دیگ بخار (بویلر) و کاربردهای آن در صنعت
دیگ بخار یا بویلر (Boiler) یکی از تجهیزات اساسی در صنایع مختلف محسوب میشود که نقش کلیدی در تولید بخار تحت فشار و انتقال انرژی حرارتی ایفا میکند. این دستگاه با گرم کردن آب و تبدیل آن به بخار، منبعی پایدار برای تأمین انرژی مکانیکی، گرمایشی یا فرآیندهای صنعتی فراهم میکند.
در این مقاله، به بررسی ساختار، انواع، مکانیسم عملکرد و کاربردهای گسترده دیگ بخار در صنعت پرداخته میشود.اولین نمونه های بویلر ها به قرن هجدهم و انقلاب صنعتی بازمیگردد، زمانی که جیمز وات با بهبود طراحی دیگهای بخار، تحولی در صنایع ایجاد کرد.
بویلر مدرن، یک سیستم بسته است که در آن آب با دریافت انرژی حرارتی از طریق احتراق سوخت (گاز، زغال سنگ، مازوت) یا منابع دیگر مانند برق، به بخار تبدیل میشود. این بخار با فشار بالا قابلیت انتقال انرژی به دستگاه هایی مانند توربینها، مبدل های حرارتی یا سیستم های گرمایشی را دارد.
بویلرها در دو دسته اصلی طبقه بندی میشوند:
بویلر های لوله آبی (Water-Tube Boilers): در این نوع، آب درون لوله ها جریان دارد و گازهای داغ ناشی از احتراق، اطراف لولهها را احاطه میکنند. این طراحی برای تولید بخار با فشار و دمای بسیار بالا (مانند نیروگاههای برق) مناسب است و ایمنی بالاتری دارد.
بویلر های لوله آتشی (Fire-Tube Boilers): در این مدل، گازهای داغ از طریق لوله های موجود در مخزن آب عبور میکنند. این بویلرها برای فشارهای پایین تر و مصارف کوچکتر مانند گرمایش ساختمان ها یا صنایع غذایی استفاده میشوند.
علاوه بر این، بویلرها از نظر سوخت مصرفی (گازسوز، دیزلی، زیست توده)، ظرفیت تولید بخار و طراحی افقی یا عمودی نیز دسته بندی میشوند.
فرآیند کار بویلرها شامل مراحل زیر است:
احتراق سوخت: انرژی حرارتی از طریق مشعل یا محفظه احتراق تولید میشود.
انتقال حرارت: گرما به آب منتقل شده و دمای آن تا نقطه جوش افزایش مییابد.
تولید بخار: آب به بخار اشباع یا فوق داغ تبدیل میشود.
توزیع بخار: بخار تولیدشده از طریق لولهها به نقاط مصرف هدایت میشود.
بازیابی آب: پس از انتقال انرژی، بخار سرد شده و به صورت تقطیر به سیستم بازمیگردد.
اجزای اصلی یک دیگ بخار شامل مشعل (Burner)، درام بخار (Steam Drum)، لوله ها (Tubes)، اکونومایزر (Economizer) برای بازیابی حرارت و سیستمهای کنترل فشار و دما است.
تولید برق: نیروگاههای حرارتی با استفاده از بویلرهای لولهآبی، بخار فوق داغ تولید میکنند تا توربینهای بخار را به حرکت درآورند. حدود ۸۰% برق جهان از این روش تأمین میشود.
صنایع غذایی: در فرآیندهای پاستوریزاسیون، استریلیزاسیون و خشک کردن مواد غذایی، بخار به عنوان عامل انتقال حرارت استفاده میشود.
صنایع شیمیایی و پتروشیمی: بخار در واکنشهای شیمیایی، تقطیر و پالایش نفت کاربرد دارد.
صنایع نساجی: برای رنگرزی، اتوکشی و ضدعفونیکردن پارچهها از بخار استفاده میشود.
سیستمهای گرمایشی: در بیمارستانها، هتلها و مجتمعهای صنعتی، بخار برای گرمایش مرکزی به کار میرود.
صنایع دارویی: استریل کردن تجهیزات و تولید داروها نیازمند بخار با خلوص بالا است.
امروزه با تمرکز بر کاهش مصرف انرژی و آلایندگی، بویلرهای چگالشی (Condensing) و بازیاب حرارت توسعه یافتهاند که بازدهی حرارتی آنها به بیش از ۹۵% میرسد. علاوه بر این، استفاده از سوختهای پاک مانند هیدروژن یا بیوگاز نیز در دست بررسی است.
اگرچه دیگهای بخار کاربرد گستردهای دارند، اما نگهداری نادرست میتواند به حوادث جدی مانند انفجار منجر شود. رسوبگیری در لولهها (ناشی از املاح آب)، خوردگی و نقص در سیستمهای کنترل فشار از مشکلات رایج هستند. به همین دلیل، رعایت استانداردهای بینالمللی مانند ASME (انجمن مهندسان مکانیک آمریکا) و استفاده از آب تصفیه شده (دیونیزه) ضروری است. همچنین، بازرسی دورهای و سرویس های منظم، طول عمر بویلر را افزایش میدهد.
بدون دیدگاه