دیگ بخار واترتیوب چگونه کار می کند؟ | انواع دیگ های بخار واترتیوب

دیگ بخار واترتیوب چیست؟

دیگ بخار لوله ای (واترتیوب) نوعی دیگ است که در آن آب در داخل لوله ها جریان دارد در حالی که لوله ها توسط گازهای دودکش داغ احاطه شده اند. دیگ لوله آب نسبت به دیگ فایر تیوب سرعت تولید بخار بالایی دارد. این به دلیل تنش حلقه (فشار فشاری مماسی بر روی لوله) است.

این نوع دیگ دارای کوره، لوله های آب، اکونومایزر، پمپ تغذیه، پوسته، سوپرهیتر و اواپراتور همرفتی می باشد.

برای سوزاندن سوخت از کوره استفاده می کند. گرمای تولید شده در اثر سوختن سوخت برای گرم کردن گازهای لوله بخار استفاده می شود. همانطور که گازهای لوله بخار گرما می گیرند، گرمای خود را بیشتر به آب منتقل می کنند که به بخار تبدیل می شود.

دیگ های واترتیوب دارای اکونومایزر برای پیش گرم کردن آب هستند. این فرآیند پیش گرم کردن آب برای افزایش راندمان دیگ استفاده می شود.

هدف اصلی دیگ واترتیوب تولید بخار با فشار بالا است که دیگ فایرتیوب نمی تواند به دست آید. بنابراین از این دیگ ها برای نیروگاه های دریایی، نیروگاه های بزرگ، کارخانه های نساجی، صنایع شیمیایی و کارخانه های قند استفاده می شود.

کار دیگ واترتیوب

دیگ واترتیوب بر اساس گردش طبیعی کار می کند:
1. دارام پایینی
2. درام بالایی یا درام بخار
درام بالا و پایین از طریق دو لوله به هم متصل می شوند:
1. لوله رایزر
1. لوله نزولی

گردش طبیعی

گردش و جریان آب در بویلرهای گردش طبیعی، ناشی از متفاوت بودن چگالی آب است. این تفاوت چگالی به دلیل گرم شدن آب به وقوع می‌پیوندد. در بویلرهای بخار گردش طبیعی، سیال مورد نظر فرایند جابه‌جایی را طی می‌کند.

اول از همه، یک پمپ تغذیه برای پمپاژ آب به لوله های اواپراتور دیگ استفاده می شود.
سوخت جامد (یعنی زغال سنگ) روی رنده کوره قرار می گیرد. هنگامی که فرآیند احتراق سوخت شروع می شود، گرما تولید می شود که به گازهای لوله منتقل می شود.

هنگامی که گازهای لوله گرما می گیرند، شروع به جریان در خارج از لوله های اواپراتور می کنند. گازهای لوله داغ تولید شده گرمای خود را به آب منتقل می کنند و آب به بخار تبدیل می شود. با توجه به این فرآیند انتقال حرارت، دمای آب افزایش می‌یابد که غلظت آب نیز افزایش می‌یابد. به این ترتیب غلظت آب بیشتر از غلظت بخار تولید شده خواهد بود.

پس از تولید بخار در لوله اواپراتور، مخلوط آب و بخار به داخل بخار یا درام بالایی فرستاده می شود.
به دلیل اختلاف غلظت، آب و بخار در درام بخار از هم جدا می شوند.

همانطور که قبلا ذکر شد، بخار غلظت کمتری نسبت به آب دارد. آب به سمت پایین جریان می یابد در حالی که بخار به سمت بالا جریان می یابد.
پس از جداسازی بخار و آب داغ، آب داغ از طریق یک لوله نزولی به درون درام پایینی  جریان می یابد.

این آب گرم از طریق یک لوله بالابر و با استفاده از فرآیند گردش طبیعی از درام پایینی به درام بالایی منتقل می شود.

هنگامی که دیگ بخار بخار اضافی تولید می کند، نیروی داخل درام افزایش می یابد و مقدار آب عرضه شده به درام کاهش می یابد که باعث کاهش جریان بخار می شود. به طور مشابه، هنگامی که نرخ تولید بخار کاهش می یابد، نیروی داخل دیگ لوله آب کاهش می یابد و مقدار آب دریافتی افزایش می یابد. به همین دلیل نرخ تولید افزایش می یابد. به این ترتیب بویلرهای لوله آب میزان تولید بخار را کنترل می کنند.

انواع بویلرهای واتر تیوب(دیگ لوله آب)

انواع بویلرهای واترتیوب(دیگ لوله آب) در زیر آورده شده است:

1. دیگ بومادران
2. دیگ لوفلر
3.دیگ عمودی ساده
4. دیگ لامونت
5. دیگ استرلینگ
6. دیگ بنسون
7. دیگ های بابکوک و ویلکاکس

1) دیگ عمودی ساده

بویلر عمودی ساده رایج ترین نوع دیگ لوله آب است. این دیگ با توجه به موقعیت دارای محور جهت عمودی می باشد. دارای دودکش، شیر ایمنی، شیر توقف بخار، فشارسنج، منهول، فضای بخار، پوسته استوانه ای، گیج آب، دوشاخه قابل ذوب، سوراخ دستی، جعبه متقاطع، جعبه آتش، سوراخ آتش، شیر چک خوراک، رنده و گودال خاکستر است.

دیگ عمودی دارای یک سوراخ آتش است که برای قرار دادن سوخت روی بزرگ استفاده می شود. همانطور که سوخت می سوزد، گازهای داغ تولید می شود که برای تبدیل آب به بخار استفاده می شود.

یک خاکستر درست در زیر رنده نصب شده است. از این خاکستر برای جمع آوری خاکستر سوخت سوخته استفاده می شود. دیگ بخار دارای دودکشی نیز می باشد که برای از بین بردن گازهای بلااستفاده و دود استفاده می شود. این دیگ در حالت عمودی نصب می شود. پوسته دیگ بخار به بستر کوره متصل می شود. ارتفاع آن 2 متر و قطر آن 1.25 متر است.

این نوع دیگ‌های لوله آب در جرثقیل‌های بخار، بیل‌های بخار، تراکتورهای بخار، موتورهای بخار راه‌آهن و کامیون‌های بخار استفاده می‌شوند.

2) دیگ استرلینگ

دیگ بخار استرلینگ یک دیگ بخار خارجی، لوله خم شده و دیگ لوله آب ثابت است. این یکی از کارآمدترین دیگ های بخار است. ظرفیت تولید بخار تا 50000 کیلوگرم در ساعت و فشار بخار تا 60 بار را دارد. بویلر استرلینگ از 60 تا 80 درصد راندمان دارد. در سال 1888، آلن استرلینگ اولین دیگ بخار استرلینگ را اختراع کرد.

دیگ استرلینگ برای تولید بخار در یک نیروگاه ثابت زمینی بزرگ استفاده می کند. دارای 2 درام گلی یا پایینی در حالی که 3 طبل بخار یا بالایی دارد.

3) دیگ بخار بابکوک ویلکاکس

دیگ بخار بابکوک و ویلکاکس یک دیگ بخار با سوخت خارجی، سوخت جامد، فشار بالا، ثابت، چند لوله ای، گردش طبیعی، بادکش طبیعی، دیگ لوله آب با محور درام افقی است. در سال 1967، جورج هرمان بابکاک و استفان ویلکاکس دیگ بخار بابک و ویلکاکس را اختراع کردند.

این نوع دیگ لوله آب ظرفیت تولید فشار بخار تا 20 بار را دارد. میزان تولید بخار دیگ بابکوک و ویلکاکس تا 20 تن در ساعت می باشد.

یکی از مزایای بزرگ دیگ بابکوک و ویلکاکس این است که راندمان کلی بسیار بالایی دارد. تمیز کردن، تعمیر و تعویض لوله ها بسیار آسان است.
عیب اصلی این دیگ این است که برای آب رسوبی و ناخالص مناسب نیست. همچنین هزینه نگهداری بسیار بالایی دارد.

4) دیگ بنسون

این دیگ بخار فوق بحرانی، بدون درام و فشار بالا است. مارک بنسون در سال 1922 دیگ بنسون را طراحی کرد. طبل ندارد.

این یک دیگ فوق بحرانی است که آب تغذیه را تا فشار فوق بحرانی فشرده می کند. این فشرده سازی آب باعث توقف ایجاد حباب در سطح لوله های آب می شود. تحت فشار فوق بحرانی، آب و بخار چگالی یکسانی دارند به طوری که هیچ حبابی ایجاد نمی شود.

مزیت اصلی دیگ بنسون این است که 20 درصد وزن کمتری نسبت به سایر دیگ های لوله آب دارد زیرا درام ندارد. همچنین فضای کمتری را برای نصب می‌گیرد. راندمان حرارتی این دیگ تا 90 درصد می باشد.

5) دیگ لامونت

در سال 1925، والتر داگلاس لامونت اولین دیگ بخار لامونت را طراحی کرد. به دلیل نام مخترعش به دیگ لامونت معروف است. این نوع دیگ لوله آب قابلیت تولید بخار تا 5000 کیلوگرم در ساعت و فشار بخار بیش از 150 بار را دارد.

این نوع دیگ بخار یک دیگ اجباری سیرکولاتور داخلی است. طراحی انعطاف پذیری دارد. از یک پمپ گریز از مرکز برای فشار دادن آب به داخل کوره استفاده می کند.

مزیت اصلی این دیگ این است که عملکرد و طراحی بسیار ساده ای دارد. در شروع اولیه مشکلی وجود ندارد.
عیب این دیگ ایجاد حباب در سطح لوله است که باعث کاهش سرعت تولید بخار می شود.

5) دیگ لوفلر

این یک دیگ بخار داخلی با گردش اجباری است. بویلر لوفلر ظرفیت تولید بخار از 90 تا 100 تن در ساعت و فشار بخار تا 100 بار را دارد.

قطعات اصلی دیگ لوفلر عبارتند از: درام تبخیر، سوپرهیتر تابشی، پمپ گریز از مرکز، نازل اختلاط و سوپرهیتر همرفتی.

مزیت عمده دیگ لوفلر این است که قابلیت استفاده از آب شور برای تولید بخار را دارد. عیب اصلی این دیگ وجود رسوب و نمک در سطح داخلی لوله است. این رسوب و نمک ته نشین شده فرآیند انتقال حرارت را کاهش می دهد به این دلیل که میزان تولید بخار کاهش می یابد.