهای با سوخت فسیلی، گازهای خروجی قبل از رهاسازی به اتمسفر از طریق تجهیزات کنترل آلودگی مانند رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک یا فیلترهای کیسه‌ای تصفیه می‌شوند.
پمپ آب تغذیه
پمپ آب تغذیه یک جزء ضروری در بویلرهای واتر تیوب است که آب تغذیه (Feedwater) را از منبع (مانند دی‌ایرئتور) با فشار بالا به بویلر می‌رساند. این پمپ برای حفظ سطح آب در درام بخار و تضمین تامین مداوم آب برای تولید بخار ضروری است. پمپ‌های آب تغذیه باید در برابر دما و فشار بالا مقاوم باشند و با راندمان بالا عمل کنند.
این پمپ‌ها می‌توانند با موتور الکتریکی یا توربین بخار کار کنند و معمولا دارای طراحی چند مرحله‌ای هستند. در نیروگاه‌ها، معمولا بیش از یک پمپ آب تغذیه برای اطمینان از قابلیت اطمینان سیستم و جلوگیری از آسیب جدی به بویلر در صورت خرابی پمپ، نصب می‌شود.
اجزای جانبی دیگ بخار
نشانگر سطح
نشانگر سطح آب، تجهیزی کلیدی برای مشاهده و پایش مستمر سطح آب در درام بخار است. کنترل دقیق سطح آب برای کیفیت بخار، ایمنی و کارایی بویلر ضروری بوده و از خطراتی مانند گرم‌شدن بیش از حد لوله‌ها و آسیب به بویلر جلوگیری می‌کند. این نشانگرها امکان مشاهده سطح از راه دور و تنظیم زاویه دید را فراهم می‌کنند. در بویلرهای مدرن، سیستم‌های پایش سطح آب با سنسورهای دقیق و سیستم هشدار مجهز شده‌اند و همراه با پمپ تغذیه و کنترل‌کننده سطح، سطح آب را در محدوده مناسب حفظ می‌کنند.
عملکرد نشانگر سطح آب در بویلر
نشانگر با نمایش لحظه‌ای سطح آب به اپراتور کمک می‌کند تا از رسیدن سطح به حالت‌های بحرانی جلوگیری کند. افزایش بیش از حد سطح موجب طغیان و حمل آب می‌شود و کاهش آن منجر به گرم‌شدن لوله‌ها و آسیب جدی بویلر خواهد شد.
شیر اطمینان
شیر اطمینان یکی از مهم‌ترین تجهیزات ایمنی بویلر واتر تیوب است و به‌عنوان آخرین خط دفاعی در برابر افزایش فشار عمل می‌کند. وظیفه آن آزاد کردن بخار اضافی و جلوگیری از انفجار و آسیب‌های ناشی از فشار بالا است.
عملکرد شیر اطمینان
وقتی فشار بویلر از حد مجاز فراتر رود، شیر اطمینان به صورت خودکار باز می‌شود. با اعمال فشار به سطح دیسک، شیر به طور کامل و سریع باز شده و بخار اضافی را تخلیه می‌کند تا فشار به سطح ایمن برسد. شیرهای اطمینان فنری، دقیق‌ترین و رایج‌ترین نوع برای کنترل فشار مخازن تحت فشار هستند.
شیر تخلیه یا بلودان
شیر بلودان یکی از اجزای کلیدی بویلر واتر تیوب است و وظیفه آن حذف ناخالصی‌ها و رسوبات از آب بویلر برای حفظ کیفیت آب و جلوگیری از آسیب به بویلر است.
عملکرد شیر تخلیه یا بلودان
با تبخیر آب، غلظت جامدات محلول و نامحلول افزایش می‌یابد و تجمع رسوبات می‌تواند کارایی انتقال حرارت را کاهش دهد، موجب خوردگی و آسیب بویلر شود. شیر بلودان با تخلیه بخشی از آب، این ناخالصی‌ها را کاهش داده و عمر مفید و کارایی بویلر را افزایش می‌دهد.
سیستم کنترل
سیستم کنترل مجموعه‌ای از کنترلرها، سنسورها، عملگرها و نشانگرها است که پارامترهای بویلر را در محدوده ایمن و بهینه حفظ می‌کند تا بخار یا آب داغ با کیفیت، راندمان بالا و ایمنی تولید شود.
سیستم (FGR)
سیستم FGR در بویلرهای واتر تیوب برای کاهش آلاینده‌ها مانند NOx و CO طراحی شده است. این سیستم با بازگرداندن بخشی از گازهای دودکش به محفظه احتراق، دمای شعله و غلظت اکسیژن را کاهش داده و تشکیل NOx در دماهای بالا را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. مشعل‌های مدرن می‌توانند با یا بدون سیستم FGR کار کنند.
نتیجه‌گیری
همانطور که ملاحظه شد،اجزای بویلر واتر تیوب یا دیگ بخار با هم یک سیستم یکپارچه و پیشرفته را تشکیل می‌دهند که هدف آن تولید بخار فوق داغ با راندمان و ایمنی بالا است. در این مقاله به عملکرد کلیدی محفظه احتراق، درام بخار و لوله‌های آب برای انتقال حرارت و جداسازی بخار، نقش سوپرهیتر، اکونومایزر و بازگرمکن در بهبود کارایی و اهمیت تجهیزات جانبی مانند شیر اطمینان، شیر بلودان، نشانگر سطح و سیستم‌های کنترلی (FGR) پرداخته شد. درک صحیح این اجزا و هماهنگی عملکرد آن‌ها، تضمین‌کننده عملکرد ایمن، پایدار و اقتصادی بویلر در طول عمر مفید آن است.
No comment