دیگ های بخار چگالشی چیست؟

امروزه سیستم‌های دیگ بخار طوری مهندسی می‌شوند تا راندمان را افزایش و هزینه‌های بهره برداری را کاهش دهند. یکی از بویلر های محبوب، دیگ های بخار چالشی هستند که راندمان بسیار بالایی نسبت به بویلرهای معمولی دارند. این بویلر ها انرژی که به بیرون تخلیه می‌شود را بازیابی می‌کند. کاربرد دیگ بخار چالشی به دلیل مزایای زیاد و سهولت تلفیق آنها با سایر سیستم‌ها زیاد است. با این حال این سیستم‌ها از نظر عملکرد و طراحی با دیگ‌های بخار مرسوم تفاوت زیادی دارند.

دیگ های بخار چالشی

طراحی یک دیگ بخار چالشی چگونه است؟

در گذشته، استاندارد صنعت برای دیگ‌های بخار آب گرم بر اساس یک دیگ غیر چگالشی بود؛ در این دیگ‌ها دمای برگشت آب گرم به بویلر باید بالاتر از دمای کندانس گازهای تنوره باشد تا آسیبی به دیگ وارد نشود.

این استاندارد در مورد دیگ های بخار چگالشی درست نیست؛ چون مبدل‌های حرارتی آنها از موادی طراحی و ساخته می‌شوند که می‌توانند تأثیرات کندانس را تحمل کنند.

در واقع، رابطه مستقیمی بین افزایش تشکیل کندانس گاز تنوره و بهره‌های راندمان دیگ وجود دارد و در نتیجه هدف باید بیشترین کاهش ممکن دمای آب برگشتی به دیگ برای کندانس کردن گاز تنوره باشد.

به واسطه افزایش تشکیل کندانس گاز تنوره در یک دیگ بخار چگالشی، مبدل حرارتی باید جنس مقاومی داشته باشد تا خوردگی ناشی از کندانس اسیدی و تجزیه کامل مواد داخل دیگ و تنوره اتفاق نیافتد. این جنس اغلب فولاد ضد زنگ است، اگرچه بسته به نظر سازنده دیگ از مواد مختلفی استفاده می‌شود.

به علاوه، یک دیگ بخار چگالشی باید طراحی موثری برای مبدل حرارتی جریان مخالف داشته باشد تا سردترین سطوح گازهای تنوره را نزدیک به خنک‌ترین آب برگشت قرار دهد و در عین حال مقدار زیادی سطح جانبی گرمایش سمت آتش برای عملیات کندانس نگه دارد.

بیشتر دیگ‌های بخار آب گرم امروزی از گاز طبیعی به عنوان منبع سوخت برای فرایند احتراق استفاده می‌کنند. در این فرایند، گاز طبیعی با هوای احتراق ترکیب می‌شود تا آب و سایر محصولات جانبی را تولید کند.

در یک دیگ بخار غیر چگالشی، این آب در یک حالت بخار باقی می‌ماند و در گاز تنوره از سیستم حذف می‌شود، در حالی که در یک دیگ چگالشی بخار آب به محض سرد شدن تا زیر نقطه شبنم خود کندانس می‌شود.

تشکیل کندانس از گاز تنوره امکان بازیابی 970 Btu/lb (2256 kJ/kg) انرژی نهان را فراهم می‌سازد و سبب افزایش راندمان بویلر می‌شود. نقطه شبنم آب بر اساس ملاحظات بسیاری متفاوت است اما به طور کلی گازهای تنوره وقتی شروع به کندانس شدن می‌کنند که دمای برگشت آب گرم بین 120 تا 130 درجه فارنهایت (49 تا 54 درجه سانتی‌گراد) باشد.

نمونه دمای تشکیل کندانس گاز تنوره براساس دمای برگشت آب گرم

دبی و دماهای کاری طراحی سیستم

با تکامل تکنولوژی دیگ‌های بخار در طول زمان، طراحی این سیستم‌ها هم رشد کرده است. اولین تفاوت مهم در طراحی سیستم به دمای رفت و برگشت آب گرم مربوط می‌شود.

پیش از این، با این فرض که دمای آب گرم بیشتر همیشه بهتر است، طراحی سیستم‌هایی با دمای رفت آب گرم در محدوده 180 تا 200 درجه فارنهایت (82 تا 93 درجه سانتی‌گراد) رایج بود.

تا یک جایی دمای آب گرم بیشتر بهتر است، چون اجازه سطوح انتقال حرارت کوچک‌تر در کویل های گرمایش و ترمینال یونیت‌ها را می‌دهد، اما راندمان سیستم را هم محدود می‌کند. برعکس دمای آب گرم بیشتر می‌تواند کنترل دمای فضا در دوره‌های کم باری که ظرفیت کامل برای ساختمان لازم نیست را سخت‌تر کند.

سیستم‌هایی که از دیگ های بخار چگالشی استفاده می‌کنند باید با کمترین دمای ممکن برای رفت و برگشت آب گرم طراحی شوند و در عین حال فضا را به اندازه کافی گرم کنند.

باید توجه داشت که دمای برگشت آب گرم عامل اصلی تعیین کننده راندمان بویلر است، در نتیجه بهینه سازی دمای برگشت آب گرم با توجه به این مساله باید هدف اصلی باشد.

راندمان دیگ بخار چگالشی

یک دمای رفت آب گرم استاندارد برای یک بویلر چگالشی باید در حداقل 140 درجه فارنهایت (60 درجه سانتی‌گراد) شروع شود و با توجه به این که ظرفیت گرمایش کافی با هزینه معقول از کویل های گرمایش و ترمینال یونیت‌ها موجود است، توانایی پایین‌تر رفتن داشته باشد.

اگرچه یک دمای آب پایین‌تر ممکن است امکان پذیر باشد، نقطه‌ای وجود دارد که هزینه اولیه بیشتر برای سطوح انتقال حرارت اضافی از مزیت راندمان دیگ بخار بیشتر است.

برای مثال، بیشتر VAV باکس‌ها با کویل های یک یا دو ردیفی می‌آیند که در افت فشارهای سمت هوای قابل قبول با دماهای رفت آب گرم کمتر، ظرفیت گرمایشی لازم را فراهم نمی‌کنند.

برای غلبه بر این موضوع گزینه‌های مختلفی از تعبیه یک کویل گرمایش سه یا چهار ردیفی تا یک VAV باکس که از یک کویل بزرگ‌تر کانالی یک یا دو ردیفی مجزا از VAV باکس استفاده می‌کند، وجود دارد. جدول 1 تأثیر هر گزینه را نشان می‌دهد.

دبی‌های سیستم متناسب با دماهای سیستم آب گرم هستند. دبی‌های سیستم‌های قدیمی تر معمولاً برای یک اختلاف دمای 20 درجه فارنهایت (11 درجه سانتی‌گراد) بین دماهای آب گرم رفت و برگشت در ترمینال یونیت‌ها طراحی می‌شدند که بالای دمای کندانس بودند و سبب دبی‌های بالاتر می‌شدند.

اختلاف دمای بین دماهای رفت و برگشت آب گرم برای بویلرهای کندانس باید بین 30 و 50 درجه فارنهایت (17 تا 28 درجه سانتی‌گراد) باشد که دبی‌ها را کاهش می‌دهد، افت‌های فشار درون کویل های گرمایش و ترمینال یونیت‌ها را کم می‌کند و سبب توان کمتر پمپ کردن در شرایط بار کامل و میان بار می‌شود.

از آنجایی که کنترل سیستم آب گرم برای دمای رفت آب گرم رایج است، یک ΔT بالاتر سبب دمای برگشت آب گرم کمتر برای دیگ بخار می‌شود و سبب تشکیل کندانس بیشتر با راندمان بالاتر بویلر می‌شود.

برای دریافت فایل کامل مقاله روی بکارگیری دیگ های بخار چگالشی کلیک کنید.