بررسی عملکرد انواع دیگ های بخار و روش های طراحی ، نصب ، راه اندازی و كنترل آنها

بررسی عملکرد انواع دیگ های بخار و روش های طراحی ، نصب ، راه اندازی و كنترل آنها

فهرست :الف – مقدمهب – ديگ بخار و جايگاه آن در نيروگاه حرارتيفصل اول : طبقه بندي بويلرها1-1-       طبقه بندي از نظر مصارف بويلر1-2-       طبقه بندي از نظر فشار سيكل آب و بخار1-3-       طبقه بندي از نظر مصالح صنعتي و متالوژيكي1-4-       طبقه بندي از نظر سطوح تبادل حرارتي1-5-       طبقه بندي از نظر محتواي لوله ها1-6-       طبقه بندي از نظر فشار كوره بويلر1-7-       طبقه بندي از نظر نوع احتراق1-8-       طبقه بندي از نظر منبع انرژي بويلر1-9-       طبقه بندي از نظرنوع سيال عامل1-10-   طبقه بندي از نظر نوع سيركولاسيون سيال عامل1-11-   طبقه بندي از نظر نام سازنده بويلر1-12-   طبقه بندي از نظر شكل و موقعيت لوله هاي بويلر1-13-   تشخيص پارامترهاي يك بويلر از روي نمودارفصل دوم : انواع بويلر ها و عملكرد آنها2-1- ديگ هاي چدني2-2- ديگ هاي فولادي2-2-1- تاريخچه و عملكرد بويلرهاي فايرتيوب2-2-1-1- انواع بويلرهاي فايرتيوب2-2-2- تاريخچه و عملكرد بويلرهاي واتر تيوب2-2-2-1- انواع بويلرهاي واترتيوب2-3- بويلرهاي نيروگاهي و انواع آنها2-3-1- ديگ هاي بخار با سيركولاسيون طبيعي2-3-2- ديگ هاي بخار با سيركولاسيون اجباري2-3-2-1- بويلر با سيركولاسيون اجباري و زير نقطه بحراني با درام2-3-2-2- بويلر با سيركولاسيون اجباري و زير نقطه بحراني و يكبار گذر2-4- ديگ هاي پكيج2-5- نحوه انتخاب ديگ بخارفصل سوم : تشريح اجزاي ديگ بخار3-1- مدارهاي عملكرد ديگ هاي بخار3-1-1- مدار آب و بخار و اجزاي آن3-1-1-1- كوره3-1-1-2- لوله اصلي تغذيه آب بويلر3-1-1-3- پمپ تغذيه آب بويلر3-1-1-4- ري هيترها3-1-1-5- اكونومايزر3-1-1-6- پيش گرم كن دوار يا يانگستروم3-1-1-7- دي سوپرهيترها3-1-1-8- شيرهاي اطمينان3-1-2- مدار سوخت و هوا و اجزاي آن3-1-2-1- تعريف سوخت و انواع آن3-1-2-2- ارزش حرارتي3-1-2-3- احتراق و تعريف آن3-1-2-4- محصولات احتراق3-1-2-5- راندمان احتراق3-2- مشعل ها و انواع آنها3-2-1- مشعل هاي تبخيري3-2-2- مشعل هاي پودر كننده3-2-3- مشعل هاي گريز از مركز3-3- بازده حرارتي ديگ هاي بخارفصل چهارم : رسوبات و خورندگي در ديگ هاي بخار4-1- رسوبات و خورندگي در ديگ هاي بخار4-2- شستشوي ديگ هاي بخار4-3- روش هاي تعيين ميزان آلودگي سطوح حرارتي ديگ هاي بخار4-3-1- روش دستي4-3-2- روش كاتديكفصل پنجم : نصب ، راه اندازي و بهره برداري از ديگ هاي بخار5-1- نحوه نصب ديگ هاي حرارت مركزي5-2- راه اندازي و بهره برداري از ديگ هاي بخار5-2-1- بازديدهاي قبل از راه اندازي5-2-2- پركردن ديگ هاي بخار5-2-3- سيستم كنترل وزش ديگ بخار5-2-4- مشعل هاي سوخت سبك ( آتش زا )5-2-5- تخليه از زير ديگ و تخليه معمولي5-2-6- خواباندن عادي جهت ذخيره نگاه داشتن واحد5-2-7- خواباندن عادي به منظور كار تعميراتي5-2-8- خواباندن اضطراري واحد5-2-9- راه اندازي ديگ هاي بخار گازسوز5-2-10- خواباندن ديگ بخار گازسوزفصل ششم : كنترل و بازرسي ديگ هاي بخار6-1- كنترل ديگ هاي بخار6-1-1- كنترل فشار6-1-2- كنترل درجه حرارت بخار6-1-3- كنترل سوخت و هوا6-1-4- كنترل آب تغذيه6-2- بازرسي اساسي ساليانه ديگ هاي بخارفصل هفتم : طراحي و ساخت ديگ هاي بخار7-1- طراحي ديگ هاي بخار7-2- نحوه ساخت ديگ هاي بخار7-3- مراحل ساخت ديگ هاي چدني شركت ايرفو7-3-1- تهيه مواد اوليه7-3-2- تاييد مواد اوليه توسط كارشناسان7-3-3- آزمايشگاه و خدمات لازم جهت تاييد مواد اوليه7-3-4- انبار و توزيع مواد7-3-5- آزمايشگاه و كنترل آناليز ذوب7-3-6- تهيه ذوب ديگ ها و عمليات ذوب ريزي7-3-7- قالبگيري و ماهيچه گيري ديگ ها7-3-8- ورقكاري و نقاشي7-3-9- تخليه ديگ ها از ماسه و مراحل تكميلي7-3-10- تست هيدرواستاتيك پره ها7-3-11- ماشينكاري پره ها و مونتاژ7-3-12- بسته بندي و تحويل به انبار7-3-13- تحويل ديگ چدني به مصرف كننده7-3-14- بازرسي و آزمايش در حين فرآيند و فنون آماري در شركت ايرفوفصل هشتم : تعمير و نگهداري ديگ هاي بخار8-1- نگهداري ديگ هاي بخار غير فعال8-1-1- نگهداري ديگ بخار به روش خشك8-1-2- نگهداري ديگ بخار به روش تر8-2- نگهداري ناحيه احتراق در ديگ هاي بخار8-3- رفع عيوب در ديگ هاي بخارميهماني نهار درون يك ديگ بخارمنابع و مراجع             الف – مقدمه :انسان همواره برای گرم کردن محل زندگی خود در فصل سرما ، به دنبال ساخت وسایل گرمازا بوده است . در ابتدا با سوزاندن موادی مانند گیاهان و چوب و بعدها با کشف و استخراج معادن انواع سوختهای فسیلی ، از وسایلی مانند بخاری و آبگرمکن استفاده کرده است . ولی به تدریج با گسترش شهر نشینی وفرهنگ آپارتمان نشینی و ایجاد انواع ساختمانهای مسکونی و تجاری و اداری و همچنین لزوم توجه بیشتر به مصرف بهینه و اقتصادی سوخت ، باعث گردید سیستمهای مختلف گرمایشی مانند : سیستم حرارت مرکزی ، انواع پکیج یونیت های آپارتمانی ، سیستمهای حرارت تشعشعی و … مورد توجه بیشتری قرار گرفته و در زمینه بهبود کیفیت و سهولت بهره برداری و نگهداری از آنها اقدامات موثری انجام شده است که از آن جمله می توان تولید و ساخت انواع دیگهای حرارت مرکزی که در ساختمانها و مراکز مختلف صنعتی بسته به شرایط اقتصادی وفنی مورد استفاده قرارمی گیرند ، را نام برد .دیگهای آب گرم که تولید و بهره برداری ازآنها قدمتی چندین ساله دارد ، در انواع مختلف به صورت عمده با استفاده از فولاد و یا چدن ساخته شده است و برای تولید آب گرم مورد نیاز ، در محلی به نام موتورخانه نصب و بکار گرفته می شوند .   ب – ديگ بخار و جايگاه آن دريک نيروگاه حرارتی :کلمه بویلر از فعل boil به معنی جوشاندن استخراج شده و بویلر به معنی جوشاننده است . درواقع بویلرها نوعی مبدل حرارتی هستند که با گرفتن انرژی حرارتی سوخت و انتقال آن به آب سرد ، باعث تبدیل آب به بخار می شوند . نیروگاه بخاری از نظر ترمودینامیک یک ماشین حرارتی است که در آن دیگ بخار ، به عنوان منبع گرما کار می کند . گرفتن کار از ماشین حرارتی تنها با منابع دمای بالا و پایین میسّر است . انتقال و افزایش انرژی سیّال عامل که عمدتاً آب خالص است ، در دیگهای بخار صورت می گیرد . پس دیگهای بخارنیروگاه ها با متعلقات خود نقش اساسی و بارزی در سیکل حرارتی نیروگاه ها ایفا می کنند . در واقع می توان گفت که دیگ بخار قلب هر نیروگاه است . لذا شناخت انواع ، عملکرد ، اجزا و نقش تک تک اجزای این سازه بزرگ و مهم ، کمک شایانی به به بهره برداری و تعمیرات آن خواهد کرد .در اینجا بایستی با یک واژه درباره بویلرها آشنا شویم و آن سطح تبادل حرارتی یک بویلر است .سطح گرمایش ( ( heating surface یا سطح تبادل حرارتی یک بویلر عبارت است از مساحت سطحی که در معرض محصولات احتراق قرار دارد .در این پروژه ابتدا طبقه بندی انواع بویلرها را ذکر خواهیم کرد . بویلرها   طبقه بندی های گوناگونی دارند. بویلرها را می توان بر اساس جنس ، فشار، درجه حرارت ، شکل ، نوع سوخت و … طبقه بندی کرد .   فصل اول :طبقه بندي بويلرهاطبقه بندی بويلرها :بویلرها طبقه بندیهای مختلفی دارند که در زیر به آنها اشاره شده است :1-1- طبقه بندی از نظر مصارف بویلر:بویلرها را از نظر نوع مصرفی که در صنایع مختلف دارند ، می توان دسته بندی کرد : بعضی از آنها برای تولید انرژی الکتریکی بکار می روند و برخی دیگر برای تهیه آب داغ یا بخار خشک و اشباع ساخته می شوند . در صنایع حمل و نقل ( زمینی یا دریایی ) به طرحهای خاصی از بویلرها نیاز است . همچنین در جوار واحدهای عظیم بخارساز نیروگاهی ، بویلرهای خاصی به عنوان بویلر کمکی نصب می شوند .1-2- طبقه بندی از نظر فشار سیکل آب و بخار :از نظر فشار کاری عموماً سه نوع بویلر وجود دارد :1)     بویلرهای مینیاتوری با حد اکثر فشار 7 bar جهت تولید آب داغ یا بخار خشک و اشباع با حد اکثر سطوح تبادل حرارتی 2m²2)     بویلرهای کم فشار که برای تولید آب داغ و بخار خشک و اشباع به کار می روند ، که اگر این بویلرها برای تولید آب داغ بکار روند ، طبق استانداردهای ASME برای حد اکثرفشار 10bar و دمای 120˚c ساخته می شوند .3)     بویلرهای قدرتمند ( ( power boilers که برای تهیه بخار اشباع یا بخار داغ با فشار بالاتر از 12bar ساخته می شوند . اغلب بویلرهای نیروگاهی از این نوع هستند .1-3- طبقه بندی از نظر مصالح صنعتی و متالوژیکی :انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME ) در این مورد استانداردهای دقیق و مبسوطی دارند که طبق آن ، بویلرهای قدرتمند از انواع فولادهای کم کربن ، آلیاژی و پر آلیاژی ساخته می شوند . همچنین بویلرهای کم فشار از چدن یا فولاد و بویلرهای مینیاتوری از مس یا فولادهای ضد زنگ ساخته می شوند . 1-4-  طبقه بندی از نظر سطوح تبادل حرارتی :این طبقه بندی از طرف انستیتو بویلرهای فولادی آمریکا(، ( SBIبرای بویلرهای فولادی کم ظرفیت غیر نیروگاهی صورت گرفته که آنها را به سه دسته تقسیم می کنند :1)       از13m² تا 350m² سطح تبادل حرارتی ، با خروجی 648 تا 18810kj2)       سطح تبادل حرارتی از 2m²تا  30m² با خروجی حد اکثر 1880kj3)       بویلرهای با سوخت فسیلی حد اکثر با خروجی 1880kj البته روشن است که سطوح تبادل حرارتی بویلرهای نیروگاهی بسیار بیش ازاین مقادیر است .1-5-  طبقه بندی از نظر محتوای لوله ها :1) دیگهای بخار فایر تیوب ( fire tube) : بویلرهایی که در آنها آتش و گازهای حاصل از احتراق از درون لوله ها جریان می یابد و سیال انرژی گیرنده ( آب ) در خارج لوله ها می جوشد .2) دیگهای بخار واتر تیوب ( water tube) : بویلرهایی که در آنها سیال انرژی گیرنده ( آب ) در درون لوله ها جریان دارد و محصولات احتراق در بیرون از لوله ها حرکت می کنند .بویلرهای فایر تیوب بخارساز حد اکثر برای فشار17bar و با خروجی 11.3m³/hr ساخته می شوند ، اما بویلرهای واتر تیوب حتی برای فشارهای فوق بحرانی آب و تناژهای بسیار بالا طراحی و ساخته می شوند .1-6-  طبقه بندی از نظر فشار کوره بویلر:اگر فشار داخل کوره بویلر مد نظر باشد ، از این نظر بویلرها به سه دسته تقسیم می شوند : بویلرهای تحت فشار ، بویلرهای با فشار اتمسفریک و بویلرهای تحت خلا .بایستی به این نکته اشاره کرد که نوع کوره یک بویلر از نظر فشار درون آن ، در پیدایش لوازمی نظیر دمنده هوای احتراق و مکنده دود و گازها دخیل است . همچنین با توجه به فشار کوره ، سیستم تخلیه گازها از دودکش متغیر خواهد بود .1-7-  طبقه بندی از نظرنوع احتراق :بویلرها از نظر نوع احتراق به دو دسته تقسیم می شوند : بویلرهای با احتراق درونی و بیرونی .در بویلرهای با احتراق درونی ، کوره دارای مشعل و لوازم لازم برای احتراق خواهد بود . اما در بویلرهای با احتراق بیرونی ، ماحصل محصولات احتراق سیستمهای دیگر تخلیه شده و از انرژی آ نها برای جوشاندن آب استفاده می گردد ، مانند سیکلهای ترکیبی .1-8-  طبقه بندی از نظرمنبع انرژی بویلر :انرژی مورد تبدیل در بویلرها ممکن است از احتراق سوختهای فسیلی تامین شود . همچنین این امکان وجود دارد که تامین حرارت سیال عامل را تحولی شیمیایی غیر از احتراق به عهده گیرد . در برخی از بویلرها انرژی الکتریکی عامل افزایش دمای سیال عامل می باشد . حتی ممکن است این انرژی از منابع انرژی هسته ای تامین گردد . در این صورت ساختار بویلرها تفاوت های عمده ای با یکدیگر خواهند داشت .1-9-  طبقه بندی از نظرنوع سیال عامل :سیال عاملی که دربویلرها موجب جذب حرارت می شود ومی جوشد ، ممکن است آب ، بخار آب یا جیوه باشد .   1-10-  طبقه بندی از نظرنوع سیرکولاسیون سیال عامل :بویلرها از این نظر به سه دسته تقسیم می شوند :1)      بویلربا سیرکولاسیون طبیعی : که در این صورت نیروی ایجاد شده از اختلاف دانسیته سیال عامل قبل از انتقال حرارت و بعد از آن ، عامل سیرکولاسیون خواهد بود . البته این نیرو باید به اندازه ای کافی باشد که باعث افت سرعت سیال به هنگام گرفتن انرژی حرارتی نشود و جدایش بخار اشباع از آب جوشان در داخل درام به زحمت نیفتد .2)      بویلر با سیرکولاسیون اجباری : که دراین حالت عامل حرکت سیال ، مولد های خارجی ( boiler circulating pumps ) خواهند بود . پس در این نوع سیرکولاسیون محدودیت فشار برای سیال منتفی می شود .3)      بویلر با سیرکولاسیون مختلط : ممکن است بویلری برای تولید بخار داغ در دو حوزه فشاری کار کند که در آن صورت ، در فشار پایین ، هنگامی که نیروی حاصل از اختلاف دانسیته ها کافی باشد ، سیرکولاسیون طبیعی ، و هنگام  افزایش تناژ بویلر( افزایش فشار) سیرکولاسیون اجباری می شود.1-11-  طبقه بندی از نظرنام سازنده بویلر :نام سازنده بویلر یا ابداع کننده بویلر ، نه تنها از نظر کیفیت طرح ، بلکه از نظر شکل ، سیرکولاسیون و … می تواند برای مصرف کننده مشکل گشا باشد . در شکل زیر ، شش طرح بویلر با نام سازنده آنها آمده است . برای مثال ، Lamont یک بویلر درام دار و زیر نقطه بحرانی است ، اما Benson یک بویلر بدون درام و بالای نقطه بحرانی است .1-12-  طبقه بندی از نظرشکل و موقعیت لوله های بویلر :بویلرها از این نظربه سه دسته تقسیم می شوند : بویلر با لوله های افقی ، بویلر با لوله های قائم و بویلر با لوله های خمیده .1-13- تشخيص پارامترهای يک بويلر از روی نمودار :نمودار1-1 به عنوان کلیدی جهت مشخص کردن فشار کاری ، تناژ ، نوع سیرکولاسیون ، نوع بخار تولیدی و پیدایش باز گرمایش انواع بویلرها عمل می کند :