تاریخچه دیگ بخار

امروزه از دیگ های بخار  در سیستمهای گرمایشی و صنایع غذایی و نیروگاه ها استفاده می شود. چیزی که معلوم است این است که به کارگیری دیگ  بخار از اوایل قرن ۱۸ میلادی با پیدایش ماشین های بخار در صنعت رایج گردیده است.

دیگ های بخار اولیه، از ظرف سر بسته ای از ورقهای آهنی ساخته می شدند که بر روی هم برگردانده شده و پرس شده بودند ، این ظروف بر روی دیواره ای از آجر بر روی آتش قرار داشتند و برای رساندن حرارت به نقاطی از ظرف که مقابل آتش نبودن از کانال های آجری استفاده می شد، این دیگ ها را بیرون سوز می نامند و بزرگترین ایراد آن ها ایجاد رسوب و لجن در پایین ترین نقطه  یعنی بالای سطح داغ آتش بود که سبب جلوگیری تماس فلز و آب می شد که نتیجه آن بالا رفتن درجه حرارت فلز و تغییر شکل و در نهایت سوختن آن بود.

با افزایش میزان تقاضای مردم برای تولید دیگ های با فشار بالاتر، ساخت دیگ هایی که درون سوز بودند به سرعت شروع شد که این دیگ ها از استوانه های فلزی ساخته می شدند و کوره نیز به شکل استوانه در  درون مخزن استوانه ای قرار می گرفت و محصولات آتش گرفتن  که در آن زمان بیشتر به صورت جامد یعنی زغال سنگ بودند، از روی صفحه ای مشبک به درون کوره انتقال می یافتند و درون کوره ی بخار می سوختند.

در دیگ های بخار اولیه برای بهره برداری از دمای گازهای خروجی دودکش، از طریق انتقال آنها از  کوره به کانال های تعبیه شده در زیر مخزن استوانه ای و در نهایت هدایت به سمت دودکش خروجی دیگ بخار، اقدام به بالا بردن راندمان کار می کردند.

گامی هرچند کوتاه به دنبال دیگ بخار تک کوره ای برداشته شد و  آن دیگ بخاربزرگتر دو کوره ای لانکاشیر بود که تحت امتیاز FAIRBAIRN و HETHERINGTON در سال ۱۸۴۴ به ثبت رسید که تا اوایل دهه ۱۹۵۰ میدان دار دیگ های صنعتی بود . احتمالا بیش از هزار عدد از این دیگ بخار هنوز در انگلستان کار می کنند.

تعدادی از دیگ های اولیه  ی کشتی ها، جهت استفاده بیشتر از فضا، دارای سطح مقطع چهار گوش بودند که بر اثر پارگی گوشه ها، منجر به انفجارات شدید این دیگها گردید.

سرانجام همه ی دیگ های کشتی ها را استوانه ای ساختند ولی به علت محدودیت وزن و اندازه، از آجر کاری و ساخت کانالهای جانبی خودداری گردید و از دیگهای چند لوله ای و کوره های درون سوز، تا چهار کوره  استفاده شد.

بعدها، دیگ های سه کاناله ساخته شد که در آن، گازها از طریق یک سری لوله های دیگر به قسمت عقب کوره برمی گشت. این دیگ ها را دیگ های اسکاچ دریایی می نامیدند که از سالهای ۱۸۵۰ تا پیدایش موتورهای دیزل و جایگزینی آنها کاربرد داشتند.

به تدریج دیگ های اسکاچ را در خشکی به کار بردند و چون محدودیت جا نبود از آجر کاری نیز استفاده شد و آنها را بلند تر ساختند. این دیگ ها را در انگلستان به نام اقتصادی و در آمریکا هنوز به نام اسکاچ می شناسند.

و اما دیگ های بخار امروزی قابل مقایسه با دیگ های اولیه و دیگ های قدیمی نیستند ، قدرت دیگ های امروزی به مراتب بالاتر از دیگ های ابتدایی است و همین امر به مدد تکنولوژی اتفاق افتاده است.

صنایع انتظاری با نظر به تکنولوژی و دانش جدید و برای رضایت مشتریان، به عرضه ی جدیدترین محصولات خود در قالب دیگ های بخار می نماید .

مطالب ویکیپدیا

دیگ بخار یا بویلر (به انگلیسی: steam Boiler) عبارت است از یک مخزن بسته که در آن بخار آب جهت استفاده در خارج از آن توسط گرمای ناشی از احتراق سوخت تولید می‌شود. داخل دیگ بخار شامل دو بخش طرف آتش و طرف آب است. سطح گرمایی دیگ بخار به مجموع کلیه سطوح در طرف آتش دیگ بخار اطلاق می‌شود. تمام بخش‌های داخلی و تحت فشار یک دیگ بخار از آلیاژهای آهنی ساخته می‌شوند. دیگ‌های بخار از نظر نوع جنس به دو دسته چدنی و فولادی تقسیم‌بندی می‌شوند. دیگ بخار چدنی برای تولید بخار کم فشار ساخته می‌شود. اکثر دیگ‌های بخار از نوع فولادی هستند.

تاریخچه

استفاده از دیگ بخار در سیر تاریخ: جیمزوات مخترع اسکاتلندی که اغلب از او به عنوان مخترع ماشین بخار یاد می‌شود چهره اصلی انقلاب صنعتی است. وات در واقع اولین سازنده ماشین بخار نیست. هرو او آلکساندریا در قرن اول میلادی ابزارهای مشابهی را توصیف کرده بود. در سال ۱۶۹۸ توماس ساوری ماشین مشابهی را به ثبت رساند که برای تلمبه کردن آب از آن استفاده می‌شد و در ۱۷۱۲ توماس نیوکومن نوع پیشرفته‌تری از آن را به ثبت رساند. با وجود این ماشین ساخته شده توسط نیوکومن کارایی بسیار کمی داشت و آن را فقط برای خارج کردن آب از معادن زغال‌سنگ به کار می‌گرفتند. وات با اینکه فقط یک دوره کارآموزی یکساله را در زمینه ابزارسازی گذرانده بود ولی از استعداد ابداع و نوآوری فراوان برخوردار بود. وی در سال ۱۷۶۴ هنگامی که مشغول تعمیر یک مدل از ماشین‌های نیوکومن بود به ماشین بخار علاقه‌مند شد. وات اصلاحاتی آنچنان مهم و ارزنده در ماشین اختراعی نیوکومن به عمل آورد که می‌توان او را مخترع اولین ماشین بخار دانست. اولین تغییر مهم وات که در سال ۱۷۶۹ به ثبت رساند اضافه کردن یک محفظه جداگانه تراکم بخار بود. او همچنین با عایق‌بندی، سیلندر بخار را مجزا کرد و در سال ۱۷۸۲ ماشین دوطرفه را اختراع نمود. تمام این‌ها همراه با چند فقره تغییرات و اصلاحات کوچک‌تر به کارایی بیشتر ماشین‌های بخار منتج شد. این ازدیاد کارایی عملاً به معنای تفاوت بین یک ابزار ماهرانه ولی نه چندان قابل استفاده با وسیله‌ای با توان صنعتی فراوان بود. وات در سال ۱۷۸۱ با اختراع یک سری چرخ‌دنده حرکت تناوبی موتور را به حرکت دورانی تبدیل کرد. با استفاده از این ابزار بر موارد استفاده از موتور بخار به شکل چشمگیری افزوده شد. وات که خود فاقد استعداد لازم در کارهای تجاری بود، در سال ۱۷۷۵ به اتفاق ماتیو بولتون که مهندسی چیره‌دست و معامله‌گری توانا بود شرکتی تأسیس کرد، طی ۲۵ سال بعد شرکت وات – بولتون تعداد زیادی موتورهای بخاری تولید و به بازار عرضه کرد که در نتیجه ثروت سرشاری نصیب آن دو گردید. در باب اهمیت ماشین بخار مبالغه و گزافه‌گویی نمی‌شود. درست است که بسیاری از اختراعات دیگر در انقلاب صنعتی نقش داشته‌اند؛ ولی هیچ‌یک از آنها به‌تنهایی نمی‌توانستند برای انقلاب صنعتی حیاتی باشند. قبل از آن اگر چه از نیروی آب و باد برای به گردش درآوردن چرخ آسیاب‌ها استفاده می‌شود ولی منبع اصلی نیرو همواره عضلات انسان بود. استفاده از این عامل ظرفیت تولید صنعتی را به کلی محدود می‌کرد. با اختراع ماشین بخار این محدودیت بر طرف شد. پس از آن انرژی بسیار زیادی برای تولید در دسترس بود و مرتباً نیز به میزان آن افزوده می‌شد.

انواع دیگ بخار

• دیگ‌های لوله آبی (به انگلیسی: water-tube boiler)

در بویلر نوع Fire tube لوله‌های جریان که از مقداری لوله موازی و متصل تشکیل شده در معرض گازهای حاصل از کوره قرار داده می‌شوند. سپس لوله‌ها از میان بدنه بویلر که آب تغذیه را هم شامل می‌شوند گذر می‌کنند که در نتیجه توسط آب پوشیده می‌شوند.

• دیگ‌های لوله آتشی (به انگلیسی: fire-tube boiler)

در یک بویلر نوع Water tube شرایط برعکس نوع Fire tube است.

دیگ لوله آبی

همگام با توسعه صنعت در قرن گذشته، استفاده از دیگهای بخار با فشار بالا ضرورت پیدا کرد و بنا به دلایلی، گاهی نیز انفجارهای مصیبت باری به همراه داشته‌است. آن روزها دیگ‌های بخار شامل ظروف تحت فشار با قطرهای زیادی بود که تحت فشار داخلی، دچار تنشهای انبساطی در دیواره‌های این ظروف می‌گردید. مقدار این تنش به نام تنش حلقه‌ای معروف است. بهترین راه برای جلوگیری از بروز این مشکل کاهش قطر ظرف تحت فشار است که این امر اساس کار دیگهای لوله– آبی است. در این دیگ‌ها آب، درون لوله‌ها جاری است و گازهای داغ در سطح خارجی لوله‌ها جریان دارند. دیگ‌های لوله آبی متشکل از ظروفی به نام درام هستند که توسط لوله به یکدیگر متصل شده‌اند. آب در درون لوله‌ها گردش کرده و گازهای داغ از اطراف لوله‌ها عبور می‌کنند. مهم‌ترین مزیت دیگ‌های لوله آبی آزادی در افزایش ظرفیت ساخت آنهاست. دیگ‌های لوله آبی می‌توانند تا ظرفیت نیم تن در ثانیه بخار با فشار ۱۶۰ اتمسفر و دمای۵۵۰ درجه سانتی‌گراد تولید کنند. البته دیگ‌های لوله آبی به صورت پکیج و در ابعاد کوچک‌تر نیز ساخته می‌شوند که در صنایع نفت و پتروشیمی کاربرد فراوان دارند.

دیگ لوله آتشی

این نوع دیگ‌های بخار معمولاً، شامل بدنه اصلی، صفحه – لوله‌های جلو و عقب، کوره و اتاقک برگشت می‌باشد که پس از مونتاژ و جوشکاری ابتدا کامل مورد آزمایش‌های غیر مخرب (پرتونگاری، اولتراسونیک، مایع نافذ و…) قرار گرفته و سپس عملیات تنش‌گیری آنها در کوره مخصوص انجام می‌گیرد.

دسته‌بندی بویلرها

بویلرها بر حسب تعداد مسیری که گازهای ناشی از احتراق طی می‌کند تا وارد دودکش شوند به چند دسته تقسیم می‌شود.

• تک پاس: نسل اول بویلرهای زغال‌سنگ سوز لوکوموتیوهای بخار از این نوع بوده‌اند که در آنها گازهای ناشی از احتراق مسیر دیگ را یک بار طی می‌کند و بعد وارد دودکش می‌شود. این نوع از بویلرها دیگر ساخته نمی‌شوند.
• دو پاس: (برای تولید آب‌گرم) گازهای ناشی از احتراق مسیر دیگ را دو بار طی می‌کند و بعد وارد دودکش می‌شود.
• کوره برگشتی: گازهای ناشی از احتراق مسیر کوره را دوبار طی می‌کند و سپس به پاس لوله‌ها منتقل شده و به سمت دودکش حرکت می‌کند. راندمان بویلرهای کوره برگشتی از بویلرهای دو پاس بیشتر است.
• سه پاس: (برای تولید آب‌گرم و بخار) گازهای ناشی از احتراق مسیر دیگ را سه بار طی می‌کند و بعد وارد دودکش می‌شود.
• چهار پاس: دیگ‌های ۴ پاس صرفاً برای تولید بخار در تناژ بالا تولید می‌شود. گازهای ناشی از احتراق مسیر دیگ را چهار بار طی می‌کند و بعد وارد دودکش می‌شود.^[۱][۲]

کاربردهای مختلف بویلر

دیگ بخار یا بویلر کاربردهای مختلفی دارد. تأمین گرمایش مورد نیاز صنایع گوناگون از جمله تولید مواد غذایی، گلخانه‌ها، مرغداری‌ها، سالن‌های پرورش قارچ و … یکی از اصلی‌ترین موارد استفاده از بویلر می‌باشد. مورد دیگر استفاده به عنوان تمیز کننده و ضدعفونی کننده است که اغلب بیمارستان‌ها، هتل‌ها و رستوران‌ها، فروشگاه‌های بزرگ و کوچک، معابر شهری و صنایعی مانند کاغذ سازی و تولید پلاستیک را می‌توان نام برد. همچنین از بخار برای چربی زدایی در کارخانجات تولید قطعات صنعتی و ماشین‌آلات استفاده زیادی می‌شود. در خیلی از صنایع بزرگ علاوه بر کاربرد گرمایشی از نیروی محرکه بخار برای تأمین انرژی مولد و الکتریسیته استفاده می‌شود. پالایشگاه‌ها از جمله این موارد می‌باشند. به‌طور خلاصه موارد زیر را می‌توان از جمله استفاده‌کننده‌های بویلر و دیگ بخار به‌شمار آورد:

1. پالایشگاه‌ها
2. کارخانجات تولید قطعات صنعتی
3. کارخانجات خودروسازی
4. تولید بتن
5. رنگرزی نخ فرش و پارچه
6. تولید رب گوجه‌فرنگی
7. صنایع شیر و فرآورده‌های لبنی
8. تولید نبات، آب نبات و شکلات
9. تولید کیک، کلوچه و نان
10. کیورتینگ بتن
11. صنایع سلولزی و تولید کاغذ
12. مرغداری و دامداری‌ها
13. سالن‌های پرورش قارچ
14. صنایع لاستیک‌سازی
15. صنعت شستشو از جمله کارواش‌ها، معابر شهری، ناوگان ترابری عمومی (هواپیما، قطار، مترو، اتوبوس و …)

ملاحظات ایمنی در دیگ های بخار نسبت به دیگ آبگرم

برخلاف دیگ های آب داغ یا آبگرم که در سیستم گرمایشی استفاده می شوند، سیستم های بخار در فشار و دمای بسیار بالاتر نگهداری می شوند و باعث می شود که آنها برای استفاده های عمومی پر خطر تر از دیگ های آبگرم باشند. سیستم های بخار و دیگ بخار خطر سوختگی دارد و دلیل آن این است که درجه حرارت موجود در دیگ بخار بسیار بالا است (چیزی حدود ۱۶۰ الی ۱۸۰ درجه) و همیشه خطر انفجار از همه ی روزنه های بویلر صنعتی وجود دارد و فشار در همه ابعاد کوره پخش شده است. مجموعه ای از قابلیت های اطمینان و ملاحظات ساخت استاندارد باید در ساخت هر دیگ بخار لحاظ شود تاکاربر بتواند با ضریب اطمینان بالا کار کند، چون اگر مشکلی در یک یا چند سیستم وجود داشته باشد، مشکلات جدی ایجاد می شود.

طرح جدید دیگ بخار ایرانی

به گزارش خبرگزاری مهر با توجه به مشکلات بیان شده برای دیگ بخار واتر تیوب و برای پاسخگویی به نیاز مصرف کنندگان مختلف یکی از دانشمندان جوان ایرانی تحقیقات گسترده‌ای در این زمینه به انجام رسانیده و پیرو برخی اقدامات انجام شده از دهه ۷۰ میلادی، توسط برخی شرکت‌ها در کشورهای ایتالیا، آلمان و آمریکا با بررسی تکنولوژی روز به کار رفته در دستگاه‌های مولد بخار پیشرفته برای اولین بار موفق به طراحی و ساخت دستگاه بخار کوره آبی با قابلیت تولید بخار پیوسته بدون خطر انفجار شدند.^[۳]

پانویس

منابع

•  The Boiler Book By: Cleaver-Brooks
•  Boiler Operators handbook By:Kenneth E.heselton
• مرجع کاربردی بویلرهای آبگرم و بخار صنعتی. نشر نوآور