دیگ بخار و سیر تحول

در خصوص دیگ بخار و سیر تحول باید گفت که امروزه دیگ بخار خواه در نیروگاه ها، صنایع غذایی،صنایع شیمیایی و یا مدارس و منازل از ضروریات روزمره محسوب می شوند.

دیگ بخارو سیر تحول به زمانهای بسیار دور بر می گردد:

قهرمان اسکندریه نوعی توربین واکنشی ترکیبی و دیگ بخار، را حدود یکصد سال قبل از میلاد اختراع کرد. در شهر پمپیی در اوایل قرن یکم میلادی از دیگ بخار خانگی مطلع بودند.

همانطور که در رساله هرون استفاده از نیروی مکانیکی بحث شده، در آغاز صنعتی شدن انگلیس، در اوایل قرن هیجدهم نیز جایگزینی تلاش انسانی با نیروی ماشین احساس گردید.

دیگ بخار لوله – آتشی

دیگ بخار اولیه از ظروف سر بسته از ورق آهن که بر روی هم برگردانده شده و پرچ شده بودند و در اشکال مختلف کروی ساده تا نوعی پیچیده نظیر دیگهای واگن بودند که دارای اشکالات و مشکلات زیادی منجمله رسوب و لجن در سطح داخلی دیگ بخار درست در بالای سطح آتش و داغترین نقطه دیگ بودند.

افزایش تقاضا برای موتورهای قویتر، نیاز به ساخت دیگ بخار با فشار بالاتر باعث گردید تا به فکر دیگ های درون سوز تحت فشار استوانه ای شکل درون آن قرار می گرفت و با آب احاطه شده بود گردید.

کوره به اندازه کافی بزرگ بود و قادر بود بر روی صفحه مشبک خود سوخت زغال مصرف نماید. سپس در انتهای کوره به سمت پایین کوره وارد شده و از زیر دیگ به قسمت جلوی دیگ بر میگشت.

این گازها دوباره از دو طرف دیگ و از میان دو کانال آجری به دودکش وصل می شدند. بنابر این سه معبر گاز که شامل کوره، معبر پایینی دیگ و کانالهای طرفین بود در نظر گرفته شد.

با این همه هنوز هم گل و لای و لجن در ته دیگ جمع می شد ولی شدت حرارت به کف دیگ آنچنان بالا نبود و مستقیما در تماس با آتش قرار نمی گرفت بلکه با گازهای حاصل از احتراق که بخش اعظم حرارت خود  را در کوره از دست داده بود، ارتباط داشت.

بنا براین خطر کمتری، کف دیگ را تهدید می کرد ولی هنوز خطرات تشکیل رسوب در کوره وجود نداشت. این خطر سالهای متمادی مساله ساز بود تا این که شیمی تصفیه آب شناخته شد. با این وجود دیگ بخار کورنیش ترویتیک توانستند تا فشار ۷ بار یعنی ده برابر فشار دیگهای درون سوز به نام شل یا لوله -آتشی معروف شدند.

باید در نظر داشت که هر چه سطوح در معرض حرارت دیگ بخار زیادتر باشد مقدار حرارت جذب شده از مصرف مقدار معین سوخت، یعنی بازده بازیافت حرارتی، بیشتر خواهد بود.

برای این منظور لوله های بیشمار باریک که از آنها گازهای گرم جریان دارد و در داخل آب قرار دارند عامل ازدیاد سطوح گرم هستند و در عین حال نیازی به کانال گازهای گرم در پایین دیگ و دو طرف آن نخواهد بود و هر چه لوله ها بلندتر و باریکتر باشند سطوح انتقال حرارت کارآیی بیشتری خواهند داشت.

این دیگ های چند لوله ای برای ظرفیت معینی در کشتی ها و لکوموتیوها نقش تعیین کننده دارد و کاربرد زیادی دارند. سر انجام همه دیگ های مشتی ها را استوانه ای ساختند

دیگ بخار و سیر تحول

به علت محدودیت وزن و اندازه از آجرکاری و ساخت کانالهای جانبی خود داری گردید و از دیگ چند لوله ای و کوره درون سوز-تا چهار کوره استفاده شد که بعدها دیگ های سه کاناله ساخته شد که در آن گازها از طریق یک سری لوله های دیگر به قسمت عقب کوره بر میگشت که این دیگها را دیگ اسکاچ دریایی می نامیدند.

به تدریج دیگهای اسکاچ را در خشکی به کار بردند و چون محدودیت جا نبود ار آجرکاری نیز استفاده شد و آنها را بلندتر ساختند و این دیگها در انگلستان به نام دیگ اقتصادی و در آمریکا هنوز دیگ بخار اسکاچ می شناختند.

دیگهای سه کاناله اقتصادی دارای مشکل عمده ناشی از استفاده صفحه لوله مشترکی جهت کانال دوم دارای دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد بود که پس از خروج از کانال سوم تا ۲۵۰ درجه تقلیل یافت.

در سال ۱۹۳۵ شرکت لینکلن ساخت دیگ سه معبره جدیدی را بر اساس دیگهای سه کاناله دریایی اسکاچ به ثبت رساند که مشکلات قبلی را نداشت.

دیواره های محفظه عقبی کوره با دیوار لوله-آبی مجهز شد و دیواره جلویی، خروجی گازهای کوره و ورودی گازها به سری لوله های معبر دوم را تشکیل می داد.

دیگ بخار وت بک

این دیواره لوله آبی در انتهای کوره به نام وت بک ( wet back ) نامیده می شد این مزیت را داشت که سطوح عایق کاری اتلاف حرارت را تبدیل به سطوح مفید و جاذب حرارت نمود.

گازهای کوره پس از عبور از جلوی دیگ در محفظه دود مقابل دیگ تغییر جهت داده و از طریق سری لوله ها ی کانال سوم به قسمت عقبی دیگ وارد میشد و این سری لوله ها به صفحه لوله جداگانه ای در عقب دیگ متصل می گردید و صفحه لوله جلویی، سری لوله های کانال دوم و ورودی های کانال سوم را در خود جای داده که بدین طریق مشکل اختلاف دما وجود ندارد زیرا گازهای خروجی کانال دوم ورودی کانال سوم تقریبا یکسان هستند و این ساختار جدید امروزه در همه جا رواج دارد.

پیشرفت عمده دیگر در زمان جنگ جهانی دوم اتفاق افتاد بدینگونه که نیاز شدیدی به تامین بخار در تاسیسات جبهه ها احساس گردید و ضرورت داشت که نصب و راه اندازی این دیگ ها در کمترین زمان انجام میشد.

قبل از این پوسته دیگ با قطعات آتشکاری، تلمبه ها، شیرها و دمندگان تولید کننده گان مختلف، در محل نصب،تجهیز می گردید ولی از این زمان به بعد دیگ بخار با همه این قطعات بصورت کامل آماده به کار نصب گردید که این نوع دیگ را پکیج موتورخانه ای یا پارچه پارچه می نامند و شامل دیگ اسکاچ سه معبره و dry back است که بر روی پارچه نصب شده است.

پس از جنگ این نوع دیگهای یکپارچه عمومیت یافتند و جزو دیگ های ظرفیت بالای لوله-آتشی، سایر دیگ بخار را از این نوع ساختند و این نوع دیگها را wet back (سه کاناله) می باشند.

دیگهای کوچکتر، مخصوص آب گرم کن را از نوع شعله-معکوس می سازند که کوره این نوع دیگها در یک طرف باز است و شعله مشعل در مرکز کوره به سمت عقب کوره بسته است می تابد و گازهای حاصل از احتراق به صورت متحدالمرکز در اطراف شعله به عقب بر می گردند.

ناحیه انتهای کوره به علت بسته بودن و بالا بودن فشار، از نظر جریان گازها راکد و غیر فعال است. قابل ذکر است که طراحی مشعل به نحوی می باشد که ایجاد شعله ای بلند تر، باریکتر و نفوذی می نماید.

دیگ بخار لوله – آبی

هم گام با توسعه صنعت در قرن گذشته استفاده از دیگهای بخار با فشار بالا ضرورت پیدا کرد و دیگ بخار و سیر تحول دیگری ایجاد شد.

دیگ لوله-آتشی و نوع لوله-آبی با لوله های مستقیم که در سال ۱۸۵۶ توسط استفن ویل کوکس معرفی و در ۱۸۶۷ توسط جرج بابکوک و استفن ویل کوکس به ثبت رسانده شد .

این سر شاخه ها نیز به نوبه خود در داخل مخزن استوانه ای شکل به نام مخزن بخار متصل شده اند. این مخزن محتوی آب و فضایی کافی در بالای آب است که بخار تولید شده در لوله های دیگ در آن وارد و قبل از ارسال به مصرف کننده بخار، آب همراه آنها جدا می گردد.

سطوح حرارت دیده شامل گروه یا دسته لوله های است که قطر داخلی آنها ۷۵ میلیمتر است که تعدادی مقابل شعله و بقیه در مسیر گاز های حاصل از احتراق قرار دارند.

بخش بفل در دیگ بخار

دیواره های تیغه ای شکل baffles نیز به منظور ایجاد مسیرهای عبور گازها و در نتیجه افزایش کارآیی سطوح حرارتی، دربین دسته لوله ها قرار داده می شود بدین طریق حرارت توسط لوله هایی با سطح مقطع های نازک به آب درون دیگ منتقل می گردد.

این سطوح مقطع ها قابل مقایسه با ضخامت مخزن دیگ های لوله- آتشی نیستند و بنابراین می توان فشار دیگ بخار را به مقدار قابل ملاحظه ای بالاتر از دیگ های لوله-آتشی افزایش داد.

با وجود کاربرد چندید ساله طرح فوق فشار دیگ محدود بود و سر انجام دیگهای چند مخزنی با لوله های خمیده تکمیل شد و مخزنهای پایینی که محل تجمع خالصی های ته نشین شده بودند.به نام مخزن گل و لای نامیده شدند.

کاربری دیگ بخار

خریداران دیگ های بخار می توانند یکی از انواع دیگها را انتخاب نمایند ولی باید توجه کرد هر یک از این دیگها مشخصات خاص خود را دارند و با آن که در ظرفیت و فشار مساوی، دیگ های لوله-آتشی از دیگ های لوله-آبی ارزانتر می باشد ولی نوع کاربرد عامل اصلی انتخاب نوع دیگ به شمار میرود.

معمولی ترین دیگ ها از نظر تعداد دیگهای لوله -آتشی هستند ولی از نظر ظرفیت باید گفت ۲۹ درصد کل ظرفیت دیگها را دیگ های لوله – آبی تشکیل میدهد که نشان دهنده ظرفیت های بالااین دیگ ها است . در واقع کاربرد بیشتری نسبت به دیگ های لوله-آبی دارد.