انواع دیگ بخار چیست؟ آشنایی با انواع دیگ بخار معمولی
آیا تا به حال نام دیگ بخار را شنیده‌اید؟ آیا می‌دانستید برای تولید بخار از محفظه‌ای به نام دیگ بخار استفاده می‌شود؟ بسیاری از تجهیزات و فرایندهای مختلف برای تولید انرژی به بخار احتیاج دارند که این جریان با وسیله‌ای صنعتی به نام انواع دیگ بخار امکان‌پذیر می‌شود.
دیگ بخار یکی از عوامل سازنده در سیر تحول انقلاب صنعتی در دنیا بود. که توسط شخصی به نام جیمز وات اختراع شد. اختراع دیگ بخار از این جهت اهمیت دارد که دیگر برای به کار گرفتن نیروی انسانی، انرژی باد یا آب به عنوان منبع تغذیه مورد استفاده در تجهیزات و امور مختلف، ضرورتی وجود نداشت. در واقع با استفاده از دیگ بخار، تولید بخار به عنوان منبع تأمین انرژی اهمیت بسیاری پیدا کرد.
دیگ بخار چیست؟
دیگ بخار در اصطلاح انگلیسی بویلر نام دارد. انواع دیگ بخار به شکل محفظه‌ای استوانه‌ای در دو حالت افقی و عمودی طراحی می‌شوند. کارکرد دیگ بخار بسیار ساده بوده. و برای تولید بخار از آن استفاده می‌شود. آب و حرارت در دیگ بخار طی عملکردی ترکیبی با یکدیگر ادغام شده و تحت فشاری مشخص برای مصارف مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. تولیدکنندگان دیگ بخار از تکنولوژی روز برای ساخت تجهیزات مقرون‌به‌صرفه اقتصادی و سازگار با محیط‌زیست بهره می‌گیرند.
دیگ بخار چه کاربردهایی دارد؟
شما احتمالاً با عملکرد سنتی و رایج دیگ بخار در محیط‌های صنعتی و مسکونی آشنا هستید. دیگ‌های بخار از تجهیزات ضروری در مکان‌های مختلف مسکونی، تجاری و صنعتی هستند. تولید گرما در ساختمان‌های مسکونی از رایج‌ترین کاربردهای دیگ بخار است. در واقع انواع دیگ بخار چه از نوع صنعتی یا مسکونی، به عنوان مکانیزم گرمایش مرکزی برای یک خانه، تأسیسات تجاری، بیمارستان، مجتمع‌های بزرگ و… عمل می‌کند. دیگ‌های بخار با عملکرد ساده خود، فرایند احتراق مهارکننده و تولید حرارت ایجاد می‌کنند.
یکی دیگر از کاربردهای دیگ بخار، تولید انرژی است. به طور کلی در ساختار هر فعالیت و مکانی که نحوه کارکرد آن به بخار و انرژی مرتبط باشد. از دیگ بخار برای دست‌یابی به نتیجه بهتر استفاده می‌شود. به عنوان مثال در مراکزی مانند مرغداری یا مکان‌های مربوط به پرورش قارچ از تولید بخار برای ایجاد رطوبت استفاده می‌شود. همچنین برای فعالیت‌هایی که حرارت نباید به صورت مستقیم اعمال شود. استفاده از دیگ بخار بهترین گزینه است.
یکی از رایج‌ترین شکل‌های استفاده از دیگ بخار در مکان‌هایی مانند کارواش و مراکز تعمیر خودرو است. از دیگر مصارف دیگ بخار می‌توان به شستشوی نمای ساختمان‌ها، استریلیزه کردن، بسته‌بندی مواد غذایی، شستشوی مبلمان، شستشوی مخازن CNG و… اشاره کرد.
عملکرد انواع دیگ بخار
سیستم انواع دیگ بخار برای شروع فرایند احتراق به مشعل متکی است. سپس گرما به صورت بخار یا آب گرم با استفاده از پمپ، رادیاتور یا مبدل‌های حرارتی از طریق سیستم حرکت می‌کند. همان‌طور که اشاره کردیم آبی که در مخزن دیگ بخار ذخیره شده به وسیله منابع طبیعی گرم می‌شود. در ساختار انواع دیگ بخار یک مخزن گنبدی شکل وجود دارد که در آن بخار حاصل از فرایند تبدیل آب به بخار، جمع می‌شود.
برای خروج بخار از این محفظه، نیاز به سطح بالایی از فشار بر بخار جمع شده در این مخزن است. با افزایش سطح فشار، بخار نیز به ارتفاع بالاتری رفته و در نهایت از مخزن خارج می‌شود.
از این نکته آگاه شدیم که دیگ بخار برای فرایند احتراق به روشنایی مشعل نیاز دارد. در این جریان بخار به کمک روشنایی مشعل و توسط چندین رادیاتور حرکت می‌کند. و با توجه به کاربرد دیگ بخار مصرف می‌شود. توجه داشته باشید که با خاموش شدن مشعل، بخار به آب تبدیل می‌شود و با بازگشت به دیگ بخار در انتظار روشنایی مجدد مشعل باقی می‌ماند.
مشعل دیگ بخار یا همان منبع تغذیه نیاز به یک پمپ الکتریکی دارد که این پمپ با توجه به کاربرد انواع دیگ بخار از نوع گازی، انرژی برق، گازوئیل، انرژی الکتریکی و… خواهد بود.
بدنه انواع دیگ بخار توسط متریال مختلفی مانند فولاد یا پشم شیشه عایق‌بندی می‌شود. یکی از نکات مهم در ساخت دیگ بخار، توجه به مقاومت دستگاه است. انواع دیگ بخار باید به شکلی طراحی و ساخته شوند که در برابر حرارت و واکنش‌های ایجاد شده داخل مخزن، آسیب نبینند.
در دیگ‌های بخار تهویه‌های الکتریکی تعبیه شده که وظیفه هوارسانی را بر عهده دارند. همچنین برای کنترل وضعیت سوخت و میزان هوای اولیه نیز از تجهیزاتی همچون دمپر و بادامک استفاده می‌شود. دیگ بخار و تجهیزات داخلی آن از آلیاژهایی مقاوم ساخته می‌شوند. معمولاً دیگ‌های بخار از جنس فولاد هستند و برای دیگ بخارهایی که تولید بخار با فشار کمتری دارند از چدن استفاده می‌شود.
اجزای اصلی تشکیل‌دهنده دیگ بخار
هر دستگاه خانگی و صنعتی با هر نوع کاربردی از اجزای کوچک و بزرگی تشکیل شده. که مجموعه آن‌ها، عملکرد کلی دستگاه را تعیین می‌کند. انواع دیگ بخار نیز به همین ترتیب است و ما در این محتوا به سه بخش اصلی تشکیل‌دهنده آن می‌پردازیم.
- سیستم آب تغذیه
یکی از مواد لازم برای فرایند تولید بخار در دیگ بخار، آب است که توسط سیستم آب تغذیه تأمین می‌شود. گرمایش اولیه‌ای که توسط این سیستم ایجاد می‌شود، با کاهش انرژی، میزان بازده دستگاه را افزایش می‌دهد. اکونومایزر یکی از بخش‌های سیستم آب تغذیه است که در افزایش راندمان دیگ بخار نقش دارد. اکونومایزر گرمای مورد نیاز خود را از گاز خروجی دریافت کرده و به گرم شدن بخار کمک می‌کند.
- سیستم سوخت
در انواع دیگ بخار تجهیزاتی وجود دارد که بستر مناسبی برای سوخت فراهم می‌کند تا انرژی لازم برای عملکرد بهتر دیگ بخار تأمین شود. تجهیزاتی که در سیستم سوخت استفاده می‌شود به نوع سوخت کاربردی در انواع دیگ بخار بستگی دارد.
- سیستم بخار
سیستم بخار همان‌طور که از نام آن پیداست، وظیفه حرارت دادن به آب را برعهده دارد. در واقع با جریان حرارت دهی به آب بخار لازم از سیستم آب تغذیه تولید می‌شود. بخاری که در انواع دیگ بخار تولید می‌شود باید به شکلی اصولی و منظم کنترل شود که این عمل نیز توسط سیستم بخار انجام می‌شود.
دیگ بخار و روش‌های تولید بخار
دیگ بخار، گرما و حرارت را از منابع سوخت مانند روغن، گاز طبیعی، پروپان، گازوئیل و زغال سنگ به بخار انتقال می‌دهد. این بخار تولید شده نیز برای تولید تجهیزات مختلف و مصارف متنوعی که در این محتوا ذکر کردیم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
دیگ بخار لوله آبی یا واتر تیوب
ضرورت استفاده از دیگ بخار لوله آبی به زمانی برمی‌گردد که قطر زیاد انواع دیگ بخار منجر به بروز حوادث مختلفی مانند انفجارهای عظیم می‌گردید. دیگ‌های بخاری که با فشار بالایی کار می‌کردند نیاز به دیواره‌ای اصولی داشتند تا از کنش‌ها و انبساط داخل دیگ بخار ناشی از فشار جلوگیری شود. تنها راه‌حل برای این مشکل، کاهش قطر محفظه بود که در نهایت منجر به ساخت دیگ بخار لوله آبی یا واتر تیوب شد.
در این نوع دیگ بخار از تعداد زیادی لوله‌های آبی استفاده می‌شود که این موضوع به تولید گرما در سطح وسیع‌تر کمک می‌کند. آبی که داخل لوله‌ها جریان دارد توسط گاز داغی که لوله‌ها را محاصره کرده‌اند، گرم می‌شود. در این روش به دلیل جریان حرارتی قابل توجه، شدت حرکت آب نیز افزایش پیدا کرده و به مراتب انتقال حرارت نیز سرعت بیشتری پیدا خواهد کرد.
بیشترین کاربرد دیگ بخار واتر تیوب به تأمین نیروی برق و تولید گرما منتهی می‌شود. لوله‌های موجود در دیگ بخار واتر تیوب بین چند هدر در بالا و پایین قرار می‌گیرند. این لوله‌ها نسبت به مدل‌های قدیمی که به صورت لوله‌های مستقیم یا با خمیدگی معمولی بودند، تغییر شکل داده‌اند. مدل‌های جدیدتر معمولاً به صورت خمی‌ده با اشکال متنوع ساخته می‌شوند. دیگ بخار واتر تیوب با توجه به محدودیت فشار داخل لوله‌ها، قابلیت طراحی در شکل و اندازه بزرگ را دارد.
هر دستگاه و روشی، مزایا و معایب خاص خود را دارد. در دیگ بخار واتر تیوب سوختی که به عنوان منبع تغذیه مورد استفاده قرار می‌گیرد، متنوع است. این روش قابلیت تولید بخار سوپر هیت را داشته و از حجم خروجی بخار آب زیادی برخوردار است. همچنین کیفیت این خروجی نیز قابل توجه است. خروجی بخار در هر دیگ بخار به نوع، طراحی و ساختار آن بستگی دارد. میزان این خروجی در دیگ بخار واتر تیوب نامحدود بوده اما در دیگ بخار فایر تیوب این خروجی به 20 مگاوات می‌رسد.
از معایب واتر تیوب باید به هزینه تولید و میزان سختی تعمیر آن اشاره کرد. همچنین نصب دیگ بخار واتر تیوب نیاز به مونتاژ دارد و خریدار نمی‌تواند به شکل آماده این دستگاه را نصب کرده و استفاده کند.
دیگ بخار لوله آتشی یا فایر تیوب
در این دیگ بخار نیز تعدادی لوله مشاهده می‌کنیم که برخلاف روش لوله آبی، درون این لوله‌ها گاز جریان دارد. آبی که در اطراف این لوله‌ها وجود دارد توسط جریان گاز گرم شده و در نهایت به بخار تبدیل می‌شود. در هر دو دستگاه و کارکرد انواع دیگ بخار باید به تعداد لوله‌ها توجه داشته باشیم. تعداد اصولی و استاندارد لوله‌ها باعث می‌شود تا فرایند تولید بخار به درستی انجام شده و دستگاه بازده بهتری داشته باشد.
دیگ بخار فایر تیوب برای مصارف مختلف گرمایشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. فشار بخار در دیگ بخار فایر تیوب حدود 20 تا 30 بار است که این مقدار در دیگ بخار واتر تیوب بیشتر است. همچنین گزینه‌های متفاوتی برای سفارشی کردن عملکرد دیگ بخار، افزایش ایمنی و تخصصی کردن آن با توجه به کاربرد نیز امکان‌پذیر است.
در خصوص مزایای فایر تیوب باید به عملکرد ساده و امکان جابجایی آسان آن اشاره کنیم. این نوع از دیگ بخار به صورت آماده به فروش می‌رسد و نیاز به نصب در محل و مونتاژ ندارد. همچنین بازده و کارایی این دستگاه نسبت به هزینه‌ای که برای ساخت صرف می‌شود، بیشتر است.
متأسفانه در دیگ بخار فایر تیوب، سوخت‌های جامد جایی ندارند و استفاده از آن‌ها امکان‌پذیر نخواهد بود. همچنین برخلاف واتر تیوب در این دیگ بخار، تولید بخار سوپر هیت راندمان بالایی ندارد.
دیگ بخار لوله آتشی یا فایر تیوب
در این محتوا به دو دیگ بخار واتر تیوب و فایر تیوب اشاره کردیم و در مورد عملکرد، مزایا و معایب هر کدام توضیحاتی ارائه دادیم. دیگ بخار لوله آتشی خود به مدل‌های مختلفی تقسیم می‌شود که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم.
دیگ بخار لَنکاشیر
این دیگ بخار از انواع دیگ بخار فایر تیوب دارای دو مخزن بزرگ است که عملیات درون این دو محفظه انجام می‌شود. ابتدا جریان گاز داغ از بخش جلویی دیگ بخار حرکت کرده و مسیر خود را به سمت دودکشی که در قسمت پایینی قرار دارد، ادامه می‌دهد.
در مرحله بعد گاز از دودکش خارج شده و با قرار گرفتن در سمت چپ محفظه به سمت بخش پشتی دیگ تغییر مسیر می‌دهد. در نهایت از مسیر اصلی خارج می‌شود. محدوده فشاری که برای این نوع دیگ بخار تخمین زده شده، بین 0/7 تا 2 مگاپاسکال است.
دیگ بخار کورنیش
دیگ بخار کورنیش به لوله‌هایی با محدودیت بالای تحمل فشار، مجهز شده است. در طراحی این دیگ بخار یک دودکش بزرگ و یک سیلندر مشاهده می‌شود که سیلندر به شکل افقی تعبیه شده است. در ساختار دیگ بخار کورنیش با تکرار فرایند تبدیل گاز داغ به آب، بخار تولید می‌شود.
جریان گاز داغ در این دستگاه به محض رسیدن به انتهای دودکش به دو بخش منتهی به دو سوپاپ تقسیم می‌شود. در این فرایند جریان گاز به سمت دودکش اصلی حرکت کرده و در نهایت از دیگ بخار خارج می‌شود.
دسته‌بندی انواع دیگ بخار
به طور کلی انواع دیگ بخار بر اساس حرکت و گردش جریان آب، مسیر عبور آب و گاز «واتر تیوب و فایر تیوب»، کاربرد و نوع مصرف، نحوه قرارگیری، مکان کوره و فشار بخار به دسته‌بندی مختلفی تقسیم می‌شود.
برای تولید بخار در دیگ بخار، آب نقش مهمی ایفا می‌کند. نحوه گردش و حرکت جریان آب در دو حالت گردش طبیعی و گردش اجباری انجام می‌شود. در گردش طبیعی همه چیز حول محور چگالی آب می‌چرخد. در واقع گردش آب در انواع دیگ بخار به چگالی آب ارتباط دارد. در هر نوع دیگ بخار با گرم شدن آب، کیفیت چگالی نیز متفاوت است. در گردش اجباری نیز آب توسط جسمی خارجی یعنی یک پمپ به حرکت درمی‌آید.
دسته‌بندی انواع دیگ بخار بر اساس کاربرد نیز به شرح زیر است:
- دیگ بخار ساکن؛ از این نوع دیگ بخار در نیروگاه‌های برق استفاده می‌شود.
- دیگ بخار با قابلیت جابجایی؛ این نوع دیگ بخار به دلیل اندازه کوچک، قابلیت سهولت در جابجایی دارند. و بیشتر در کارگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- دیگ بخار دریایی
- دیگ بخار لوکوموتیو
نتیجه گیری و جمع بندی
استفاده از بخار در صنایع و فعالیت‌های مختلف، اهمیت بسیاری دارد. بی‌ضرر بودن، بازدهی بالا، ظرفیت بالای حرارتی، قیمت مقرون‌به‌صرفه و… از دیگر مواردی هستند که ضرورت استفاده از دیگ بخار را تعیین می‌کنند.
در هر صنعت و حرفه‌ای برای مصارف مختلف استریلیزه کردن، شستشو، رفع رطوبت، گرمایش و… از نیروی بخار استفاده می‌شود. شما می‌توانید ردپای انواع دیگ بخار را در صنایع نساجی، داروسازی، چرم، پلاستیک‌سازی، تهویه مطبوع، نفت و گاز، بتن‌سازی، ذوب مواد، کاغذسازی و موارد متعدد دیگر پیدا کنید.