- دیگ های بخار با سیرکولاسیون طبیعی
- دیگ های بخار با سیرکولاسیون اجباری
- بویلر با سیرکولاسیون اجباری و زیر نقطه بحرانی با درام
- بویلر با سیرکولاسیون اجباری زیر نقطه بحرانی و یکبار گذر
دیگ های بخار با سیرکولاسیون طبیعی
- با افزایش فشار سیستم ، اختلاف دانسیته آب اشباع در پایین آورنده های آب تحت اشباع ( Down Comers )و مخلوط دو فازه در دیواره های آبی ( Water Walls ) کم می شود و اختلاتف ارتفاع استاتیکی ، برای ایجاد رانش سیال بسیار کاهش می یابد . به همین دلیل سیرکولاسیون مختل و سیال با سرعت بسیار کمی جاری می شود و اشکال های اساسی در انتقال حرارت سیال درون لوله ها به وجود آمده ، رژیم های جریان به سرعت عوض می شوند و پایدار نمی مانند و همچنین به علت سرعت کم سیال ، این دو عامل باعث می شود که تولید بخار به سرعت بالا رود ( Flash Off ) و لوله ها در معرض سوختن ( Over Heat ) قرار گیرد .
اما شاید مهمترین مشکل ، جدایش آب و بخار اشباع در داخل درام باشد . زیرا در فشار بالا آب و بخار تمایل کمتری به جدا شدن از همدیگر دارند و در نتیجه ، سیستم از بخار دهی خواهد افتاد .
- برای آسیب نرسیدن به لوله ها و داشتن رژیمی پایدار از نظر انتقال حرارت به سیال داخل لوله ها ، داشتن حداقل سرعت مناسب برای سیال در سیرکولاسیون طبیعی از مسائل حیاتی است . از این رو سرعت گذر سیال در سیرکولاسیون طبیعی ، حساسیت مضاعفی دارد و تغییرات سرعت سیال درون لوله ها خود تابع عواملی چون شار حرارتی ، نرخ انتقال حرارت ، طول لوله ها ، قطر لوله ها و ضریب صافی سطح داخل لوله ها می باشد .
- اگر بخواهیم راندمان واحد بخار ساز را بالا ببریم ، باید طبق قانون دوم ترمودینامیک دو کار را تجربه کنیم : یا دمای منبع سرد را پایین بیاوریم و یا دمای منبع گرم را بالا ببریم . افزایش دمای منبع گرم ( دمای کوره ) میسر است ، امابستگی تامی به فشار دارد . یعنی در فشارهای بالا می توان دمای منبع گرم را بیشتر بالا برد . از این رو لازم است برای بارگیری بیشتر از یک دیگ بخار ، آن را به سمت فشارهای بالا ( نقطه بحرانی آب ) سوق داد . البته در آن صورت باید از سیرکولاسیون اجباری استفاده کرد .
بعضی از سازندگان واحدهای بخار ساز ، سیکل های اجباری را از ۱۲۲٫۵bar به بالا پیشنهاد می کنند ، اما بعضی دیگر سیکل های طبیعی را تا حوالی فشار ۱۸۳٫۶bar عملی و اقتصادی می دانند . اما دسته سومی هستند که مرز سیرکولاسون طبیعی و اجباری را ۱۷۰bar دانسته ، در طرحهای خود بدان وفادارند .
دیگ های بخار با سیرکولاسیون اجباری
بویلر با سیرکولاسیون اجباری و زیر نقطه بحرانی با درام
این طرح ها را از ۱۵۶bar الی ۱۹۰bar می سازند . در این نوع طرح ها عامل سیبرکولاسیون و چرخش آب ، پمپهای دیگ بخار ( Boiler Circulation Pumps ) هستند ، داشتن سرعت کافی برای سیال در لوله ها هنگام انتقال حرارت ، عدم تغییر رژیم های انتقال حرارت و مسائل هیدرودینامیکی سیال ، جدایش سریع بخار از آب در داخل درام ،؛ تولید بخار انبوه و قابل دسترس در تغییرات سریع بار ، راندمان بالا به خاطر امکان افزایش دمای منبع گرم ( کوره ) ، کنترل بهینه شیمی آب ، پاسخ سریع به نیازهای توربین و … از مزایای انکار ناپذیر این گونه طرح ها هستند . امروزه این واحدهارا تا مرز ۲۰۰۰ton/hr بخار داغ طراحی کرزده و ساخته اند .
مسئله قابل اهمییت در این نوع سیرکولاسیون ها ، نسبت سیرکولاسیون است . زیرا در سیکل باید همیشه آب اضافی موجود باشد و بطور مداوم در مداری بسته حرکت کند . بنا به تعریف :
Circulation Ratio = 1/x
که در آن x کیفیت بخار نامیده شده و عبارتست از مقدار بخار در یک کیلوگرم از مخلوط دو فازه آب و بخار برای مثال ، اگر کیفیت نهایی بخار در واحد درام دارای ۰٫۲ باشد ، نسبت سیرکولاسیون چنین سیستمی ۵ خواهد بود و آن بدین معنی است که باید در هر ساعت ، ۵ برابر بخار داغ خروجی از بویلر ، آب در سیککل به وسیله پمپ های سیرکولاسیون جریان یابد .
در این نوع طرح ها برای سرعت بخشی به سیرکولاسیون پایین آورنده ها را خارج از کوره نصب می کنند یا به عبارتی ، آن را آدیابات در نظر می گیرند تا از اختلاف دانسیته سیال درون آنها در دیواره های آبی نیز در امر سیرکولاسیون سود برند . این امر سه نقطه مثبت به همراه دارد :
- به نیروی رانشی ( Boiler Circulation Pumps ) کمک می شود .
- لوله های Down Comers در معرض تنش های حرارتی قرار نمی گیرند .
- حجم متناسب کوره حفظ می شود .
بویلر با سیرکولاسیون اجباری زیر نقطه بحرانی و یکبار گذر
در این طرح ، پمپ آب تغذیه سیال عامل را به جلو می راند و آب در گذر از لوله های طویل ، در اثر انتقال حرارت ، گرم شده و بخار می گردد . در حقیقت ، با افزایش سطوح انتقال حرارت و طویل گرفتن مناطق تغییر فاز ، حرارت جذب شده توسط سیال زیاد می شود و رژیم جریان سیال از آب به بخار اشباع می گردد و آنگاه بخار داغ تغییر می کند . به علت جاری نکردن آب راضافی ، دیگر نیازی به وجود درام ، بدان صورت که در طرح قبلی پیش بینی می شد ، نیست . شکل های و شماتیک ساده ای از این نوع سیکل ها را ارائه می کنند .