سیرکولاسیون در دیگ بخار

سیرکولاسیون چیست؟

سیرکولاسیون به ساده ترین زبان، چرخش آب در لوله های بویلر میگویند.

اهمیت موضوع سیرکولاسیون در دیگ بخار

علاوه بر انتقال حرارت، اپراتور بویلر باید تصوری از سیرکولاسیون بخار و آب در بویلر داشته باشد تا بتواند بدون آسیب رساندن به بویلر از آن بهره برداری کند. اگر سیرکولاسیون در دیگ بخار بیش از چند ثانیه متوقف شود آب در محل های با انتقال حرارت بالا به سرعت میجوشد، دمای فلز افزایش یافته و بویلر از بین میرود.

مثال سیرکوله شدن آب در کتری

برای درک بهتر مطلب چند مثال دیگر ارائه میکنیم: تا به حال به کتری دقت کرده اید که حباب های بخار چه قدر سریع در داخل آن حرکت میکنند؟ در فشار جو که آب در ۲۱۲ درجه فارنهایت میجوشد، حجم بخار ۱.۶۳ برابر بزرگتر از حجم همین جرم آب است.

مثال بالا را تست کنید …

سعی کنید یک بالن پر از هوا را (توپ) در آب وارد کنید تا نیروی حاصل از اختلاف چگالی را درک کنید. تشکیل بخار در آن کتری آب جوش شاید اگر بخاطر حقیقت روی سطح آمدن آن نبود، کل آب از کتری خارج میشد. حباب های بخار باید به سرعت حرکت کنند تا بدون جا به جا کردن آب از آن خارج شوند.

اگر کاری کنید که کتری سریع تر بجوشد سطح آب بالا آمده و به بیرون میپاشد. این با وجود این حقیقت است که مقداری از آن تبخیر میشود بنابراین همیشه در کتری آب کمتری نسبت به شروع کار وجود دارد. با نگاه کردن به کتری میتوانید سیرکولاسیون آب، بالا آمدن حباب های اب و بخار و برگشتن آب به کف کتری را ببینید اما نه همیشه و نه پایدار. با وجود سنگین تر بودن آب از بخار، آب راه خود را با نیرویی قابل مقایسه با آنچه شما توپ را به داخل آب میراندید، به کف کتری پیدا میکند. تمایل آن رفتن به طرفی است که سرعت بالا آمدن حباب های بخار و آب کمتر است.

آیا سیرکولاسیون در دیگ بخار باعث خروج بخار میشود؟

آب داخل بویلر باید بچرخد درست مثل کتری روی اجاق تا بخار بتواند از بویلر خارج شود. باید آب کافی به همراه بخار جاری شود تا ذرات محلول در آب باقی مانده را حمل کرده و محلول نگه دارد در غیر اینصورت روی سطوح انتقال حرارت رسوب خواهد گذاشت. خوشبختانه مولکول های آب چسبندگی زیادی به هم دارند و تلاش میکنند همدیگر را در اطراف حباب ها نگه دارند، پس جرم زیادی آب به همراه بخار به سطوح آب حرکت میکند. در بین تمام آن ها حباب ها آب زیادی وجود داشت. اگر مکعبی را با ابعاد مساوی قطر حباب در نظر بگیرید، حباب ۵۲.۳۶ % آب مکعب را اشغال میکند پس فقط نصف حجم مخلوط آب و بخاری که بالا می آید بخار است. در داخل کتری، بخار26.8 ft/lb و آب 0.01672 ft/lb فضا اشغال میکند.

نرخ گردش آب در بویلر

نرخ گردش آب در بویلر صدها بار بزرگتر از نرخ جریان بخار در نازل ها است. با افزایش فشار این نسبت هم کم میشود. اگر میخواهید مقدار آن را در فشار کاری واحد خود محاسبه کنید باید مقادیر حجمی مربوط به فشار کاری خود را از جداول بخار استخراج و در این فرمول ها جاگذاری کنید. البته باید بپذیرید که حباب ها با هم تماس پیدا نمیکنند پس آب بیشتری در اطراف آنها در حرکت است (اساس محاسبات فوق بر اساس دقیقا در کنار هم قرار گرفتن و تماس داشتن باهم است.)

تشریح فرایند سیرکوله شدن آب در بویلر

حال که ذهنیت خوبی نسبت به حرکت آب و بخار در داخل کتری یافته اید بهتر است آن را به داخل بویلر بسط دهیم. یک بویلر لوله آتش ممکن است الگویی داشته باشد ولی در واقع خیلی پیچیده تر از آن است چون مقدار انتقال حرارت از جلویی بویلر تا عقب آن تغییر میکند. در بویلر نوع scatch marine آب در اطراف کوره بالا رفته و از کناره ها با درجات مختلف و مخصوصا برخلاف صفحه لوله جلویی میریزد. بویلر های لوله آبی دارای الگوی سیرکولاسیونی هستند که متناسب با طراحی بویلر و نرخ احتراق بسیار متغیر است.

لوله های رایزر و پایین آورنده چیست؟

آب و بخار در لوله هایی بالا میروند که بیشترین گرما را دریافت میکنند چون حباب بخار بیشتری در این آب وجود دارد. لوله هایی که در آن آب و بخار به طرف درام بخار جاری میشوند رایزر نام دارند و آن هایی که آب با آنها به پایین میریزد لوله های پایین آورنده down comers هستند. لوله هایی که رو به روی کوره باشند رایزر هستند.

آیا به خاطر دارید که ۶۰ درصد حرارت به واسطه تابش انتقال می یافت؟

وقتی بویلر در بار پایین کار میکند، تعداد کمی از لوله ها (آنهایی که در کناره های بویلر هستند) فقط در یک طرف گرم میشوند (رو به روی کوره نیستند) همان پایین آورنده خواهند بود.

تشریح فرایند در لوله های رایزر و پایین آورنده

با افزایش بار بویلر حتی در پایین آورنده ها مقداری حباب بخار تشکیل میشود. چون آنها هم گرم میشوند و اکثر لوله ها تبدیل به پایین آورنده میشوند تا سیرکولاسیون در دیگ بخار صورت بگیرد. برخی لوله ها همیشه رایزر هستند و برخی همیشه پایین آورنده ولی بسیاری از آنها تعویض میشوند. برخی طرح های بویلر های لوله آبی با مشکلات انتقال از رایزر ها به پایین آورنده ها مواجه شدند. جریان در آن لوله ها به قدری کم شده بود که در آنها رسوب تشکیل شده بود. پس برای اجتناب از مشکلات رسوبگذاری، بویلر باید در نرخ بخار سازی خاصی بهره برداری شود. در برخی طرح ها لوله هایی به عنوان پایین آورنده ها در نظر گرفته شده بود که گرم نمی شدند و فقط آب را از درام بالا به پایین سیرکوله میکردند. در واقع اینکار برای تصحیح مشکل گرم شدن بیش از حد لوله های سقف با وجود این حقیقت است که من آن را به عنوان راه حل قبول ندارم. بعضی اوقات پایین آورنده های گرم نشده مشخص نیستند چون در بین انبوه لوله هایی قرار دارند که دود به آنها نمیرسد.

ممکن است بپرسید این چه ربطی به بویلر بخار دارد؟

حقیقت این است که مقداری بخار در اکثر بویلر های آب گرم برای برقراری سیرکولاسیون تولید میشود. شاید در بار پایین چنین نباشد اما تفاوت در چگالی اب گرم شده برای ایجاد جریان سریع آب که منظور جذب گرما از سطوح انتقال حرارت کافی نیست. بخار تولید شده مجددا وقتی حباب ها از سطح انتقال حرارت جدا شدند کندانسه شده و راه خود را به آب سردتر بویلر پیدا میکنند.

بویلر های آبگرم HTHW چگونه عمل میکنند؟

برخی بویلرهای آب گرم مثلا HTHW ها وجود دارند که برای جریان دادن اجباری آب در بویلر به منظور جذب سریع گرما برای جلوگیری از تولید بخار طراحی شده اند اما من قول میدهم اینکارهیچ فایده ای ندارد و همچنان حباب های بخار تولید میشود.