دیگ بخار یا بویلر چیست؟

بررسی انواع دیگ بخار، مشخصات فنی و کاربرد آنها

دیگ بخار یکی از مهم‌ترین ابزارها برای تولید بخار از آب شناخته می‌شود. بویلر یا همان دیگ بخار یک مخزن بسته است. در این دستگاه آب یا مایع دیگری توسط حرارت ناشی از احتراق سوخت‌های مختلف گرم می‌شود. بخار حاصله می‌تواند برای مقاصد متنوعی از جمله گرمایش، تولید برق، پخت و پز و فرآیندهای صنعتی به کار رود. این تجهیزات به صورت استوانه‌ای عمودی یا افقی طراحی می‌شوند. دیگ‌های بخار با استفاده از یک فرآیند نسبتاً ساده، آب را به بخار تحت فشار تبدیل می‌کنند.

آشنایی با قطعات دیگ بخار

اولین بویلرها در قرن هفدهم میلادی به وجود آمدند که با زغال سنگ کار می‌کردند. بویلرهای اولیه از جنس فلز بودند و عموماً به صورت عمودی طراحی می‌شدند. با پیشرفت فناوری دیگ‌های بخار نیز تغییرات زیادی را تجربه کردند. استفاده از سوخت‌های متنوع به جای زغال سنگ مانند گاز طبیعی و نفت موجب افزایش ایمنی و کارایی این سیستم‌ها شد. دیگ بخار از قطعات متعددی تشکیل شده است که هر یک وظیفه خاصی را بر عهده دارند. در ادامه به قطعات اصلی بویلر اشاره می‌کنیم:

• مشعل

مشعل یکی از قطعات مهم دیگ بخار است. این قطعه با استفاده از تکنولوژی پیشرفته، هوا و سوخت را با یکدیگر ترکیب می‌کند و تبادل انرژی صورت می‌گیرد. این فرآیند حرارت لازم را برای گرم کردن سیال در دیگ بخار فراهم می‌کند. همچنین موجب پیشگیری از اتلاف انرژی می‌شود.

• محفظه احتراق

محفظه احتراق یکی از مهم‌ترین اجزای دیگ بخار است که نقش بسیار حیاتی در عملکرد و کارایی این سیستم دارد. در این محفظه فرایند احتراق سوخت انجام می‌شود. معمولاً محفظه احتراق از جنس چدن یا فولاد است. به همین علت مقاومت بالایی در برابر حرارت دارد.

• مبدل حرارتی

مبدل حرارتی در دیگ بخار نقش حیاتی در انتقال گرما بین دو سیال دارد.

• ترموستات

ترموستات یکی از اجزای حیاتی در دیگ بخار است. این قطعه نقش بسیار مهمی در کنترل و مدیریت دما و عملکرد سیستم دارد.

• پمپ سیرکولاتور

وظیفه این پمپ انتقال آب گرم به سیستم‌های گرمایشی همچون رادیاتور و فن کویل است. نگهداری مناسب از پمپ سیرکولاتور برای حفظ کارایی و عملکرد صحیح دستگاه بسیار مهم است.

منبع آب تغذیه

منبع آب تغذیه مسئول تأمین آب مورد نیاز برای تولید بخار است. در واقع این سیستم، آب را به سمت دیگ بخار هدایت می‌کند تا به بخار تبدیل شود.

عملکرد بویلر چگونه است؟

مکانیسم دیگ بخار به این صورت است که آب سرد از طریق لوله‌ها وارد دیگ می‌شود. معمولاً این دیگ‌ها از جنس چدن یا فولاد هستند و می‌توانند حرارت بالایی را تحمل کنند. آب سرد در دیگ توسط شعله‌های آتش ناشی از مشعل گرم می‌شود. این شعله‌ها توسط سوخت‌هایی مانند گاز، نفت و زغال سنگ به وجود می‌آیند. پس از گرم شدن آب، به تدریج به بخار تبدیل می‌شود.

این بخار سپس به یک مخزن منتقل می‌شود که در آن فشار بخار تنظیم می‌شود. مخزن باید به اندازه کافی محکم باشد تا بتواند فشار بخار را تحمل کند. اگر فشار بخار بیش از حد مجاز شود، شیر اطمینان فعال می‌شود و بخشی از بخار را برای کاهش فشار به بیرون هدایت می‌کند. سپس بخار تولید شده برای مصارف مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بررسی کاربردهای دیگ بخار

دیگ بخار به دلیل توانایی تولید بخار در مقیاس بالا، کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد. همچنین این تجهیزات در منازل برای اهداف مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دستگاه‌ها نقش بسیار مهمی در عملکرد سیستم‌های گرمایشی دارند. این تجهیزات گرمایشی می‌توانند از بخار تولید شده توسط دیگ‌های بخار برای ایجاد گرما در محیط استفاده کنند. همچنین دیگ بخار می‌تواند برای تأمین آب گرم مورد نیاز برای شستشو و سایر مصارف خانگی به کار رود. سایر کاربردهای دیگ بخار عبارتند از:

به کار گیری دیگ بخار برای تولید برق

دیگ بخار نقش مهمی در تولید برق دارد. فرآیند تولید برق از طریق دیگ‌های بخار به این صورت است که ابتدا آب توسط دیگ به بخار تبدیل می‌شود. سپس این بخار با فشار بالا به توربین وارد شده و توربین‌ها را به گردش درمی‌آورد. به توربین‌ها یک ژنراتور برق متصل است. در اثر گردش توربین انرژی الکتریکی تولید می‌شود. در نهایت این انرژی الکتریکی توسط سیستم‌های توزیع به تجهیزات مختلف منتقل می‌شود.

کاربرد دیگ بخار در صنایع غذایی

در صنایع غذایی دیگ‌های بخار در فرایندهای مختلف به کار می‌روند. یکی از کاربردهای آنها، خشک کردن مواد غذایی همچون میوه‌ها و سبزیجات است. این تجهیزات در فرآیند کنسرو کردن، پختن و منجمد کردن مواد غذایی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. دیگ‌های بخار راه حل عالی برای تأمین حرارت لازم در این صنایع هستند. همچنین بخار برای نظافت و ضد عفونی کردن تجهیزات استفاده می‌شود.

کاربرد دیگ بخار در خشکشویی‌ها

در خشکشویی‌ها ماشین‌ لباسشویی صنعتی و دیگ‌های بخار از اهمیت بسیاری برخوردارند. همانطور که از نام ماشین لباسشویی مشخص است، برای شستشوی لباس‌ها به کار می‌روند. اما دیگ‌های بخار در خشکشویی برای وظایف و اهداف مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از وظایف آنها گرم کردن آب مورد نیاز برای شستشوی لباس‌ها است. این امر سبب افزایش راندمان ماشین لباسشویی صنعتی و حذف لکه‌ها می‌شود.

ویژگی‌های دیگ بخار

دیگ‌های بخار یکی از تجهیزات حیاتی و ضروری در بسیاری از صنایع و فرآیندها هستند. این دستگاه‌ها در اندازه‌ها و ظرفیت‌های مختلف طراحی می‌شوند. این تجهیزات از کارایی بالایی برخوردار هستند. این دستگاه‌ها با استفاده از حداقل مصرف سوخت، بیشترین میزان بخار را تولید می‌کنند. بویلرها باید از طول عمر و ماندگاری بالایی برخوردار باشند. ماندگاری و طول عمر این تجهیزات به عوامل متعددی بستگی دارد. این عوامل شامل طراحی، مواد به کار رفته، نگهداری و نوع کاربرد است. بنابراین بویلرهای با کیفیت بالا و نگهداری مناسب تا چندین سال قابل استفاده هستند. سایر ویژگی‌های بویلر عبارتند از:

• قدرت تولید بخار و راندمان بالا

قدرت تولید بخار در دیگ‌های بخار معیاری برای سنجش کارایی و توانمندی آنها است. این معیار به ظرفیت و نوع دیگ بستگی دارد. معمولاً ظرفیت تولید بخار با واحد تن بخار در ساعت اندازه گیری می‌شود. این ظرفیت نشان دهنده میزان بخاری است که دیگ می‌تواند در یک ساعت تولید کند.

• سیستم‌های ایمنی

این تجهیزات از سیستم‌های کنترلی پیشرفته‌ و مدرنی برخوردار هستند. به طور مثال سوپاپ‌های اطمینان برای کنترل فشار دستگاه به کار می‌روند. در صورت افزایش فشار، بخار اضافی را تخلیه می‌کنند تا از انفجار جلوگیری شود. در این تجهیزات سیستم‌هایی برای کنترل میزان آب تعبیه شده است.

• تنوع در طراحی

با توجه به نیازهای متنوع صنایع، این تجهیزات در مدل‌های گوناگونی تولید می‌شوند. این تجهیزات می‌توانند برای مصارف خانگی تا کاربردهای صنعتی طراحی شوند.

انواع دیگ بخار صنعتی از نظر جنس

در ساخت دیگ‌های بخار، استفاده از مواد و عایق‌های مختلف برای تولید بدنه آنها بسیار اهمیت دارد. به عنوان مثال برای تولید یک دیگ بخار با طول عمر بالا از متریال‌هایی همچون چدن و فولاد استفاده می‌شود. این تجهیزات باید قادر به تحمل فشارهای بسیار بالایی باشند که در اثر تولید بخار ایجاد می‌شود. اگر بدنه دیگ به اندازه کافی مقاوم نباشد، خطر انفجار وجود دارد. بنابراین مقاومت بدنه بویلر در برابر حرارت و فشار برای ایمنی و اطمینان از کارایی و دوام دیگ ضروری است.

دیگ بخار فولاد

دیگ بخار فولاد که به آن بویلر فولادی نیز گفته می‌شود، یکی از انواع دیگ‌های بخار است. جنس بدنه و لوله‌های آن از ورق‌های آلیاژی تولید شده است. همچنین این نوع بویلرها برای تحمل فشار و حرارت بالا طراحی شده‌اند. معمولاً این دیگ‌ها به صورت یکپارچه و بدون درز تولید می‌شوند و در ظرفیت‌های مختلف موجود هستند. این تجهیزات می‌توانند تغییرات ناگهانی دما را تحمل کنند. همچنین به دلیل استفاده از مواد با کیفیت و طراحی منحصر به فرد، طول عمر بالایی دارند.

دیگ بخار چدنی

دیگ بخار چدنی نوعی دیگ بخار است که از چدن خاکستری تولید می‌شود. چدن آلیاژی از آهن است که دارای عناصری همچون کربن و سیلیکون است. این ماده به دلیل خواص مقاومت و استحکام عالی، در ساخت انواع تجهیزات از جمله بویلر کاربرد دارد. به طور کلی استحکام چدن از فولاد کمتر است. معمولاً دیگ‌های فولادی در کارخانه تولید می‌شوند و حمل و نقل آنها دشوارتر است. در مقابل دیگ‌های چدنی می‌توانند در محل نصب و مونتاژ شوند. با این حال هزینه نصب آنها بیشتر است.

انواع دیگ بخار بر اساس عملکرد

بویلرها وظیفه تولید بخار را بر عهده دارند که برای انجام بسیاری از فرآیندهای صنعتی ضروری است. این تجهیزات به دلیل کارایی بالا و قدرت تولید بخار، در مصرف انرژی صرفه جویی می‌کنند. امروزه بویلرها با توجه به معیارهای مختلفی مانند نحوه قرارگیری دیگ، نوع ساختار دیگ و عملکرد در انواع مختلفی موجود هستند. بویلرهای عمودی به شکل عمودی نصب می‌شوند. عموماً این نوع بویلرها برای فضاهای کوچک و محیط‌هایی با فضای محدود مناسب‌ هستند. دیگ‌های بخار افقی فضای بیشتری را اشغال می‌کنند و برای محیط‌های بزرگتر به کار می‌روند. در ادامه به انواع بویلر از نظر عملکرد اشاره می‌کنیم:

بویلر فایر تیوب

ساختار دیگ فایر تیوب شامل یک محفظه بسته یا پوسته است که داخل آن با آب پر شده است. در این محفظه لوله فولادی تعبیه شده است که گازهای داغ از داخل آنها عبور می‌کنند. گرمای حاصل از این گازهای داغ به آب اطراف لوله‌ها منتقل شده و باعث تولید بخار می‌شود. معمولاً دیگ‌های فایر تیوب به دلیل ساختار و طراحی خود، برای تولید بخار با فشار بسیار بالا مناسب نیستند. این تجهیزات بیشتر برای تولید بخار با فشار و دمای نسبتاً پایین‌تر به کار می‌روند.

دیگ واتر تیوب

بویلر واتر تیوپ که به آن دیگ لوله آب نیز گفته می‌شود. این دیگ بخار در صنایع مختلف برای تولید بخار با فشار بالا استفاده می‌شود. این دیگ‌ها به خصوص در نیروگاه‌ها، صنایع غذایی، صنایع نفت، گاز و پتروشیمی کاربرد دارند. این بویلرها از لوله‌هایی تشکیل شده‌اند که آب در داخل آنها جریان دارد. معمولاً این لوله‌ها در اطراف یا بالای کوره قرار دارند. گازهای داغ حاصل از احتراق سوخت، اطراف این لوله‌ها را احاطه می‌کنند. گرمای منتقل شده از گازهای داغ به آب داخل لوله‌ها باعث تولید بخار می‌شود.

انواع بویلر بر اساس نوع سوخت

سوخت در دیگ‌های بخار برای تولید حرارت استفاده می‌شود. سپس این حرارت برای تبدیل آب به بخار به کار می‌رود. بر اساس نوع سوخت و منبع گرمایشی، بویلرها در انواع مختلفی موجود هستند. هر کدام از این منابع ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند. در برخی از بویلرها، ذغال سنگ به عنوان منبع سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرد. آنها به دلیل دسترسی آسان و هزینه پایین بسیار محبوب هستند.

علاوه بر ذغال سنگ، نفت و گازوئیل به عنوان منبع سوخت نیز در بویلرها به کار می‌روند. بویلر نفتی از سرعت بالایی در تولید بخار برخوردار است. دیگ بخار الکتریکی از برق برای گرم کردن المنت‌های حرارتی و تولید بخار استفاده می‌کنند. معمولاً آنها برای مکان‌هایی که دسترسی به سوخت‌های فسیلی محدود است، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع بویلر برای صنایعی همچون صنایع غذایی که نیاز به محیطی تمیز و بدون آلودگی دارند، مناسب است.

تفاوت دیگ بخار و دیگ آبگرم و دیگ روغن

دیگ‌های بخار و دیگ آبگرم هر دو تجهیزات کارآمد در صنایع هستند که هر کدام وظایف و کاربردهای متفاوتی دارند. همانطور که از نام دیگ بخار مشخص است، این دستگاه آب را به بخار تبدیل می‌کند. اما در دیگ آبگرم انرژی حرارتی تولید شده از احتراق سوخت‌های فسیلی برای افزایش دمای آب استفاده می‌شود. آب گرم شده توسط دیگ آبگرم به وسیله پمپ‌ها به دستگاه‌های همچون یونیت هیتر، هواساز و فن کویل منتقل می‌شود. این تجهیزات با کمک آب گرم، وظیفه گرمایش محیط‌های مختلف را دارند.

دیگ روغن دستگاهی است که به جای آب، روغن حرارتی داخل محفظه قرار دارد. دمای روغن از طریق مشعل و احتراق سوخت‌ها افزایش می‌یابد. روغن‌های حرارتی به دلیل ویسکوزیته پایین و ظرفیت حرارتی بالا، نسبت به آب از انتقال حرارت بهتری برخوردار هستند. فشار کاری آنها نسبت به سایر بویلرها پایین‌تر است که موجب کاهش انفجار و سایر خطرات می‌شود.

دسته بندی دیگ بخار بر اساس فشار کاری

فشار کاری در دیگ بخار به فشاری اطلاق می‌شود که در طول فرآیند تولید بخار، در داخل دیگ حاکم است. این فشار نتیجه انرژی حرارتی است که از احتراق سوخت‌ها به آب انتقال می‌یابد و باعث تبدیل آب به بخار می‌شود. فشار کاری یکی از مهم‌ترین پارامترهایی است که باید در طراحی دیگ‌های بخار در نظر گرفته شود. این معیار بر اساس کاربرد و طراحی بویلر می‌تواند از فشار پایین تا فشارهای بسیار بالا متغیر باشد.

• بویلر با فشار بالا

معمولاً این نوع بویلرها فشاری بیش از 105 بار دارند و اغلب در نیروگاه‌ها برای تولید برق به کار می‌روند.

• دیگ بخار با فشار متوسط

فشار کاری این تجهیزات تا 16 بار است. این نوع دیگ بخار برای تجهیزاتی که نیاز به فشار بخار متوسط دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• بویلر بخار با فشار پایین

بویلرهای فشار پایین که فشاری حدود 3 بار دارند، بیشتر برای کاربردهایی مانند استیم تری سینگ به کار می‌روند.

افزایش طول عمر و نگهداری بویلر

با نگهداری صحیح بویلرها، می‌توان از آسیب‌های احتمالی جلوگیری کرد. نگهداری منظم از بویلرها باعث کاهش مصرف سوخت و افزایش کارایی آنها می‌شود. همچنین طول عمر و ماندگاری این تجهیزات افزایش می‌یابد. یکی دیگر از مزایای نگهداری بویلرها، کاهش تعویض قطعات و هزینه‌های تعمیرات است. انجام بازرسی‌های دوره‌ای می‌تواند به شناسایی و رفع مشکلات احتمالی کمک کند. در نتیجه از تبدیل شدن آنها به خرابی‌های بزرگتر جلوگیری می‌کند. این اقدام باعث بهبود عملکرد و افزایش عمر مفید دیگ‌های بخار می‌شود. سایر اقدامات عبارتند از:

• تمیزکاری منظم

بویلرها باید به طور منظم تمیز شوند تا از تجمع رسوبات و آلاینده‌ها جلوگیری شود.

• نظارت بر کیفیت آب

کنترل دقیق کیفیت آب در دیگ بخار از اهمیت بالایی برخوردار است. معمولاً در برخی مناطق آب ورودی به دیگ‌های بخار حاوی کلسیم و منیزیم است که به آن آب سخت گفته می‌شود. آب سخت موجب ایجاد رسوباتی در دیگ بخار و قطعات آن می‌شود. این رسوبات باعث کاهش کارایی و افزایش مصرف سوخت می‌شوند. در نتیجه برای حفظ عملکرد بویلر و عدم ایجاد رسوب، باید سختی آب را کاهش داد. برای کاهش سختی آب، از دستگاهی به نام سختی گیر آب استفاده می‌شود. این دستگاه با تبادل یونی، سختی آب را حذف می‌کند.

• کنترل و نظارت بر پارامترهای دستگاه

نظارت دقیق بر فشار، دما و سایر پارامترهای عملکرد دیگ بخار در طول زمان از اهمیت بالایی برخوردار است.

خرید انواع دیگ بخار

بررسی و ارزیابی عوامل و معیارهای مختلف برای خرید دیگ بخار بسیار حائز اهمیت است. یکی از معیارهای مهم هنگام خرید بویلر، استاندارد بودن دستگاه است. دیگ‌های بخار که بر اساس استانداردهای مشخص تولید شده‌اند، دارای کیفیت و ماندگاری بالا هستند. دیگ بخار استاندارد دارای سیستم‌های ایمنی پیشرفته برای جلوگیری از حوادث نامطلوب مانند انفجار و نشتی است. در حالی که دیگ بخار غیر استاندارد ممکن است دچار مشکلات و خطرات جدی شود. سایر فاکتورهای مهم هنگام خرید بویلر عبارتند از:

• ظرفیت

ظرفیت بویلرها اغلب بر اساس BTU (British Thermal Unit) اندازه گیری می‌شود. در محاسبه ظرفیت این تجهیزات عواملی همچون نوع کاربرد و نیاز شما مهم است.

• راندمان دستگاه

راندمان دیگ بخا اغلب با استفاده از شاخص AFUE (Annual Fuel Utilization Efficiency) اندازه گیری می‌شود. AFUE  یکی از مهم‌ترین فاکتورها در انتخاب دیگ بخار است. دیگ‌های بخار با AFUE بالاتر، کارآمدتر هستند و انرژی کمتری مصرف می‌کنند.

• نوع متریال

همانطور که اشاره کردیم، بدنه و قطعات بویلرها از متریال‌های مختلف تولید می‌شوند. انتخاب نوع بویلر بر اساس متریال بستگی به بودجه، فضای موجود و نیاز شما دارد. هر چه مقاومت دیگ بخار در برابر خوردگی و زنگ زدگی بیشتر باشد، ماندگاری آنها بیشتر خواهد بود.

• نوع دیگ بخار

انتخاب نوع بویلر هنگام خرید بسیار مهم است. هر نوع دیگ بخار از جمله فایر تیوب و واتر تیوب برای شرایط خاصی طراحی شده‌اند.

• سیستم‌های کنترلی و قابلیت‌ها

انتخاب بویلر با سیستم‌های کنترلی و قابلیت‌های پیشرفته به عملکرد بهتر بویلر کمک می‌کنند. با وجود این سیستم‌ها پارامترهای مختلف همچون دما، فشار و جریان بخار را می‌توان به صورت دقیق تنظیم کرد.

عوامل موثر در تعیین قیمت دیگ بخار

در تعیین قیمت دیگ بخار، عوامل مختلفی تأثیرگذار هستند. ظرفیت و ابعاد دیگ بخار جز اولین عواملی هستند که بر قیمت آن اثر می‌گذارند. به طور معمول بویلرهایی که از قدرت بالایی در تولید بخار برخوردار هستند، قیمت بیشتری دارند؛ زیرا نیاز به مواد مقاوم و فناوری‌های پیشرفته‌تر دارند. نوع دستگاه بر اساس متریال، فشار کاری و طراحی نیز در تعیین قیمت نهایی آن تأثیر گذار است. همچنین بویلرهای که مطابق با قوانین و استانداردهای ملی و بین المللی تولید شده‌اند، قیمت بیشتری دارند.