دیگ بخار از لحاظ محتوی سیال درون لوله به دو بخش دیگ بخار فایر تیوب (لوله آتش) و دیگ بخار واتر تیوب (دیگ بخار لوله آبی) تقسیم بندی می شود. (جهت آشنایی با دیگ های گوناگون می توانید به مقاله انواع دیگ بخار رجوع نمایید.)

مقدمه

دیگ بخار واتر تیوب (لوله آبی)، همانطور که از نامش پیداست بر اساس حرکت آب درون لوله های نازک موجود در دیگ بخار جریان دارد. در این روش حرارت تولیدی در محفظه آتش (کوره) با چندین لوله تماس مستقیم داشته و باقی لوله ها با گاز حاصل از احتراق تماس پیدا می کند. این روش به دلیل طراحی خاص و استفاده از لوله با قطر کم جهت حرکت بخار می تواند بخار با فشار و حرارت بالا و همچنین بخار فوق اشباع تولید نماید. راندمان بویلر های لوله آبی می تواند تا 95 درصد افزایش یابد.

تاریخچه دیگ بخار واتر تیوب

تاریخچه دیگ بخار را می توان پس از پیدایش دیگ های بخار اولیه که با توجه به نیاز به تولید حرارت در ظرفیت بالا دیگ های بخار فایرتیوب پدید آمدند، دانست. سپس با پیشرفت صنایع و نیاز به تولید بخار با فشار بالا طراحی دیگ های بخار واترتیوب آغاز شد. زیرا دیگ های بخار فایر تیوب از راندمان بالا و همچنین به دلیل وجود درام بزرگ جهت تولید بخار توانایی ایجاد فشار بالا نداشتند. همچنین خطر انفجار حاصل از فشار بالا در این دیگ ها بالا بود. از این رو طراحی دیگ های واترتیوب در اواخر قرن 18 آغاز شد. البته با توجه به فقدان تکنولوژی لازم جهت اجرای طراحی به دلیل مشکلاتی مانند عدم توانایی تولید لوله های مناسب جهت استفاده در فشار و دمای بالا امان تحقق ساخت این بویلر ها را دشوار نمود.

پس از آن در در سال 1877 دو محقق به نام های استفان ویلکوکس و جرج هرمن بابکوک موفق به تولید دیگ بخار واتر تیوب شدند و اولین نموده از این دیگ ها را ابداع نمودند. پس از آن این دیگ ها مورد استقبال قرار گرفته و در صنایع بزرگ مورد استفاده قرار گرفت. تغییرات صورت گرفته جهت افزایش بهره وری در این سیستم ها اکثرا بر اساس تغییر جهت لوله ها و تعداد درام ها صورت پذیرفته است. معروف ترین این تغییر ها دیگ بخار استرلینگ است که در سال 1890 ابداع و مورد استفاده قرار گرفت که در ادامه با آن اشنا می شویم.

دیگ بخار استرلینگ

دیگ بخار استرلینگ یک مدل از دیگ بخار واتر تیوب بوده که دارای 3 یا 4 یا 5 محفظه (درام) است. این بویلر ها به دلیل ظرفیت تولید بخار معمولا در نیروگاه های بزرگ مورد استفاده قرار میگیرند. در این دیگ ها از لوله های خمیده جهت انتقال آب استفاده شده است. از سوی دیگر به دلیل انعطاف بالا در طراحی این دیگ ها، بالغ بر 100 طراحی گوناگون از آن در صنایع مختلف یافت می شود.

کاربرد دیگ بخار واترتیوب

بویلر واترتیوب جهت تولید بخار با فشار بالا به کار می روند. از این رو برای صنایع که نیاز به فشار بالا در آن ها وجود دارد مانند کاربرد دیگ بخار در نیروگاه ها، کاربرد دیگ بخار در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرند. در مجموع می توان گفت نیاز این صنایع مخصوصا نیروگاه ها که برای چرخش توربین ها نیاز به بخار داشتن سبب پیدایش این دیگ ها شد. همچنین با توجه به هزینه بالا ساخت و نگه داری از این دیگ ها صنایع بزرگ توانایی کار با این دیگ ها را داشته و استفاده بویلر های واتر تیوب در صنایع متوسط رایج نیست.

نحوه کارکرد بویلر های لوله آبی

در این دیگ ها آب از محفظه تغذیه آب به سیستم تزریق شده و درون لوله های قرار گرفته در محفظه آتش یا کوره به حرکت در می آید. بعضی از این لوله ها در تماس مستقیم با شعله تولیدی از مشعل و بعضی دیگر تماس با گاز های داغ حاصل از آن باعث انتقال حرارت از بیرون لوله به داخل آن شده و متعاقبا آب موجود را به بخار تبدیل می کنند. بخار حاصله در کلکتور بخار جمع آوری و جهت مصرف مورد استفاده قرار میگیرد. به منظور تماس یکنواخت گازهای داغ با سطح بیرونی لوله ها در مسیر عبور گاز ها تیغه هایی قرار داده شده است.

از این رو گاز بصورت یکنواخت با سطح همه لوله ها برخورد کرده و باعث افزایش انتقال حرارت و همچنین افزایش راندمان می شود. همچنین با توجه به سطح مقطع پایین لوله ها فشار بخار آب تغییر نموده و در دمای بالاتری به بخار تبدیل می شود از این رو این سیستم توانایی تولید بخار فوق اشباع را دارد. (جهت آشنایی با فشار فوق اشباع به بخش انواع بخار مراجه نمایید).

انواع بویلر واتر تیوب

در مجموع می توان دو دسته بندی برای بویلر های واتر تیوب بیان نمود.

• بویلرهایی با لوله های افقی وتک درام
• بویلرهای چنددرام

این بویلرها دارای یک درام بوده وبا بخاردهی 5 متر به ازای هر 1 متر عرض قابل استفاده است. ابعاداین درام ها میتواند بین 2تا 5 متر عرض، 5 تا 7 متر عمق و ارتفاع 5 متر باشد. نمونه ای از این دیگ در شکل زیر نشان مشاهده می نمایید. از سوی دیگر دیگ های بخار چند درام دارای بخار دهی بالا تری بوده و به سه دسته A، O و D تقسیم می شوند. این دیگ ها با توجه به تولید 7 متر بخار به ازای 1 متر عرض از توانایی بالاتری در تولید بخار نسبت به روش قبل برخوردار هستند. در شکل زیر انواع این درام ها را قابل مشاهده است.

• دیگ بخار نوع D دارای 2 درام بوده که یک درام جهت تغذیه آب و دیگری جهت جمع آوری بخار استفاده می شود.
• دیگ بخار نوع A دارای سه درام بوده که 2 درام برای آب و یک درام به عنوان کلکتور بخار استفاده می شود. این دیگ در مقایسه با دیگ نوع D کوچک تر بوده و برای استفاده در فضاهای کوچک تر کاربرد دارد. البته با توجه به کوچک تر شدن این دیگ ظرفیت آن نیز کاهش می یابد.
• دیگ بخار نوع O طراحی منحصر بفردی دارد و قابلیت تطبیق با سایت مورد استفاده را دارد. از این رو می تواند از آن جهت تولید بخار با فشار 250 تا 1500 psig استفاده نمود. همچنین توانایی تولید بخار فوق اشباع تا 550 درجه سانتی گراد را نیز دارا است. این دیگ به دلیل سادگی و تولید بخار با سرعت بالا تر نسبت به دیگر روش ها و همچنین هزینه پایین تولید از محبوبیت بالایی برخوردار است.

مزایا دیگ بخار واتر تیوب

• تنوع در طراحی و ساخت
• دستیابی به فشار بالا
• سرعت بالا تولید بخار از زمان تغذیه آب به سیستم تا تبدیل شدن به بخار
• امکان تولید بخار فوق اشباع
• بازدهی بالا
• کیفیت بالای بخار
• امکان دسترسی به همه قسمت های دیگ جهت انجام تعمیرات و تغییر در سیستم
• تنوع در استفاده از سوخت

محدودیت دیگ بخار واتر تیوب

• هزینه ساخت، راه اندازی بالا
• جابجایی دشوار
• محدود شدن کاربرد به صنایع بزرگ
• تعمیرات تخصصی دشوار، زمان بر و هزینه بر

جهت مقایسه بویلر فایرتیوب و واترتیوب به مقاله مقایسه دیگ بخار فایر تیوب و واتر تیوب مراجعه کنید.