طرح توجیه فنی، مالی، اقتصادی بویلر - چیلر

خلاصه طرح 

مقدمه ای درباره بویلرها

بشر از قرنها پیش به قدرت بخار پی برده بود. بویلر یا دیگ بخار دستگاهی است که برای انتقال حرارت آزاد شده توسط احتراق سوخت، به آب و برای تولید آب داغ، بخار خشک، بخار اشباع یا بخار داغ استفاده می شود. آب یا بخار با مشخصات ذکر شده پس از تولید به محل مصرف انتقال می یابند. لفظ بویلر از فعل to boile که به معنای جوشاندن می باشد، استخراج شده است و کلمه بویلر به معنای جوشاننده است و معمولا در صنایع حرارتی و پتروشیمی ها با مصارف مختلف ساخته می شود و مورد استفاده واقع می گردد.

استفاده صنعتی از دیگ های بخار از سال 1712 میلادی توسط (ساوری و نیوکامن) با ساخت اولین دیگ بخار با پوشش سربی یا چوبی و با فشار کمی بالاتر از فشار اتمسفر اغاز گردید

گذشت زمان مشخص گردید که تنها شکل عملی استفاده از دیگ بخاری، مدور ساختن آنهاست که در سال 1795 با بوجود آمدن صفحات نوردی دیگ بخار بصورت مدور ساخته شد. از سال 1873 دیگ های بخار بصورت لوله ابی (Water Tube) طراحی گردید (شکل-.(1 در لوله های مایل این نوع دیگ آب جریان پیدا کرده و توسط جداره لوله ها حرارت جذب می شود. با توجه به افزایش سطحی انتقال حرارت به بهترین وجه صورت می گیرد.

با افزودن اجزایی چون سوپر هیتر، دی هیتر، اکونومایزر و گرمکن های هوا و ... ، صورت اولیه دیگ های بخار به تدریج به صورت بویلرهای با ظرفیت بیشتر امروزی تبدیل شد. سیر پیشرفت و تکامل بویلر به صورت زیر بوده است:

-1 افزایش درجه حرارت

-2 افزایش فشار

-3 افزایش مقدار بخار خروجی از بویلر

-4 افزایش راندمان

-5 سهولت کنترل -6کاهش هزینه های ساخت، بهره برداری و تعمیرات -7افزایش طول عمر بویلر

انواع بویلر:

وظیفه بویلر تبدیل مایع (آب) زیر اشباع به بخار فوق اشباع می باشد ولی در صنعت به کلیه وسایل تولید بخار از مرحله مایع اشباع تا بخار سوپر هیت، بویلر گفته می شود. بویلرها به واحدهای تولید بخار جهت مصارف همگانی، برق و مصارف صنعتی تقسیم می شوند که بسته به نوع طراحی، می توانند سوخت هسته ای، ذغال سنگ، نفت کوره (مازوت) نفت گاز و گاز طبیعی مصرف کنند.

دیگ های بخار را می توان از جهات مختلف دسته بندی نمود ولی دسته بندی هایی مانند دسته بندی براساس تیپ و شکل، ظرفیت بویلر، محتوای لوله ها، سیرکولاسیون سیال عامل بیشتر مورد توجه می باشد.

تقسیم بندی بر اساس ظرفیت:

سه نوع اصلی از بویلر ها که با توجه به ظرفیت ان ها انتخاب و در کاربردهای صنعتی و تجاری استفاده می شود عبارتند از:

دیگ های بخار لوله ای ( (water tube boiler

دیگ های بخار پوسته ای ( (shell boiler

دیگ های بخار قطاعی (sectional boiler)

منظور از کلمه ی ظرفیت در طبقه بندی دیگ های بخار، این است که به عنوان مثال دیگ های بخار قطاعی در ظرفیت های پایین تولید آب گرم استفاده می شود عمدتاًو برای مصارف خانگی

( شوفاژ ) کاربرد دارد و دیگ های بخار پوسته ای برای ظرفیت های متوسط و در کارگاه ها و کارخانجاتی که مصرف بخار کمی دارند استفاده می شوند و در نهایت دیگ های بخار لوله ای که

عمدتاً برای ظرفیت های بالا و در مجتمع های پتروشیمی یا نیروگاه ها استفاده می شوند.

تقسیم بندی بر اساس تیپ و شکل:

بویلر های بزرگ فولادی را با توجه به شکل و تیپ کوره در مدل های زیر طراحی کرده و می سازند:

بویلرهای دو پاسه ( (two pass boiler

بویلر برجی( (tower type boiler

بویلرهای جعبه ای ( (box type boiler

تقسیم بندی از نظر محتوای لوله ها:

بویلرها را از این منظر به دو دسته ذیل تقسیم بندی نمود:

دیگ های بخار لوله ی آتشین

دیگ های بخار لوله آبی

تقسیم بندی از نظر سیرکولاسیون سیال عامل :

بویلرهای با سیکل طبیعی

بویلرهای با سیکل اجباری

تقسیم بندی بویلرهای از نظر فشار سیال عامل:

فشار پایین (بویلرهای بخاری که در زیر فشار 15Psig یا 100KP کار می کنند) : بویلرهای آب گرم که در فشاری زیر 150Psig یا (1000kP) کار می کنند دمایشان محدود به 250˚ فارنهایت یا 120˚ سانتی گراد می باشد.

فشار بالا (بویلرهای بخار در فشار بالای 15Psig یا (100kpa) کار می کنند) : بویلرهای آب گرم که در فشار بالای 15˚Psig یا (100˚kpa) کار می کنند دمایشان بالای 250˚ فارنهایت یا 120˚ سانتی گراد می باشد.

تقسیم بندی از نظر سوخت : بویلرها با سوخت هسته ای (راکتور) :

استفاده از سوخت هسته ای برای تولید بخار فاقد عواقب نامطلوب سوخت فسیلی می باشد ولی نیروگاههای هسته ای مقداری پرتو رادیو اکتیو در محیط آزاد می کنند که با این حال این امر قابل

کنترل بوده و برای کارکرد عادی نیروگاههای هسته ای، مقدار این مواد بسیار پایین تر از حدی است که برای انسان و محیط زیان آور باشد. علاوه بر این نفت و گاز را می توان برای تولید مواد پتروشیمی و بسیاری از فراورده های صنعتی دیگر به کار برد و نباید این ماده را تنها به عنوان سوخت مصرف کرد. نیروگاه های هسته ای از راندمان بالایی برای تولید انرژی حرارتی برخوردارند. از این انرژی می توان برای تولید برق استفاده کرد. در تاسسیسات نیروگاه های هسته ای، یک سیال ثانویه بین راکتور و بویلر جریان می یابد و در بویلر، حرارت از سیال ثانویه به آب منتقل میشود و بخار حاصل نیز در یک سیکل بخار معمولی جریان می یابد.

بویلرهای نیروگاه های هسته ای در انواع مختلف طراحی میگردند که مهمترین آنها راکتور آب سبک تحت فشار ( راکتور آب جوشان-( Boiling Water Reactor و راکتور با آب سنگین می باشد.

بویلرها با سوخت فسیلی:

در تمام بویلر های صنعتی از سوخت فسیلی استفاده می شود. همچنین اکثر برق تولیدی در نیروگاه های کشورمان از سوخت فسیلی بخصوص مواد نفتی حاصل می گردد.

استفاده از سوخت فسیلی برای تولید برق، گازکربنیک زیادی تولید می کند. دلیل این امر آن است که مقدار گرمایی که از سوختن سوخت فسیلی حاصل می شود، بیش از سه برابر انرژی الکتریکی تولیدی است. مقدار گازکربنیکی که از نیروگاه های فسیلی آزاد می شود متناسب با مقدار گرمایی است که در اثر احتراق حاصل می شود. بنابراین تولید برق در نیروگاه های با سوخت فسیلی یکی از منابعی است که سبب تولید می شود.

با توجه به تاثیرات منفی سوخت فسیلی در زندگی بشر و محیط زیستی لازم است به هر وسیله ممکن در کاهش استفاده از آن برای تولید برق اقدام شود. انواع بویلرهای فسیلی عبارتند از:

-1 بویلرهای مخزنی: این نوع بویلرها شامل یک مخزن سربسته می باشند که انتقال حرارت در خارج از آنها صورت گرفته و آب در داخل مخزن به بخار تبدیل می شود. راندمان بویلرهای مخزنی بسیار کم بوده و در حدود %30 است و فقط در مصارف صنعتی با میزان بخار کم استفاده می شوند.

-2 بویلرها با لوله های آتش :(Fire tube) در این نوع بویلرها اطراف لوله ها از آب پوشانیده شده است و گازهای حاصل از احتراق از داخل لوله ها عبور کرده و انتقال حرارت مابین آب و محصولات انجام می گیرد. محفظه احتراق (کوره) می تواند در داخل یا در خارج بویلر قرار گیرد.

راندمان بویلرهای Fire Tube حدود %70 می باشد که جهت تولید بخار در واحدهایی با ظرفیت و فشار کم بکار برده می شود.

-3 بویلر ها با لوله های آب جداری :(Water Tube Boiler) در انواع مختلف این نوع بویلرها (شکل-(2، انتقال حرارت بر اثر برخورد گازهای حاصل از احتراق با سطح خارجی لوله های محتوای آب و بخار به روش های تشعشعی، جابجایی و هدایت صورت می گیرد. مزیت آنها نسبت به بویلرهای فایرتیوب، کم بودن قطر لوله های آب و بخار می باشد که باعث می شود تنشهای حرارتی کمتری به سطح لوله ها وارد شده و در نتیجه می توان این بویلرها را برای فشارها و ظرفیت های بالا مورد استفاده قرار داد. راندمان این نوع بویلرها در حدود 85 الی 95 درصد می باشد.