بویلرهای چگالشی
بویلر به یک مخزن تحت فشار اطلاق می‌گردد که سطح انتقال حرارت را بین محصولات احتراق و آب فراهم می‌کند. به بیان دیگر در بویلر انرژی حاصل از احتراق سوخت به سیال منتقل شده و جهت مصارف گوناگون از آن استفاده می‌گردد.
همه چیز درباره بویلرهای چگالشی
سیستم‌های موتورخانه‌ای نوین چگونه کار می‌کنند؟
نویسنده: زهرا شادرام
بویلر (دیگ) به یک مخزن تحت فشار اطلاق می‌گردد که سطح انتقال حرارت (معمولا مجموعه‌ای از لوله‌ها) را بین محصولات احتراق و آب فراهم می‌کند. به بیان دیگر در بویلر انرژی حاصل از احتراق سوخت به سیال منتقل شده و جهت مصارف گوناگون از آن استفاده می‌گردد. خروجی بویلر بسته به نوع و کارکرد آن می‌تواند آب یا بخار باشد. تفاوت بویلرهای آب گرم و آب داغ در دمای آب خروجی از بویلر است، دما در بویلر آب گرم تا 90 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد در حالی که در بویلرهای آب داغ دمای آب تا 100 درجه نیز بالا می‌رود که علت آن بسته بودن محفظه و افزایش فشار در داخل سیستم است. در منازل و موتورخانه‌های مجتمع‌های مسکونی و تجاری بویلرهای آب گرم مورد استفاده قرار می‌گیرند که نسبت به بویلرهای بخار دارای ظرفیت حرارتی پایین‌تری هستند. موارد مصرف بویلرهای بخار در بیمارستان‌ها و صنایع گوناگون است.
ظرفیت بویلرهای آب گرم بر اساس کیلووات (kW) یا کیلوکالری (kcal) بیان می‌شود که بیانگر میزان انرژی انتقال یافته از احتراق سوخت (گاز طبیعی (NG) یا در مواردی گاز مایع (LPG)) به آب موجود در دیگ است که موجود افزایش دمای آن می‌شود.
دسته‌بندی انواع بویلرها
بویلرهای مورد استفاده به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:
الف) بویلرهای غیرچگالشی (سنتی)
ب) بویلرهای چگالشی
بویلرهای غیرچگالشی (سنتی)
بویلرهای آب گرم غیرچگالشی مورد استفاده در موتورخانه‌ها از دو جنس چدنی و فولادی ساخته می‌شوند.
ویژگی منحصربه‌فرد دیگ‌های چدنی طراحی آن است که به شکل پره‌ای بوده و امکان کم و زیاد کردن ظرفیت آن را فراهم می‌کند.
دیگ‌های فولادی خود به دو دسته Fire Tube و Water Tube تقسیم‌بندی می‌شوند. در نوع Fire Tube دود حاصل از احتراق از مسیر لوله‌ها عبور کرده و با انتقال حرارت موجب افزایش دمای آب پیرامون خود می‌گردد. در مدل‌های Water Tube آب به عنوان سیال جاری در لوله‌ها با عبور از مسیر خود با دود پیرامون تبادل حرارت انجام داده و منجر به افزایش دمای آب می‌گردد.
در بویلرهای سنتی گاز حاصل از احتراق پس تبادل حرارت با آب موجود در سیستم در دمای بالا (حدود 180-200 درجه سانتی‌گراد) از طریق دودکش به اتمسفر تخلیه می‌گردد که همین امر موجب اتلاف حرارت و کاهش راندمان در سیستم‌های سنتی است. در مشعل مورد استفاده در این سیستم‌ها نیز امکان اختلاط سوخت و هوا با نسبت مشخص وجود ندارد و به علت رخ ندادن احتراق کامل، افزایش تولید آلاینده محیط‌زیست و کاهش راندمان وجود دارد. همچنین به علت انتخاب و خرید مشعل و دیگ به صورت جداگانه و عدم انطباق کامل بین این دو، و مجموعه عوامل ذکر شده در بالا دستیابی به راندمان بیش از 80% در بویلرهای سنتی غیرممکن خواهد بود. البته در بویلرهای قدیمی‌تر راندمان در حدود 55-60% نیز برآورد می‌شود.
بویلر چگالشی چیست؟
در بویلرهای چگالشی (دیگ‌های چگالشی) که نسل جدید بویلرهای موجود در بازار هستند، برای افزایش راندمان دستگاه و جلوگیری از هدر رفت انرژی، از حرارت گازهای حاصل احتراق برای پیش‌گرمایش آب ورودی به دستگاه استفاده می‌شود. پیش از این دود حاصل از سوخت گاز در بویلر پس از تبادل حرارت و گرم کردن آب مبدل در دمای بالا از طریق دودکش به اتمسفر تخلیه می‌گردید. در این دستگاه مبدل اولیه به گونه‌ای طراحی شده است که آب ورودی به پکیج از طریق تبادل حرارت با این دود، پیش گرم شده و منجر به افزایش راندمان و کاهش مصرف سوخت می‌گردد.
همچنین در این نوع از بویلرها مشعل پیش‌اختلاط به کار برده شده که به جهت ترکیب سوخت و هوا با نسبت مشخص، احتراق کامل رخ داده و موجب افزایش راندمان دستگاه و کاهش آلایندگی می‌شود.
فن و پمپ به کار برده شده در سیستم‌های چگالشی از نوع دور متغیر است که با عملکرد مدولار باعث کاهش مصرف انرژی و عدم ایجاد آلودگی صوتی در این سیستم‌ها می‌گردند.
در سیستم‌های چگالشی به علت انتقال حرارت دود با آب برگشتی به سیستم، امکان کاهش دمای دود تا نقطه شبنم آن وجود دارد. در این شرایط دود خروجی از دستگاه به وسیله فن از دودکش که عموما از جنس پلی‌اتیلن یا استیل است، به بیرون دمیده می‌شود. مایعی که از تقطیر دود حاصل از احتراق در دستگاه تولید می‌شود، مایع کندانس نامیده شده و خاصیت اسیدی (با PH حدود 5-3) دارد و توسط لوله‌های استنلس‌استیل و یا پلیمری به فاضلاب تخلیه می‌شود. این لوله‌ها شامل یک تله بخار جهت جلوگیری از بازگشت بخار به داخل ساختمان نیز هستند.
انواع بویلر چگالشی
سیستم‌های چگالشی با توجه به ظرفیت آن‌ها در دو نوع زمینی و دیواری طراحی و ساخته شده‌اند. به طور معمول ابعاد دستگاه با افزایش ظرفیت آن افزایش یافته و در توان‌های بالا (معمولا بالاتر از 200 کیلووات) به علت ابعاد بزرگ و وزن بالای دستگاه بر روی زمین قرار می‌گیرند.
نصب آبشاری (Cascade)
در این روش به منظور دستیابی به توان مورد نیاز می‌توان چندین دستگاه را به صورت موازی در کنار یکدیگر نصب کرد تا نیاز مصرف‌کننده را مرتفع سازند. روش نصب بدین‌گونه می‌باشد که تعدادی دستگاه (بر اساس تعداد ارائه شده در کاتالوگ شرکت سازنده) به صورت موازی با یکدیگر قرار گرفته و لوله‌های متصل شده به این سیستم وارد یک جداکننده هیدرولیکی (Hydraulic Separator یا Low Loss Header) می‌شوند. در این شرایط مدار اولیه و ثانویه در سیستم برقرار گردیده و به لحاظ هیدرولیکی از یکدیگر جدا می‌شوند. در حالت نصب آبشاری عموما از یک ماژول Cascade جهت برنامه‌ریزی، کنترل سیستم و تعیین برنامه عملکرد هر دستگاه بهره برده می‌شود.
Low Loss Header چیست؟
جداکننده‌های هیدرولیکی یا Low Loss Header بین هر دو یا تعداد بیشتر پمپ‌های سیرکولاتور در سیستم‌های گرمایش نصب می‌شوند و به پمپ اجازه می‌دهند با دبی خود کار کرده و از اثر متقابل پمپ‌ها بر روی یکدیگر جلوگیری می‌کنند. نبود جداکننده هیدرولیکی در مدار و عدم کارکرد هر یک از پمپ‌ها با دبی جریان مناسب خود، باعث ایجاد مشکلاتی از قبیل جریان معکوس در سیستم می‌گردد. در مصارف خانگی و موتورخانه‌ها زمانی از جداکننده هیرولیکی استفاده می‌شود که یا چند پمپ سیرکولاتور در مدار وجود داشته باشد مانند زمانی که دستگاه‌ها به صورت آبشاری نصب می‌شوند و یا زمانی که پمپ داخلی دستگاه قدرت کافی جهت برآورده کردن نیاز سیستم را نداشته و نیاز به پمپ خارجی وجود دارد.
مزایای سیستم‌های چگالشی چیست؟
استفاده از سیستم‌های چگالشی و جایگزینی آن‌ها به جای دیگ‌های قدیمی مزایایی را به همراه داشته که در ادامه به شرح هر یک از این مزایا پرداخته می‌شود.
- کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان: در سیستم‌های چگالشی به علت استفاده از گرمای نهان آب موجود در محصولات احتراق و بازیابی دمای دود خروجی از دودکش، کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان دستگاه تا 98% رخ می‌دهد.
- کاهش هزینه قبوض: استفاده از این دستگاه به علت کاهش مصرف گاز، کاهش هزینه قبوض گاز را به همراه دارد.
- کاهش انتشار آلایندگی: در این نوع از دستگاه‌ها به علت استفاده از مشعل متال فایبر و پیش اختلاط کامل سوخت و هوا با ترکیب درست و مشخص (1 به 10) احتراق کامل رخ داده و بدین جهت اکسید نیتروژن (ناکس) و اکسیدکربن حاصل از احتراق کاهش یافته و این سیستم‌ها را با کلاس ناکس 5 و 6 به عنوان دوستدار محیط زیست معرفی می‌دارد.
- کاهش سر و صدای محیط: به علت عملکرد مدولار دستگاه و استفاده از پمپ، فن و مشعل مدولار سر و صدای ایجاد شده در این دستگاه به حداقل میزان ممکن کاهش می‌یابد.
- ابعاد و اندازه کوچک: طراحی دستگاه‌ها به گونه‌ای است که فضای کمی را اشغال کرده و در نتیجه فضای موتورخانه را به حداقل میزان ممکن کاهش می‌دهند. همچنین در حالت نصب آبشاری به علت استفاده از یک دودکش مشترک، فضای اشغال شده از منازل جهت انتقال آن به بام کمتر از گذشته خواهد بود.
- قابلیت برنامه‌ریزی و اتصال به سیستم هوشمند ساختمان: این قابلیت موجب کنترل و برنامه‌ریزی راحت برای سیستم و کاهش مصرف انرژی در دراز مدت می‌گردد.
معرفی بویلرهای چگالشی ایمرگس
بویلرهای ایمرگس دارای مبدل استنلس‌استیل (AISI 316L)، محفظه احتراق بسته و فن‌دار هستند. مبدل این دستگاه به گونه‌ای طراحی شده است که در آن از حرارت خروجی گازهای حاصل از احتراق جهت پیش گرمایش آب ورودی به بویلر بهره گرفته می‌شود که این امر موجب کاهش میزان مصرف سوخت و صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌گردد. همچنین این بویلرها دارای مشعل پیش اختلاط (premix) کامل بوده و سوخت و هوا را به نسبت کاملا مشخص با هم ترکیب کرده که منجر به احتراق کامل، افزایش راندمان دستگاه و کاهش آلایندگی حاصل از احتراق ناقص می‌شود. فن این سیستم‌ها با مکش، هوای مورد نیاز جهت احتراق سوخت را وارد محفظه احتراق کرده و با دهش، گازهای محصول احتراق (دود) را به محیط خارج تخلیه می‌کنند.
بویلر چگالشی دیواری
بویلرهای چگالشی دیواری ایمرگس با نام VICTRIX PRO به منظور تامین گرمایش ساختمان در ظرفیت‌های مختلف طراحی و ساخته شده‌اند. این بویلرها قابلیت نصب به صورت آبشاری (cascade) تا 8 دستگاه را با یک ماژول cascade دارند و در صورت لزوم و نیاز به ظرفیت‌های بالاتر می‌توان چند ست 8 تایی را با نصب آبشاری جهت مصارف ساختمان‌ها و مراکز بزرگ تجاری ایجاد نمود.
این محصول با بهره‌گیری از فناوری چگالشی و با دستیابی به راندمان بیش از 98% و گرید انرژی A ، قادر است تا 50% در مصرف سوخت و تا 60% در هزینه آن صرفه‌جویی ایجاد نماید. مبدل این دستگاه از جنس استنلس‌استیل (AISI 316L) ساخته شده و با وجود مشعل فیبر فلزی (metal fiber) و پیش اختلاط کامل هوا و سوخت باعث کاهش آلاینده و تولید دی‌اکسید کربن و نیتروژن (NOX) نیز می‌گردد.
مبدل این دستگاه با توجه به توان و ظرفیت آن در دو مدل طراحی گردیده است.
از دیگر ویژگی‌های این دستگاه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- عملکرد مدولار 1:10 و افزایش متوسط راندمان فصلی و صرفه‌جویی در مصرف گاز.
- اشغال فضای کمتر نسبت به موتورخانه‌های قدیمی در حالت آبشاری در مجتمع‌ها.
- استفاده از یک دودکش مشترک و عدم اشغال فضای داخلی و زیربنای مفید ساختمان و کاهش هزینه اجرا.
- قابلیت اتصال به سیستم هوشمند ساختمان و برنامه‌ریزی 365 روز سال.
- پمپ مدولار کم‌مصرف (ERP) و عدم تولید صدا در حین کار.
- فن دور متغیر.
- دارایIPX5D و امکان نصب در داخل و خارج از منزل بدون نیاز به حفاظت بیشتر.
- امکان اتصال به مخزن آب جهت تولید آب گرم بهداشتی به وسیله شیر سه طرفه.
- قابلیت اتصال به سیستم‌های خورشیدی جهت تولید آب گرم بهداشتی.
- مجهز به سیستم ضدیخ‌زدگی، ضد گریپاژ پمپ و chimney sweep function (کنترل عملکرد دودکش).
- سیستم خود عیب‌یابی با نمایشگر دیجیتال دما جهت نمایش وضعیت عملکرد و کدهای خطا.
این محصول در توان‌های 35، 55، 80، 100، 120، 150 و 180 کیلووات طراحی و تولید گردیده است.
همانطور که پیشتر بدان اشاره شد در حالت نصب آبشاری یک ماژول Cascade جهت کنترل و برنامه‌ریزی دستگاه‌ها مورد نیاز است و همچنین به جهت عملکرد بهینه محصول و مصرف کمتر سوخت و کاهش هزینه‌ها نصب یک External Probe جهت تشخیص دمای محیط به طور پیوسته پیشنهاد می‌گردد.
قابلیت ارتقا گرید انرژی به A+
بویلرهای چگالشی ایمرگس با به کارگیری ترموستات‌های هوشمند قادر هستند گرید انرژی را مطابق با استاندارد ErP اروپا و راندمان فصلی، از A به A+ ارتقا دهند.
بویلر چگالشی زمینی
این محصول با نام تجاری ARES PRO یک بویلر چگالشی زمینی در 6 توان متفاوت شامل 150/230/300/348/400/500 و 600 کیلووات می‌باشد که به صورت مستقل و آبشاری (حداکثر تا 8 دستگاه) قابل نصب و بهره‌برداری است و قادر به تولید توانی از 150 تا 4800 کیلووات خواهد بود. این محصول به لطف فناوری چگالشی و مشعل پیش اختلاط کامل و تولید NOX کم، راندمان کلی بالاتر و هزینه‌های جاری کمتر را برای عملکرد مستقل و آبشاری ایجاد می‌کند.
این دستگاه محدودیتی در دمای آب بازگشتی ندارد که این امر امکان اتصال مستقیم به سیستم را فراهم می‌کند. عدم نیاز به نصب یک جبران‌کننده هیدرولیک (hydraulic compensator یا Low Loss Header) و مبدل صفحه‌ای امکان اتصال مستقیم به سیستم لوله‌کشی را ایجاد می‌کند که سیستم‌های ساده‌تر و افزایش راندمان را به همراه دارد. همچنین قابلیت اتصال به مخزن آب جهت تامین آب گرم بهداشتی را دارا بوده و سیستم کنترلی آن زیمنس است.
این دستگاه به گونه‌ای طراحی شده است که یک مشعل (تشعشعی) عمودی به صورت معکوس در بالای محفظه‌ی احتراق قرار گرفته است. در محفظه احتراق هوا و سوخت که از قبل با نسبت مشخص با هم مخلوط شده‌اند، شعله را تشکیل می‌دهند و پس از ایجاد شعله دود حاصل احتراق از درون لوله‌های استنلس‌استیل که به آن لوله دود گفته می‌شود و در پایین محفظه احتراق قرار دارند، به درون مخزن آب هدایت شده و با تبادل حرارت موجب افزایش دمای آن می‌شود. شماتیک محفظه احتراق و لوله‌های دود در شکل زیر آورده شده است.
در ادامه به دیگر خصوصیات این محصول اشاره شده است:
- محفظه عمودی آب از جنس استنلس‌استیل (AISI 316L) با ظرفیت آب‌گیری بالا.
- مدولاسیون شعله با محدوده 1:4 (1 حداقل خروجی و 4 حداکثر خروجی می‌باشد).
- پیش اختلاط کامل و مشعل الیاف فلزی (metal fiber)، مجهز به یونیزاسیون دوگانه شعله و الکترود کنترل.
- راندمان بالا به لطف لوله‌های عمودی دود با شیب 3 درجه و از جنس استنلس‌استیل با فین هایی از جنس آلومینیوم، سیلیکون و منیزیم در داخل.
- اندازه فشرده خصوصا در عرض.
- دارای محافظت الکتریکی IPX4D برای نصب در فضاهای داخلی مانند موتورخانه‌ها.
- محتوای آب بالا و در نتیجه کاهش تعداد چرخه‌های روشن/خاموش مشعل و امکان بهره‌مندی از بازده فصلی بالا.
- عایق پشم معدنی به ضخامت 50 میلی‌متر بر روی عناصر حرارتی.
- مخزن جمع‌آوری میعانات (مایع کندانس) از جنس استنلس‌استیل با سنسور سطح و قطع دستگاه در صورت بروز مشکل در دفع میعانات.
- شیر گاز پنوماتیک و مدولار.
- دارای پنل کنترل قابل برنامه‌ریزی هفتگی برای عملکرد مدار جریان سیستم.
- دارای مشعل پیش اختلاط (premix) با انتشار حداقل آلاینده و کلاس ناکس 6.
