مرکز دانش صنعت تاسیسات

1-بويلرهاي فايرتيوب (Fire Tube Boiler)

 

 

بويلر فاير تيوب (Fire Tube Boiler)

 

2-بويلرهاي واترتيوب

عموماً اين نوع بويلرها، از محفظه احتراق، لوله‌هاي بالارونده، پايين‌رونده، مخازن بخار و لجن تشكيل شده‌اند و تفاوت عمده آنها با نوع فايرتيوب در اين است كه آب در داخل لوله‌ها جريان داشته و جريان گاز گرم در خارج لوله‌ها مي‌باشد. واترتيوب‌ها ساختمان پيچيده‌تري نسبت به نوع فايرتيوب دارند و بر اساس نوع لوله‌ها، تعداد و نحوه قرارگيري مخازن بخار و لجن ساختارهاي متنوعي را شامل مي‌شوند.

 

بويلر واتر تيوب (Water Tube Boiler)

 

بويلرهای واترتيوب می‌تواند دارای اشکال مختلفی بر حسب اجزاء و قسمتهای مربوط به آن باشد. به عنوان مثال لوله‌های آنها می‌تواند خميده يا صاف بوده، نوع گردش آب به شکل طبيعي يا اجباري و موقعيت درام آنها عرضي يا طولي باشد. نوعي از بويلرهاي واترتيوب فاقد درام بوده و معروف به بويلرهاي تك مسيره يا يكبار گذر (once through) مي‌باشند. در اين بويلرها آب در لوله‌ها فقط يكبار عبور مي‌كند و معمولاً در تمامي فشارها و دماها كار مي‌كنند، ولي در فشارهاي بالا و فوق بحراني اقتصادي‌تر هستند. برخی ديگر از بويلرها می توانند از يک تا پنج درام داشته باشند، از اين ميان مي‌توان به بويلرهاي D و O Type كه داراي دو درام هستند و بويلرهاي A Type كه سه درام دارند اشاره نمود. همچنين بويلرهاي نوع استرلينگ دارای چهار يا پنج درام هستند.

 

بويلر واترتيوب با 4 درام

 

معمولاً بويلرها دارای بخش‌هاي مختلفي می‌باشند كه از آن ميان مي‌توان به سيستم جريان آب و بخار، سيستم حفظ كيفيت آب بويلر، سيستم احتراق و سيستم عبور گازهاي حاصل از احتراق و سيستم كنترلي اشاره نمود. در ادامه توضيحات مختصري در اين خصوص ارائه مي‌گردد.

1- سيستم جريان آب و بخار:

آب ورودی به واحد بويلر ابتدا به دستگاهی به نام هوازدا يا دی‌اريتور وارد می‌شود. چراکه گازهاي نامحلولی مانند اكسيژن و دي اكسيد كربن سبب ايجاد خورندگي در لوله‌های بويلر مي‌گردد، از اينرو بايد اين گازها را از جريان آب بويلر حذف نمود. با توجه به اينكه حلاليت بسياري از گازها از جمله اكسيژن در آب با بالارفتن دما كاهش مي‌يابد، يكي از روش‌هاي حذف گازهاي حل نشده از آب، حرارت دادن آن است. در دی‌اريتور فرايند حذف اين گازهاي حل نشده و خورنده يك فرايند فيزيكي و بر اساس گرما دادن مي‌باشد.

با اينكه روش هواگيري مقادير زيادي از گازهاي حل نشده از آب را جدا مي‌كند ولي بازهم مقدار كمي اكسيژن در آب باقي مي‌ماند كه بايد با روشهاي شيميايي جدا گردد. اين دو مرحله يعنی حرارت‌دهي و تزريق مواد شيميايي براي جداسازي گازهاي نامحلول در آب، در اين دستگاه صورت می‌پذيرد. پس از دی‌اريتور، آب هواگيري شده توسط پمپ‌هاي خوراك به سمت بويلر ارسال مي‌گردد. در اولين بخش آب وارد اكونمايزر مي‌گردد. ممكن است در بعضي از بويلرها بخشي به نام اكونومايزر وجود نداشته باشد كه در اين صورت آب مستقيما به مخزن بخار وارد مي‌گردد.

بعد از اين مرحله آب به مخزن بخار يا Steam Drum وارد مي‌شود. در مخزن بخار، آب ورودي به بويلر از طريق لوله‌هاي پايين‌رونده يا ‌downcomer ها به سمت مخزن لجن يا mud drum مي‌رود. از آنجا جريان آب وارد لوله‌هاي بالارونده يا riserها مي‌گردد. اين لوله‌هاي بالارونده هستند كه بخش‌هاي مختلف كوره شامل ديواره‌ها، كف و سقف را مي‌سازند. مشعلها نيز در محفظه احتراق قرار دارند. آب در لوله‌هاي بالارونده گرماي زيادي را دريافت نموده و بخشي از آن تبديل به بخار مي‌گردد. مخلوطي از آب و بخار مجددا وارد مخزن بخار شده و در آنجا دو فاز بخار و آب از طريق عبور از مراحل جداكننده آب و بخار از يكديگر جدا مي‌شوند. فاز بخار پس از عبور از مراحل مختلفي كه براي جداسازي ذرات آب از بخار در درون مخزن بخار در نظر گرفته شده‌اند، از آب جدا شده و از طريق خطي جداگانه و خروجي هاي بالاي مخزن بخار، وارد يك خروجي بخار مي‌گردد. فاز مايع مجددا براي تبديل شدن به بخار، مسير قبلي را از لوله‌هاي پايين رونده، مخزن لجن، لوله‌هاي بالارونده و ورود مجدد به مخزن بخار طي مي‌كند.

بخار خروجي از مخزن بخار بصورت بخار اشباع مي‌باشد. در صورتيكه نياز به بخار سوپرهيت باشد، بخار توليد شده را وارد بخش سوپرهيتر مي‌‌كنند. بخار اشباع در سوپرهيترها بوسيله گازهاي حاصل از احتراق، گرم شده و به شكل سوپرهيت درمي‌آيند. سوپرهيترها سبب حذف ذرات رطوبت از بخار و افزايش دماي آن به دماهاي بالاتر از اشباع مي‌گردند.

ممكن است سوپرهيترها يك يا دومرحله‌اي باشند. در سوپرهيترهاي يك مرحله‌اي بعد از سوپرهيتر و در سوپرهيترهاي دو مرحله‌اي در بين مراحل قسمتي به نام دي‌هيتر يا ري‌هيتر وجود دارد. در اين مرحله دماي بخار سوپرهيت عموما بوسيله تزريق آب كنترل مي‌گردد.

بخار خارج شده از سوپرهيترها در انتها وارد هدري به نام هدر جمع‌كننده يا collect header مي‌گردد. اين هدر محصول واحد بويلر كه همان بخار با دما و شرايط مورد نظر است را به سمت مصرف‌كننده‌ها مي‌برد.

2-سيستم حفظ كيفيت آب بويلر

به سه دليل عمده آب بويلر مورد تصفيه قرار مي‌گيرد، اين دلايل عبارتند از:

1-جلوگيري از تشكيل رسوب

2-به حداقل رساندن خوردگي در سيستم‌هاي بويلر و بخار

3-حفظ كيفيت بخار

اصولا فرايندهاي تصفيه آب بويلر شامل دو دسته تصفيه خارجي و داخلي مي‌باشد. در تصفيه خارجي كارهايي چون حذف ذرات سوسپانسيوني، حذف گازهاي حل‌نشده‌اي مانند اكسيژن و سختي‌گيري از آب صورت مي‌گيرد. در انتهاي بخش تصفيه خارجي بايد مقادير سختي، قليائيت، مقدار سولفات‌ها، سيليكات و ذرات سوسپانسيوني موجود در آب در كمترين مقدار خود باشند. مقدار مجاز اين تركيبات توسط انجمن سازندگان بويلر در آمريكا يا ABMA تعيين و ارائه شده است.

تصفيه داخلي آب بويلر به علل مختلف و با تزريق مواد شيميايي به آب بويلر صورت مي‌گيرد. مهترين دلايل تزريق مواد شيميايي در اين بخش شامل موارد زير مي باشد:

1-تنظيم pH و حفظ ميزان قليائيت براي جلوگيري از ايجاد رسوب و خوردگي

2-سختي‌گيري از آب ورودي

3-جلوگيري از تشكيل لجن يا Boiler sludge conditioning

4-حفاظت از بخش‌هاي در معرض حرارت از آب‌گرم

5-هواگيري و جلوگيري از خورندگي اكسيژن

6-جلوگيري از شكنندگي قليائي

7-جلوگيري از تشكيل فوم

8-تشكيل فيلم محافظ براي جلوگيري از خوردگي

9-جلوگيري از خوردگي بوسيله بخارات كندانس‌شده

عموماً براي تنظيم pH موادي چون كربنات‌سديم و يا سديم هيدروكسيد مورد استفاده قرار مي‌گيرد. البته در هر واحدي بنا به شرايط فرايندي و طراحي، مواد مناسبي براي تصفيه داخلي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. به عنوان مثال در واحد توليد بخار مجتمع پتروشيمي بندرامام از موادي چون آمونياك در آب ورودي به بويلر و قبل از ورود به دي‌اريتور، DEHA در هيتر دي‌اريتور، آمونياك و مورفلين در Storage دي‌اريتور و تركيبات فسفات در مخزن بخار استفاده مي‌گردد.

به مرور زمان، غلظت مواد نامحلول در آب بويلر افزايش خواهد يافت، از اينرو با استفاده از سيستم‌هاي بلودان پيوسته و بطور دائم مقداري از آب بويلر، تخليه مي‌گردد و همراه اين آب تخليه شده، بخشي از رسوبات و املاح نيز خارج مي‌گردد. مقدار آبي كه بواسطه بلودان كردن از سيستم تخليه مي‌گردد، با آب DM جبران مي‌گردد. آبي كه به عنوان بلودان بويلر را ترك مي‌كند، وارد يك جداكننده شده و فاز بخار و مايع آن از يكديگر جدا مي‌شود. بخار بدست آمده از بالاي جداكننده، بخار با فشار پايين يا LS مي‌باشد كه براي استفاده در بخش‌هايي چون خود دي‌اريتوركه نياز به اين نوع بخار مي‌باشد مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مايع خروجي از زير جداكننده وارد blow tank شده و در آنجا مقدار كمي بخار جدا شده از آن به اتمسفر رفته و مايع خروجي از اين تانك به فاضلاب فرستاده مي‌شود.

3-سيستم احتراق

سيستم احتراق شامل سيستم انتقال سوخت و هواي مورد نياز مشعل‌ها مي‌باشد.

4-سيستم عبور گازهاي حاصل از احتراق

پس از احتراق سوخت در مشعل، گازهاي حاصل از احتراق در محفظه احتراق تشكيل مي‌گردند. در اين قسمت كه بخش تابشي بويلر را تشكيل مي‌دهد،گازهاي گرم پس از برخورد با تعدادی از لوله‌هاي بالارونده، از مسيري وارد بخش جابجايي مي‌گردند. در ابتداي ورود به بخش جابجايي، يعني در گرمترين بخش جابجايي، سوپرهيترها قرار دارند.گازهاي حاصل از احتراق پس از سوپرهيترها به سمت لوله‌هاي پايين رونده رفته و در نهايت وارد كانال گاز يا gas duct مي‌گردند. غالبا در مسير جابجايي از بفل‌ها يا ديواره‌هايي استفاده شده است كه تا حد امكان گازهاي حاصل از احتراق با سطوح جذب حرارتي تماس بيشتري داشته باشند. گازهاي حاصل از احتراق بعد از كانال گاز وارد بخش اكونومايزر و در نهايت دودكش مي‌گردند.

5-سيستم كنترلي

بخش‌هاي مختلفي در بويلرها كنترل مي‌گردد كه از اين ميان، تعدادي از قسمت‌ها از اهميت بالاتري نسبت به موارد ديگر، برخوردار هستند، اين موارد عموما شامل فشار بخار در هدر اصلي، سطح مايع در مخزن بخار، دماي بخار سوپرهيت، مقدار اكسيژن خروجي از دودكش و كيفيت آب بويلر مي‌باشند.

•كنترل ارتفاع مايع در مخزن بخار

•كنترل فشار بخار در هدر اصلي

•كنترل دماي سوپرهيت

•كنترل مقدار جريان هوا

•حفظ كيفيت آب بويلر و كنترل blowdown

•و غيره