انواع دیگ بخار صنعتی چیست؟ ۱۰ مدل رایج بویلر صنعتی

دیگ بخار یکی از پر کاربرد ترین سیستم ها در تولید بخار می باشد. در این مقاله در ارتباط با انواع دیگ بخار صحبت شده است.

دیگ بخار چیست؟

دیگ بخار یک دستگاه است که برای تولید بخار با گرم کردن آب طراحی شده است. این دستگاه مانند یک مبدل حرارتی عمل می‌کند و آب را به بخار تبدیل می‌کند تا در کاربردهای مختلف خارجی مورد استفاده قرار گیرد. بویلر معمولاً شامل یک محفظه احتراق در کنار مخزن آب است. بویلرهای بخار در اندازه‌های مختلف موجودند، از واحدهای کوچک و جمع و جور گرفته تا نمونه‌های بزرگ‌تر که قادر به انجام عملیات‌های سنگین‌تر هستند.

بویلر بخار فرآیند تولید بخار را با سوختن سوخت برای افزایش دمای آب تسهیل می‌کند. این فرایند از سه روش انتقال حرارت استفاده می‌کند: تشعشع (Radiation)، همرفت (Convection) و هدایت حرارتی (Conduction).

برای کسب اطلاعات کامل تر در مورد دیگ بخار می توانید به مقاله ی زیر مراجعه کنید.

مطلب مرتبط: دیگ بخار چیست؟

انواع دیگ بخار

بویلرهای بخار اجزای حیاتی در سیستم‌های گرمایشی صنعتی و تجاری هستند که بر اساس ساختار، قابلیت حمل، نوع لوله‌ها، منبع سوخت و فشار کاری طبقه‌بندی می‌شوند. بویلرهای بخار اولیه، اگرچه کارآمد بودند، اغلب فاقد سیستم‌های کنترل پیشرفته بودند که باعث می‌شد این بویلرها نسبت به نمونه‌های مدرن امروزی که دارای ویژگی‌های ایمنی برای افزایش اطمینان هستند، خطرناک‌تر باشند.

اندازه، نوع سوخت و طراحی بویلر برای کاربردهای خاص صنعتی، تجاری یا مسکونی تنظیم می‌شود تا نیازهای مختلف گرمایشی و بخار فرایندی را برآورده کند و به این دلیل است که انواع دیگ بخار مختلفی داریم. سوخت‌های رایج شامل برق، چوب، گاز طبیعی، زغال‌سنگ، نفت و سایر سوخت‌های فسیلی است. هر سوخت از نظر هزینه‌های عملیاتی، بازده انرژی، میزان انتشار آلاینده‌ها و تأثیرات زیست‌محیطی متفاوت است.

با افزایش تقاضا برای تولید حرارت و نیرو به صورت کارآمد، صنایع بیشتر به سمت سوخت‌های جایگزین بویلر مانند بیوماس (Biomass) و سوخت مشتق شده از زباله (Refuse-Derived Fuel یا RDF) روی می‌آورند تا اهداف انرژی پایدار را حمایت کنند، انتشار کربن را کاهش دهند و با مقررات زیست‌محیطی مطابقت داشته باشند.

درک انواع اصلی بویلرهای بخار و کاربردهای آن‌ها برای انتخاب بهینه سیستم به منظور مدیریت انرژی، صرفه‌جویی در هزینه‌ها و بهینه‌سازی فرایندها بسیار مهم است.

۱- دیگ بخار آب گرم

بویلرهای آب گرم، ظروف تحت فشاری هستند که برای انتقال انرژی حرارتی به آب به منظور گرمایش هیدرونیک و تأمین آب گرم طراحی شده‌اند. این بویلرهای آب گرم صنعتی و تجاری از موادی مانند استیل ضدزنگ، چدن، آلومینیوم و فولاد کربنی ساخته می‌شوند که به آن‌ها امکان مقاومت در برابر دماها و فشارهای عملیاتی بالا را می‌دهد. بویلرهای آب گرم به طور گسترده در سیستم‌های گرمایشی ساختمان‌ها، گرمایش کف تابشی و فرایندهای تحویل حرارت با فشار پایین و متوسط کاربرد دارند. این واحدها همچنین بر اساس سیستم لوله‌های داخلی‌شان دسته‌بندی می‌شوند.

انواع دیگ بخار آب گرم از دو نوع طراحی لوله‌های آتش (Fire Tube) یا لوله‌های آب (Water Tube) بهره می‌برند. در بویلرهای لوله آتش، حرارت ناشی از گازهای احتراق از طریق لوله‌هایی که در آب غوطه‌ور هستند عبور می‌کند و حرارت را به آب اطراف منتقل می‌کند. در مقابل، در طراحی بویلر لوله آب، آب در داخل لوله‌ها گردش می‌کند در حالی که گازهای احتراق از بیرون لوله‌ها عبور می‌کنند که باعث انتقال حرارت سریع‌تر و تولید بخار با فشار بالاتر می‌شود. انتخاب بویلر آب گرم مناسب بستگی به نیاز بار حرارتی، کیفیت آب، بازده انرژی و منابع سوخت در دسترس دارد.

۲- دیگ بخار الکتریکی

بویلرهای الکتریکی از عناصر حرارتی الکتریکی برای تولید مستقیم حرارت جهت تولید بخار یا آب گرم استفاده می‌کنند و بدون احتراق سوخت، خروجی حرارتی سریع و کارآمد ارائه می‌دهند. به عنوان یک سیستم دوستدار محیط زیست، کم‌آلاینده و پاک، بویلرهای بخار الکتریکی هیچ گازهای خروجی، انتشار گازهای گلخانه‌ای یا محصولات جانبی احتراق تولید نمی‌کنند، که آن‌ها را برای تأسیساتی که کیفیت هوای داخل ساختمان و تطابق با مقررات زیست‌محیطی را در اولویت قرار می‌دهند، انتخابی ایده‌آل می‌سازد.

علاوه بر بازده انرژی بالا، سیستم‌های بویلر الکتریکی دوام بالایی دارند، نیاز به تمیزکاری کم و عملاً نگهداری روتین ندارند زیرا قطعات متحرک کمتری دارند و به دلیل نبود مشعل‌ها، مشکلات کمتری ایجاد می‌شود.

بویلرهای بخار الکتریکی به طور فزاینده‌ای برای کاربردهای کوچک‌مقیاس، غیرمتمرکز یا نقطه مصرف مورد توجه قرار گرفته‌اند، به خصوص در مکان‌هایی که صدای عملیاتی و انتشار آلاینده‌ها اهمیت دارد. با این حال، مهم است که رسوبات معدنی موجود در مخزن آب کنترل و مدیریت شوند تا از کاهش بازده و مشکلات اطمینان کاری جلوگیری شود.

۳- بویلرهای گازی

بویلرهای بخار گازی از گاز طبیعی یا پروپان به عنوان منبع اصلی انرژی برای تولید حرارت استفاده می‌کنند، و آن‌ها را به یکی از کارآمدترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین انواع دیگ بخار برای محیط‌های صنعتی و تجاری تبدیل کرده‌اند. سوخت گازی مستقیماً به سیستم مشعل (Burner System) هدایت می‌شود، جایی که مشتعل شده و مبدل حرارتی را گرم می‌کند، در نهایت انرژی حرارتی را به آب منتقل کرده یا بخار تولید می‌نماید. این بویلرها در مدل‌های با بازده بالا (Condensing) و غیرکندانسینگ (Non-Condensing) موجود هستند که نسبت به بویلرهای سوخت نفتی یا زغال‌سنگ، آلایندگی کمتر و هزینه‌های عملیاتی پایین‌تری دارند.

بویلرهای گازسوز به‌طور ایده‌آل برای گرمایش فضا (Space Heating)، حرارت فرایندی (Process Heat) و کاربردهای بخار کم‌فشار یا پرفشار در حوزه‌هایی نظیر تولید، فرآوری مواد غذایی، صنایع شیمیایی و مراکز آموزشی و درمانی مناسب هستند. ماهیت سوخت تمیز گاز طبیعی باعث کاهش اثرات کربنی، افزایش بازده سیستم و تطابق با مقررات زیست‌محیطی مدرن می‌شود.

۴- بویلرهای کم‌فشار (Low Pressure Boilers)

بویلرهای بخار کم‌فشار در فشارهایی بین ۱۰ تا ۱۵ psi عمل می‌کنند و دمای خروجی آن‌ها در حدود ۳۰۰ درجه فارنهایت (۱۴۹ درجه سلسیوس) است. این بویلرها برای کاربردهایی که نیاز به دمای یکنواخت و متوسط دارند ایده‌آل هستند، از جمله گرمایش فضا، رطوبت‌زنی (Humidification) و بخار فرایندی برای صنایع سبک.

انواع دیگ بخار کم‌فشار به دلیل ایمنی بالا، زمان پاسخ‌دهی سریع‌تر و نیاز کمتر به تعمیر و نگهداری نسبت به بویلرهای پرفشار، محبوبیت زیادی دارند. این بویلرها معمولاً در مدارس، بیمارستان‌ها، ساختمان‌های تجاری و عملیات صنعتی کوچک استفاده می‌شوند که در آن‌ها تولید سریع بخار و قابلیت اطمینان سیستم از اهمیت بالایی برخوردار است.

۵- بویلرهای پرفشار (High Pressure Boilers)

بویلرهای بخار پرفشار، بخار را در فشار بالا تولید می‌کنند تا توربین‌ها، تجهیزات فرایندی و ماشین‌آلات سنگین را در صنایع بزرگ‌مقیاس نظیر فرآوری شیمیایی، تولید نیرو، پالایش پتروشیمی و تولید کاغذ و خمیر کاغذ به کار اندازند.

قدرت و نیروی خروجی این بویلرها از طریق یک پمپ سیرکولاتور با بازده بالا تأمین می‌شود که بخار را با فشارهایی بین ۱۵ psi تا ۸۰۰ psi و در دماهایی بالاتر از ۲۵۰ درجه فارنهایت (۱۲۱ درجه سلسیوس) به جریان درمی‌آورد. این سیستم‌ها حداکثر توان خروجی انرژی را ارائه می‌دهند و از عملیات فرایندی مداوم و پرتقاضا پشتیبانی می‌کنند.

برای اطمینان از ایمنی و حداکثر بازده، بویلرهای بخار پرفشار نیازمند پایش مداوم پارامترهایی مانند فشار سیستم، دما، سطح آب و تأمین سوخت هستند تا از خرابی مکانیکی جلوگیری شده و انطباق با مقررات حفظ شود. انواع دیگ بخار پرفشار ممکن است به صورت نوبتی (Batch Mode) یا پیوسته (Continuous Load Mode) عمل کنند، بسته به اینکه در فرایندهای دوره‌ای یا دائمی مورد استفاده قرار گیرند.

هنگام انتخاب بویلر بخار پرفشار، کاربران باید به مواردی مانند سیستم‌های کنترل پیشرفته، مکانیزم‌های ایمنی هوشمند و طراحی با امکان افزونگی (Redundancy) توجه کنند تا زمان کارکرد (Uptime) و بهره‌وری حداکثری تضمین شود.

۶- بویلرهای نفتی (Oil Boilers)

بویلرهای بخار نفتی از سوخت‌های مشتق‌شده از نفت—مانند نفت گرمایشی نوع دوم (No.2 Heating Oil)—به‌جای گاز طبیعی برای احتراق در محفظه مشعل بویلر استفاده می‌کنند. سوختن نفت باعث گرم شدن مبدل حرارتی یا مخزن آب بویلر شده و بخار با بازده بالا برای تولید گرما یا برق ایجاد می‌شود. بویلرهای بخار نفتی معمولاً به بازده‌هایی بالاتر از ۹۰٪ دست پیدا می‌کنند و گزینه‌ای مناسب در مناطقی هستند که دسترسی به خطوط گاز وجود ندارد.

اگرچه خرید و نصب بویلرهای نفتی معمولاً پرهزینه‌تر از بویلرهای گازی است، اما اجزای قوی و مستحکم آن‌ها می‌توانند طول عمر عملیاتی دو برابر داشته باشند. یکی از نکاتی که باید در مورد سیستم‌های بویلر نفتی در نظر گرفت، نگهداری و تأمین سوخت است: یک مخزن نفت در محل (در بالای زمین یا زیر زمین) باید به‌طور منظم نگهداری و پر شود تا تأمین پایدار سوخت تضمین گردد.

مدل‌های مدرن بویلرهای بخار نفتی معمولاً دارای کنترلرهای پیشرفته برای مشعل و طراحی‌هایی با آلایندگی پایین هستند تا ضمن بهبود کارایی احتراق، با استانداردهای زیست‌محیطی نیز مطابقت داشته باشند.

۷- بویلرهای واترتیوب (Water Tube Boilers)

انواع دیگ بخار واترتیوب به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که آب درون لوله‌هایی که در داخل بویلر قرار دارند جریان می‌یابد، در حالی که حرارت حاصل از احتراق محفظه اطراف این لوله‌ها را احاطه کرده و آن‌ها را گرم می‌کند. این آرایش امکان تولید مؤثر بخار پرفشار را از طریق اعمال فشار شعاعی (Tangential/Hoop Pressure) بر محیط لوله‌ها فراهم می‌سازد؛ مشابه فشاری که تسمه‌ها به اطراف یک بشکه چوبی وارد می‌کنند.

این طراحی، مقاومت بالاتری در برابر فشار، توانایی سریع در تولید بخار و بازده حرارتی بالا ارائه می‌دهد. بویلرهای بخار واترتیوب گزینه‌ اصلی برای نیروگاه‌های صنعتی در مقیاس بالا، تولید بخار با ظرفیت زیاد و عملیات فرایندی پیوسته هستند.

طی زمان، طراحی‌های متنوعی از بویلرهای واترتیوب توسعه یافته‌اند، از جمله D-type، O-type و A-type، که هر یک برای نیازهای خاص بخار خروجی و فشار عملیاتی بهینه‌سازی شده‌اند.

۸- بویلرهای La Mont، Benson و Loeffler

بویلرهای بخار La Mont، Benson و Loeffler نمونه‌هایی پیشرفته از بویلرهای واترتیوب هستند که از گردش اجباری (Forced Circulation) و فن‌های دمنده (Draft Fans) استفاده می‌کنند تا حجم زیادی از بخار پرفشار و با دمای بالا را با بازده فوق‌العاده فراهم آورند.

در این سیستم‌ها، آب از طریق لوله‌های باریک و با قطر کم توسط یک پمپ گریز از مرکز (Centrifugal Pump) به گردش در می‌آید، که باعث افزایش انتقال حرارت و کاهش ریسک گرمایش موضعی (Localized Overheating) یا تشکیل رسوب (Scaling) می‌شود.

بازده بالای انرژی در این بویلرها با استفاده از اکونومایزر (Economizer) بیشتر تقویت می‌شود. اکونومایزر گرمای زائد گازهای خروجی (Flue/Combustion Exhaust Gases) را برای پیش‌گرمایش آب تغذیه بویلر به کار می‌گیرد و در نتیجه مصرف سوخت و آلایندگی کلی را کاهش می‌دهد.

این نوع بویلرهای خاص اغلب در نیروگاه‌های حرارتی (Thermal Power Plants)، موتورهای دریایی (Marine Propulsion) و فرایندهای صنعتی با تقاضای بالا استفاده می‌شوند؛ جایی که تولید مداوم بخار، راه‌اندازی سریع، و بازیابی انرژی از اهمیت حیاتی برخوردار است.

۹- بویلرهای فایرتیوب (Fire Tube Boilers)

انواع دیگ بخار فایرتیوب دارای لوله‌هایی درون خود هستند که گازهای داغ حاصل از احتراق را حمل می‌کنند و این لوله‌ها توسط آبی که باید گرم شود احاطه شده‌اند. در این سیستم، انتقال حرارت از گازهای داغ به آب درون دیگ انجام می‌شود و در نهایت بخار برای استفاده در فرآیندها یا گرمایش تولید می‌شود. طراحی بویلرهای فایرتیوب معمولاً برای کاربردهای با فشار پایین تا متوسط استفاده می‌شود و به‌عنوان سیستم‌هایی قابل‌اعتماد، آسان برای کارکرد و با هزینه اولیه پایین شناخته می‌شوند.

انواع اصلی بویلرهای فایرتیوب شامل:

• Cochran Boiler
• Locomotive Boiler
• Lancashire Boiler

هر یک از این طراحی‌ها برای نیازهای خاصی از نظر فضای فیزیکی و نرخ تولید حرارت مناسب‌سازی شده‌اند.

برای افزایش بهره‌وری انرژی و بازیابی حرارت زائد، بسیاری از سیستم‌های بویلر فایرتیوب می‌توانند به اکونومایزر (Economizer) یا واحدهای بازیابی حرارت پیشرفته (Heat Recovery Units) مجهز شوند که موجب کاهش بیشتر مصرف سوخت و آلایندگی می‌گردد.

این نوع بویلرها در مکان‌هایی مانند:

• مدارس
• کارخانه‌های نساجی
• مراکز خشکشویی
• کارگاه‌های تولید سبک

رایج هستند، جایی که تأمین بخار پایدار و کم‌نیاز به نگهداری اهمیت دارد.

۱۰- بویلرهای شل (Shell Boilers)

انواع دیگ بخار شل نوعی از بویلرهای فایرتیوب هستند که سطوح انتقال حرارت درون یک پوسته فولادی قوی و استوانه‌ای قرار دارند. این بویلرها از چیدمان‌های متنوعی از لوله‌ها بهره می‌برند که نحوه و مسیر انتقال حرارت تا زمان خروج گازهای دودکش را تعیین می‌کند. به این نوع بویلرها فلودار (Flue Boilers) یا شل و تیوب (Shell and Tube Boilers) نیز گفته می‌شود.

این بویلرها معمولاً شامل یک مخزن استوانه‌ای بلند و پر از آب هستند که لوله‌های عبور دهنده گازهای داغ حاصل از احتراق از میان آن‌ها عبور می‌کنند.

از مهم‌ترین نمونه‌های تاریخی و رایج:

• Cornish Boiler: نخستین نوع، که تنها از یک فلوی بزرگ درون یک سیلندر بلند برای انتقال حرارت استفاده می‌کرد.
• Lancashire Boiler: نسخه پیشرفته‌تر، با دو لوله مجزای کوره‌ای (Furnace Flues) برای افزایش سطح حرارتی و بهبود تولید بخار.

امروزه انواع دیگ بخار شل به‌خاطر:

• سادگی طراحی
• سهولت نصب
• ابعاد فشرده
• تولید بخار مقرون‌به‌صرفه

بسیار محبوب هستند، مخصوصاً برای کاربردهای بخار با فشار متوسط یا پایین در سیستم‌های گرمایشی و فرآیندهای صنعتی کوچک.

شرکت پترو پردا، تامین کننده و سازنده تجهیزات نفت، گاز و پتروشیمی در کشور