عملکرد بویلر برگرفته از طبیعت است

عملکرد بویلر برگرفته از طبیعت است

مشاهده همه چیز در طبیعت در درک بهتر آنچه در واحد بویلر اتفاق میوفتد کمک شایانی می‎کند. بیشتر امور مهندسی ما برگرفته از وقایع طبیعت و کاربرد آن در اجرای اهدافی مثل تولید بخار است. تشکیل ابرها، مه و شبنم همگی بیانگر قوانین طبیعت است که با یادگیری آن می‎توانیم به اهداف خود جامه عمل بپوشانیم.

بخار در طبیعت

بخار در طبیعت تولید و چگالی می‏‎شود که نمونه آن بارش باران است. آتش به طور طبیعی شعله ور می‎شود و می‎توانیم ببینیم وقتی هوا و سوخت به طور بهینه مخلوط شوند چه اتفاقی می‎افتد (مثلا آتش سوزی جنگل‎ها).

نیروی شناوری در طبیعت

نیروی شناوری را می‎توان در تکه چوب شناور روی آب مشاهده کرد. از آنجایی که چگالی آب از چوب بیشتر است چوب روی آب می‎ماند. هوای گرمی که بازها (پرنده) در آن پرواز می‎کنند چگال تر از هوای سرد نیست بنابراین در دریایی از هوای خنک تر اطراف آن شناور می‎شود. جابه‎جایی هوا و گازهای با چگالی متفاوت در واحد بویلر بسیار مهم است و (رانش طبیعی) نام دارد. علت جابه‎جایی هوا این است که هوا با گاز گرم تر، سبک تر از هوای اطراف بوده و بالا می‎رود.

بالا آمدن آب کنار صخره‏‎ها

میتوان بالا آمدن سطح آب را در کنار صخره به علت افزایش فشار استاتیکی ناشی از تبدیل فشار دینامیکی پس از برخورد به صخره‎ها مشاهده کرد. این تبدیل فشار دینامیکی به استاتیکی نحوه عملکرد پمپ‎ها و فن‎های گریز از مرکز می‎باشد. وقتی اتفاقی می‎افتد شاید منطقی به نظر نرسد ولی تلاش کنید تا آن را به وقایع طبیعی تشبیه کنید. من با این کار جواب بسیاری از مشکلات را یافته‌‎ام.

رابطه آب، بخار و تولید انرژی

تقریبا تمام برق تولیدی حتی برق هسته‎ای توسط بویلر تولید می‎شود اگر بویلرها ساخته نمی‎شدند ما هم اکنون برای گرم کردن منازل خود نیازمند شومینه بودیم.

اکثر مردم اطلاعات کمی درباره استفاده از آب و بخار برای تولید انرژی دارند، بنابراین باید اصول ساده‎ای را برای مردم تفهیم کنیم؟

ارتباط آب و حرارت

آب، اساس اندازه گیری انرژی حرارت است. واحد BTU  (واحد حرارت انگلیسی) مقدار حرارتی است که برای افزایش یک درجه فارنهایتی آب مورد نیاز است. ما مهندسان می‎دانیم که این موضوع در همه موارد صدق نمی کند اما برای اپراتور بویلر مناسب است. انرژی بخار وابسته به فشار و دمای آن است اما برای تمام مقاصد عملی، تولید یک پوند بخار ۱۰۰۰BTU انرژی نیاز دارد.

اصطلاح آنتالپی

مهندسان برای توصیف مقدار حرارت موجود در یک پوند آب یا بخار از واژه آنتالپی استفاده می‎کنند. ما نیازمند نقطه‎ای که در آن انرژی صفر باشد بوده و دمای آب یخ را ۳۲ درجه فارنهایت قرار دادیم. با وجود این که آنتالپی این آب صفر است، دارای انرژی می‎باشد که با تبدیل شدن به یخ از آن دفع می‎شود.

بنابر این آنتالپی آب یا بخار، مقدار انرژی مورد نیاز برای رساندن یک پوند آب در دمای انجماد به دمای آب یا بخار است. از آنجایی که نقطه انجماد آب را به عنوان نقطه مرجع در نظر می‎گیریم، اختلاف آنتالپی همیشه برابر با مقدار حرارت مورد نیاز برای تبدیل یک پوند آب از این حالت به حالت دیگر است.

اطلاعاتی در مورد آب که باید بدانید

بخار همان آب است اما آبی که به فاز گازی در آمده است. همان ملکول های HO_۲  که انقدر انرژی جذب کرده اند که تبدیل به گاز شده‎اند. با جذب گرما حالت آب عوض می‎شود و آنقدر گرم‎تر می‎شود تا به دمای اشباع برسد و در اینجا بدون تغییر دما تبدیل به بخار شده و نهایتا مافوق گرم می‎شود.

هر فشاری دمای خاصی دارد که آب و بخار می‎توانند هم زمان در آن حضور داشته باشند که معمولا آن را نقطه یا حالت اشباع می‎نامیم.

همه ما میدانیم که آب در ۲۱۲ درجه فارنهایت می‎جوشد و فقط در سطح دریا صادق است. این دمای جوش در دنور-کلرادو ۲۰۳ درجه فارنهایت است. در حدود خلاء کامل، ۲۹.۷۵ اینچ جیوه نقطه جوش ۴۰ درجه فارنهایت است.

چون اپراتور بویلر نگران از اختلاف‎های کوچک فشار جو نیست، دمای جداول بر اساس اینچ جیوه خلاء و فشار گیج است. اگر شما در ارتفاعی همچون دنور قرار داشته باشید باید حدود ۳PSI از اطلاعات جداول کم کنید در تمام جداول بخار مورد استفاده مهندسان، دماها مربوط به فشار مطلق می‎باشد.

در صورتی که دمای آب همیشه کم تر از دمای اشباع (که مطابق با فشار متناظر است) باشد، آب به حالت مایع باقی می‎ماند که شما می‎توانید آنتالپی آب را با تفریق ۳۲ از دمای فارنهایت به دست آورید. مثلا آنتالپی آب تغذیه ۱۸۲ درجه فارنهایت بویلر حدود ۱۵۰BTU می‎باشد. برای تبدیل یک پوند آب ۲۱۲ درجه فارنهایت به بخار در همین دما ۹۷۰BTU انرژی نیاز است، بنابراین آنتالپی بخار در فشار ۱ATM حدود ۱۱۵۰BTU است (۲۱۲-۳۲+۹۷۰).

برای این که آب تغذیه ۱۸۲ درجه فارنهایت در بویلر به بخار تبدیل کنیم باید ۱۰۰۰BTU به هر پوند آن انرژی بدهیم. به خاطر داشتن این که آب ۳۲ درجه فارنهایت دارای صفر BTU بوده و برای تبدیل آن به بخار ۹۷۰BTU انرژی نیاز است برای حل تمام مسائل بخار اشباع کافی است.

ما روش‎های اندازه گیری انرژی دیگری هم داریم که مختص خود ماست که یک نمونه آن اسب بخار بویلر(BHP) است. یک بویلر قادر به تولید ۱۰۰ ها پوند بخار است و از آنجایی که تولید هر پوند بخار ۱۰۰۰BTU انرژی نیاز دارد، رقم بسیار بزرگی حاصل می‎شود. بنابراین توان اسب بخار بویلر استاندارد که معادل ۳۴/۵۱B/HR بخار می‎باشد بسیار مشکل گشا است. نکته مهم در اینجاست که توان اسب بخار بویلر یک مقدار نرخی (بر حسب ساعت) وbtu کمیت است.