بویلر (دیگ بخار) و نقش آن در سیستمهای تصفیه آب
بویلر یا دیگ بخار یک تجهیز ترمودینامیکی است که با دریافت انرژی حرارتی از یک منبع سوخت (فسیلی، الکتریکی، زیستتوده یا بازیافتی)، آب را به بخار با شرایط مختلف (فشار، دما، کیفیت) تبدیل میکند. خروجی بخار میتواند اشباع، مرطوب یا سوپرهیت باشد و بسته به نوع کاربرد، ویژگیهای طراحی بویلر متفاوت خواهد بود.
اهمیت تولید بخار در صنایع
بخار یکی از کارآمدترین حاملهای انرژی در صنایع است. دلیل آن شامل موارد زیر است:
- ظرفیت حرارتی بالا
- قابلیت انتقال حرارت مؤثر
- امکان کنترل دقیق دما
- عدم ایجاد آلودگی در تماس غیرمستقیم
- قابلیت استفاده همزمان برای گرمایش، فرآیند و نیرو
صنایعی مانند پتروشیمی، فولاد، پالایشگاه، صنایع غذایی، دارویی، نیروگاهها و سیستمهای نمکزدایی حرارتی بدون بویلر عملاً قابل بهرهبرداری نیستند. میزان املاح موجود در آب در همه مناطق کشور یکسان نیست. به عنوان مثال برخی مناطق مانند زاهدان و سمنان دارای مواد معدنی بیشتری در آب هستند. به همین دلیل آب این مناطق به آب سخت معروف است. اطلاع از میزان سختی آب اهمیت بسیاری دارد. به همین دلیل استفاده از سیستمهای آبی عاری از نمک انتخاب بسیار مناسبی برای محافظت تجهیزات است. اگر صاحب کارخانهای باشید آب نقش بسیار مهمی را در تولید ایفا میکند. بنابراین باید از یک سختیگیر در کارخانه استفاده کنید. نصب سختیگیر میتواند هزینههای نگهداری تجهیزات را تا حد زیادی کاهش دهد. همچنین با استفاده از این وسیله عمر تجهیزات شما افزایش مییابد.
ارتباط بویلر با سیستمهای تصفیه آب
کیفیت آب ورودی به بویلر تأثیر مستقیم بر عملکرد، راندمان، ایمنی و طول عمر آن دارد. وجود سختی، سیلیکا، اکسیژن، TDS بالا یا آلودگیهای محلول میتواند منجر به مشکلاتی مثل رسوبگذاری، خوردگی، کفکردن و Carryover شود. بنابراین بویلر و سیستم تصفیه آب، دو جزء جداییناپذیر یک واحد صنعتی محسوب میشوند.
فرآیند تبدیل آب به بخار
درون بویلر، دمای آب تا رسیدن به دمای اشباع افزایش مییابد. سپس در دمای ثابت، فرآیند تغییر فاز انجام شده و بخار تولید میشود. در بویلرهای فشار بالا، این فرآیند در فشارهای بسیار بیشتر از فشار اتمسفریک صورت میگیرد.
نمودار فازی آب، مرزهای فازهای جامد، مایع و بخار را در دماها و فشارهای مختلف نشان میدهد. نقطه بحرانی آب در شرایط زیر قرار دارد:
- فشار: 22.12 MPa
- دما: 374.14°C
فرآیندهای بویلر معمولاً در ناحیه اشباع یا سوپرهیت و زیر نقطه بحرانی انجام میشود.
بویلر فشار پایین
محدوده فشار
- کمتر از 15 psi یا تقریباً 1 بار
کاربردها
- گرمایش ساختمانها
- صنایع غذایی و لبنی
- تولید بخار کمفشار برای استریلیزاسیون
- خشکشوییها
ویژگیهای طراحی
- معمولاً از نوع فایرتیوب
- نیازمند کنترل سادهتر
- ضخامت دیواره کمتر
مزایا
- هزینه ساخت کم
- بهرهبرداری ساده
- حساسیت کمتر به کیفیت آب
محدودیتها
- راندمان پایینتر
- محدودیت در دبی بخار
- غیرقابلاستفاده برای صنایع سنگین
بویلر فشار بالا
محدوده فشار
- بیشتر از 80 بار
- در نیروگاهها تا 300 بار یا بیشتر
کاربردها
- نیروگاههای بخار
- صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی
- واحدهای بازیافت حرارتی (HRSG)
ویژگیهای طراحی
- الزاماً واترتیوب
- استفاده از سوپرهیتر و اکونومایزر
- طراحی مطابق ASME Section I
- آلیاژهای مقاوم به تنش و خوردگی
چالشهای بهرهبرداری
- رسوبگذاری شدید
- نیاز به کنترل اتوماتیک دقیق
- خوردگی اکسیژنی و شیمیایی
حساسیت به کیفیت آب
در فشارهای بالا، حتی چند ppm سختی یا سیلیکا میتواند سوپرهیترها را تخریب کند.
جدول مقایسه
| ویژگی | فشار پایین | فشار بالا |
|---|---|---|
| فشار کاری | کمتر از 1 بار | بیش از 80 بار |
| راندمان | متوسط | بسیار بالا |
| ایمنی | بیشتر | ریسک بالاتر |
| حساسیت به TDS | کم | بسیار زیاد |
| نوع ساخت | فایرتیوب | واترتیوب |
| نیاز به تصفیه آب | متوسط | بسیار سختگیرانه |
| کاربرد | گرمایش | نیروگاهی، صنعتی |