دیگ بخار چیست و چه کاربردی دارد ؟ بررسی اجزای کامل

دیگ بخار دستگاهی است که با استفاده از حرارت آب را به بخار تبدیل می کند. دیگ های بخار می توانند بخار آب را در دما و فشار های متفاوتی تولید نماید. از این بخار در صنایع مختلف به منظور گرمایش، تولید برق یا مصارف دیگر استفاده می شود.

اجزای اصلی دیگ بخار چیست؟

دیگ بخار از اجزای مختلفی تشکیل شده که هر کدام از این اجزا وظایف خاص خود را دارند. در ادامه به بررسی هر یک از اجزای دیگ بخار به صورت جداگانه پرداخته شده است.

• مخزن آب :

مخزن آب در پایین ترین قسمت دیگ بخار قرار داد که از طریق لوله هایی به بخش ها دیگر متصل است. در این قسمت آبی که قرار است به بخار تبدیل شود قرار می گیرد.

• مشعل :

این قسمت وظیفه تولید حرارت و تامین انرژی مورد نیاز دیگ بخار برای تبدیل آب به بخار را بر عهده دارد. در این قسمت سوخت مشتعل شده و حرارت تولید می کند. سوخت این بخش می تواند از مواد مختلفی نظیر گاز، گازوئیل، ذغال سنگ یا برق تامین شود.

• لوله های انتقال حرارت :

لوله های انتقال حرارت وظیفه انتقال حرارت تولید شده از مشعل به آب را بر عهده دارند.

• مخزن بخار

مخزن بخار در بالاترین قسمت دیگ بخار قرار دارد. در این مخزن، بخار آب تولید شده قرار می گیرد.

• سیستم کنترل و ایمنی

قطعاتی نظیر ترموستات، شیرهای اطمینان و فشارسنج از جمله اجزای سیستم کنترل و ایمنی به شمار می روند. این سیستم به منظور کنترل فشار و دمای بخار آب و جلوگیری از بروز خطرات مختلف طراحی شده است.

نحوه عملکرد دیگ بخار چگونه است ؟

در دیگ بخار ابتدا آب توسط پمپ به مخزن آب در دیگ بخار انتقال داده می شود. مشعل با سوزاندن مواد سوختی حرارت تولید می کند. حرارت تولید شده از طریق لوله های حرارتی به آب درون مخزن انتقال پیدا می کند. دمای آب درون مخزن با جذب حرارت از طریق لوله های حرارتی افزایش یافته و در نهایت به بخار تبدیل می شود. دیگ بخار می تواند از طریق سیستم کنترل، دما و فشار بخار آب را کنترل و تنظیم نماید. بخار حاصل از این فرایند در مخزن بخار جمع شده و از طریق لوله هایی به سایر بخش ها انتقال پیدا می کند. از این بخار برای تامین انرژی حرارتی یا حرکت توربین ها به منظور تولید انرژی برق استفاده می شود.

انواع دیگ‌ بخار

همانطور که گفته شد صنایع مختلفی از دیگ بخار استفاده می کنند. البته این موضوع به این معنا نیست که تمامی صنایع از یک نوع دیگ بخار استفاده می کنند. صنایع مختلف با توجه به شرایط محیط کار، فضایی که در اختیار دارند، میزان بخار آب داغی که نیاز دارند و حتی دما و فشار بخاری که استفاده می کنند به انواع مختلفی از دیگ های بخار نیاز دارند. دیگ های بخار را می تواند به روش های مختلف دسته بندی و بررسی نمود. در ادامه به معرفی انواع دیگ بخار براساس دسته بندی های مختلف پرداخته خواهد شد.

انواع دیگ بخار بر اساس ساختار

دیگ ها بخار براساس ساختار به دو دسته کلی لوله آتش و لوله آب تقسیم می شوند. این نوع از تقسیم بندی دیگ های بخار را می توان مهمترین نوع دسته بندی دیگ های بخار دانست؛ زیرا سبب ایجاد تفاوت های اساسی در سرعت تولید بخار، ظرفیت، راندمان و ایمنی دستگاه می شود.

دیگ بخار لوله آتش که با نام فایر تیوب نیز شناخته می شود، بسیار ساز و کار ساده ای دارد. در این نوع از دیگ های بخار، گاز داغ حاصل از سوختن مشعل در لوله ها جریان پیدا می کند و آب در اطراف لوله های قرار دارد. تبادل حرارت میان گاز داغ موجود در لوله های انتقال حرارت و آب موجود در مخزن سبب افزایش دمای آب درون مخزن و بخار شدن آن می شود. این نوع از دیگ بخار به علت ساختار ساده ای که دارد، اغلب بسیار مورد توجه کارفرمایان قرار می گیرد. البته دیگ بخار لوله آتش به علت محدودیت هایی که دارد برای تولید بخار در فشار های بسیار بالا و یا تامین نیاز صنایع بزرگ قابل استفاده نیست. اما اغلب صنایع کوچک یا متوسط به علت هزینه های پایین تعمیر و نگهداری و نصب و راه اندازی آسان از این نوع از دیگ بخار استفاده می کنند.

انواع دیگ بخار بر اساس فشار کاری

دیگ های بخار را می توان براساس فشار کاری نیز تقسیم بندی نمود. این دستگاه براساس فشار کاری به سه دسته فشار پایین، فشار متوسط و فشار بالا تقسیم می شود. لازم به ذکر است هرچه دیگ بخار در فشار بالاتری کار کند نیاز به بدنه و ساختار مقاوم تر و استانداردهای ایمنی بالاتری است. بنابراین این پارامتر در تعیین قیمت دیگ بخار نیز تاثیر گذار است. البته فشار بخار روی موارد دیگری نظیرمیزان مصرف انرژی و سرعت انتقال حرارت نیز اثرگذار می باشد.

دیگ های بخار فشار پایین معمولا ساختار ساده تری دارند و به همین علت نصب و راه اندازی ساده تری داشته و تعمیر و نگهداری آن ها نیز با هزینه کمتری انجام خواهد شد. البته این دیگ بخار به علت محدودیت فشار بخار، تنها در صنایع کوچک، خشکشویی ها و واحد های خدماتی کوچک قابل استفاده است. اغلب از این دیگ بخار برای گرمایش استفاده می شود.

دیگ های بخار فشار متوسط به نسبت دیگ های فشار پایین ساختار پیچیده تری دارند. به همین علت هزینه های نصب، راه اندازی، تعمیر و نگهداری آن ها بیشتر است. البته این نوع از دیگ بخار به علت راندمان مناسبی که دارد، توانسته توازن خوبی میان هزینه و کارایی ایجاد کند. به همین علت از جمله دیگ های بخار پر طرفدار در میان صنایع  مختلف نظیر نساجی ها، صنایع غذایی و واحد های فرآوری می باشد.

دیگ های بخار فشار بالا بهترین گزینه برای صنایع بزرگ نظیر نیروگاه ها، صنایع پتروشیمی و صنایع فولاد هستند. این دیگ ها می توانند بالاترین دما و فشار بخار را تامین کنند. این موضوع سبب شده که مسئله ایمنی و مقاومت بدنه در این نوع از دیگ های بخار از اهمیت ویژه ای برخوردار باشد. معمولا این دستگاه ها هزینه های تعمیر و نگهداری بسیار بالایی نیز دارند؛ اما این هزینه در برابر کارایی آن ها در خط تولید قابل مقایسه نیست.

انواع دیگ بخار بر اساس نوع سوخت

نوع سوخت دیگ های بخار تاثیر بسزایی در طراحی مشعل و تجهیزات جانبی، میزان آلایندگی و حتی راندمان دارد. بنابراین انتخاب نوع سوخت دیگ بخار نه تنها روی هزینه دیگ بخار اثرگذار است؛ بلکه روی طراحی ساختار آن نیز موثر می باشد. امروزه دیگ های بخار می توانند از سوخت های مختلفی نظیر گاز، گازوئیل، برق و یا ترکیبی از چند سوخت استفاده کنند. این قابلیت این امکان را برای صنایع مختلف فراهم کرده که بتوانند برحسب میزان دسترسی به انرژی و ملاحظات زیست محیطی نوع سوخت مورد نظر خود را انتخاب کنند.

• دیگ بخار گاز سوز

دیگ های بخار گازسوز از گاز طبیعی یا گاز شهری به عنوان سوخت استفاده می کنند. این نوع از دیگ های بخار معمولا میزان آلایندگی، دوده و رسوبات کمتری دارند. به علاوه می توان مشعل دیگ بخار را راحت تر تنظیم کرد. به همین دلیل این دستگاه راندمان بالایی دارد. البته این دیگ بخار نیازمند اتصال مداوم و پایدار به گاز می باشد.

• دیگ بخار گازوئیل سوز

دیگ بخار گازوئیل سوز برای تامین حرارت از گازوئیل استفاده می کند. معمولا این نوع از دیگ بخار در مناطقی کاربرد دارد که به گاز شهری پایدار دسترسی ندارند. اگر چه گازوئیل در مقایسه با گاز، سوخت گرانقیمت تری است و آلایندگی، دوده و رسوبات بیشتری دارد؛ اما این مزیت را دارد که میتوان آن را برای مدت زمان محدودی در انبار نگهداری کرد و از دردسرهای ناپایداری شبکه گاز در امان بود.

• دیگ بخار دوگانه سوز (گاز و گازوئیل)

این نوع از دیگ های بخار انعطاف زیادی را برای صاحبان کسب و کار ایجاد می کند. در این نوع، دیگ بخار می تواند در شرایطی که شبکه گاز قطع شده باشد یا به هر دلیلی گاز در دسترس نباشد؛ از گازوئیل به عنوان سوخت استفاده کند. در واقع مشعل این دیگ بخار با هر دو نوع سوخت امکان اشتعال دارد. این نوع از دیگ بخار اغلب برای صنایعی قابل استفاده است که خاموش شدن دیگ بخار و توقف خط تولید برای آن ها هزینه بالایی دارد. اگر چه این نوع از دیگ بخار هزینه اولیه گزافی دارد اما می تواند از خسارت های ناشی از قطعی گاز جلوگیری نماید.

• دیگ بخار برقی

دیگ بخار برقی از جمله پاک ترین دیگ های بخار موجود در بازار است. در این نوع از دیگ بخار برای سوخت به جای استفاده از سوخت های فسیلی از انرژی برق استفاده می شود. نحوه عملکرد این دستگاه به این صورت است که با استفاده از انرژی برق المنت ها داغ شده و دمای آب را افزایش می دهند تا آب بخار شود. از آنجایی که این دستگاه مصرف برق بالایی دارد؛ معمولا از آن در صنایع کوچک یا متوسط استفاده می شود.

• انواع دیگ بخار بر اساس نحوه نصب

دیگ های بخار بر اساس نحوه نصب به دو دسته اصلی ایستاده و افقی تقسیم می شوند. اگرچه به نظر می رسد این دسته بندی چندان اهمیتی ندارد. اما باید گفت عوامل متعددی نظیر فضای درنظر گرفته شده برای این دستگاه، میزان ظرفیت بخار مورد نیاز و محدودیت های فنی سبب شده که کارفرمایان در هنگام انتخاب دیگ بخار این فاکتور را به صورت دقیق بررسی کنند.

دیگ بخار ایستاده معمولا نسبت به دیگ بخار افقی ظرفیت تولید بخار کمتری دارد. این نوع از دیگ بخار به صورت عمودی نصب و بهره برداری می شود و فضای کمتری را اشغال می کند. دیگ بخار ایستاده از لحاظ فنی طراحی ساده تری دارد و معمولا در صنایع محدود و متوسط قابل استفاده است.

دیگ بخار افقی به علت ظرفیت تولید بخار بالاتری که دارد در صنایع بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. ساختار افقی آن سبب توزیع بهتر حرارت در آن شده و همین موضوع راندمان آن را نیز افزایش می دهد. البته این نوع از دیگ بخار برای نصب به فضای زیادی نیاز دارد که این موضوع با توجه به کارایی آن کاملا معقول است.

انواع دیگ بخار بر اساس استاندارد ساخت

دیگ های بخار موجود در بازار هر کدام براساس استاندارد ساخت خاصی طراحی و ساخته شده اند. این استاندارد ساخت نشان می دهد که دستگاه از چه پروتکل های ایمنی تبعیت می کند و عملکرد و کارایی آن در چه سطحی است. به علاوه استاندارد ساخت می تواند نشان دهنده میزان کیفیت دستگاه نیز باشد. در حال حاضر دیگ های بخار با استاندارد های ملی ایران یا استاندارد های بین المللی نظیر DIN  و ASME در بازار موجود است.

انواع دیگ بخار از نظر تعداد گذر دود

دیگ های بخار را می توان براساس تعداد گذر دور نیز تقسیم بندی کرد. منظور از گذر دود یا پاس تعداد دفعاتی است که دود یا گاز داغ قبل از خروج از دودکش در دیگ بخار حرکت کرده و حرارت خود را به آب منتقل می کند. قطعا هر چه تعداد پاس یا گذر دود بیشتر باشد، راندمان دستگاه بالاتر خواهد بود. البته این موضوع علاوه بر راندمان روی طراحی ساخت و هزینه نهایی دستگاه نیز اثرگذار است.دیگ های بخار را براساس تعداد گذر دود می توان به دیگ بخار دو پاس، کوره برگشتی، سه پاس و چهار پاس تقسیم کرد.

در دیگ بخار دو پاس گاز داغ قبل از خروج از دودکش دو بار، در دیگ بخار سه پاس، سه بار و در دیگ بخار چهار پاس، چهار بار داخل دیگ بخار جریان پیدا می کند. در نوع کوره برگشتی طراحی مسیر شعله و گاز داغ به نحوی است که بخشی از جریان حرارت بازگردد.

اگرچه تعداد پاس بیشتر می تواند راندمان دستگاه را افزایش دهد؛ اما روی قیمت دستگاه نیز بسیار اثرگذار است. بنابراین صنایع قبل از تصمیم گیری در مورد این فاکتور حتما میزان تاثیرگذاری این امکان را در بازدهی کارخانه و توازن آن با هزینه های اولیه را بررسی خواهند کرد.