بررسی جامع انواع بویلرهای صنعتی: ساختار، عملکرد و کاربردها

بویلرها به عنوان یکی از مهم‌ترین تجهیزات حرارتی در صنایع مختلف و سیستم‌های گرمایشی نقش مهمی دارد. این دستگاه‌ها وظیفه تبدیل آب به بخار یا آب گرم را با استفاده از انرژی گرمایی بر عهده دارند. بویلرهای صنعتی با توجه به نیازهای مختلف و شرایط عملیاتی، در انواع و طراحی‌های متنوعی تولید می‌شوند که هر کدام دارای مزایا و ویژگی‌های خاص خود هستند. در این مقاله، به معرفی انواع بویلرهای صنعتی و بررسی ویژگی‌های مختلف آن‌ها پرداخته خواهد شد.

بویلر چیست؟

بویلر یا دیگ بخار وسیله‌ای است که برای گرم کردن مایعات، عمدتاً آب، مورد استفاده قرار می‌گیرد. بویلرها با استفاده از انرژی گرمایی، آب را به بخار یا آب گرم تبدیل می‌کنند. بخار یا آب گرم تولید شده در بویلرها برای انتقال گرما، راه‌اندازی توربین‌ها، فرآیندهای صنعتی و گرمایش محیط استفاده می‌شود. بسته به نوع طراحی و کاربری، بویلرهای صنعتی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که هر کدام ویژگی‌ها و مزایای خاص خود را دارند.

انواع بویلر

بویلرهای صنعتی بر اساس ساختار، عملکرد و نوع سیال گرم شونده به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. بویلرها را می‌توان به صورت زیر تقسیم بندی کرد:

1- از لحاظ ساختار و محل عبور آب و گازهای داغ احتراق

الف) بویلرهای فایر تیوب (لوله آتشین)

ب) بویلرهای واتر تیوب

2- از لحاظ سیال عامل

الف) بویلر آب گرم

ب) بویلر بخار

ج) بویلر روغن داغ

در ادامه به توضیح انواع بویلرهای صنعتی از لحاظ ساختار و سیال عامل آن‌ها پرداخته می‌شود.

بویلر فایرتیوب (لوله آتشین)

بویلر فایرتیوب یا لوله آتشین یکی از انواع متداول بویلرهای صنعتی است که در آن، گازهای داغ حاصل از احتراق از درون لوله‌ها عبور می‌کنند و آب اطراف این لوله‌ها را گرم کرده و به آب گرم یا بخار تبدیل می‌کنند. به دلیل ساختار ساده و قیمت مناسب، بویلرهای فایرتیوب بسیار پرکاربرد هستند.

برای آشنایی کامل‌تر با ویژگی‌ها و کاربردهای بویلر فایر تیوب، پیشنهاد می‌کنیم مقاله (معرفی انواع بویلر فایرتیوب و بررسی اجزای آن) را مطالعه کنید.

بویلر فایرتیوب دو پاس: نوعی از بویلرهای صنعتی هستند که در آن‌ها، گازهای داغ حاصل از احتراق سوخت، دو بار از داخل لوله‌های آتش عبور می‌کنند.

 

 

بویلر فایرتیوب سه پاس: در این نوع بویلر، گازهای داغ حاصل از احتراق سوخت، سه بار از داخل لوله‌های آتش عبور می‌کنند و به این ترتیب، بیشترین میزان گرما را به آب اطراف لوله‌ها انتقال داده و راندمان حرارتی را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهند.

بویلر فایرتیوب چهار پاس: در این نوع بویلر، گازهای داغ حاصل از احتراق سوخت، چهار بار از داخل لوله‌های آتش عبور می‌کنند. این طراحی باعث افزایش قابل توجه راندمان حرارتی و بهره‌وری انرژی می‌شود. در بین دیگ‌های فایر تیوب، دیگ‌های 4 پاس بیشترین راندمان را دارند.

بویلر فایرتیوب کوره برگشتی: در این نوع بویلر، گازهای داغ حاصل از احتراق پس از عبور از کوره، مجدداً به سمت کوره برگشته و سپس وارد لوله‌های آتش می‌شوند. این طراحی باعث افزایش راندمان حرارتی و بهره‌وری انرژی می‌شود.

بویلر واترتیوب

در این نوع بویلر، آب داخل لوله‌ها جریان دارد و گازهای داغ از اطراف لوله‌ها عبور می‌کنند. این دیگ‌ها به واسطه عبور آب و بخار از داخل لوله‌ها برای تولید بخار با فشار بالا استفاده می‌شوند. این در حالی است که دیگ‌های فایرتیوب برای تولید بخار با فشارهای متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دیگ‌ها عموما در صنایع سنگین پالایشگاهی، غذایی، نیروگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در بویلرهای واترتیوب گازهای حاصل از احتراق در دو تا چهار مرحله انرژی خود را به آب منتقل می‌کنند که عبارتند از:

1- محفظه احتراق: در این قسمت عمده انتقال حرارت از طریق مکانیزم تشعشع است.

2- دسته لوله‌ها: پس از عبور محصولات احتراق از محفظه احتراق از روی دسته لوله‌های آب عبور می‌کنند. در این مرحله عمده انتقال حرارت از طریق مکانیزم جابجایی است.

3- سوپرهیتر: در صورتی که بویلر دارای سوپرهیتر باشد، محصولات احتراق قبل از عبور از روی دسته‌لوله‌ها با گذر از روی سوپرهیتر بخار اشباع را به بخار سوپرهیت تبدیل می‌کند.

4- اکونومایزر: در صورتی که بویلر مجهز به اکونومایزر باشد، محصولات احتراق قبل از ورود به داخل دودکش از روی لوله‌های اکونومایزر عبور کرده و انرژی خود را به آب می‌دهد.

اگر به دنبال جزئیات دقیق‌تری درباره بویلر واتر تیوب هستید، حتماً مقاله (معرفی کامل بویلر واترتیوب و تفاوت آن با بویلر فایرتیوب) را بررسی کنید.

مقایسه بویلرهای فایرتویب و واترتیوب

بویلرهای فایرتیوب و واترتیوب دو نوع اصلی بویلرهای صنعتی هستند که تفاوت‌های قابل‌توجهی در طراحی، کاربرد و عملکرد دارند. در ادامه با جزئیات بیشتری از تفاوت‌ها و ویژگی‌های این دو نوع بویلر آشنا می‌شویم.

ساختار و طراحی: در بویلرهای فایرتیوب، گازهای داغ از داخل لوله‌ها عبور کرده و آب اطراف لوله‌ها گرم می‌شود، در حالی که در بویلرهای واترتیوب، آب داخل لوله‌ها جریان دارد و گازهای داغ از اطراف آن‌ها عبور می‌کنند.

راندمان و ظرفیت: بویلرهای فایرتیوب راندمان کمتری دارند و برای ظرفیت‌های کوچک‌تر مناسب‌اند، اما واترتیوب‌ها راندمان بالاتری داشته و برای ظرفیت‌های بزرگ‌تر و فشارهای بالا طراحی شده‌اند.

کاربرد: فایرتیوب‌ها بیشتر در صنایع کوچک مانند گرمایش ساختمان‌ها و صنایع غذایی استفاده می‌شوند، اما واترتیوب‌ها برای صنایع سنگین مانند نیروگاه‌ها و پالایشگاه‌ها به کار می‌روند.

هزینه و پیچیدگی: فایرتیوب‌ها هزینه اولیه و تعمیر کمتری دارند و نصب آن‌ها ساده‌تر است، در حالی که واترتیوب‌ها گران‌تر بوده و به دلیل ساختار پیچیده‌تر، نگهداری دشوارتری دارند.

ایمنی: فایرتیوب‌ها به دلیل فشار بالای داخلی خطر انفجار بیشتری دارند، اما واترتیوب‌ها با طراحی مناسب، ایمنی بیشتری ارائه می‌دهند.

زمان راه‌اندازی: فایرتیوب‌ها زمان راه‌اندازی کوتاه‌تری دارند، اما واترتیوب‌ها با وجود زمان بیشتر برای آماده‌سازی، پایداری حرارتی بیشتری در بلندمدت دارند.

بویلر چگالشی

این بویلر یک نوع پیشرفته از بویلرهای صنعتی است که با استفاده از تکنولوژی خاصی، راندمان بسیار بالاتری نسبت به بویلرهای معمولی دارد. این افزایش راندمان به دلیل بازیابی گرمای نهان بخار موجود در گازهای خروجی بویلر است. در دیگ‌های چگالشی، سطح انتقال حرارت به گونه‌ای طراحی شده است که می‌تواند بخار آب موجود در گازهای حاصل از احتراق را تقطیر و به مایع تبدیل کند. در این فرایند، گرمای نهان بخار آب آزاد شده و به آب داخل بویلر منتقل می‌شود. به این ترتیب، بیشترین مقدار ممکن از انرژی حرارتی سوخت به آب منتقل شده و راندمان بویلر به شدت افزایش می‌یابد. از نظر ساختار این دیگ‌های می‌توانند ساختار فایرتیوب یا واترتیوب داشته باشند.

بویلرهای صنعتی از جمله فایرتیوب یا واترتیوب بسته به سیال عامل و فاز سیال خروجی به بویلرهای آب گرم، بویلرهای بخار و بویلرهای روغن داغ تقسیم بندی می‌شوند.

1- بویلر آب گرم

بویلر آبگرم برای تولید آب گرم در سیستم‌های گرمایش مرکزی ساختمان‌ها و صنایع مختلف به کار می‌رود. این بویلرها معمولاً برای تولید آب گرم در دماهای متوسط به کار می‌روند و می‌توانند در سیستم‌های مختلف از جمله خانگی، تجاری و صنعتی استفاده شوند.

2- بویلر بخار

بویلر بخار برای تولید بخار آب به کار می‌رود و به عنوان یکی از اصلی‌ترین تجهیزات در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی، کاغذ، شیمیایی، نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد. بخار تولید شده می‌تواند برای انتقال حرارت، تولید برق یا استفاده در فرآیندهای شیمیایی مختلف استفاده شود.

3- بویلر روغن داغ

بویلر روغن داغ یکی دیگر از انواع بویلرهای صنعتی است که به جای استفاده از آب ، از روغن به‌عنوان سیال انتقال حرارت استفاده می‌شود. از روغن به دلیل نقطه جوش بالا، برای انتقال حرارت در دماهای بالا (تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد و بیشتر) استفاده می‌شود. این بویلرها در صنایعی که نیاز به حرارت بالا دارند بسیار کاربردی هستند.

برای آشنایی بیشتر با بویلر روغن داغ، می‌توانید مقاله (معرفی کامل بویلر روغن داغ؛ بررسی اجزاء و مزایای صنعتی آن) را مطالعه کنید.

اجزای اصلی یک بویلر

بویلرهای صنعتی از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که هر کدام نقش مهمی در عملکرد آن دارند. در ادامه به بررسی برخی از مهمترین اجزای یک بویلر پرداخته می‌شود:

1- کوره (Furnace)

قسمت اصلی بویلر است و در آن گرمای زیادی به واسطه سوزاندن سوخت تولید می‌شود‌. طراحی کوره بر اساس نوع سوخت و ظرفیت بویلر متفاوت است.در این قسمت از بویلر‌، هوا و سوخت با نسبت مناسب مخلوط شده و مشتعل می‌شوند. در کوره مکانیزم انتقال حرارت به صورت تشعشعی است.

2- مخزن دیگ (Boiler Drum)

در دیگ‌های فایرتیوب مخزن دیگ حاوی آب است که محفظه احتراق و لوله‌های آتش را در بر می‌گیرد. دیگ‌های واترتیوب دارای دو یا چندین مخزن هستند که محل جمع آوری آب و بخار است. معمولاً بزرگترین قسمت بویلر است.

3- لوله‌های آتش (Fire Tubes)

لوله‌هایی هستند که گازهای داغ حاصل از احتراق از درون آن‌ها عبور کرده و گرمای خود را به آب منتقل می‌کنند. این لوله‌ها در بویلرهای لوله آتشین کاربرد داشته و آب اطراف لوله‌ها قرار دارد.

4- لوله‌های آب (Water Tubes)

لوله‌هایی هستند که آب در داخل آن‌ها جریان دارد و گازهای داغ از اطراف لوله‌ها عبور می‌کنند. این لوله‌ها در بویلرهای واترتیوب کاربرد دارد و محصولات احتراق این لوله‌ها را احاطه می‌کند.

5- اکونومایزر (Economizer)

دستگاهی است که آب تغذیه بویلر را با استفاده از گرمای گازهای خروجی دودکش پیش گرم می‌کند. با استفاده از اکونومایزر، راندمان بویلر افزایش می‌یابد.