? **بویلر** - PETROLMAN
X
تبلیغات
رایتل

PETROLMAN

**بویلر**






 بویلر  




 

این تحقیق توسط آقای مهندس نوید پورسلطانی  ورودی ۸۵ از دانشگاه آزاد اسلامی واحد قوچان برای وبلاگ مهندسان شیمی قوچان ارسال شده است .

در صورتی که شما هم تحقیق و یا مقاله ای در ارتباط با مهندسی شیمی دارید می توانید همراه با مشخصات کامل خود به آدرس ایمیل مدیر وبلاگ ارسال نمایید تا با نام شما به صورت رایگان در معرض دید عموم قرار گیرد.

با تشکر مدیر وبلاگ مهندسان شیمی قوچان اسماعیل اسماعیل زاده.


  esmailzadeh.esmail@yahoo.com 

 





 

کلیات

صنایع شیمیایی منابع انرژی زیادی را مصرف می کنند تا بتوانند انرژی مورد نیاز خود را به منظور انجام بسیاری کارها از جمله بکا راندازی تجهیزات فرایندی، تامین انرژی حرارتی مورد نیاز برای گرم کردن مواد و غیره تامین نمایند. منابع انرژی حال حاضر در جهان عمدتاً شامل سوختهای فسیلی، آب و باد، انرژی

خورشیدی، انرژی زمین گرمایی و انرژی هسته ای هستند. از این میان، سوخت های فسیلی بیش از سایر منابع انرژی برای تهیه حام لهای انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. معمولاً در صنایع شیمیایی، حام لهای انرژی برق و بخار می باشند. بهترین راه برای آنکه بتوان از انرژی سوخت های فسیلی برای تولید برق و

بخار استفاده کرد، سوزاندن آن است. در فرایند سوختن، انرژی درونی به صورت حرارت آزاد می شود و به شکل تابش و جابجایی به محیط انتقال می یابد. بویلرها و توربینهای گازی، تجهیراتی هستند که معمولاً برای تولید بخار و برق از طریق سوزاندن سوخت های فسیلی مورد استفاده قرار می گیرند.

بخار

بخار فاز گازی مایع آب است. در واقع چنانچه آب در فشار اتمسفریک گرما جذب کند، شروع به جوشش و تولید بخار می نماید. با تبدیل آب به بخار، حجم آن تقریباً 1600 برابر می شود و انرژی درونی آن نیز حداقل به میزان 6 برابر در حالت اشباع افزایش می یابد. گاز بر خلاف مایع تراکم پذیر است و به راحتی می توان آنرا فشرده نمود. این خصوصیات باعث شده تا برای اولین بار جمیز وات از بخار برای تولید کار مکانیکی استفاده کند. این ابداع آغازی برای استفاده بسیار گسترده بخار در صنعت بوده است. به طور کلی از جمله دلایلی که باعث شده از بخار در صنایع شیمیایی به طور وسیع استفاده گردد، م یتوان به موارد ذیل اشاره نمود:

-1 آب بطور فراوان و ارزان در دسترس بوده و ماده ای بی خطر و از دید محیط زیستی کاملاً بی ضرر

می باشد و این یکی از علل استفاده گسترده از بخار آب در صنایع می باشد.

-2 بخاراشباع انرژی خود را در دمای ثابت منتقل می نماید و این به مفهوم این است که انرژی ذخیره

شده در بخار اشباع را م یتوان در یک دمای ثابت و بدون آنکه دمای آن کاسته شود از آن دریافت کرد و

تنها اتفاقی که در این حالت می افتد تغییر شکل از حالت بخار به مایع است.(گرمای نهان تبخیر)

-3 در بعضی از فرایندها بخار به عنوان جزئی از فرایند وارد م یگردد. از آن جمله می توان به برج های عریان سازی با بخار اشاره نمود.

انتقال حرارت از بخار به اجسام دیگر به راحتی و بوسیله قرار دادن یک کویل در داخل و یا یک ژاکت حرارتی در اطراف آن صورت می گیرد. یکنواختی در انتقال حرارت از مزایای استفاده از بخار است.

-5 در مواقعی که از بخار برای حرارت دادن استفاده می گردد، کنترل دمای آن راحت بوده و عموما

4 -اینکار با استفاده از یک شیر کنترل که میزان دبی بخار عبوری را تغییر می دهد، صورت می گیرد.

از بخار با فشار بالا می توان به کمک توربین بخار، کار تولید کرد. این کار را می توان برای چرخاندن

دستگاه های دواری مانند پمپ، کمپرسور، ژنراتور و... استفاده نمود.

همانطور که گفته شد بخار دارای مصارفی چون گرم کردن، انجام برخی فرایندها، به حرکت درآوردن توربین بخار و غیره می باشد. در این میان به حرکت درآوردن توربین به منظور تولید توان، یکی از کاربردهای مهم بخار به شمار می رود. در حین این عملیات، انرژی بخار در توربین به کار تبدیل شده و بخار پس از عبور از پره های توربین، در یک کندانسور سرد شده و کندانس می شود. از آنجاییکه آبی که برای تولید بخار استفاده می شود باید عاری از ناخالصی ها باشد، هزینه زیادی برای تولید آن صرف م یشود.

به همین دلیل بخار کندانس شده را دوباره وارد سیستم آب بویلر می نمایند تا مجدداً به بخار تبدیل شود. به عبارت دیگر قسمت زیادی از تولید بخار و مصرف آن در واحدهای شیمیایی بصورت سیکل بسته تولید می شود و در توربین های بخار و مبدلهای گرمایی HRSG است. یعنی بخار در بویلرهای واترتیوب یا و غیره مصرف شده و پس از کندانس شدن به بویلر باز می گردد.

برای تولید بخار، در مشعلهای بویلرها، انرژی تابشی از شعله به سطوح داخلی محفظه احتراق انتقال می یابد و از تماس گازهای حاصل از احتراق با بخشهای دیگر بویلر، حرارت بصورت جابجایی به لوله ها و نهایتاً آب درون آنها انتقال می یابد

بویلرهای فایرتیوب

معیارهای زیادی برای تقسیم بندی بویلرها وجود دارد، مهمترین معیار تقسی مبندی بویلرها بر اساس محتویات داخل لوله ها می باشد. بویلرهای فایرتیوب و واترتیوب دو نوع از این تقسیم بندی مهم هستند.

عموما بویلرهای فایرتیوب از یک محفظه احتراق و دیگ تشکیل شده اند. دیگ حاوی لول ههایی است که از یک طرف به آن وارد و از طرف دیگر خارج م یگردند، بدین ترتیب بخشی از فضای دیگ توسط لول هها اشغال شده و باقی فضای موجود برای آب در نظر گرفته شده است. گازهای گرم حاصل از سوزاندنسوخت در محفظه احتراق وارد این دسته لوله ها شده و از سراسر دیگ عبور م یکنند. در این حین انتقالحرارت بین گازهای عبوری از لول هها و آب درون دیگ سبب گرم شدن آب و تولید بخار می گردد. در بویلرهای فایر تیوب نمی توان قطر محفظه احتراق را بزرگ طراحی نمود، طول محفظه احتراق را نیز از حدی بیشتر نمی توان در نظر گرفت. چراکه با وجود محدودیت قطر محفظه احتراق، قطر و طول مخروطی مقدار مشخصی خواهد بود. از طرفی فاصله نوک شعله تا انتهای محفظه احتراق به جهت ایجاد انتقال حرارت همگن و نیز پرهیز از ایجاد تنش حرارتی و نیز ذوب دیواره، دارای حد مشخصی است. این مشکل در نوع دیگر بویلرها که وتراتیوب هستند به علت ساختار مکعبی شکل محفظه احتراق و نحوه قرارگیری، تعدد و نوع متفاوت مشعل ها کاسته می شود.

بویلرهای واترتیوب

عموما این نوع بویلرها، از محفظه احتراق، لول ههای بالارونده، پایی نرونده، مخازن بخار و لجن تشکیل شده اند و تفاوت عمده آنها با نوع فایرتیوب در این است که آب در داخل لوله ها جریان داشته و جریان گاز گرم در خارج لول هها م یباشد. واترتیوبها ساختمان پیچید هتری نسبت به نوع فایرتیوب دارند و بر اساس نوع لول هها، تعداد و نحوه قرارگیری مخازن بخار و لجن ساختارهای متنوعی را شامل می شوند. این بویلرها به چندین روش دسته بندی می گردند.

بویلرهای واترتیوب می تواند دارای اشکال مختلفی بر حسب اجزاء و قسمتهای مربوط به آن باشد. به عنوان مثال لوله های آنها می تواند خمیده یا صاف بوده، نوع گردش آب به شکل طبیعی یا اجباری و موقعیت درام آنها عرضی یا طولی باشد. عموما درام های عرضی در بویلرهای با ظرفیت بالاتر مورد استفاده قرار م یگیرد، از بین دو بویلر لوله آبی که ظرفیت یکسانی در تولید بخار دارند، آن بویلری که دارای درام عرضی می باشد، اندازه کوچکتری نسبت به نوع با درام طولی دارد. نوعی از بویلرهای واترتیوب می باشند. در این (once through) فاقد درام بوده و معروف به بویلرهای تک مسیره یا یکبار گذر بویلرها آب در لوله ها فقط یکبار عبور می کند و معمولاً در تمامی فشارها و دماها کار می کنند، ولی در فشارهای بالا و فوق بحرانی اقتصادی تر هستند.

معمولاً بویلرهای واترتیوب در ظرفیتهای بالاتری نسبت به بویلرهای فایرتیوب ساخته می شوند. در یک سطح انتقال حرارت تابشی یکسان، محفظه احتراق مکعبی مانند بویلرهای واترتیو ب در مقایسه با شکل استوانه ای محفظه احتراق فایرتیو بها، به فضای کمتری برای نصب نیاز دارد. به عبارت دیگر در یک بویلر

واترتیوب کوچکتر م یتوان سطح انتقال حرارتی مساوی با یک بویلر فایرتیوب بزرگتر ایجاد نمود. از طرفی شکل محفظه احتراق مکعبی شکل، آزادی عمل بیشتری را در نحوه آرایش و جانمایی مشع لها در مقایسه با فایرتیوب ها در اختیار طراح قرار می دهد.

بویلرهای واترتیوب توانایی تولید بخار با فشار بالاتر را نسبت با بویلرهای فایرتیوب دارند. در بویلرها، محفظه در بر گیرنده مخلوط آب و بخار باید مقاومت مکانیکی لازم جهت تحمل فشار را داشته باشد. از آنجاییکه لوله های با قطر کمتر تحمل فشار بسیار بالاتری را در مقایسه با لوله های با قطر بیشتر و البته ضخامت یکسان دارد، بویلرهای واترتیوب علی رغم پیچیدگی بیشتر، برای تولید بخارهای فشار بالا مورد استفاده قرار می گیرد. معمولاً هرچه قدر فشار بخار تولیدی بویلرهای واترتیوب بیشتر باشد، قطر لوله های آن نیز کمتر می باشد.

بویلرها واترتیوب می توانند از یک تا پنج درام داشته باشند :

در بویلرهایی که بصورت تک درامی هستند، آب ورودی به بویلر از پایین مخزن از طریق یک هدر به لوله های شیب دار می رسد. آب در این لولههای شیب دار گرم شده و بخار تولید می شود. بخار تولید شده از طریق هدر دیگری به بالای مخزن وارد می شود. کوره در زیر لوله ها و مخزن قرار دارد.

وجود دارند. O و D بویلرهای دو درامی که امروزه دارای کاربرد بیشتری می باشند به انواع درام ها در یک جهت راست یا چپ قرار گرفت هاند. عموما مخزن بخار از مخزن لجن D type در بویلرهای بزرگتر بوده ولی ممکن است هم اندازه نیز باشند، نحوه قرارگیری لوله ها بین درا مها به شکل حرف می باشد. در بخشی از بویلر لوله ها بین دو درام به شکل مستقیم نصب شده اند و در بخشی D انگلیسی دیگر خمیده و به یک هدر وصل هستند، کوره بویلر در همین بخش خمیده قرار دارد. نیز شامل یک مخزن بزرگ بخار است که بصورت عمودی و بواسطه چندین O Type بویلرهای لوله آبی لوله تولید بخار به یک مخزن آب کوچکتر متصل می باشد. اندازه آنها عموما در حد کوچک تا متوسط می

باشد.

بویلرهای سه درامه شامل یک درام بخار و دو درام لجن یا آب می باشند. نحوه قرارگیری درام ها به می باشد. A شکل حرف

بویلرها نوع استرلینگ دارای چهار یا پنج درام هستند که نحوه قرارگیری آنها در شکل نشان داده شده است.

چنانچه به هر دلیلی از جمله اعمال تن شهای حرارتی نامناسب در بویلرهای فایرتیوب، بر روی جداره محفظه احتراق ترک ایجاد گردد، مخلوط آب و بخار تحت فشار در دیگ، از این ترک خارج شده و به داخل محفظه احتراق وارد می گردند، که عموما این خروج با انبساط حجم توام بوده و ممکن است سبک انفجار دیگ گردد، این در حالی است که بروز همین مشکل در نوع واتر تیوب در نهایت، تنها سبب خرابی و نشتی لوله آسیب دیده می شود.

با توجه به مطالب گفته شده، بویلرهای واترتیوب در صنایع بزرگ به جهت نیاز به حجم زیاد و فشار بالاتر، کاربرد بیشتری دارند. به همین جهت در این نرم افزار به بررسی این نوع از بویلرها پرداخته می شود.

دسته بندی های دیگر

ممکن است بویلرها را بر اساس پارامترهایی دیگری نیز مانند نحوه گردش آب، نوع سوخت مصرفی، نوع منبع حرارتی، فشار عملیاتی و غیره تقسیم بندی نمایند که عموما این تقسیم بندی ها از درجه اهمیت کمتری نسبت به محتویات لول هها برخوردار هستند که در ادامه توضیح مختصری از آنها بیان می شود:

-1 بر اساس صاف یا خمیده بودن لول هها

بویلرهای با لوله های صاف که ممکن است بصورت شیب دار و یا عمودی باشند. نوع شیب دار دارای یک درام بوده که بصورت افقی نسبت به زمین قرار دارد. از زیر درام، هدرهایی به که لوله های شی بدار از آنها منشعب م یگردند، خارج میشود. لوله های شیب دار صاف Downtake نام بوده و با شیبی در حدود 5 تا 15 درجه نسبت به حالت افقی در انتها و در ارتفاعی بالاتر به هدرهایی دیگر متصل می گردند. محفظه احتراق در زیر لوله های شیب دار قرار گرفته و آبی که از طریق uptake به نام پایین آمده و وارد لول ههای شی بدار شده را گرم م یکند، از اینرو بخشی از آب Downtake هدرهای درون لول ههای شی بدار پس از جذب گرما، تبدیل به بخار شده و بواسطه گردش طبیعی از طریق هدرهایمجددا وارد درام می شود. uptake

لوله های صاف را نمی توان در قسمت هایی از دیواره که نیاز به قرارگیری اجزائی چون منهول، مشع لها و یا می باشد، نصب نمود، لذا با توجه به این موضوع و نیز وضعیت قرارگیری لوله ها و مشع لها در peepHole محفظه احتراق بخش های زیادی از محفظه احتراق فاقد لوله و یا به عبارتی سطوح انتقال حرارت برای دریافت گرما می باشد. از اینرو مقدار زیادی از حرارت تولید شده از طریق تابشی بدون جذب مناسب اتلاف می گردد و راندمان بویلر پایین می آید. برای حل این مشکل نیاز به لول ههای خمید های بود که بتواند با خمیده شدن و استفاده بهینه از فضای محفظه احتراق، سطح بیشتری برای انتقال حرارت تامین نماید.

در نوع عمودی، از دسته لوله هایی که بصورت عمودی بر روی محفظه احتراق قرار دارند، استفاده شده است. جریان گازهای حاصل از احتراق از لابلای لوله ها عبور کرده و سبب تبدیل آب به آب گرم و بخار می گردد. این بویلرها غالبا در اندازه های کوچک بوده و عملا کاربردهای صنعتی ندارند و بیشتر از چوب

به عنوان سوخت استفاده میکنند. برای حل مشکل اتلاف حرارتی ناشی از پایین بودن سطوح انتقال حرارت در بویلرهای با لول ههای صاف، نوعی از بویلرهای واترتیوب با لوله های خمیده طراحی و ساخته شدند. به عنوان مثال در محلی که منهول وجود دارد، لوله ها با خمیده شدن فضای منهول را ایجاد م یکنند و بدین ترتیب از حذف لوله ها در این__ بخش جلوگیری می گردد. در مجموع شکل خمیده شده لوله ها سبب شده تا انعطاف پذیری بیشتری در آرایش و جانمایی در سطوح انتقال حرارت در محفظه احتراق بدست آید.

عموما اجزاء این نوع بویلرها نیز مشابه بویلرهای با لول ههای صاف می باشد و عمدتا اجزائی چون مخازن بخار و لجن، لول ههای بالارونده و پایین رونده و غیره در آنها وجود دارد.

-2 بر اساس نحوه گردش آب

حرکت آب در لوله های بویلر به دو صورت می باشد:

-1 جریان گردش طبیعی : اساس گردش آب در این نوع اختلاف در دانسیته حاصل از تفاوت دما در لوله های پایین رونده و بالارونده می باشد.

-2 جریان گردش اجباری : در این نوع جریان از یک پمپ برای کمک به گردش بهتر آب در لوله ها و مخازن بخار و آب استفاده می گردد.

-3 بر اساس نوع سوخت مصرفی

بویلرها از انواع مختلفی از سوخت ها استفاده می نمایند. غالبا انواع سوخت هایی که در بویلرها استفاده می

گردند، عبارتند از:

Fuel gas -1 سوخت های گازی یا

.Fuel Oil -2 سوخت مایع یا

-3 سوخت جامد (زغال سنگ، چوب، تفاله نیشکر یا باگاس ، ...)

-4 سوخت ترکیبی

-4 بر اساس نوع منبع حرارتی

بر اساس نوع منبع حرارتی بویلرها به انواع زیر تقسیم می گردند:

الف- بویلرهایی انرژی مورد نیاز را از سوزاندن مواد سوختی بدست می آورند. این مواد سوختی ممکن

Fossil ) است به یکی از اشکال جامد، مایع و یا گاز وجود داشته باشد. به این دسته از بویلرها اصطلاحا می گویند. در بعضی از بویلرها امکان استفاده از چند سوخت نیز وجود دارد. (Fuel Boiler

ب- بویلرهایی که منبع حرارتی آنها بازیافت حرارتی می باشد و به اسامی چون بویلرهای بازیافت حرارت معروف هستند. عموما در ( HRSG) یا تولید کننده های بخار از حرارت بازیافت شده ( WHB) تلف شده این دسته از بویلرها، انرژی مورد نیاز از بازیافت حرارتی از جریان گازهای حاصل از احتراق یا گرمای حاصل از واکنش های شیمیایی تامین می گردد. غالبا از این بویلرها در نیروگاه ها استفاده می گردد. گازهای حاصل از احتراق که به عنوان نیروی محرکه توربینهای گازی نیروگاهها مورد استفاده قرار می گیرد، پس از خروج از توربین، حاوی مقادیر زیادی انرژی هستند که از طریق دودکش به اتمسفر وارد و اتلاف

می گردد. از بویلرههای بازیافت حرارتی برای استفاده از این انرژی استفاده میگردد. عموما این نوع بویلرها از یک درام تشکیل شده اند. آب سرد پس از ورود به درام و عبور از لوله هایی که در کانال عبوری گازهای داغ قرار دارند، حرارت جذب کرده و مخلوطی از آب و بخار تولید می شود. مخلوط آب و بخار مجددا وارد درام می گردند و در آنجا عملیات جداسازی این دو فاز صورت می گیرد.

ج- بویلرهایی که منبع حرارتی آنها از انرژی الکتریکی می باشد.

د- بویلرهایی که منبع حرارتی آنها از انرژی اتمی می باشد.

-5 بر اساس فشار عملیاتی:

گاهی نیز بر اساس فشار عملیاتی بویلرها را تقسیم بندی می نمایند:

الف-بویلرهای با فشار زیرpsi  200که فشار پایین محسوب می گردند   

  ب-بویلرهای با فشار بین PSI ۵۰۰ـ 200که جزو بویلرهای با فشار متوسط هستند 

ج-بویلرهای با فشار بین 500_2000PSIکه در دسته بویارهای با فشار بالا محسوب می شوند