در موتورخانه و سیستمهای حرارت مرکزی یک تجهیز مهم وجود دارد که آن را با نام دیگ آب گرم یا بویلر می شناسند. این سیستم علاوه بر اینکه در موتور خانه‌های خانگی کاربرد دارد، در صنایع مختلف هم مورد استفاده قرار می گیرد. در پایین این به انواع دیگ بخار و بویلرها و نحوه کارکرد آنها اشاره می کنیم.
دیگ آب گرم یک مبدل حرارتی است که انرژی حرارتی حاصل از احتراق سوخت مشعل را به داخل خود منتقل کرده و در اثر این کار آب گرم ایجاد شده توسط یک پمپ مخصوص به گردش در می آید. در اثر این گردش آب گرم بخشی از انرژی خود را از دست می دهد و سرد میشود و دو باره برای گرم شدن به داخل دیگ یا بویلر باز می‌گردد و فرایند به همین شکل پی در پی تکرار میشود.
با توجه به توضیحات بالا به اهمیت استفاده از دیگ آب گرم در موتورخانه و سیستم حرارت مرکزی پی بردیم حال در ادامه باید به تشریح کامل انواع دیگهای موجود، اجزا تشکیل دهنده آنها، استانداردهای ساخت و نحوه خرید آن پرداخت.
کاربرد بویلر (دیگ آب داغ)
شاید مهمترین و عمومی‌ترین کاربرد دیگ آب داغ، مصرف آن در سیستم گرمایشی و تأمین گرمایش محیط داخلی ساختمان‌ها باشد. روش کار دیگ آب گرم به این صورت است که در این سیستمهای حرارت مرکزی با آب گرم، گرمایی که مشعل تولید می‌کند به داخل دیگ منتقل میشود.
آب گرم شده و به‌وسیله یک پمپ جریانی و سیستم لوله‌کشی در سیستمهای گرمایشی مثل رادیاتور، یونیت هیتر و فن کویل جریان می‌یابد و در اثر عبور آب گرم از این وسایل، گرمای آب به کمک مکانیزم‌های مختلفی مثل تابشی، یا جابه‌جایی، به هوای اتاق منتقل می‌گردد. علاوه بر سیستم گرمایش محیط، از بویلر آب داغ در انواع صنایع و حتی در نیروگاه‌ها هم استفاده میشود.
در این قسمت پیشنهاد میشود حتما سر هم به صفحه منبع کویل دار بزنید.
انواع دیگ آب گرم
در حالت کلی دیگ آب گرم را می توان از لحاظ بدنه به دو قسمت چدنی یا فولادی تقسیم بندی کرد که این تقسیم بندی با توجه به جنس بدنه ساخت انجام میشود.
دیگ آبگرم چدنی
این مدل از تعدادی پره چدنی تشکیل شده است که این پره‌ها در کنار هم قرار میگیرند و دیگ چدنی ساخته میشود هرچه تعداد پره‌ها بیشتر مقدار ظرفیت حرارتی دیگ نیز بیشتر میشود برای ساخت این نوع دیگ ها نیز از روش ریخته گری چدن استفاده میشود.
دیگ آبگرم فولادی
این نوع دیگ ها از جنس فولاد آتشخوار ساخته می‌شوند که دارای معایب و محاسنی نسبت به دیگ چدنی آبگرم می‌باشد. از جمله این مزایا می توان به راندمان بالای حرارتی دیگهای فولادی نسبت به چدنی اشاره کرد و شاید عیبی که می توان به آن اشاره کرد در سهولت حمل و نقل دیگهای چدنی می‌باشد.
دیگ ها آبگرم فولادی از لحاظ پارامترهای مختلف انواع مختلفی دارند:
- از لحاظ تعداد عبور دود: تک پاسه – دو پاسه – سه پاسه.
- دیگ وت بک – دیگ آب گرم درای بک.
- از لحاظ نوع سوخت مصرفی: دیگ گازسوز – دیگ گازوئیلی – دیگ دوگانه سوز دیگ با سوخت مازوت.
- از لحاظ نحوه عبور آب و آتش: واتر تیوب – فایر تیوب.
مزایای بویلر فولادی و چدنی
- دیگهای چدنی را می‌توان در اغلب سیستمهای حرارت مرکزی مورد استفاده قرار داد. دیگهای فولادی اما بیشتر در سیستمهای حرارت مرکزی با آب داغ یا بخار فشار قوی مورد استفاده قرار میگیرند.
- جابه‌جایی دیگهای چدنی، به نسبت دیگهای فولادی، بسیار ساده‌تر و راحت‌تر است.
- دیگهای چدنی در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی مقاوم‌اند.
- قیمت دیگهای چدنی به نسبت دیگهای فولادی، ارزان‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است.
- دیگهای فولادی به نسبت دیگهای چدنی ظرفیت محدودتری دارند.
- در دیگهای چدنی، در صورت آسیب دیدن پره‌ها، امکان جایگزینی آن پره وجود دارد که این مزیت، هنگام مقایسه و انتخاب بین دو نوع دیگ چدنی و فولادی، بسیار مهم و تأثیرگذار است.
- دیگهای چدنی به دلیل امکان شوک حرارتی، برای مناطق سرد مناسب نیستند.
اجزای تشکیل دهنده دیگ آبگرم فولادی
- بدنه: بدنه دیگهای فولادی همانطور که از نامش پیداست از نوع فولاد می‌باشد.
- لوله‌های آتش خوار: از جنس فولاد می‌باشد و همان طور که گفته شد در داخل این تیوب ها آتش و دود جریان می یابد.
- تیوب شیت: این صفحات وظیفه نگهداری لوله‌های آتش خوار را دارند.
- دریچه‌های منهول و هندهول: برای بازدید کاربرد دارند.
- درهای جلو و عقب
- اتصالات لوله‌های رفت و برگشت
- دودکش
- شاسی
- سوپاپ تخلیه
- شیر تخلیه
- ترمومتر
- فشار سنج
- کاور
- کوره: محفظه ای که در آن احتراق صورت می گیرد
- عایق
نحوه عملکرد دیگ آب گرم فولادی فایر تیوب
دیگهای فولادی فایرتیوب همانطور که از نامشان پیداست آتش در داخل لوله‌ها جریان دارد و آب در اطراف لوله‌ها جریان می یابد. بدین گونه که آب وارد مخزن دیگ میشود و با روشن شدن مشعل و گرم شدن لوله‌ها سبب گرم شدن آب میشود و از طریق سیستم سیرکولاتور آب در لوله‌های سیستم حرارت مرکزی جریان می یابد. به محض پایین آمدن سطح آب در داخل مخزن دیگ پمپ سیرکولاتور کار کرده و سبب افزایش سطح آب در داخل مخزن دیگ میشود. دمای کاری دیگ آب گرم معمولا 90 درجه سانتیگراد می‌باشد.
مسیر گازهای احتراق دیگ آب داغ
بویلر ها بر حسب تعداد مسیری که گازهای حاصل از احتراق مشعل در دیگ طی می کند تا وارد دود کش شوند به موارد زیر تقسیم می‌شوند.
دیگ آبگرم تک پاس
این نوع دستگاهها تقریبا از رده خارج شده اند و دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرند. در این نوع دیگ آب گرم گازهای تولید شده از شعله و احتراق مسیر دیگ را یکبار طی کرده و بعد از طریق دودکش خارج می شدند.
بویلر آبگرم دو پاس
در این بویلرها گازهایی که در اثر احتراق و شعله ایجاد می‌شوند، مسیر دیگ را دو بار طی می کنند و بعد وارد دودکش می‌شوند. در این نوع دستگاهها گازهای تولید شده یکبار از جلوی دیگ عبور کرده و پس از رسیدن به انتها از طریق لوله‌های تعبیه شده که انتقال حرارت نام دارند به جلوی دیگ باز می‌گردند در این نوع دیگ دودکش جلو دیگ و سمت مشعل قرار دارد.
دیگ آبگرم کوره برگشتی
در این بویلرها هم گازهای تولید شده در اثر احتراق مسیر دیگ را دوبار طی می کنند با این تفاوت که این گازها از مرکز کوره تا انتها حرکت کرده و بعد از اینکه به انتهای کوره رسیدند چون به صورت بسته طراحی شده اند و همینطور به خاطر محدب بودن انتهای آن از اطراف کوره مسیر خود را پیدا کرده و به جلوی دیگ باز می‌گردند. بعد از این مرحله گازها به پاس لوله‌ها منتقل می‌شوند و از طریق دودکش خارج. در این نوع بویلرها چون گازهای تولید شده سه بار مسیر دیگ را طی می کنند راندمان بیشتری نسبت به نوع دو پاس دارند.
دیگ آبگرم سه پاس
در این نوع بویلرگازهای حاصل از احتراق سوخت سه بار مسیر دیگ را طی خواهند کرد. این دیگ ها به همین دلیل اگر درست و دقیق طراحی شوند، نسبت به انواع دیگر راندمان بسیار بالاتری دارند.
دیگ آبگرم عقب خشک و عقب تر
نوع دیگری از بویلر وجود دارد که آن را عقب تر می گویند. در این نوع دیگ آب گرم بین محفظه احتراق و انتهای دیگ وجود دارد و در نوع عقب خشک بین محفظه احتراق و انتهای دیگ سیمان و یا آجر نسوز قرار می دهند. استفاده از دیگهای عقب تر مزیتهای بیشتری دارد. این دیگ ها راندمان حرارتی بالاتری داشته و البته تنش حرارتی کمتری هم دارند و تعمیرات و نگهداری آنها هم مقرون به صرفه تر است.
بویلرهای واتر تیوپ و فایر تیوپ
دو نوع دیگر بویلر وجود دارد که به واتر تیوپ و فایر تیوپ مشهور هستند. دیگ آب گرم واتر تیوپ به دیگی گفته میشود که آب از درون لوله‌های آن عبور کرده و گازهای تولید شده در جریان احتراق در اطراف آن قرار دارند و در مقابل دیگ فایر تیوپ دیگی است که گازهای ناشی از احتراق داخل لوله هستند و آب در اطراف آنها وجود دارد معمولا سیستم واتر تیوب جهت دیگهای بخار با ظرفیت بالای ۳۲ تن در ساعت و فشار کاری بیش از 25 استفاده می‌گردد.
استانداردهای ساخت بویلر آبگرم
- استاندارد ملی 7911
- استاندارد BS2790 که همان استاندارد BSI می‌باشد.
- استاندارد EN-BS12953 برای انتخاب متریال از این استاندارد استفاده میشود
نکته: استاندارد 4232 که برای ساخت دیگ بخار استفاده میشود همان ترجمه استاندارد BS2790 می‌باشد.
برای ساخت و آنالیز دیگهای آب گرم از نرم افزارهایی همچون:
- Catia ، solidwork برای طراحی استفاده می‌شوند.
- Fluent نرم افزاری جهت آنالیز دیگ آبگرم.
ظرفیت دیگهای تولیدی شرکت ناب زیست از 80.000 کیلوکالری تا 16.000.000 کیلوکالری میباشند. برای محاسبه ظرفیت دیگ آبگرم باید اطلاعاتی زیر را در اختیار کارشناسان فنی قرار دهید تا مقدار ظرفیت مورد نظر محاسبه شود.
- تعداد واحدهای ساختمان مسکونی
- متراژ هر واحد
- کاربری دستگاه
- محل کاری دستگاه
نحوه انتخاب دیگ آب گرم
برای انتخاب دیگ مناسب باید ابتدا مهندس تاسیسات پروژه باید مقدار بار حرارتی ساختمان را محاسبه کرده که این بار حرارتی نشأت گرفته از: تلفات حرارتی جداره‌ها و بار حرارتی که برای آبگرم مصرفی مورد نیاز است. حال با در دست داشتن مقدار بار حرارت کل با یک ضریب اطمینانی که بین 5 ال 20 در صد می‌باشد می توانیم به راحتی ظرفیت دیگ را مشخص کرده و با تماس یا مراجه به کاتالوگ شرکت ها دیگ مورد نظر را انتخاب کرد.
نحوه محاسبه بار حرارتی ساختمان به شرح زیر است:
در صورتیکه بار حرارتی مورد محاسبه در بین دیگهای شرکتهای سازنده وجود نداشت می توانیم دیگ آبگرم با قدرت بالاتر از مقدار محاسبه شده را انتخاب نمود. در بسیاری از پروژه‌ها به جای یک دیگ از دو یا چند دیگ استفاده می کنند که به صورت موازی با هم بسته شده اند و باتوجه به مقدار سردی هوا مورد استفاده قرار می گیرند. مزیتی که در چنین حالتی وجود دارد این است که اگر یکی از دیگ ها با مشکلی مواجه شده و از کار بیوفتد در این صورت دیگهای بعدی عمل گرمایش را انجام میدهند و عملا همیشه آب گرم در دسترس می‌باشد.
چون در اغلب شهرهای ایران مدت زمان فصل سرما کوتاه است از دو دیگ استفاده میشود. یکی برای تهیه آبگرم مصرفی و دیگری برای تامین گرمایش مورد نظر محیط. در این صورت درست است در ابتدا هزینه اضافی برای خرید دو دیگ را متحمل می شویم ولی به مرور زمان و با توجه به صرفه جویی که در مصرف گاز و گازوئیل صورت میگیرد در مدت زمان طولانی بسیار به صرفه تر خواهد بود.
محل نصب بویلر آب داغ
دیگ آب گرم باید بر روی فنداسیونی نصب شود که کاملا تراز باشد تا هیچ نیروی اضافی با اتصالات وارد نشود. اگر دیگ بر روی سطح ترازی قرار نگیرد باعث اعمال نیروهایی به اتصالات و لوله‌ها و تیوب ها شده و سبب شکستگی میشود. پس ایجاد فنداسیونی محکم و تراز شده جزء مراحل اصلی نصب دیگ ها است. علاوه بر تراز بودن لازم است فنداسیون 10 سانتی متر از کف موتورخانه بالاتر قرار بگیرد.
به طور مثال برای نصب دیگ 7-400 حداقل مقدار فنداسیونی که مورد نیاز است بدین صورت می‌باشد:
- حداقل طول فنداسیون 150 سانتی متر
- حداقل عرض فنداسیون 80 سانتی متر
- حداقل ارتفاع فنداسیون 10 سانتی متر
با توجه به ظرفیت گرمایی دیگهای آبگرم دیگر مقدار این اندازه‌ها تغییر پیدا خواهد کرد.
عوامل مهمی که در انتخاب دیگ آبگرم موثر میباشند:
- عمر دستگاه
- ظرفیت گرمایی
- قابلیت تغییر ظرفیت گرمایی یعنی افزایش و یا کاهش ظرفیت گرمایی
- دمای آب برگشت به دیگ
- هزینه اولیه
- هزینه مصرف انرژی
- هزینه تعمیر و نگهداری
- ضریب اطمینان
برای انتخاب مشعل دیگ آب گرم باید به مسائلی توجه کرد که در زیر آمده است:
- ظرفیت گرمایی بویلر آب گرم
- نوع و ارزش گرمایی سوخت
- بازده گرمایی مشعل
- فاصله از سطح دریا
- شکل ظاهری و افت فشار
نوع سوخت مصرفی در دیگهای آب گرم
دیگهای آبگرم می توانند با مشعل با سوختهای مختلف کار کنند. مهمترین سوختهای مصرفی در دیگ ها گاز، گازوئیل و مازوت می‌باشد. بنابراین امکان انتخاب دیگ با مشعل گاز سوز، گازوئیل سوز، دوگانه سوز گاز و گازوئیل و سه گانه سوز گاز و گازوئیل و مازوت فراهم می‌باشد.
