دیگ بخار چیست و چه کاربردی دارد؟

بویلر یا دیگ بخار یکی از مهم‌ترین تجهیزات صنعتی به حساب می‌آید. این وسیله با تبدیل انرژی می‌تواند بخار مورد نیاز برای سیستم‌های تاسیساتی و مصارف صنعتی را تولید کند.

در دیگ‌های بخار به وسیله فشار به وجود آمده از سوخت‌های فسیلی، مایعی که درون محفظه استوانه‌ای قرار دارد به وسیله گرما به بخار مایع یا بخار تبدیل می‌شود. ‌دیگ‌های بخار انواع مختلفی دارند و بسته به نوع خود می‌توانند کاربردهای گوناگونی نیز داشته باشند. در این مقاله قصد داریم به طور کامل درباره دیگ بخار ، انواع آن و کاربردهای این وسیله بیشتر صحبت کنیم پس با ما همراه باشید.

دیگ بخار چیست و چگونه کار می‌کند؟

برای تولید بخار در صنایع مختلف، از بویلر یا دیگ بخار استفاده می‌شود. بویلر عبارت است از یک محفظه استوانه‌ای قوی که به وسیله فشار قوی، مایعات را در درون خود نگه می‌دارد. با استفاده از بویلر، انرژی موجود در سوخت فسیلی، به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. بخاری که تحت فشار در بویلر تولید می‌شود، برای موارد مختلفی از جمله صنایع مختلف، استفاده می‌شود. اما باید توجه داشت که کاربرد و نوع دیگ بخار به هم وابسته است. یعنی هر دیگ بخار برای مصارف خاصی طراحی و ساخته می‌شود. در برخی موارد، بویلر به صورت مستقیم و با استفاده از سوخت‌های فسیلی همچون ذغال ‌سنگ، گازوئیل، چوب و احتراق گاز، بخار تولید می‌کند. اما روش‌های دیگری نیز برای تولید بخار توسط بویلر وجود دارد. برای مثال، می‌توان از روش‌های غیر مستقیم، مانند بازیافت حرارت‌های اتلافی در فرایندها، برای تولید بخار استفاده کرد.

انواع دیگ بخار از نظر نحوه عملکرد

دیگ بخار در انواع و مدل‌های مختلفی تولید و روانه بازار می‌شود. در ادامه بیشتر با انواع دیگ بخار و بویلرها آشنا خواهید شد:

بویلر برقی

دیگ‌های بخار برقی از الکتریسیته برای تولید گرما استفاده می‌کنند که یک روش سریع‌تر و اقتصادی‌تر است. علاوه بر این، این سیستم‌ها به دلیل عدم نیاز به سوزش سوخت، سازگار با محیط زیست و تمیز هستند. همچنین، دیگ‌های بخار برقی عمر بلندی دارند و نیاز کمتری به تمیزکاری و نگهداری خواهند داشت. یکی از مسائل مهم در این دیگ‌ها، جلوگیری از تجمع رسوب در مخزن آب است. در کل، دیگ‌های بخار برقی گزینه مناسبی برای خانه‌ها هستند به این دلیل که سیستم‌های گرمایشی سازگار با محیط زیست و هستند و نیازی به نگهداری ندارند. با این حال، قبل از خرید این نوع دیگ‌ها، هزینه‌های عملیاتی را مد نظر قرار دهید.

بویلر گازی

دیگ‌های بخار گازی با استفاده از گاز طبیعی یا پروپان عمل می‌کنند و به طور قابل توجهی بهتر از دیگ‌های بخار استاندارد عمل می‌کنند. سوخت دیگ بخار گازی از یک منبع خارجی از طریق لوله به بویلر منتقل می‌شود که مستقیماً به دیگ بخار متصل است. توزیع حرارت به وسیله دیگ بخار گازی بستگی به پیکربندی آن دارد. دیگ‌های بخار گاز می‌توانند برای استفاده در صنایع و کاربردهای با فشار کم مناسب باشند. در کل، دیگ‌های بخار گازی گزینه‌ای عالی برای خانه‌ها و کسب و کارهایی هستند که نیاز به سیستم گرمایش کارآمد و مقرون به صرفه دارند. با این حال، قبل از نصب دیگ بخار گازی، لازم است هزینه‌های عملیاتی و خطرات احتمالی را در نظر بگیرید.

بویلر فشار کم

دیگ‌های بخار فشار کم، با فشار بین 10 تا 15 psi و دمای 300 درجه فارنهایت (149 درجه سانتیگراد)، بخار را منتقل می‌کنند. استفاده از این نوع دیگ بخار در جاهایی که نیاز به تغییر سریع دما و دمای ثابت است، مناسب است. سرعت تحویل بخار این دستگاه‌ها باعث محبوبیت آنها شده است، زیرا قادرند این عمل را به سرعتی بسیار بالاتر از دستگاه‌های بخار فشار بالا انجام دهند. به طور کلی، دستگاه‌های بخار فشار کم، گزینه‌ای عالی برای صنایعی هستند که نیاز به بخار با فشار کم و دمای ثابت دارند. همچنین، این دستگاه‌ها به لحاظ هزینه عملیاتی نیز مقرون به صرفه هستند.

بویلر فشار بالا

دیگ‌های بخار فشار بالا با تولید فشار زیاد، قادرند تجهیزات و ماشین‌آلات را به کار بیاندازند. نیروی این دیگ‌ها توسط پمپی ایجاد می‌شود که بخار را با فشار بالا به سیستم ارسال می‌کند. برای طبقه ‌بندی یک دیگ بخار به عنوان دیگ بخار فشار بالا، باید توانایی تولید فشار در بازه ۱۵ psi تا ۸۰۰ psi و در دمای بالاتر از ۲۵۰ درجه فارنهایت (۱۲۱ درجه سانتیگراد) را داشته باشد. به منظور ایمنی و کارایی، فشار و دمای دیگ‌های بخار فشار بالا به طور منظم کنترل می‌شوند. بر اساس بار فشار قوی، این دیگ‌ها به دو دسته دسته‌ای و پیوسته طبقه‌بندی می‌شوند که دسته‌ای برای تقاضای کوتاه ‌مدت و پیوسته برای تقاضای بلند مدت استفاده می‌شود.

بویلر روغن

دیگ‌های بخار روغن بر اساس اصول دیگ های بخار گازی عمل می‌کنند. در این دیگ‌ها، روغن به جای گاز در محفظه احتراق مشتعل می‌شود و سوختن روغن، حرارت را به مبدل حرارتی منتقل می‌کند تا آب را گرم کند. با اینکه دیگ‌های بخار روغن گرانتر از دیگ‌های بخار گازی هستند، اما بازده بالایی دارند و عمر مفید آنها نیز دو برابر دیگ.های بخار گازی است. یکی از نگرانی‌های مربوط به دیگ‌های بخار روغن، نیاز به مخزن روغن است که باید به طور منظم پر شود. در کل، دیگ‌های بخار روغن گزینه مناسبی برای خانه‌ها و مشاغلی هستند که به سیستم گرمایشی با بازده بالا و ماندگاری طولانی نیاز دارند و امکان دسترسی به گاز طبیعی را ندارند. با این حال، قبل از نصب دیگ بخار روغن، هزینه‌های عملیاتی و خطرات احتمالی را در نظر بگیرید.

بویلر آب لوله یا واتر تیوب

دیگ‌های بخار آب لوله (واتر تیوب) از طریق لوله‌های دیگ بخار، آب را عبور می‌دهند. در محفظه احتراق، آتش در اطراف قسمت بیرونی لوله‌ها سوزش می‌کند و لوله‌ها را گرم می‌کند تا آب نیز گرم شود. این طراحی دیگ بخار با استفاده از فشار مماسی در لوله‌ها که به آن تنش حلقه معروف است، بخار با فشار بالا تولید می‌کند. فشار مماسی، فشاری است که به محیط لوله‌ها اعمال می‌شود و مانند فشاری است که به نوارهای بشکه چوبی در هنگام پر شدن اعمال می‌شود. انواع مختلفی از دیگ های بخار آب لوله (واتر تیوب) وجود دارد که از زمان توسعه اولین دیگ بخار استفاده شده است، اما به تدریج در طول قرون متمادی تغییر کرده است. دیگ‌های بخار آب لوله مناسب برای کاربردهایی هستند که نیاز به بخار با فشار بالا دارند. با این حال، آنها پیچیده‌تر و گران‌تر از دیگ‌های بخار آب آتش (فایرتیوب) هستند و نیاز به اپراتورها و پرسنل نگهداری ماهرتری دارند.

بویلر آب آتش (فایر تیوب)

در دیگ بخار آب آتش یا فایر تیوب، لوله‌ها بر روی دیگ گرم می‌شوند و آب در اطراف آنها گردش می‌کند. گرمای داخل لوله‌ها توسط گازهای گرم تولید می‌شود و از طریق هدایت حرارتی به آب منتقل می‌شود تا بخار ایجاد شود. دیگ‌های بخار آب آتش، بخار کم فشار تولید می‌کنند. با اضافه کردن یک اکونومایزر، بازده و سیستم بازیابی حرارت این دیگ افزایش می‌یابد. دیگ‌های بخار آب آتش معمولاً برای کاربردهای کوچک تا متوسط مانند گرمایش ساختمان‌ها و فرآیندهای صنعتی با فشار کم استفاده می‌شوند. آنها ساده، قابل اعتماد و نسبتاً ارزان هستند. با این حال، آنها نمی‌توانند به اندازه دیگ‌های بخار آب لوله کارآمد بوده و بخار با فشار بالا تولید نمی‌کنند.

بویلر پوسته‌ای

دیگ‌های بخار پوسته‌ای، ساختاری دارند که در آن سطوح انتقال حرارت درون یک پوسته قرار دارند و این پوسته معمولاً از فولاد ساخته می‌شود. از چندین نوع طرح لوله در این دیگ‌ها استفاده می‌شود و تعداد گذرهای گرما قبل از تخلیه توسط طرح لوله تعیین می‌شود. دیگ‌های بخار پوسته‌ای که به عنوان دیگ های بخار دودکش نیز شناخته می‌شوند، دارای یک مخزن آب بلند با لوله‌های آتش هستند. گرمای کوره یا محفظه احتراق از طریق این لوله‌های آتش عبور کرده و آب را گرم می‌کند. شکل قدیمی‌تر این دیگ‌های بخار، دیگ بخار کورنیش بود که از یک سیلندر بلند با یک دودکش یا لوله بزرگ تشکیل شده بود و گرما یا آتش را در خود نگه می‌داشت. دیگ‌های بخار پوسته‌ای، ساده‌ترین نوع دیگ بخار هستند که تولید بخار را به طور موثر و اقتصادی انجام می‌دهند.

دیگ بخار از چه قسمت‌هایی تشکیل شده است؟

درست است که همه دیگ‌های بخار شبیه هم نیستند و کاربردهای گوناگونی دارند؛‌ اما همه آنها از عناصر اصلی مشترکی مانند اجزای زیر تشکیل شده‌اند:

مشعل

هدف از مشعل، تزریق سوخت و هوا به ناحیه احتراق است. سوخت‌ها مانند نفت، گاز یا زغال سنگ پودری باید به راحتی با هوا مخلوط شوند. برای تنظیم مقدار هوایی که وارد مشعل می‌شود، از دمپرها استفاده می‌شود. یک پروانه هوا را به طور یکنواخت در اطراف مشعل گردش می‌دهد. لوله‌هایی که به آنها اسپاد گفته می‌شود، سوخت را به داخل دیگ بخار تزریق می‌کنند و توسط یک مشعل سوزانده می‌شوند. مشعل یکی از اجزای اصلی دیگ بخار است و در عملکرد صحیح آن نقش کلیدی دارد. مشعل باید به گونه‌ای طراحی و نصب شود که سوخت را به‌طور کامل و کارآمد بسوزاند و در عین حال آلایندگی هوا را به حداقل برساند.

محفظه احتراق

محفظه احتراق، جایی است که سوخت و هوا با یکدیگر واکنش می‌کنند و برای تولید بخار از آن استفاده می‌شود. به همین خاطر باید به طور مناسب عایق‌بندی شده تا از اتلاف گرما از طریق تابش جلوگیری شود. در داخل محفظه احتراق، لوله‌هایی وجود دارند که حاوی آب و بخار هستند و از طریق مشعل و کنترل‌ها از جعبه باز عبور می‌کنند. احتراق کارآمد، بخش اساسی عملیات دیگ بخار است و گرمای تولید شده در محفظه احتراق در سطح بالای دیگ بخار جذب می‌شود.

مبدل حرارتی

یکی از اجزای مهم در سیستم دیگ بخار، مبدل حرارتی است. این مبدل حرارتی قادر است به تبادل گرما بین مایعات بدون امکان اختلاط آنها کمک کند. ساختار این مبدل حرارتی شامل یک لوله مارپیچ بلند است که در سیال مورد گرمایش غوطه ور می‌شود. گاز یا مایع گرم شده از داخل لوله عبور می‌کند و آب اطراف آن را گرم می‌کند. مبدل‌های حرارتی از مواد مختلفی ساخته می‌شوند، اما فولاد ضد زنگ بهترین ماده برای ساخت آنها است. این به دلیل این است که فولاد ضد زنگ دچار خوردگی نمی‌شود و همچنین زنگ نمی‌زند. نقش مبدل حرارتی در عملکرد دیگ بخار بسیار حائز اهمیت است. این مبدل حرارتی به انتقال گرمای کارآمد از محفظه احتراق به آب درون لوله‌های دیگ بخار کمک می‌کند. این عملکرد باعث می‌شود دیگ بخار بتواند بخار را به طور کارآمد و اقتصادی تولید کند.

مخزن انبساط

برای حفظ فشار در دیگ بخار، مخزن انبساط وجود دارد که با ایجاد فضا برای انبساط آب، فشار را جذب و تنظیم می‌کند. این مخزن شامل یک دیافراگم است که به دو قسمت تقسیم می‌شود. یک قسمت از دیافراگم آب را از دیگ بخار دریافت می‌کند و قسمت دیگر توسط یک شیر هوا کنترل می‌شود تا فشار کاهش یابد. شیر هوا تا زمانی که فشار معمولی به دست نیاید، فشار را در قسمت آب اعمال می‌کند.

کنترل دمای بخار

برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد بخار و آسیب به دیگ بخار و سایر تجهیزات، کنترل دمای بخار ضروری است. یکی از روش‌های معمول برای کنترل دما، پاشیدن آب بر روی سوپرهیتر مرحله اول و دوم است. سوپرهیتر وسیله‌ای است که برای افزایش دمای بخار به کار می‌رود. پاشیدن آب بر روی سوپرهیتر باعث کاهش دما می‌شود. روش‌های دیگری نیز برای کنترل دما وجود دارد، مانند استفاده از گردش گاز دودکش، بای پس گاز دودکش یا تغییر زاویه مشعل‌ها. روش ساده‌تر برای کنترل دما، نظارت بر دمای خروجی بخار از دیگ و تغییر موقعیت شیر آب پاش است. کنترل دمای بخار برای حفظ کارایی و ایمنی دیگ بخار و سایر تجهیزات بسیار مهم است.

سوپاپ اطمینان

یکی از مهم‌ترین اقدامات ایمنی برای استفاده از دیگ بخار، استفاده از سوپاپ اطمینان فشار یا شیر اطمینان دیگ بخار است. این سوپاپ به طور خودکار فشار را در دیگ بخار کنترل کرده و از وقوع فاجعه جلوگیری می‌کند. زمانی که فشار به سطح بحرانی می‌رسد، سوپاپ باز می‌شود و زمانی که فشار به حالت عادی باز می‌گردد، سوپاپ بسته می‌شود.

قطع کننده آب کم

استفاده از قطع کننده آب کم (LWC) در دیگ بخار، به منظور جلوگیری از خرابی دیگ بخار در صورت کاهش سطح آب، از اهمیت بالایی برخوردار است. این قطع کننده‌ها به صورت طبیعی در دیگ بخار نصب می‌شوند و با استفاده از یک پروب شناور یا سوئیچ الکتریکی، سطح آب را در دیگ بخار تشخیص می‌دهند. هنگامی که سطح آب از حد مجاز پایین‌تر می‌رود، پروب شناور یا سوئیچ الکتریکی فعال می‌شود و مشعل را خاموش می‌کند یا سوخت را به دیگ بخار قطع می‌کند. این عمل باعث جلوگیری از گرم شدن بیش از حد دیگ بخار و خرابی آن می‌شود. بنابراین، قطع کننده‌های آب کم یک ویژگی ایمنی بسیار مهم برای دیگ‌های بخار هستند و نیاز به بررسی و نگهداری منظم دارند تا از صحت عملکرد آنها اطمینان حاصل شود.

مهم‌ترین کاربردهای دیگ بخار

از آنجایی که دیگ بخار مدل‌های مختلفی در بازار دارد به همین خاطر هر کدام از آنها برای استفاده در صنایع خاصی کاربرد دارند. اما در ادامه مهمترین کاربردهای دیگه بخار را معرفی خواهیم کرد:

• صنایع شیمیایی
• صنایع نوشیدنی
• صنعت چاپ
• صنعت داروسازی
• کارواش بخار
• کارخانه‌های صنعتی
• تعمیرات خودرو
• نظافت ساختمان
• صنعت بلوک ‌زنی
• نماشویی
• میکروب‌ کشی
• پرورش قارچ
• دامداری
• صنعت جدول‌ زنی
• شست‌وشوی مبلمان

توجه داشته باشید که علاوه بر این صنایع، صنایع دیگری وجود دارد که برای تحقق اهداف خود از دیگ‌های بخار استفاده می‌کنند.برای اینکه با انواع دیگ های بخار، بویلر ها و پمپ، کپرسور آشنا شوید نیاز است که مطالعاتی در این زمینه داشته باشید و یا در دوره های آموزشی موسسات و آموزشگاه‌ها شرکت کنید، یکی از بهترین دوره های تربیت کارشناس تجهیزات دوار آموزشگاه فلات قاره است که با یادگیری در این زمینه شما به یک متخصص تجهیزات دوار تبدیل خواهید شد و آسانی می‌توانید به ارگان ها و شرکت های صنعتی قبل از خرید دیگ بخار و بویلر مشاوره دهید.

روش‌های گرم کردن دیگ بخار

دیگ‌های بخار توسط گرمای تولید شده به وسیله احتراق گرم می‌شوند. این گرما به سه روش زیر اتفاق می‌افتد:

تابش

تابش انرژی که توسط همه اجسام و عناصر منتقل می‌شود، یک تبادل مداوم انرژی است که با استفاده از امواج الکترومغناطیسی بین سطوح رخ می‌دهد. در مورد دیگ بخار، لوله‌های درون آن گرمای تابشی را از شعله‌ای که در محفظه احتراق تولید می‌شود، جذب می‌کنند. میزان گرما که ناشی از جذب امواج الکترومغناطیسی است، به میزان جذب آن بستگی دارد.

همرفت

فرآیند همرفت انتقال گرما در داخل مایع یا گاز به معنای تغییر دمای آنها است. این تغییر دما باعث می‌شود که مایع یا گاز گرمتر با مایع یا گاز سردتر مخلوط شود و در نتیجه مایع یا گاز سردتر نیز گرم شود. به عنوان مثال، در یک دیگ بخار، وقتی مایع درون بویلر گرم می‌شود، سبک‌تر و کم چگال‌تر می‌شود و در نتیجه مایعات یا هوای سنگین‌تر و سردتر جایگزین آن می‌شوند. این جایگزینی، فرآیند همرفت را از نو آغاز می‌کند و به تغییر دما در مایعات منجر می‌شود.

هدایت

در فرآیند هدایت، گرما به وسیله تماس فیزیکی از یک سطح به سطح دیگر منتقل می‌شود. این روند در فلزها به خوبی اتفاق می‌افتد، زیرا گرما از طریق جابجایی ذرات فلزی منتقل شده است. به این ترتیب، هنگامی که قسمت بیرونی لوله‌ای که در آن گرما تولید شده، گرم می‌شود، گرما از داخل لوله به آب سرد درون لوله منتقل خواهد شد. این فرآیند به وسیله بویلرها در حالت عادی اجرا می‌شود.

سخن پایانی

در این مقاله به طور کامل درباره دیگ بخار، انواع آن و کاربردهای مختلف در صنایع صحبت کردیم. این محصول که با نام بویلر نیز شهرت دارد، به خاطر ایجاد بخار فشار قوی می‌تواند در مصارف مختلف کارایی خود را نشان دهد. دیگ‌های بخار به وسیله فولاد ساخته شده‌اند و به همین خاطر مقاومت بسیار زیادی دارند. اما اگر قصد آشنایی بیشتر و کامل‌تر با بویلر یا دیگ بخار را دارید؛ می‌توانید در دوره آموزشی مجتمع فنی فلات قاره شرکت کنید. با گذراندن دوره آشنایی با دیگ بخار تمام جزئیات و آنچه را که نیاز دارید از این دستگاه بدانید را خواهید آموخت و پس از پایان دوره به شما مدرک معتبری اعطا می‌شود.