پایان نامه طراحی، ساخت و نصب بویلر های صنعتی

الف - مقدمه :

انسان همواره برای گرم کردن محل زندگی خود در فصل سرما ، به دنبال ساخت وسایل گرمازا بوده است . در ابتدا با سوزاندن موادی مانند گیاهان و چوب و بعدها با کشف و استخراج معادن انواع سوختهای فسیلی ، از وسایلی مانند بخاری و آبگرمکن استفاده کرده است . ولی به تدریج با گسترش شهر نشینی وفرهنگ آپارتمان نشینی و ایجاد انواع ساختمانهای مسکونی و تجاری و اداری و همچنین لزوم توجه بیشتر به مصرف بهینه و اقتصادی سوخت ، باعث گردید سیستمهای مختلف گرمایشی مانند : سیستم حرارت مرکزی ، انواع پکیج یونیت های آپارتمانی ، سیستمهای حرارت تشعشعی و ...  مورد توجه بیشتری قرار گرفته و در زمینه بهبود کیفیت و سهولت بهره برداری و نگهداری از آنها اقدامات موثری انجام شده است که از آن جمله می توان تولید و ساخت انواع دیگهای حرارت مرکزی که در ساختمانها و مراکز مختلف صنعتی بسته به شرایط اقتصادی وفنی مورد استفاده قرارمی گیرند ، را نام برد .

دیگهای آب گرم که تولید و بهره برداری ازآنها قدمتی چندین ساله دارد ، در انواع مختلف به صورت عمده با استفاده از فولاد و یا چدن ساخته شده است و برای تولید آب گرم مورد نیاز ، در محلی به نام موتورخانه نصب و بکار گرفته می شوند .

ب - دیگ بخار و جایگاه آن دریک نیروگاه حرارتی :

کلمه بویلر از فعل boil به معنی جوشاندن استخراج شده و بویلر به معنی جوشاننده است . درواقع بویلرها نوعی مبدل حرارتی هستند که با گرفتن انرژی حرارتی سوخت و انتقال آن به آب سرد ، باعث تبدیل آب به بخار می شوند .

نیروگاه بخاری از نظر ترمودینامیک یک ماشین حرارتی است که در آن دیگ بخار ، به عنوان منبع گرما کار می کند . گرفتن کار از ماشین حرارتی تنها با منابع دمای بالا و پایین میسّر است . انتقال و افزایش انرژی سیال عامل که عمدتاً آب خالص است ، در دیگهای بخار صورت می گیرد . پس دیگهای بخارنیروگاه ها با متعلقات خود نقش اساسی و بارزی در سیکل حرارتی نیروگاه ها ایفا می کنند . در واقع می توان گفت که دیگ بخار قلب هر نیروگاه است . لذا شناخت انواع ، عملکرد ، اجزا و نقش تک تک اجزای این سازه بزرگ و مهم ، کمک شایانی به به بهره برداری و تعمیرات آن خواهد کرد .در اینجا بایستی با یک واژه درباره بویلرها آشنا شویم و آن سطح تبادل حرارتی یک بویلر است .

سطح گرمایش ( ( heating surface یا سطح تبادل حرارتی یک بویلر عبارت است از مساحت سطحی که در معرض محصولات احتراق قرار دارد .

در این پروژه ابتدا طبقه بندی انواع بویلرها را ذکر خواهیم کرد . بویلرها   طبقه بندی های گوناگونی دارند. بویلرها را می توان بر اساس جنس ، فشار،  درجه حرارت ، شکل ، نوع سوخت و ... طبقه بندی کرد .

فصل اول :

طبقه بندی بویلرها

طبقه بندی بویلرها :

بویلرها طبقه بندیهای مختلفی دارند که در زیر به آنها اشاره شده است :

1-1- طبقه بندی از نظر مصارف بویلر:

بویلرها را از نظر نوع مصرفی که در صنایع مختلف دارند ، می توان دسته بندی کرد : بعضی از آنها برای تولید انرژی الکتریکی بکار می روند و برخی دیگر برای تهیه آب داغ یا بخار خشک و اشباع ساخته می شوند . در صنایع حمل و نقل ( زمینی یا دریایی ) به طرحهای خاصی از بویلرها نیاز است . همچنین در جوار واحدهای عظیم بخارساز نیروگاهی ، بویلرهای خاصی به عنوان بویلر کمکی نصب می شوند .

1-2- طبقه بندی از نظر فشار سیکل آب و بخار :

از نظر فشار کاری عموماً سه نوع بویلر وجود دارد :

بویلرهای مینیاتوری با حد اکثر فشار 7 bar جهت تولید آب داغ یا بخار خشک و اشباع  با حد اکثر سطوح تبادل حرارتی 2m²

بویلرهای کم فشار که برای تولید آب داغ و بخار خشک و اشباع به کار می روند ، که اگر این بویلرها برای تولید آب داغ بکار روند ، طبق استانداردهای ASME برای حد اکثرفشار 10bar و دمای 120˚c ساخته می شوند .

بویلرهای قدرتمند ( ( power boilers که برای تهیه بخار اشباع یا بخار داغ با فشار بالاتر از 12bar ساخته می شوند . اغلب بویلرهای نیروگاهی از این نوع هستند .

1-3-  طبقه بندی از نظر مصالح صنعتی و متالوژیکی :

انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME ) در این مورد استانداردهای دقیق و مبسوطی دارند که طبق آن ، بویلرهای قدرتمند از انواع فولادهای کم کربن ، آلیاژی و پر آلیاژی ساخته می شوند . همچنین بویلرهای کم فشار از چدن یا فولاد و بویلرهای مینیاتوری از مس یا فولادهای ضد زنگ ساخته می شوند .

1-4-  طبقه بندی از نظر سطوح تبادل حرارتی :

این طبقه بندی از طرف انستیتو بویلرهای فولادی آمریکا(¡ ( SBIبرای بویلرهای فولادی کم ظرفیت غیر نیروگاهی صورت گرفته که آنها را به سه دسته تقسیم می کنند :

از13m² تا 350m² سطح تبادل حرارتی ، با خروجی 648 تا 18810kj

سطح تبادل حرارتی از 2m²تا  30m² با خروجی حد اکثر 1880kj

بویلرهای با سوخت فسیلی حد اکثر با خروجی 1880kj

 البته روشن است که سطوح تبادل حرارتی بویلرهای نیروگاهی بسیار بیش ازاین مقادیر است .

1-5-  طبقه بندی از نظر محتوای لوله ها :

1) دیگهای بخار فایر تیوب ( fire tube) : بویلرهایی که در آنها آتش و گازهای حاصل از احتراق از درون لوله ها جریان می یابد و سیال انرژی گیرنده ( آب ) در خارج لوله ها می جوشد .

2) دیگهای بخار واتر تیوب ( water tube) : بویلرهایی که در آنها سیال انرژی گیرنده ( آب ) در درون لوله ها جریان دارد و محصولات احتراق در بیرون از لوله ها حرکت می کنند .

بویلرهای فایر تیوب بخارساز حد اکثر برای فشار17bar و با خروجی 11.3m³/hr ساخته می شوند ، اما بویلرهای واتر تیوب حتی برای فشارهای فوق بحرانی آب و تناژهای بسیار بالا طراحی و ساخته می شوند .

1-6-  طبقه بندی از نظر فشار کوره بویلر:

اگر فشار داخل کوره بویلر مد نظر باشد ، از این نظر بویلرها به سه دسته تقسیم می شوند : بویلرهای تحت فشار ، بویلرهای با فشار اتمسفریک و بویلرهای تحت خلا .

بایستی به این نکته اشاره کرد که نوع کوره یک بویلر از نظر فشار درون آن ، در پیدایش لوازمی نظیر دمنده هوای احتراق و مکنده دود و گازها دخیل است . همچنین با توجه به فشار کوره ، سیستم تخلیه گازها از دودکش متغیر خواهد بود .

1-7-  طبقه بندی از نظرنوع احتراق :

بویلرها از نظر نوع احتراق به دو دسته تقسیم می شوند : بویلرهای با احتراق درونی و بیرونی .

در بویلرهای با احتراق درونی ، کوره دارای مشعل و لوازم لازم برای احتراق خواهد بود . اما در بویلرهای با احتراق بیرونی ، ماحصل محصولات احتراق سیستمهای دیگر تخلیه شده و از انرژی آ نها برای جوشاندن آب استفاده می گردد ، مانند سیکلهای ترکیبی .

1-8-  طبقه بندی از نظرمنبع انرژی بویلر :

انرژی مورد تبدیل در بویلرها ممکن است از احتراق سوختهای فسیلی تامین شود . همچنین این امکان وجود دارد که تامین حرارت سیال عامل را تحولی شیمیایی غیر از احتراق به عهده گیرد . در برخی از بویلرها انرژی الکتریکی عامل افزایش دمای سیال عامل می باشد . حتی ممکن است این انرژی از منابع انرژی هسته ای تامین گردد . در این صورت ساختار بویلرها تفاوت های عمده ای با یکدیگر خواهند داشت .

1-9-  طبقه بندی از نظرنوع سیال عامل :

سیال عاملی که دربویلرها موجب جذب حرارت می شود ومی جوشد ، ممکن است آب ، بخار آب یا جیوه باشد .

1-10-  طبقه بندی از نظرنوع سیرکولاسیون سیال عامل :

بویلرها از این نظر به سه دسته تقسیم می شوند :

بویلربا سیرکولاسیون طبیعی : که در این صورت نیروی ایجاد شده از اختلاف دانسیته سیال عامل قبل از انتقال حرارت و بعد از آن ، عامل سیرکولاسیون خواهد بود . البته این نیرو باید به اندازه ای کافی باشد که باعث افت سرعت سیال به هنگام گرفتن انرژی حرارتی نشود و جدایش بخار اشباع از آب جوشان در داخل درام به زحمت نیفتد .

بویلر با سیرکولاسیون اجباری : که دراین حالت عامل حرکت سیال ، مولد های خارجی ( boiler circulating pumps ) خواهند بود . پس در این نوع سیرکولاسیون محدودیت فشار برای سیال منتفی می شود .

بویلر با سیرکولاسیون مختلط : ممکن است بویلری برای تولید بخار داغ در دو حوزه فشاری کار کند که در آن صورت ، در فشار پایین ، هنگامی که نیروی حاصل از اختلاف دانسیته ها کافی باشد ، سیرکولاسیون طبیعی ، و هنگام  افزایش تناژ بویلر( افزایش فشار) سیرکولاسیون اجباری می شود.

1-11-  طبقه بندی از نظرنام سازنده بویلر :

نام سازنده بویلر یا ابداع کننده بویلر ، نه تنها از نظر کیفیت طرح ، بلکه از نظر شکل ، سیرکولاسیون و ... می تواند برای مصرف کننده مشکل گشا باشد . در شکل زیر ، شش طرح بویلر با نام سازنده آنها آمده است . برای مثال ، Lamont یک بویلر درام دار و زیر نقطه بحرانی است ، اما Benson یک بویلر بدون درام و بالای نقطه بحرانی است .

1-12-  طبقه بندی از نظرشکل و موقعیت لوله های بویلر :

بویلرها از این نظربه سه دسته تقسیم می شوند : بویلر با لوله های افقی ، بویلر با لوله های قائم و بویلر با لوله های خمیده .

1-13- تشخیص پارامترهای یک بویلر از روی نمودار :

نمودار1-1 به عنوان کلیدی جهت مشخص کردن فشار کاری ، تناژ ، نوع سیرکولاسیون ، نوع بخار تولیدی و پیدایش باز گرمایش انواع بویلرها عمل می کند :