دیگ بخار که با نام بویلر بخار نیز شناخته می شود یکی از سیستم های گرمایشی است که با استفاده از گرمای حاصل از احتراق مواد سوختی در یک مخزن تحت فشار آب را به بخار تبدیل می نماید. بخار تولید شده با استفاده از لوله ها به محل مورد استفاده انتقال داده می شود. دیگ های بخار دارای انواع مختلفی هستند که برای مصارف گوناگون طراحی و ساخته می شوند. اولین نسل از دیگ های بخار در لوکوموتیوهای قطار مورد استفاده قرار گرفت که با سوختن زغال سنگ انرژی لازم برای تبدیل آب به بخار را تامین می نمود. در ادامه به معرفی انواع دیگ های بخار خواهیم پرداخت که به صورت تخصصی و مطابق با استانداردهای جهانی در شرکت آذر استیل فن آوران طراحی و ساخته می شوند.
سازندگان دیگ بخار از طراحی های مختلفی در ساخت دیگ بخار استفاده می کنند. دیگ های بخار معمولا از جنس فولاد، چدن و آلومینیوم ساخته می شوند که هر کدام ویژگی های مثبت و منفی خودشان را دارند. دیگ های بخار را بر اسا دسته بندی های مختلفی می توان تقسیم بندی نمود. در ادامه به بررسی مهمترین تقسیم بندی های انواع دیگ بخار خواهیم پرداخت.
در دیگ های واتر تیوب، لوله های حاوی آب در داخل دیگ قرار دارند و توسط حرارت تولید شده توسط مشعل گرم می شوند. گرما از طریق دیواره های لوله منتقل می شود و آب داخل لوله ها را گرم می کند تا بخار تولید شود. بویلرهای واتر تیوب معمولاً نسبت به دیگ های فایرتیوب قادر به ایجاد فشار بسیار بیشتری هستند.
از آنجایی که دیگ های واتر تیوب حجم زیادی از آب را در بر نمی گیرند، خطر ذاتی آنها کمتر از دیگ های فایرتیوب است. بویلرهای واتر تیوب نیز بسیار کارآمدتر هستند و آنها را به انتخابی ارجح برای فرآیندهای صنعتی تبدیل می کند.
در دیگ های فایرتیوب، شعله داخل لوله های دیگ را گرم می کند که این لوله ها توسط آب احاطه شده است. گرمای تولید شده توسط شعله از طریق دیواره های لوله منتقل می شود و آب موجود در دیگ را تا حدی گرم می کند که بخار تولید شود. دیگ های فایرتیوب از گذشته مورد استفاده قرار می گرفته اند. این نوع بویلرها نیروی لازم برای حرکت اولین لوکوموتیوهای بخار جهان را تامین کردند. به دلیل فشار ذخیره شده بسیار زیاد و ناکارآمدی های ذاتی، فرآیندهای صنعتی بیشتری برای ایمنی و کارایی بیشتر به دیگ های واتر تیوب روی می آورند.
دیگ های بخار را می توان بر اساس نحوه قرارگیری آن ها به دو دسته دیگ بخار افقی و دیگ بخار عمودی یا ایستاده تقسیم بندی نمود. هر کدام از این نوع دیگ ها مزایایی دارند که با توجه به نوع کاربرد می توان دیگ بخار مورد نیاز را تهیه نمود. یکی از مزایای دیگ های بخار افقی این است که راندمان حرارتی بیشتری دارند که موجب می شود در بلند مدت در مصرف سوخت صرفه جویی شود و خطرات زیست محیطی به حداقل برسند. ایمنی دیگ بخار افقی نسبت به دیگ های عمودی بیشتر است. در بویلرهای افقی امکان افزایش فشار کار تا حد زیادی فراهم می باشد اما در بویلرهای عمودی با محدودیت هایی مواجه هستیم. بازرسی و انجام تعمیرات در دیگ های بخار افقی به دلیل نحوه طراحی آن ها نسبت به دیگ های عمودی ساده تر می باشد.
دیگ های بخار را بر اساس تعداد پاس های حرارتی می توان به سه گروه تک پاس، دو پاس و سه پاس تقسیم بندی نمود. منظور از پاس حرارتی تعداد دفعاتی است که گازهای حاصل از احتراق طول مخزن تحت فشار را می پیماند تا در نهایت از سیستم خارج می شوند.
دیگ بخار تک پاس جزو اولین نسل از دیگ های بخار می باشد که در لوکوموتیوهای بخار استفاده شدند. دراین نوع دیگ های بخار گازهای حاصل از احتراق فقط یک بار طول مخزن را طی می نماید و سپس از سیستم خارج می گردد.
در دیگ بخار دو پاس گازهای حاصل از احتراق پس از طی دو مرحله از طریق دودکش به خارج هدایت می شوند. در این بویلرها پاس اول از داخل کوره عبور کرده و سپس در پاس دوم از داخل تیوب ها عبور می نماید. این نوع دیگ ها معمولا در دیگ های عقب خشک مورد استفاده قرار می گیرند و نسبت به دیگر انواع دیگ های فایر تیوب از راندمان پایین تری برخوردارند.
دیگ بخار سه پاس جزو رایج ترین بویلرهایی است که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به این مساله که گازهای حاصل از احتراق پس از طی سه مرحله از سیستم خارج می شوند، مقدار انتقال حرارت بالا بوده و در نتیجه از راندمان بالاتری نیز برخوردار هستند.
از مزایای این دیگ می توان به موارد زیر اشاره کرد.
مخزن تحت فشار: یک مخزن تحت فشار حاوی گازها یا مایعاتی در دماهای بالا، معمولاً تحت فشار بالا است. در دیگ بخار، مخزن تحت فشار معمولا از جنس یک ماده با مقاومت بالا مانند فولاد ساخته می شود.
مشعل : مشعل با احتراق سوخت و اکسیژن گرمای دیگ را تامین می کند. منابع سوخت شامل گاز طبیعی، پروپان کم فشار، نفت، زغال سنگ و سایر سوخت ها است.
لوله‌ها : در دیگهای واترتیوب، لوله‌های فلزی واقع در داخل دیگ حاوی آب بوده و از خارج گرم می‌شوند. در دیگ های فایرتیوب، گاز گرم شده از یک یا چند لوله عبور می کند و آب اطراف لوله ها را گرم می کند.
اکونومایزر : اکونومایزر مکانیزم تبادل حرارتی است که انرژی گرمایی از دست رفته در گازهای خروجی را منتقل می کند و از آن انرژی برای گرم کردن آب ورودی به دیگ استفاده می کند. در نتیجه، انرژی اضافی کمتری برای گرم کردن آب ورودی مورد نیاز است و دیگ بخار را کارآمدتر می کند.
مخزن دی اریتور : دی اریتورها مخازن آب تغذیه تحت فشار هستند که از فشار و گرما برای حذف اکسیژن و سایر گازهای محلول (به ویژه دی اکسید کربن) از آب وارد شده به دیگ استفاده می کنند. در غیر این صورت اکسیژن و دی اکسید کربن محلول می تواند باعث ایجاد خوردگی در دیگ شود.
مبدل حرارتی : مبدل حرارتی گرما را از یک ماده به ماده دیگر منتقل می کند بدون اینکه آن مواد مستقیماً برهم کنش داشته باشند. در دیگ بخار، گرمای گاز داغ از طریق مبدل حرارتی به آب منتقل می شود.
کنترل پنل : کنترل پنل اپراتورها را قادر می سازد تا تنظیمات بویلر مانند دما و فشار را کنترل کنند. تابلوهای کنترل دیگ های تجاری و صنعتی شامل تجزیه و تحلیل دقیق هستند.
مخزن آب تغذیه : مخزن آب تغذیه یک مخزن جمع آوری است که آب مصرفی دیگ برای ایجاد بخار را تامین می کند. مخزن آب تغذیه جایی است که آب تصفیه شده جمع آوری شده و سپس به داخل دیگ پمپ می شود. مواد شیمیایی که اکسیژن را حذف می کند و از فلزات داخل دیگ محافظت می کند، در مخزن آب تغذیه تزریق و مخلوط می شود. تاسیسات با خطوط برگشت میعانات می توانند آب میعانات را از بخاری که به زیر نقطه دیگ بخار می ریزد جمع آوری کرده و دوباره به سیستم برگرداند تا آب تصفیه شده را دوباره مورد استفاده قرار دهد.
سیستم احتراق : عملکرد سیستم احتراق با ترکیب هوا و سوخت و سپس مشتعل کردن مخلوط برای تولید گرما تکمیل می شود. اطمینان از تعادل صحیح هوا و سوخت جزء مهم سیستم احتراق دیگ بخار است.
سیستم اسمز معکوس : اسمز معکوس با استفاده از یک پمپ فشار قوی برای افزایش فشار در سمت آب خام و فشار دادن آب به غشای نیمه تراوا، کار می کند و در حدود ۹۵ تا ۹۹ درصد ناخالصی های موجود در آب را می تواند حذف نماید.
سیستم های نظارت بر مواد شیمیایی : افزودن مواد شیمیایی با دقت کنترل شده می تواند عملکرد دیگ بخار را بهبود بخشد. سیستم‌های مانیتورینگ شیمیایی میزان مواد شیمیایی را دقیقاً پایش می‌کنند و تجزیه و تحلیل مداوم را ارائه می‌دهند.
انواع سوخت : سوخت احتراق منبع نهایی گرمای دیگ است. گاز، نفت و زغال سنگ منابع متداول سوختی هستند. هنگامی که از زغال سنگ استفاده می شود، اغلب برای بهبود کارایی آن را خرد و حرارت می دهند. معمولاً ممکن است از زیست توده مانند خرده چوب یا سایر مواد طبیعی نیز استفاده شود.
تصفیه آب : آب مصرفی دیگ ها قبل از ورود به دیگ باید تصفیه شود تا عمر دیگ افزایش یابد. سختی گیرهای آب مانند سختی گیر رزینی و سیستم‌های اسمز معکوس با حذف مواد جامد محلول مانند کلسیم و منیزیم به آماده‌سازی آب کمک می‌کنند تا پتانسیل تشکیل رسوب در دیگ را کاهش دهند. مخازن آب تغذیه نیز بخشی از تصفیه آب هستند زیرا از گرما برای کاهش میزان گازهای محلول در آب استفاده می کنند که می تواند موجب اکسیداسیون و خوردگی در دیگ بخار شود.
برای انتخاب و خرید دیگ بخار باید یکسری نکات مهم را در نظر گرفت تا از مشکلات احتمالی در آینده پیشگیری کرد. دیگ های بخار در اندازه و ظرفیت های مختلف ساخته می شوند که باید با توجه به نیازتان اقدام به خرید دیگ مورد نظر نمایید. در ادامه به توضیح نکات مهمی که در خرید هر نوع بویلر بخار باید به آنها توجه نمایید خواهیم پرداخت.
برای اندازه گیری ظرفیت بویلر ها از واحد BTU استفاده می شود که معنی آن میزان انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای یک پوند آب به اندازه یک درجه فارنهایت است. البته روش های دیگری نیز برای بیان ظرفیت دیگ بخار وجود دارد که یکی از آنها استفاده از واحد اسب بخار می باشد. یکی دیگر از این معیارها میزان آبی است که در مدت یک ساعت توسط بویلر به بخار تبدیل می گردد که با واحد کیلوگرم بر ساعت سنجیده می شود. اندازه گیری ظرفیت مورد نیاز دیگ بخار نیاز به تجربه و تخصص گافی در این زمینه دارد. به طور کلی از جمله عواملی که در تعیین ظرفیت مورد نیاز بویلر بخار نقش دارند می توان به موقعیت جغرافیایی، آب و هوای منطقه، کیفیت و میزان عایق کاری ساختمان و تعداد در و پنجره ها اشاره نمود.
از جمله مهم ترین فاکتورها در جهت خرید دیگ بخار بازده مصرف سوخت سالیانه (AFUE) می باشد. هر چقدر راندمان یک بویلر بیشتر باشد این عدد بالاتر خواهد بود و این بدان معناست که بویلر در تبدیل سوخت به انرژی گرمایشی تا چه حد عملکرد خوبی دارد. دیگ های بخار با میزان AFUE بالای ۸۵ معمولا بویلر با راندمان مناسب در نظر گرفته می شود. این دیگ ها اتلاف انرژی کمتری داشته و میزان مصرف سوخت در آن ها کمتر می باشد.
دیگ های بخار معمولا از جنس چدن، فولاد و استیل ساخته می شوند. اگر به دیگ با ظرفیت پایین نیاز دارید استفاده از دیگ های چدنی توصیه می شود. این نوع از دیگ ها فضای کمتری را اشغال می نمایند و از لحاظ هزینه در اینگونه موارد به صرفه تر می باشند به همین دلیل برای استفاده در موتورخانه های کوچک بسیار مناسب هستند.
دیگ هایی که از جنس فولاد ساخته می شوند دارای مقاومت و استحکام بالایی هستند و از ظرفیت و ابعاد بالایی نیز برخوردارند. این نوع دیگ ها در برابر زنگ زدگی و خوردگی نیز از مقاومت بالایی برخوردارند. بویلرهای نوع استیل از لحاظ کیفیت و استحکام بسیار مرغوب هستند و مقاومت بالایی در برابر زنگ زدگی و خوردگی دارند. اما دیگ بخار استیل نسبت به سایر انواع دیگر هزینه بالاتری دارد.
دارا بودن استانداردهای لازم برای بویلر یکی دیگر از موارد مهم در انتخاب و خرید دیگ بخار می باشد. قبل از اقدام به خرید بویلر بخار باید از دارا بودن نشان استاندارد توسط کارخانه سازنده و رعایت تمامی استانداردهای لازم برای ساخت دیگ بخار توسط سازنده مطمئن شوید. عدم رعایت استانداردهای لازم در ساخت این بویلرها می تواند صدمات و خسارات جبران ناپذیری در بر داشته باشد. شرکت آذر استیل فن آوران دارای استانداردها لازم برای تولید دیگ بخار بوده و از لحاظ کیفی محصولات خود را ضمانت می نماید.