دیگ های بخار

[spow 44,195]

دیگ های بخار :

 

دیگ بخار یک مخزن سربسته است که ابزاری برای انتقال گرمای احتراق به آب است تا آب، گرم شده یا به بخار تبدیل شود. سپس از این آب داغ یا بخار تحت فشار می توان برای انتقال گرما به یک فرایند استفاده کرد. هنگامیکه آب به بخار تبدیل می شود، حجم آن تا حدود ۱۶۰۰ برابر افزایش می-یابد و نیرویی تولید می کند که قدرتی در حد انفجار باروت دارد. همین مسئله باعث می شود تا دیگ بخار وسیله ای خطرناک باشد که باید با نهایت احتیاط با آن کار کرد.

سیستم دیگ های بخار

سیستم دیگ بخار شامل: سیستم آب ورودی، سیستم بخار و سیستم سوخت رسانی است. سیستم آب تغذیه، آب دیگ بخار را تأمین کرده و آن را به طور خودکار مطابق با تقاضای سیستم، تنظیم می کند. چندین دریچه دسترسی برای تعمیر و نگهداری تعبیه شده است. سیستم بخار، بخار تولید شده در دیگ بخار را جمع آوری و کنترل می کند. بخار، بخار تولید شده در دیگ را جمع آوری و کنترل می کند. بخار از طریق سیستم لوله کشی به نقطه مصرف هدایت می شود. در سرتاسر سیستم، فشار بخار با استفاده از یک سری شیر تنظیم شده و توسط فشارسنج کنترل می شود. سیستم سوخت شامل کلیه تجهیزات مورد استفاده برای تأمین سوخت برای تولید گرمای لارزم است.

انواع دیگ بخار و طبقه بندی آن ها

در یک تقسیم بندی کلی دیگ های بخار به دو دسته چدنی و فولادی تقسیم می شوند. از طرفی دیگ-های بخار فولادی در یکی از دو گروه زیر قرار می گیرند:

دیگ بخار لوله-آتش

این دیگ دارای لوله های فولادی بلند است که گازهای داغ کوره از داخل این لوله ها می گذرند و اطراف این لوله ها مطابق شکل زیر آبی که قرار است بخار شود جریان دارد.

 

 

 

دیگ بخار لوله-آتش

 

دیگ های بخار لوله-آتش معمولاً هزینه اولیه کمتری دارند، سوخت کمتری مصرف می کنند و کار کردن با آن ها ساده تر است، اما عموماً به ظرفیت های ۲۵ تن بر لیتر و فشارهای ۱۸ اتمسفر محدود می شوند.

دیگ بخار لوله-آب

 

در این نوع از دیگ های بخار، آب از داخل لوله ها و گازهای داغ از اطراف لوله ها عبور می کند و وضعیت آن برعکس دیگ بخار لوله-آتش است. این دیگ های بخار می توانند تک مخزنی و یا چند مخزنی باشند. این دیگ های بخار را می توان با هر ظرفیت و فشاری ساخت و بازده آن ها از دیگ بخار لوله آتش بیشتر است. شکل زیر شماتیک یک دیگ بخار لوله-آب را نشان می دهد:

 

 

 

 

دیگ بخار لوله-آب

[spow 44,195]

ارزیابی عملکرد دیگ بخار

 

پارامترهای عملکرد دیگ بخار مانند بازده و نسبت تبخیر ( به معنی بخار تولید شده بر کیلوگرم سوخت مصرف شده) در اثر احتراق ضعیف، رسوب سطح انتقال گرما، تعمیر و نگهداری ضعیف به مرور زمان کاهش می یابند. حتی برای دیگ های بخار نو، دلایلی مانند افت کیفیت سوخت، کیفیت آب و غیره می تواند باعث عملکرد ضعیف دیگ بخار گردد. آزمون های بازده دیگ بخار به ما کمک می کند تا دلایل انحراف بازده دیگ بخار از حالت بهینه را پیدا کنیم و بتوانیم مشکل موجود را برطرف نماییم.

بازده حرارتی دیگ بخار به صورت درصد گرمای ورودی که به طور مؤثر برای تولید بخار بکار می رود تعریف می شود. دو روش برای ارزیابی دیگ بخار وجود دارد:

روش مستقیم

در این روش، محتوای انرژی سیال (آب و بخار) با مقدار انرژی موجود در سوخت دیگ بخار مقایسه می شود. به این روش، روش "ورودی-خروجی" هم گفته می شود. زیرا برای محاسبه بازده، فقط (بخار) خروجی مفید و حرارت ورودی (یعنی سوخت) لازم است. فرمول بازده عبارت است از:

بازده دیگ بخار = (خروجی گرمای)/(ورودی گرمای)×۱۰۰

هم گرمای ورودی و هم گرمای خروجی باید اندازه گیری شوند. اندازه گیری گرمای ورودی مستلزم دانستن ارزش گرمایی سوخت . نرخ جریان آن برحسب جرم یا حجم است که به ماهیت سوخت و حالت فیزیکی آن (جامد، مایع و گاز) بستگی دارد. (برای توضیحات تکمیلی به کتاب "ارزیابی کارایی انرژی در تجهیزات و سیستم های تأسیساتی" مراجعه شود.) برای اندازه گیری گرمای خروجی هم چند روش وجود دارد. در دیگ های بخار، می توان از درجه بخار نصب شده برای اندازه گیری شدت جریان استفاده کرد، اما این مقدار باید به ازای دما و فشار تصحیح شود. در سال های قبل، این روش بواسطه تغییر دقت درجه های روزنه دار یا ونتوری با شدت جریان استفاده نمی شد. اما اکنون با انواع درجه های مدرن با دهانه متغیر یا سرریز این مشکل رفع شده است.

مزایای روش مستقیم:

افراد کارخانه می توانند بازده دیگ بخار را سریع محاسبه کنند.

برای محاسبه به چند پارامتر و برای اندازه-گیری به چند دستگاه نیاز است.

معایب روش مستقیم:

درباره اینکه چرا بازده سیستم کم است، هیچ سرنخی به اپراتور نمی دهد.

تلفات مختلف مربوط به سطوح بازده مختلف را محاسبه نمی کند.

روش غیر مستقیم

استانداردهای مرجع برای آزمون دیگ بخار در محل با استفاده از روش غیر مستقیم عبارتند از: استاندارد انگلیسی BS۸۴۵:۱۹۸۷ و استاندارد امریکایی ASME PTC-۴-۱ برای واحدهای تولید بخار.

 

روش غیر مستقیم، روش اتلاف گرما نیز نامیده می شود. بازده را می توان با تفاضل میزان اتلاف گرما از ۱۰۰ بدست آورد. این استانداردها تلفات تخلیه در فرایند تعیین بازده را در نظر نمی گیرد. با این روش می توان عیب روش مستقیم را برطرف کرد و تلفات حرارتی مختلف مربوط به دیگ بخار را محاسبه نمود. پاره ای از این تلفات در نمودار سنکی برای یک بویلر به شکل زیر می باشند:

 

 

نمودار سنکی (sankey) برای یک بویلر ممیزی شده

 

اندازه گیری های لازم در روش غیرمستقیم

پارامترهای زیر در محاسبه بازده و عملکرد دیگ بخار به صورت غیر مستقیم بکار می روند و باید اندازه گیری شوند:

الف) تحلیل گاز دودکش، شامل موارد زیر

درصد CO۲ یا O۲ در گاز دودکش

درصد CO در گاز دودکش

دمای گاز دودکش

ب) اندازه نرخ جریان برای

سوخت

بخار

آب ورودی

آب تقطیر

هوای احتراق

ج) اندازه گیری دما برای

گاز دودکش

بخار

آب تغذیه

برگشت تقطیر

سوخت

آب ورودی دیگ بخار

د) اندازه گیری فشار برای

بخار

سوخت

هوای احتراق، اولیه و ثانویه

جریان هوا

ه) شرایط آب

کل جامد حل شده (TDS)

pH

نرخ و مقدار تخلیه

پارامترهای مختلفی که در بالا آمده است را می توان با دستگاه هایی که شرحشان به همراه سایر موارد عملی و ایمنی مربوط به دیگ های بخار در کتاب "ارزیابی کارایی انرژی در تجهیزات و سیستم-های تأسیساتی" ذکر شده است، اندازه گیری نمود.

پاره ای از فرصت های صرفه جویی در دیگ های بخار

فرصت های مختلف صرفه جویی در سیستم دیگ بخار، به احتراق، انتقال گرما، تلفات قابل اجتناب، مصرف برق، کیفیت آب و تخلیه مربوط می شود. بررسی عوامل زیر مشخص می کند آیا دیگ بخار با حداکثر بازده خود کار می کند یا خیر.

دمای دودکش

دمای دودکش باید در کمترین حد ممکن باشد. از طرفی این دما نباید آنقدر کم باشد که بخار آب موجود در گاز خروجی روی دیوارهای دودکش چگالیده شود. این مسئله در سوخت های حاوی مقدار زیاد گوگرد مهم است زیرا دمای کم باعث خوردگی در نقطه شبنم گوگرد می شود. دمای دودکش بیش از ۲۰۰ درجه سانتیگراد حاکی از پتانسیل بازیافت گرمای تلف شده است. این مسئله همچنین مقیاس تجهیزات انتقال و بازیافت گرما را نشان می دهد و در نتیجه فوریت خاموش کردن دستگاه به منظور تمیزکاری قسمت آب و گاز خروجی را مشخص می کند.

پیش گرمایش آب تغذیه با استفاده از پیش گرمکن

معمولاً گازهای خروجی در یک دیگ نوین سه گذره، دارای دمای ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد است. بنابراین پتانسیل بازیافت گرما از این گازها وجود دارد؛ اما همانطور که بالا هم به آن اشاره شد، این کاهش دما برای گازهای خروجی نباید دمای آن را به کمتر از ۲۰۰ درجه سانتیگراد برساند.

پیش گرمایش هوای احتراق

پیش گرمایش هوای احتراق گزینه دیگری برای گرم کردن آب تغذیه است. جهت افزایش بازده حرارتی به میزان ۱%، دمای هوای احتراق باید ۲۰ درجه سانتیگراد افزایش یابد. بیشتر مشعل های گازی و نفتی مورد استفاده در یک واحد دیگ بخار، برای دماهای پیش گرمکن زیاد طراحی شده اند.

جلوگیری از احتراق ناقص

این پدیده می تواند ناشی از کمبود هوا، سوخت اضافی، یا توزیع ضعیف سوخت باشد. احتراق ناقص معمولاً از رنگ دوده کاملاً واضح است و باید سریعاً آن را برطرف نمود.

در سیستم های گازسوز یا نفت سور، منوکسید کربن یا دوده (فقط در سیستم های نفت سوز) با هوای عادی یا اضافی، نشان دهنده مشکلات در سیستم مشعل می باشد. یکی از متداولترین دلایل احتراق ناقص، اختلاط نامناسب سوخت و هوا در مشعل است. احتراق ضعیف نفت می تواند ناشی از گران-روی نامناسب، فرسایش نوک مشعل، جمع شدن کربن در نوک مشعل، و فرسایش شیپوری یا صفحات گردان باشد.

کنترل هوای اضافی

در تمام موارد عملی، هوای اضافی برای احتراق کامل لازم است تا امکان تغییرات عادی در احتراق فراهم آید و شرایط دودکش برای برخی سوخت ها رضایت بخش شود. میزان هوای اضافی بهینه برای حداکثر بازده دیگ بخار زمانی حاصل می شود که مجموع تلفات ناشی از احتراق ناقص و تلفات ناشی از حرارت گازهای خروجی حداقل شود. این میزان با طراحی بویلر، نوع مشعل، متغیرهای سوخت و فرایند تغییر می کند. با انجام یک سری آزمون با نسبت های مختلف هوا به سوخت می توان این میزان را تعیین کرد. کنترل هوای اضافی در یک سطح بهینه همواره منجر به کاهش تلفات گازهای دودکش می شود. به ازای هر ۱% کاهش هوای اضافی، بازده تقریباً ۰.۶% افزایش می یابد.

موارد دیگری برای بررسی پتانسیل های صرفه جویی در دیگ های بخار مانند اتلاف حرارت ناشی از تابش و همرف و کنترل تخلیه اتوماتیک و ... وجود دارند که توضیحات مربوط به هریک از آن ها به همراه موارد فوق و نکات مرتبط با هر روش به طور کامل در کتاب "کارایی انرژی در تأسیسات حرارتی" ذکر شده اند.