بخار آب از دير  زمان  بصورت هاي مختلف  مورد استفاده  قرار ميگرفته است .

اولين بار از نيروي بخار  براي  به حرکت درآوردن اولين پمپ استفاده شد . اولين پمپ توسط ساوري  (1715- 1650 ميلادي  SAVERY )  در انگلستان  ساخته شد.

دراين پمپ که به موتور (SAVERY S ENGINE)   معروف بود بخار در فشار 5/4  تا 8 بار(BAR)  وارد محفظه اي پر از آب ميشد. بخار بر سطح آب داخل اين محفظه فشار مي آورد و آب را در داخل لوله ها پمپ ميکرد. مشکلي که موتور ساوري داشت  اين بود که چون بخار با سطح آب تماس مستقيم داشت ، لذا خيلي زود تبديل به کندانس ميشد و فشار خود را از دست ميداد .

در  همان زمانها دنيس پاپين  ( 1712-  1647 ميلادي DENIS PAPIN )  جدا  کردن  بخار  و  سطح  آب  را  مطرح  کرده و  پيستوني  را در  داخل اين  محفظه  در نظر گرفت  بطوريکه   توماس  نيوکامن   (1729-1663 ميلادي  TOMAS NEW COMEN) براساس اين ايده موتوري را طراحي کرد و ساخت . در اين موتور، بخار وارد  يک سيلندر عمودي شده و پيستون را بطرف بالا حرکت ميداد . سپس کندانسه شدن بخار و تخليه آن ايجاد  مکش کرده و موجب پائين آمدن پيستون  در اثر فشار محيط ميشد و بدين ترتيب جريان آب را پمپ ميکرد.

مزيت اين موتور نسبت به موتورساوري اين بود که به ازاي قدرت يکسان ، مصرف سوخت آن 3/2 مصرف  سوخت موتورساوري بود . 60 سال بعد ، جيمزوات (GAMES WATT ) ايده  موتور بخار رفت و برگشتي مدرن (MODERN RECIPROCATING STEAM ENGINE) را ارائه کرد.

وي درسال 1764 در حاليکه مشغول تعمير يک موتور نيوکامن بود ، متوجه اتلاف بخار کندانسه در داخل سيلندرشد و بدين لحاظ درسال 1765 ايده  جدا سازي کندانسه و بخار را بنيان نهاد.

تا اينکه درسال 1781 ايده ارائه تبديل موتورهاي رفت و برگشتي به موتورهاي  دوار را مطرح نمود.

بطوريکه امروزه هنوز از موتور مشهور او در بعضي از صنايع استفاده ميشود. مزيت اساسي موتور وات مربوط به مصرف سوخت کمتر آن بود.

اين موتور نسبت به موتور ساوري حدود 75% و نسبت به موتور نيوکامن حدود 60% سوخت کمتري را مصرف ميکرد. درنهايت شکل پيشرفته موتوروات توسط کورليس(1888-1817 ميلادي CORLISS) ساخته شد که مصرف سوخت آن نصف موتور وات ميباشد. امروزه از اين موتورهاي بخار در  ژنراتورهاي برق کوچک  تا حدود 5 مگاوات استفاده ميشود.

                                                             توليد بخار

 امروزه از بخار براي گرداندن  توربين  بخار به منظور توليد برق ، حرکت کمپرسور و پمپ  ، گرمايش      ساختمانهاي و همچنين گرمايش سيالات در فرآيندهاي مختلف در صنايع استفاده ميشود.

دستگاههاي توليد بخار به دو دسته تقسيم ميشوند:  در دسته اول  که به ديگ بخار  (BOILER) معروفند از انرژي حاصل از احتراق يک سوخت جامد ، مايع و يا گاز براي توليد بخار استفاده ميشود.

در دسته دوم که به مولد بخار (STEAM GENERATOR)  معروف هستند حرارت لازم براي تبخير آب از سيال داغي که خود از يک منبع ديگري کسب انرژي نموده دريافت ميگردد. منبع اوليه انرژي ممکن است نتيجه واکنش هاي هسته اي در يک راکتور هسته اي و يا انرژي اضافي حاصل از واکنش شيميائي  گرمازا در درجه حرارت بالا مانند واکنش هايي که در توليد آمونياک  و  متانول صورت ميگيرد باشد.

به  مولدهاي  بخاري که  از  واکنش  اخير استفاده  ميکنند  اصطلاحا"  ديگ  بخار  ضايعات  حرارتي    (WASTE HEAT BOILER)  ) گفته ميشود.

 

                                                 انواع ديگ هاي بخار

 بيش  از50%   ديگهاي   بخاري  که  در  صنعت  مورد  استفاده  قرار ميگيرند  از نوع  لوله  پوسته اي (SHELL & TUBE)  هستند . دليل عمده آن نيز تحمل فشارها و  درجه حرارتهاي  بالاست .

اين نوع مبدلها از سال 1978 شناخته و معرفي شدند . ديگهاي بخار که مستقيما" از احتراق سوختها در آنها استفاده ميشود به دو دسته تقسيم ميشوند:

ديگهاي بخار آب در لوله (WATER TUBE BOILER S) که در آنها آب در داخل  لوله  و  گازهاي داغ  احتراقي  در اطراف  آن جريان دارند و ديگهاي بخار گاز در  لوله   (FIRE TUBE BOILER S)  که در آنها گاز در داخل لوله ها و آب در اطراف آنها هستند.

در هر دو صورت گردش آب بوسيله ، پمپ  و يا بصورت طبيعي تامين ميشود.

ديگ بخار گاز در لوله (FIRE TUBE)   به سه روش ساخته ميشوند:

1- DRY BACK             عقب  خشک

2- WET BACK            عقب  مرطوب

3- SEMI WET BACK  عقب  نيمه مرطوب

دليل اسم گذاري اين سه دسته در واقع به خاطر شکل جريان گازهاي داغ عبوري است .  . در اينجا به تعريف چندين اصطلاح ميپردازيم.

1- کوره  (FURNACE): عبارتست از استوانه اي  که ازجنس فلز آتشخوار  بوده  و در يک سرآن مشعل قرار ميگيرد و جريان آتش در داخل آن عبور ميکند. ميزان سطح حرارتي کوره  بطول و قطر آن بستگي دارد.

2-  پوسته (SHELL)   : عبارتست از يک مخزن  استوانه اي شکل که از جنس فلز آتشخوار بوده و لول کنترل ، شيرو شيشه آبنما ، کلکتور، سوپاپ اطمينان ، فلنج خروجي بخار ، پمپ آب تغذيه ، لوله تخليه ، مشعل و دريچه هاي آدم رو (MAN HOL) و دست رو ( HAND HOLE)  روي آن تعبيه ميشود و مجموعه ، کوره ها و لوله ها و شبکه ها در داخل آن قرار گرفته اند.

3- شبکه (TOBE SHEET)   :  عبارتست  از  صفحه اي دايروي  از جنس ورق هاي   آتشخوار         (مقاوم در برابر حرارتهاي بالا) که لوله ها و کوره ها به آنها وصل ميشوند. بدين لحاظ اگر از نماي روبرو به شبکه نگاه کنيم ميتوانيم موقعيت سوراخهاي لوله ها و کوره را مشاهده کنيم .

4- لوله هاي آتشخوار (FIRE TUBE S) : لوله هايي هستند که در  داخل آنها جريان گازهاي احتراقي و در اطراف آنها  آب وجود دارد. دو  سر اين  لوله ها به شبکه ها وصل ميشود.

5- اطاق دود (FIRE BOX) : عبارتست فضايي که در داخل آن گازهاي عبوري مسيرخود را عوض ميکنند.

6- پاس برگردان (BAFLE) : عبارتست از صفحه اي آتشخوار که در اطاق دود  نصب ميشود  تا از اختلاط گازهاي احتراقي پاسهاي گوناگون جلوگيري کند و  همچنين گازهاي  احتراقي مسير درست را پيدا کرده و در داخل لوله هاي آتشخوار جريان يابند.

7- لول کنترل (LEVEL CONTROL) : عبارتست از دستگاهي که  سطح آب در داخل ديگ  را کنترل ميکند و مانع از اتمام  و يا  ازدياد  آب ديگ ميشود. واضح است که کنترل کننده سطح وظيفه مهمي را بر عهده  دارد   چرا که کمبود و  اتمام آب ديگ باعث سوختن ديگ و ازدياد آب داخل ديگ  بيش از  حد لازم  باعث افت  کيفيت بخار خروجي  و عملکرد نامطلوب ديگ ميشود.

8- شير و شيشه آبنما : عبارتست ازيک لوله شيشه بهمراه سه شيرکه وظيفه آن نمايش ميزان آب داخل ديگ است

9- کلکتور (COLLECTOR) : عبارتست از استوانه اي کوچک که بالاي ديگ نصب شده  و روي آن يک شير، گيج فشار و  دو  پرشرسوئيچ  قرار ميگيرند.

10- شير سوپاپ اطمينان : عبارتست از يک شير اطمينان که وقتي فشارديگ به بيش از  10 آتمسفر افزايش يابد  باز ميشود و با خارج کردن مقداري از بخار ديگ باعث بازگشت فشار ديگ به مقدار طبيعي ميشود.

11- فلنج خروجي بخار : عبارتست از يک لوله و فلنج که از آن بخار خارج ميشود و  بدين لحاظ بخار دستگاه را از طريق اين لوله وارد خطوط کارخانجات ميکنند.

12- پمپ آب تغذيه (FEED WATER PUMP) : وظيفه پمپ کردن آب بداخل ديگ را دارد.

13- لوله تخليه (DRAIN TUBE) : لوله اي است که در زير ديگ نصب ميشود که بوسيله آن ميتوان آب ديگ را تخليه نمود.

13- مشعل (BURNER ) : عبارتست از دستگاهي  که در آن احتراق صورت گرفته و آتش را بداخل کوره ميفرستد. مشعل هاي مورد استفاده معمولا"  از  نوع گازوئيل سوز هستند.

15- دريچه آدم  رو (MAN HOLE)  : دريچه اي  است که در بالاي ديگ تعبيه ميشود و اندازه آن  بگونه اي که يک نفر بتواند از آن عبور کرده و وارد ديگ شود.

دليل وجود اين دريچه به خاطر مسائل  تعميرات است که شخص ميتواند وارد ديگ شده و لوله ها را تعويض کند و يا داخل ديگ را بازبيني  و وارسي نمايد.

16- دريچه دست رو (HAND HOLE) : عبارتست از دريچه اي کوچک که روي بدنه ، ديگ در نظر گرفته ميشود و يک دست به راحتي ميتواند داخل  آن برود. دليل وجود اين دريچه بخاطر آن است که به راحتي بتوان داخل ديگ را تميز کرد و يا بررسي نمود.

ديگهاي DRY BACK   سطح حرارتي اين ديگ متشکل از يک کوره ،  2 شبکه  و بسته به تناژ ديگ  يک و يا دو پاس  لوله ميباشد که اگر فقط  يک  پاس لوله  داشته باشيم ، پاس برگردان نخواهيم داشت  ولي در صورتيکه  دو پاس  لوله داشته باشيم وجود پاس برگردان ضروري است . همانطور که در شکل ديده ميشود آتش از داخل کوره عبور کرده و وارد اطاق دود عقب  ميشوند و بدليل وجود  پاس برگردان اين جريان گازهاي احتراقي وارد لوله هاي پاس اول ميشود. در واقع اگر پاس برگردان را نگذاريم جريان گازها وارد لوله هاي پاس دو ميشود که باعث اختلال درکارکرد ديگ ميشود. پس از عبور از لوله هاي پاس اول که در اطراف کوره قرار دارند اين دفعه گازهاي احتراقي وارد اطاق دود جلو شده و لوله هاي پاس دوم را نيز طي ميکنند.

در نهايت  دوباره وارد اطاق دود عقب شده و از طريق دودکش به محيط بيرون تخليه ميشوند. حرکت گازهاي احتراقي در حين عبور از اين مسيرها با آب تبادل حرارت کرده و  باعث تبخير آن ميشوند.

ديگهاي WET BACK سطح حرارتي اين ديگ متشکل از 3 کوره 4 شبکه و2 پاس لوله ميباشد و بدليل ماهيت مسيرگازها و نحوه قرارگيري کوره ها نيازي به پاس برگردان ندارند.همانطور که  در شکل ديده ميشود آتش از داخل کوره اول عبورکرده و جريان آن  2 دسته ميشود. دسته اول جرياني از گازهاي داغ احتراقي هستند که وارد اولين پاس لوله ها ميشوند . اين گازها پس از آن وارد اطاق دود جلو و سپس وارد لوله هاي پاس دوم ميشوند. پس از طي لوله هاي پاس دوم به داخل اطاق دود عقب رفته و از آنجا به محيط اطراف تخليه ميشوند . حرکت گازها احتراقي در حين عبور از اين مسيرها با آب تبادل  حرارت کرده  و باعث تبخير آن ميشوند. واضح است که سطح حرارتي در اين ديگها بيشتر از ديگهاي نوع DRY BACK ميباشد چرا که تعداد کوره ها و شبکه ها بيشتر است و به همين دليل داراي راندمان بيشتري است .

ديگهاي SEMI WET BACK   سطح حرارتي اين ديگ متشکل  از 2 کوره 3 شبکه و2 پاس لوله ميباشد که در اينجا هم شبيه به نوع  WET BACK    نيازي به پاس برگردان نداريم .

 آتش از داخل کوره اول عبور کرده و جريان گازهاي داغ احتراقي  به دو دسته تقسيم ميشود. دسته اول درکوره  دوم حبس شده  و دسته دوم وارد لوله هاي پاس اول ميشوند . پس از طي اين لوله ها به فضاي اطاق دود جلو وارد شده و بداخل لوله هاي پاس دوم را ميبابند. پس از عبور از اين لوله ها به اطاق دود عقب رفته و از دودکش به محيط اطراف تخليه ميشوند . دراينجا ديده ميشود که سطح حرارتي اين نوع ديگها از ديگهاي نوع  DRY BACK   بيشتر است چرا که يک کوره و يک شبکه بيشتر دارد و لذا راندمان آن بيشتر است . ولي نسبت به ديگهاي WET BACK    داراي راندمان کمتري است  چون سطح حرارتي آن يک کوره و يک شبکه کمتر از سطح حرارتي WET BACK    ميباشد.

هرکدام از اين نوع ديگ داراي مزايا و معايبي نسبت به يکديگر ميباشند.