سیستم عملکرد بویلرها

سیستم عملکرد بویلرها
فرآیند و سیستم عملکرد بویلرهای واترتیوب

در صنعت برای تولید انواع بخارهای اشباع و سوپرهیت از بویلرها استفاده می کنند. طراحی بویلرها با توجه به مشخصات همچون فشار، دبی، راندمان بخار تولیدی و … متفاوت می باشند اما به طور کلی دارای عملکرد مشابهی هستند. در مقاله آشنایی با بویلرها به معرفی انواع بویلرها، مشخصات، کاربردها، تفاوت دو دسته بویلرهای واترتیوب و فایرتیوب و … پرداختیم؛ با توجه به کاربرد و اهمیت بویلرهای واترتیوب، محور اصلی این مقاله بررسی کلیت فرآیند و سیستم عملکرد بویلرهای واترتیوب می باشد.

 

به طور کلی بویلرهای واترتیوب از محفظه احتراق، لوله های بالارونده، پايين رونده، مخازن بخار و لجن تشكيل شده اند در این بویلرها آب و بخار درون لوله ها جریان می یابد و گازهای داغ حاصل از احتراق سطوح خارجی را پوشش می دهند. این بویلرها معمولا دارای بخش های مختلفی می باشند که عبارتند از:

  1. سيستم جريان آب و بخار، كه از مخازن آب شروع شـده و پـس از تبـديل آب بـه بخـار سوپرهيت در هدر جمع كننده بخار يا Collect Header پايان می يابد.
  2. سيستم حفظ كيفيت آب بويلر
  3. سيستم احتراق كه شامل بخشهای سوخت رسانی، هوارسانی و مشعل ها می باشد.
  4. سيستم عبور گازهای حاصل از احتراق كه از كوره شـروع شـده و از طریق دودكـش بـويلر خارج می شود.
 
1- سیستم جریان آب و بخار

آب ورودی به واحد بويلر دارای گازهای نامحلولی همچون اكسيژن و دی اكسيد كربن می باشند که می توانند باعث خوردگی و در نتیجه از بین رفتن لولـه هـای بـويلر شوند؛ از این رو در اولین مرحله باید این گازها را با عبور از سیستمی به نام هوازدا يا دی اريتور از جریان آب بویلر حذف نمود. با توجه به اينكه حلاليـت بسياری از گازها از جمله اكسيژن در آب با بالا رفتن دما كـاهش مـي يابـد؛ يكـی از روش هـای حذف گازهای حل نشده از آب، گرما دادن به آن است. در سیستم دی اريتور فرآيند حذف اين گازهـای حل نشده و خورنده یک فرآيند فيزيكی و بر اساس گرما دادن می باشد.

علی رغم اینکه در فرآیند هواگيری در سیستم دی اریتور مقادير زيادی از گازهای حل نشده از آب جدا می شوند ولی همچنان مقدار كمی اكسيژن در آب باقی می ماند كه طی فرآیندهای شيميايی جدا می گردند. در سیستم دی اریتور دو مرحله حرارت دهی (فرآیند فیزیکی) و تزريق مواد شيميايی (فرآیند شیمیایی) براي جداسازی گازهای نامحلول در آب انجام می گیرد. پس از فرآیند هواگیری، آب توسط پمپ های خوراک به سمت بويلر ارسال می گردد. در اولـين بخش آب وارد اكونومايزر (Economizer) می شود. ممكن است در بعضی از بويلرها بخشی بـه نـام اكونومـايرز وجود نداشته باشد كه در اين صورت آب مستقيماً به مخزن بخار وارد ميگردد.

اکونومایزر یکی از انواع مبدل حرارتی است که با هدف کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان بویلرها مورد استفاده قرار می گیرد. برای رسیدن به این هدف، آب تغذیه به بویلر از داخل سیستم اکونومایزر عبور داده می شود و با انتقال انرژی از حرارت دود و گازهای داغ خروجی برای پیش گرم کردن آب ورودی به بویلر استفاده می گردد. بدین ترتیب، آب تغذیه با دمای بالاتری به درون بویلر فرستاده شده و در ادامه انرژی کمتری را برای تبخیر نیاز دارد.

در سیستم اكونومايزر توجه به دو نکته زیر حائز اهمیت است:

  1. آب ورودی به بويلر در سیستم اكونومايزر نباید به نقطه جوش برسد؛ چرا كه در اين صورت هيچ آبی وارد مخزن بخار و لوله های بويلر نمی گردد و همچنین بخـش هـای داخلی اکونومایزر نیز در نتیجه گرمای زياد آسيب خواهند دید.
  2. با جذب حرارت زيـاد از دودكـش و در صـورتی كـه دمای جريان گاز خروجی دودكش از نقطه شبنم گاز كمتر گردد، مقداری از جريان گاز به حالت مـايع درآمده و در نتیجه تركيبات اسيدی بوجود آمده باعث خوردگي و از بین رفتن دودکش و سایر تجهیزات بویلر خواهد گرديد.

بعد از مرحله اکونومایزر آب به مخزن بخار يا Steam Drum وارد مـی شـود. در مخـزن بخـار، آب ورودی به بويلر از طريق لوله های پايين رونده يا  Down Comer ها به سمت مخزن لجن يا  Mud Drum می رود. از آنجا جريان آب وارد لوله های بالارونده يا  riser هـا می گـردد. لولـه هـای بالارونده بخشهای مختلف كوره شامل ديواره ها، كف و سقف را می سازند. مشعل هـا نيز در سرتاسر محفظه احتراق قرار دارند. آب در لوله های بالارونده گرمـای زيـادی را دريافـت نمـوده و بخشی از آن تبديل به بخار می شود. و در انتها مخلوطی از آب و بخار مجدداً وارد مخزن بخار شـده و در آنجا دو فاز بخار و آب از طريق عبور از مراحل جدا كننده آب و بخار از يكديگر جـدا می شـوند. فاز بخار پس از عبور از مراحل مختلفی كه برای جداسـازی ذرات آب از بخـار در درون مخـزن بخار در نظر گرفته شده اند؛ از آب جدا شده و از طريق خطـی جداگانـه و خروجـی هـای بـالای مخزن بخار، وارد یک خروجی بخار می گردد. فاز مايع مجدداً برای تبديل شدن به بخار، مسـير قبلی را از لوله های پايين رونده، مخزن لجن، لوله ها بالارونده و ورود مجدد به مخزن بخـار طی می كند.

بخار خروجی از مخزن بخار به صورت بخار اشباع بوده و دارای ذرات رطوبت و دما و فشار پایین می باشد. از این رو در ادامه بخار اشـباع در سـوپرهيترها بـه وسيله گازهای حاصل از احتراق، گرم داده می شود و به شكل سوپرهيت درمي آيد. در واقع سوپرهيترها سـبب حذف ذرات رطوبت از بخار و افزايش دمای آن به دماهای بالاتر از اشباع می گردند.  البته لازم به ذکر است در اين مرحله دمای بخار سوپرهيت نیز باید کنترل شود و عموماً به وسيله تزريـق آب، دما در مقدار مورد نظر تحت کنترل قرار می گیرد. بخار خارج شده از سوپرهيترها در انتها وارد هدری به نام هدر جمع كننـده يـا   Collect Header می گردد. اين هدر محصول خروجی واحد بويلر كه همان بخار با دما و شرايط مورد نظر است را به سمت مصرف كننده ها ارسال می کند.

به طور کلی مكانيزم حرکت جريان آب در بویلرها و جابجایی بین مخازن بخار و لجن به صورت زیر مي باشد:

  1. گردش طبيعی: اساس كار سيستم های با گردش طبيعی، اختلاف چگالی يا همان جرم حجمي آب سرد و آب گرم در لوله های بالارونده و لوله هاي پايين رونده می باشد. در واقع جرم حجمی آب سرد بیشتر از آب گرم بوده و در نتیجه آب ورودی از طریق لوله های پائین رونده وارد مخزن لجن می شوند و در ادامه بدلیل اختلاف فشار که در نتیجه همان اختلاف چگالی می باشد باعث حرکت آب از طریق لوله های بالارونده و ورود به مخزن بخار می شود و در نتیجه گردش طبیعی شکل می گیرد.
  2. گردش اجباری: مواقعی كه از یک عامل و نيروی خارجی همچون پمپ، برای ايجـاد گردش آب در لوله های پايين رونده و بالارونده استفاده گردد، گردش آب در بويلر را در گردش اجباری می گويند. از مزايای اين نوع گردش ميتوان به دبی و سرعت بيشـتر در توليـد بخـار، افزایش قابلیت كنترل حجم آب ورودی به لوله ها، حجم بخار تولید و نیز کنترل نوسانات بار، فراهم آمدن شرایط حرارت دادن يكنواخـت تـر و … اشاره نمود. همچنین باید به این نکته توجه داشت که وجود یک موتور و پمپ براي ايجاد گردش سبب افزايش هزينه های عملياتی و نگهداری می گردد. لازم به ذکر است در عمل استفاده از گردش طبيعی متداول تر است.

  2- سيستم حفظ كيفيت آب بويلر

آب ورودی بويلر به دلایل زیر باید تصفيه شود:

  1. حفظ کیفیت بخار خروجی
  2. جلوگيری از شکل گیری رسوب در تجهیزات
  3. به حداقل رساندن میزان خوردگی در سيستم های بويلر و سایر تجهیزات که از بخار تولیدی استفاده می کنند.

به طور کلی فرايندهای تصفيه آب در بويلر به صورت تصـفيه خـارجی و داخلـی مـی باشـد.

  • تصفيه خارجی: در تصفیه خارجی كارهايی چون حذف ذرات سوسپانسيونی، حـذف گازهـای حـل نشـده ای ماننـد اكسيژن و سختی گيری از آب صورت می گيرد. در انتهای بخـش تصـفيه خـارجی بايـد مقـادير سختی، قليائيت، مقدار سولفاتها، سيليكات و ذرات سوسپانسيونی موجـود در آب در كمتـرين مقدار خود باشند. مقدار مجاز اين تركيبات توسط انجمن سازندگان بويلر در آمريكا يا ABMA تعيين و ارائه شده است؛ مقـدار ايـن پارامترهـا در فشـارهای مختلف فرق می كند. در كل هر چه فشار و دمای عملياتی بويلر بالاتر باشد، بايد در تصـفيه آب ورودی به بويلر سختگيرانه تر عمل نمود، چرا كه ناخالصی های موجود اثرات شديدتری بر بـويلر می گذارند.
  • تصفیه داخلی: تصفيه داخلی آب بويلر به علل مختلـف و بـا تزريـق مـواد شـيميايی بـه آب بـويلر صـورت می گيرد. مهمترين دلايل تزريق مواد شيميايی در اين بخش شامل موارد زير می باشد:
  1. هواگيری و جلوگيری از خورندگی اكسيژن
  2. حفاظت از بخشهای در معرض حرارت آب گرم
  3. سختی گیری از آب ورودی
  4. تنظيم pH و حفظ ميزان قليائيت
  5. پیشگیری از تشكيل لجن
  6. جلوگيری از شكنندگي قليايی
  7. جلوگيری از تشكيل فوم

براي هر یک از مـوارد فـوق، مـواد مختلفـی مورد استفاده قرار می گيرند. به عنوان مثال برای سختی گیری از موادی همچون کربنات سدیم و سدیم آلومینات، برای تنظيم pH از موادی چون كربنـات سـديم و يـا سديم هيدروكسيد مورد استفاده قرار می گيرد. البته لازم به ذکر است در سایت های مختلف بنـا بـه شـرايط فرآينـدی و طراحی بویلرها، موادی متناسب با شرایط براي تصفيه داخلی مورد استفاده قرار می گيرد.

به مرور زمان، غلظت مواد نامحلول همچون نمک ها، فلزات، مواد معدنی، کاتیونها و… در آب بويلر افزايش خواهد يافت، از اين رو با استفاده از سيستم های بلودان پيوسته و به طور دائم مقداری از آب بويلر، تخليه می گردد و همراه اين آب تخليه شده، بخشی از رسوبات و املاح نيز خارج می گـردد. معيـاری كـه بـه واسـطه آن مقـدار بلودان مورد نياز تعيين می گردد، TDS می باشـد.   Total Dissolved Solidsمعـرف مقدار مواد جامد حل نشده در آب می باشد. مقدار آبی كه به واسـطه بلـودان كـردن از سيسـتم تخليـه مـي گـردد، بـا آب DM جبـران می گردد.

 
  3- سيستم احتراق

گاز طبیعی گازوئیل ، نفت کوره و زغال سنگ عمده ترین سوختھای مورد استفاده در بویلرهای  واترتیوپ ھستند و بر اساس ظرفیت حرارتی مورد نیاز بویلر و ظرفیت حرارتی سوخت، محاسبات حرراتی بویلر و تعیین مقدار سوخت مصرفی انجام می پذیرد. لازم به ذکر است در بویلرھای تکنولوژی جدید از بویلرھای زباله سوز نیز استفاده می شود.

انرژی گرمایی حاصل از سیستم احتراق ممکن است به صورت تابشی، همرفت و یا رسانش مورد استفاده قرار گیرد. به طور کلی سيستم احتراق شامل انتقال سوخت و هوای مورد نياز مشعل ها می باشد:

 
سیستم سوخت رسانی

در مشعل های دوگانه سوز دو خط انتقال جداگانه برای انتقال سوخت مايع و گاز وجود دارد. در مسير انتقال، سوخت از صافی هايی به جهت آشغال زدايی عبـور داده می شـود. در صـورتی كـه سوخت مايع مورد نظر ويسكوزيته بالايی داشته باشد بايد به وسيله سيستم گرمايش سـوخت كه عموماً به شكل یک كويل بخار در مخزن است. گرم شده تا راحت حركت كند و اگر از چند سوخت مايع برای بويلر استفاده می گردد بايد قبل از ورود سوختها به مشـعل، آنهـا را بـا هـم مخلوط نمود.

سوخت گازی از مخازن گاز وارد سيستم جداكننده يا صافی هـا شـده و بـه وسـيله خطـوط انتقال به سمت بويلر منتقل می گردند، قبل از ورود اين سوخت به مشعل های بـويلر از دو شـير ايمنی به نام Safety shut off valve استفاده شده است كه در مواقع اضطراری جريان سـوخت به مشعلها را قطع ميكنند.

سيستم تأمين هوای مورد نياز احتراق

هواي مورد نياز احتراق از طريق كانال ورودی هوا به سمت فن ها ارسال می شود. حركت هوا با سرعت زياد در اين كانالها سبب توليـد صـدای زيـادی می گردد، از اين رو در بعضی واحدها از یک صدا خفه كن يـا Silencer بـه جهـت جلـوگيری از انتشار صدای هوا استفاده می نمايند. در مناطق سرد و حتي در بعضی منـاطق گـرم در راستای افزایش بازده احتراق، هوا را از پيش گرم كننده ها عبور می دهنـد. البتـه لازم به ذکر است ممكـن اسـت بخـش هـای صدا خفه كن و پيش گرم كن در همه بويلرها وجود نداشـته باشـد. در ادامه هـوا به مسیری که شامل  Damper Valve كه دريچه اصلی هوای ورودی به فن است، تزریق می گـردد. بـه وسـيله ايـن بخـش می توان مقدار هوای ورودی را تنظيم نمود، در بويلرهايی كه فن دمنده دارند، هوا در اين مرحله وارد فن شده در خروجی فن وارد كانال اصلی هوای مورد نياز احتراق می گردد. ايـن كانـال اصـلی هـوا بـه شاخه هايی تقسيم شده كه هر یک به يكی از مشعل هـا می رود و اصـطلاحاً بـه آنهـا رجيسـتر می گويند، آنها هوای لازم برای احتراق هر مشعل را منتقل می نمايند. در انتهـا هـوا بـه مشـعل مورد نظر می رسد.

آرایش مشعل های بویلر

نصب مشعل ها در دیگهای بخار واترتیوپ بصورت موازی در یک دیواره و یا در دو دیواره بویلر و به صورت آرایش از گوشه ھای بویلر، از کف بویلر و سقف آن طرح می گردد در آرایش موازی ھیچگاه شعله به دیواره مقابل نمی رسد و شعله ها در طرفین بصورت سر به سر نخواهد بود.

 
  4- سيستم عبور گازهای حاصل از احتراق

پس از احتراق سوخت در مشعل، گازهـای حاصـل از احتـراق در محفظـه احتـراق تشـكيل می گردند. در اين قسمت كه بخش تابشی بويلر را تشكيل ميدهد، گازهاي گرم پس از برخورد با تعدادی از لوله های بالارونده، از مسيری وارد بخش جابجايی می گردنـد. انتقال حرارت گازهای حاصل از احتراق به لوله های حـاوی آب از نـوع جابجـايی (Convection) می باشد. علاوه بر انتقال حرارت به صورت جابجايی لوله هايی كه در وضعيت عمـودی در ديـواره های محفظه قرار گرفته اند و همچنين لوله هايی كه به صورت افقی در قسمت بام محفظـه احتـراق قرار دارند، حرارت را به صورت تشعشعی دريافت می كنند. حـرارت تشعـشعی ماننـد اشـعه مـوج كوتاه منتقل می شود و هر جا كه شعله ناشی از اشـتعال سـوخت در درون محفظه احتـراق وجـود داشته باشد، حرارت به صورت تشعشعی انتقال می يابد و اين حرارت تنها به وسيله لولـه هـايی كـه در معرض شعله قرار گرفته اند، جذب می گردد. همچنین در ادامه حرارت موجود در گازهای حاصل از احتـراق از طريق چرخش گازها در محل قرار گرفتن لوله ها به آب می رسد. چـرخش گـاز بـه روشـهای زيـر انجام مي شود:

  1. با استفاده از فن ها، كه به عنوان یک پمپ هوا عمل كرده و هوای لازم برای احتراق را از بيرون به محفظه احتراق وارد می كنند و با ايجاد فشاری بالاتر از اتمسفر و يا كمتر از اتمسفر موجـب انتقال گاز های حاصل از احتراق از درون محفظه احتراق به دودكش تخليه می شوند.
  2. با استفاده از تخليه طبيعی ناشی از اخـتلاف وزن گازهـای داغ درون دودكـش و هـوای تـازه، هوای لازم برای احتراق همزمان با جريان يافتن گاز سبک تر به درون دودكش بـه طـرف مـشعل ها كشانده می شود.

بــه فنــی كــه هــوای لازم بــرای محفظه احتراق ديــگ بخــار را تــأمين مي كند در اصـطلاح  Forced Draft Fan يا فن تخليه اجباری گويند و به فنی كه فشار داخل كوره را كاهش مي دهـد و باعــث جريان يــافتن گــاز ســوخته شــده در داخــل محفظه احتــراق ديــگ بخــار مــی شــود  Induced Draft Fan گویند در كوره هايی كه دارای هر دو نوع فن باشند یک جريان موازی ايجاد می شود. وقتی در كـوره تنهـا از فن Fan Draft Forced استفاده شود دارای فشار مثبتی بالاتر از فشار اتمسفر می باشد.

در ادامه جابجايی گازهای حاصل از احتراق و در گرم ترين بخش جابجايی، سوپرهيترها قرار دارنـد. گازهـای حاصـل از احتراق پس از سوپرهيترها به سمت لوله های پايين رونده رفته و در نهايـت وارد كانـال گـاز يـا Gas Duct می گردند. غالباً در مسير جابجايی از بفل ها يا ديواره هايی استفاده شده اسـت كـه تـا حد امكان گازهای حاصل از احتراق با سطوح جـذب حرارتی تمـاس بيشـتری داشته باشند. گازهای حاصل از احتراق بعد از كانال گاز وارد بخش اكونومايزر و در نهايت دودكش می گردند.

در مقالات بعدی به بیان چالش ها و راه کارهای کنترل، نکات ویژه در تعمیر و نگهداری، مراحل راه اندازی بویلرها خواهیم پرداخت.

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

مقالات


نقشه خوانی P&ID

نقشه خوانی P&ID

کاویتاسیون

کاویتاسیون

پروژه ها


پاساژ (Gill Box Machine)
بوستر پمپ (booster pump)
پرس هیدرولیک (Hydraulic Press)
کاردینگ (Carding Machine)

اطلاعات تماس


ساعات کاری


شنبه
8:00 تا 16:00
یک شنبه
8:00 تا 16:00
دو شنبه
8:00 تا 16:00
سه شنبه
8:00 تا 16:00
چهار شنبه
8:00 تا 16:00
پنج شنبه
8:00 تا 14:00
جمعه
تعطیل

مقالات


درباره ما


گروه صنعتی نوین کنترل با بهرمندی از هسته مهندسی در زمینه مشاوره، طراحی، ساخت و اجرای سیستم های برق قدرت،اتوماسیون صنعتی و ابزاردقیق فعالیت می کند.

ایمیل:NovinControl.Co@yahoo.com

تلفن: 55239280-9831+

پروژه ها


پاساژ (Gill Box Machine)
بوستر پمپ (booster pump)
پرس هیدرولیک (Hydraulic Press)
کاردینگ (Carding Machine)

تمامی حقوق مادی و معنوی این سایت برای گروه صنعتی نوین کنترل محفوظ می باشد.