دانلود ‫پروژه بررسی انواع بویلر و میزان عملکرد انواع آن در نیروگاه های حرارتی و سیکل ترکیبی

فصل اول : تقسیم بندی انواع بویلر

دیگ بخار (BOILER , STEAM GENERATOR)

تعریف : دیگ های بخار برای تولید بخار آب گرم بمنظور تولید برق ، استفاده در پروسه های صنعتی و گرمایش بکار می روند. دیگهای بخار بر این اساس طراحی می شوند که انرژی را که معمولاً از احتراق سوختها بدست می آید به سیال درون دیگ انتقال می دهند و بخار یا آبگرم با فشار ، درجه حرارت و کیفیت مورد نیاز تولید می کنند و در این روند بایستی ضایعات حرارتی تا حد ممکن کاهش یابد. صنایع شیمیایی ، دارویی ، غذایی ، تولید کاغذ ، قند و شکر و… از صنایعی هستند که هر یک به نحوی از بویلر استفاده می کنند. در یک نگاه اجمالی می توان مجموعه بویلر را به صورت زیر تشریح کرد:

بویلر مجموعه ای است شامل اجزائی نظیر درام ، سیستم  چرخه طبیعی ، سیستم چرخه اجباری ، کوره ، سوپر هیتر ، ری هیتر ، اکونومایزر ، علاوه بر اجزای فوق هر بویلر شامل دو فن کشش اجباری ، دو فن تزریق ، دوگرمکن هوا ، چهار گرمکن هوا به وسیله بخار هم چنین تجهیزات اشتعال سوخت و سیستم شستشو دهنده اتوماتیک می باشد. کوره و ناحیه HRA (بازیابی حرارتی) از دیگر قسمت های یک بویلر است که عمل احتراق در ناحیه کوره صورت می گیرد و محصولات احتراق با گذشتن از ناحیه بازیابی حرارت بخار را سوپر هیت کرده و همچنین تجهیزاتی که صرفه های اقتصادی اقتصادی را موجب می شوند نظیر اکونومایزر را حرارت دهی می کنند. قسمت های کف ، سقف ، جلو و دیواره های کناری  بویلر که ناحیه کوره  HRA را تشکیل می دهند از لوله هایی ساخته شده  که آب در آنها جریان داشته و به دیواره های آبی  (WATER WALL) معروفند .

بسیاری از کارخانجات شیمیایی  از جمله واحد های تولید هیدروژن و اسید سولفوریک از این نوع دیگ ها استفاده می نمایند.

ب: دسته دوم دیگ هایی می باشند که به هدف بیشترین بازیابی حرارت از گازگرم و با توجه به مطالعات اقتصادی و فنی (خوردگی و … ) طراحی می شوند. مهمترین کاربرد این دیگها در سیلک های ترکیبی و سیستم هم تولیدی (Congeneration) می باشد.

دیگ های بخار بازیافت حرارتی براساس قرارگیری سیال گرم و سردنسبت به دیگ به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

الف – دیگ های آبگرم لوله آتشی ( Fire Tube) : فشار این دیگها معمولا 6 آتمسفر و کمتر  می باشد و با اطمینان خوب قادر به تهیه آبگرم تا دمای   120 0 cمی باشند ، بدون اینکه مشکل ایجاد بخار در سیستم وجود داشته باشد. (درفشار 6 آتمسفردمای اشباع   158 0 c می باشد.) ب- دیگهای بخار لوله آبی

طبقه بندی از لحاظ موقعیت سیال گرم و سرد نسبت به دیگ بخار :

الف : دیگهای بخار لوله دودی (Fire Tube boilers) :

این نوع دیگها به طور وسیعی در واحدهای شیمیائی ، پالایشگاهها و دیگر مصارف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.در این نمونه گازهای داغ که میتوانند در فشارهای بالا باشند درداخل لوله جریان یافته و باعث تولید بخار اشباع در فشار کم درخارج لوله ها می گردند.دیگهای بخار لوله دودی درانواع یک مسیره  (Single pass)و یا چند مسیره  (multi pass)طراحی میشوند. در مدل اول گازهای داغ از یک طرف وارد شده و از طرف دیگر خارج می شوند و مدل دوم در مواردی بکار میرود که با توجه به کاربرد مورد نظر طول دیگ بخار محدود باشد. این نوع دیگها عموماً برای تناژها و فشارهای پائین اقتصادی تر از دیگهای لوله آبی می باشند افت فشار در آنها در ظرفیتهای مساوی بیش از دیگهای لوله آبی می باشد.

دیگهای بخار لوله دودی در انواع ساده و یا با درام مجزا ساخته می شوند که نوع ساده آن ارزانتر از نوع دوم است و نوع دوم در مواردی که فلوی حرارتی در جلوی دیگ در اثر دمای بالای گازها و یا ضرائب بالای انتقال حرارت زیاد می باشد و همینطور زمانیکه تولید بخار با کیفیت بالا مورد نظر است استفاده می شود. شکل A  نمونه دیگ بخار لوله دودی نوع ساده که فاقد درام مجزا می باشد را نشان میدهد.

 همچنین شکل B نمونه دیگری از دیگ بخار مذکور که دارای درام مجزا می باشد رانشان داده است.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

یک درام مجزا به طراح این امکان را می دهد که با بکار گیری جدا کننده ها (Separators) امکان تولید بخار با کیفیت بالا صورت گیرد. در صورتیکه در مدلهای ساده بعلت اینکه فضای اشغال شده بوسیله بخار در داخل دیگ کم می باشد امکان نصب جدا کننده ها نبوده و در نتیجه فقط می توان با این دیگها بخار مرطوب یا خالص ppm 3-2 تولید کرد. دیگهای لوله دودی فقط برای تولید بخار در فشار پائین ( تا حدود psig 1400 ) مناسب می باشند که این موضوع به علت آنستکه برای یک فشار مساوی ضخامت  مورد نیاز برای لوله هایی که تحت فشار خارجی قرار گرفته است به مراتب بیش از   لوله هایی است که تحت فشار داخلی قرار میگیرند. علاوه بر این ضخامت مورد نیاز پوسته دیگ ، با افزایش فشار به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. در نتیجه استفاده از این نوع دیگ در فشارهای  بالا اقتصادی نمی باشد. در تناژهای بالا یا (Pinch Point) کم ، بیشتر دیگهای بازیافت حرارتی که در سیکلهای ترکیبی مورد استفاده قرار می گیرند سطح مورد نیاز بسیار بالا می باشد که این باعث افزایش طول مورد نیاز و افزایش افت فشار می گردد. بنابر این استفاده از این نوع دیگ در این کاربردها بعلت اقتصادی نبودن توصیه نمی شود. استفاده از سوپر هیتر و اکونومایزر در این دیگها امکان پذیر است. سوپر هیتر را می توان هم در ابتدا و هم در انتهای دیگ با توجه به دمای گازهای ورودی به دیگ قرار داد.

در برخی از طرحها برای قرار دادن سوپر هیتر دردمای مناسب ازدودیگ بایک سوپرهیتر مشترک که بین آن دو قراردارد استفاده می شود.

این دیگها با سیستم کنترل و حفاظت بیشتر تا فشار 10 آتمسفرنیز ساخته می شوند .

ظرفیت این دیگها که در صنعت و مصارف گرمایشی کاربرد بیشتری دارند در حدود    0/1 –6 MWمی باشد .

 این نوع دیگها  برای تولید بخار با فشار ، دما و تناژ بالا ( حتی تا ظرفیت 500 تن در ساعت ) مناسب می باشد. در این نوع دیگها می توان از سطوح توسعه یافته    (Extended Surfae)  در صورت تمیز بودن گازهای گرم به منظور کاهش حجم دیگ استفاده نمود. همچنین به علت حجم کمتر آب موجود در دیگ زمان راه اندازی و عکس العمل آن نسبت به سیستم کنترلی ، سریعتر می باشد. در صورت استفاده از گازهای گرم با فشار بالا ، به علت افزایش ضخامت مورد نیاز پوسته خارجی ، از این نوع دیگ استفاده نمی شود. به علت اینکه ظرفیت انتقال حرارت مربوط به جریان گاز در این نوع دیگها بیشتر از دیگهای لوله دودی  می باشد سطوح انتقال حرارت در آنها کمتر بوده و در نتیجه افت فشار نیز کمتر می باشد استفاده از این نوع دیگها در تناژهای پائین ( کمتر از 25 تن بر ساعت ) در مقایسه با دیگهای لوله دودی اقتصادی نیست ولی در تناژهای بالاتر استفاده از آن اقتصادی تر از دیگهای لوله دودی میباشد. در برخی از کاربردها مانند بازیافت حرارت از گازهای خروجی توربین که نسبت گذر جرمی گاز بیشتر از گذر جرمی آب می باشد و همچنین Pinch point   نیز کم است استفاده از دیگهای لوله آبی با استفاده از سطوح توسعه یافته تنها انتخاب مفید است.

انواع دیگهای بخار

 دیگهای بخار در دامنه وسیعی از ظرفیت و فشار کاربرد دارند بطوریکه ظرفیت دیگهای بخار از حدود چند صد کیلوگرم  در ساعت تا چندین هزار تن در ساعت بخار موجود دارد.

     دیگ های بخار از نظر نحوه انتقال حرارت و ساختار کلی به دسته های عمده زیر تقسیم می شوند :

1- دیگهای بخار لوله آتشی ( استوانه ای )   Fire Tube (cylin drical ) Boiler

2- دیگهای بخار لوله آبی                                  Water tube  BLR

3- دیگهای بخار بازیابی                                   Wast heat  BLR

-دیگهای بخار لوله آتشی ( فایرتیوب)

 این دیگها از یک محفظه نسبتاً بزرگ استوانه ای با قطر زیاد تشکیل می شود که محفظه احتراق و

لوله های بویلر را در بر میگیرد. در این نوع بویلر گازهای داغ حاصل از احتراق از درون لوله ها عبور

می کند و حرارت را به آب که در خارج از لوله ها قرار دارد منتقل می کند.

دیگهای لوله آتشی برای مقاصد گرمایش پروسه های صنعتی بصورت ثابت و بصورت دیگهای قابل حمل نیز تولید و بکار می روند  

شماتیکی از یک بویلر فایرتیوب در جهت نشان دادن جریان گازهای داغ

این بویلر ها در ظرفیت کم از حدود چند صد کیلوگرم در ساعت تا حد اکثر 25 تن در ساعت تولید می شوند. دیگهای با ظرفیت 12 الی 15 تن در ساعت به بالا دارای دو محفظه احتراق ( لوله آتش ) و دو مشعل می باشند. ( شکل صفحه بعد )  .توان تولید بخار در این نوع بویلر پائین است. همچنین راندمان آن پائین است سیستم آن قدیمی است. دیگهای بخار لوله آتشی بعلت داشتن محفظه بزرگ آبِ تحت فشار از نظر فشار و ظرفیت محدودیت دارند و معمولاً برای فشارهای پایین مانند 6 آتمسفر و کمتر و گاه تا 10 الی 12 آتمسفر طراحی می گردد. البته این محدودیت بیشتر یک محدودیت اقتصادی می باشد زیرا بعلت وجود محفظه تحت فشار با قطر زیاد نیاز به ضخامت جداره زیاد می باشد که این مسئله از نظر مصرف مواد ،‌ مسائل ساخت و نیز مشکلات دیگر نظیر تنشهای حرارتی قابل توجه است.

 اجزائی از دیگ بخار لوله آتشی

 این بویلرها معمولاً برای تولید بخار اشباع بکار می روند. اما برخی از شرکتها ، بویلرهای لوله آتشی سوپر هیتر دار نیز تولید می کنند ، که د رمواردیکه بخار داغ (Super heat) در تناژ کم مورد نیاز است این دیگها مقرون به صرفه خواهد بود . در شکل های زیر شماتیک و محل قرار گیری سوپر هیتر نشان داده شده است:

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)