سوپرهیترها اکثر بویلرهای تجاری و صنعتی فقط بخار اشباع تولید میکنند ولی امروزه استفاده از بخار خشک یا سوپرهیت امری ضروری در خطوس تولید محسوب میشود و کاربردهای گوناگونی دارد که در ادامه به انها خواهیم پرداخت. چند سالی است که سوپرهیتر در بویلر صنعتی موجود در نیروگاهها استفاده میشود و برای تحریک تجهیزات بزرگ رایج شده اند زیرا خصوصی سازی، برق نیروگاه ها را مجبور به ارتقای راندمان کرده است بنابراین سیستم های تولید توزیع شده بیشتری ساخته خواهند شد. سوپرهیتر در بویلر صنعتی نقش تولید بخار خشک را برعهده دارد که فرآیند های بهینه میکند و راندمان خطوط تولید نیروگاهی را با راندمان بالایی فعال نگه میدارد.

سوپرهیتر در بویلر صنعتی (superheater) دستگاهی است که در بویلرها وظیفه تولید بخار خشک یا همان سوپرهیت را دارد و معمولا سوپرهیترها برای تولید بخار با درجه حرارت های بالاتر از حالت اشباع مورد استفاده قرار می گیرند.

از آنجا که بخار را فقط وقتی می توان سوپرهیت دانست که هیچ آب تبخیرنشده ای باقی نمانده باشد، هر بویلر سوپرهیت دار، بخار را در خروجی دیگ بخار به منظور سوپرهیت و خشک کردن می گیرد و بخار به طرف هدری که در آن بین لوله های موازی پخش می شود، راه داده میشود که این لوله ها در معرض کوره (حرارت تشعشعی) و یا دود (سوپرهیتر جابه جایی) هستند. در آنجا دمای بخار با جذب حرارت جدید، دمایش افزایش می یابد. از آنجایی که نرخ انتقال حرارت به اندازه آب جوش پربازده نیست، سرعت در این مرحله نسبتا بالا است تا اطمینان حاصل شود جریان مغشوش که بهترین حالت خنک کردن لوله ها است برقرار باشد. افت فشار بار در حالت پر بازه سوپرهیتر معمولا ۱۰psig است؛ چون ایجاد اغتشاش به منظور انتقال حرارت بهتر، افت فشار زیادی ایجاد میکند. فیلم نازک گاز که لوله بویلر متعارف را خنک تر از متوسط بین گاز کوره و دمای آب جوش میکند، این عمل زمانی رخ میدهد که جوشیدن آب در درون سوپرهیتر تکرار میشود؛

بنابراین لوله سوپرهیتر در بویلر صنعتی خیلی گرم تر از حالت معمول است، مواد بکار رفته در لوله های سوپرهیتر در بویلر صنعتی طوری ساخته میشوند که تحمل این دماهای بالا را داشته باشند. فلز بسیاری از آنها به اندازه های معمولی بویلر انعطاف پذیر نیستند و در واقع به قدری ترد هستند که نمی توان آنها را رول کرد. یک قطعه لوله انعطاف پذیر که در داخل هدر رول شده است غالبا به لوله های شکننده تر سوپرهیتر جوش می شوند. برای جلوگیری از ته نشینی مواد و املاح موجود در آب، بسیاری از سوپرهیترها طوری طراحی شده اند که توسط نصب هدرهایی در کف و لوله هایی که از آن بالا می آیند کاملا تخلیه شود و آنها را سوپرهیترهای قابل تخلیه می نامیم. بویلرهای اکثر نیروگاهها این امکان را ندارند لوله ها از هدر به داخل کوره آویزان می شوند تا در مسیر دود قرار بگیرند که آنها را بخار سوپرهیتر معلق می نامند.

برخی سوپرهیترها هم به طور مجزا گرم می شوند. در کشتی های دریایی معمولا دو کوره وجود دارد یکی قبل از سوپرهیتر و دیگری بعد از آن، بنابراین سوپرهیتر در بویلر صنعتی قابل کنترل است. در کاربردهای ساحلی معمولا مقدار کمی بخار سوپرهیت نیازار بنابراین یک کوره مجزا برای افزایش دمای بخار تعبیه می کنند.

بویلرهای بزرگ نیروگاهی ریهیتر هم دارند. آنها از نظر ساختار مثل سوپرهیتر هستند این بخاری که در ریهیتر جاری میشود قبلا از توربین گذشته است. برای اطمینان از سوپرهیت ماندن بخار در فشارهای پایین تر توربین، عمل ریهیت انجام می گیرد.

بویلرهای دارای سوپرهیتر همیشه در خروجی آن مجهز به شیر اطمینان و یک مسیر ونت دارای شیر برای اطمینان از برقراری جریان در سوپرهیتر در حین راه اندازی و شرایط نامناسب می باشند، بدین منظور یک فشارسنج و دماسنج نیز باید از تجهیزات دایمی کنار آنها باید باشد تا صحت عملکرد آنها بخوبی اندازه گیری شود.

دسته بندی سوپرهیتر در بویلر صنعتی

یکی از روش های دسته بندی سوپر هیتر ها بر اساس روش سوپر هیت شدن آن هاست که به شکل زیر می باشد:در

واقع سوپر هیتر ها خود به دو دسته کلی تقسیم میشوند، سوپر هیتر هایی که با جریان گاز های احتراقی بویلر فرآیند سوپر هیت شدن را انجام می دهند و دسته دیگر سوپر هیتر هایی می باشند که عمل سوپر هیت شدن را مستقل از بویلر انجام می دهند. سوپرهیتر در بویلر صنعتی از لحاظ نحوه انتقال حرارت به انواع: جابه جایی، تشعشعی و یا ترکیبی از این دو دسته بندی می شوند.

سوپرهیتر در بویلر صنعتی که از آن سخن میگوییمف باعث میشود جابه جایی سوپر هیتر در مسیر گازهای داغ و در بالا و یا پایین محفظه آب قرار گیرد تا از برخورد مستقیم با شعله در آن ها جلوگیری شود . عواملی که در این نوع از سوپرهیترها موجب افزایش انتقال حرارت می شود: ۱٫ افزایش نرخ دبی جرمی بخار افزایش جریان سوخت و هوا که در نتیجه موجب افزایش گاز های حاصل از احتراق می شود. ۲٫ افزایش جریان سوخت و هوا که در نتیجه موجب افزایش گاز های حاصل از احتراق می شود نکته حائز اهمیت آنست که سوپر هیتر های جابه جایی برای محدوده های دمایی پایین و بار بالا مورد استفاده قرار می گیرند.

نوع تشعشعی آن مسقیم در محفظه احتراق و در تماس با کوره قرار داده می شود و نوع فلز آن می بایست فلز دما بالا باشد. در مدل تشعشعی انتقال حرارت با   Tf4-Tw4 ارتباط مستقیم دارد که در  آن Tw  دمای مطلق دیواره لوله و Tf دمای مطلق شعله می باشد. دمای شعله از دمای دیواره لوله بیشتر بوده و در نتیجه میزان انتقال حررات مستقیم به دمای شعله بستگی دارد. به هر میزان که دبی بخار افزایش یابد دمای دیواره بالا رفته و دمای خروجی کاهش می یابد. در نوع تشعشعی سطح حرارتی کمتری مورد نیاز می باشد. نکته ای که باید بدانید این است که این مدل از سوپر هیتر ها در دماهای بالا و بار های کم مورد استفاده قرار می گیرند.

سوپرهیتر در بویلر صنعتی که از نوع ترکیبی هستند، به دلیل ثابت بودن دما در نرخ های مختلف جریان بخار از لحاظ راندمان کاری بهره وری بالاتری را به همین دلیل دارا می باشند. به سوپر هیترهای ترکیبی چند مرحله ای نیز گفته می شود و دمای ثابت در نج های مختلف بار را تضمین می کند.

مزایا و معایب سوپرهیتر در بویلر صنعتی چیست

مهم‌ترین مزیت سوپرهیترها، کاهش مصرف آب و انرژی است ولیکن مقداری بر هزینه نگهداری افزوده خواهد شد. در بیشتر حالت‌ها، مزایای وجود سوپرهیتر در بویلر صنعتی از هزینه‌های مرتبط آن بیشتر است و در کاربردهای بسیاری تاکنون استفاده‌ شده است. تنها استثنای این امر، استفاده از سوپرهیترها در لوکوموتیوهای تغییر جهت دهنده است. در لوکوموتیوهای که برای معادن استفاده می‌شوند، به نظر می‌رسد مزایای استفاده از سوپرهیتر روی مرز است و بنابراین به‌ندرت از سوپرهیتر استفاده‌شده است.

  نکته مهم برای استفاده از سوپرهیتر در بویلر صنعتی ، نگهداری آن‌ها است و عدم رسیدگی و توجه مناسب، سوپرهیترها را در معرض خطرات مهمی قرار می‌دهد.

چه عواملی برای درست کار کردن سویپرهیتر در بویلر صنعتی تأثیر دارد

تعدادی از پارامترهای خاص در کنار هم قرار می گیرند و موجب می شوند که یک سوپر هیتر به درستی عمل کرده و عمر قابل قبولی داشته باشد.

• سطح حرارتی مناسب
• انتخاب جنس مناسب
• کنترل دمای فلز و تنظیم سطح حرارتی برای محافظت از خوردگی آن
• کنترل رسوب گیری یا همان لحاظ کردن ضریب فائولینگ

موارد استفاده و کاربرد سوپرهیتر در بویلر صنعتی چیست؟

فشار کاری موجود برای تولید بخار خشک که در واحد های صنعتی تولید همزمان و واحد های صنعتی ترکیبی رنج معمولی از ۱۰ تا ۱۰۰ بار و رنج دمایی از دمای اشباع در حدود ۱۰۰۰درجه فارنهایت را دارا می باشند.

لوله های آلیاژی بدون درز از قطر ۱٫۲۵ تا ۲٫۵ اینچ با جنس های آمده در جدول در ساختمان سوپر هیتر ها استفاده می شود. میزان تنش به دمای دیواره لوله ها بستگی دارد و ضخامت لوله ها بر اساس فرمول های آمده در  استاندارد ASME SEC.1 & 8  محاسبه می شود.رنج سرعت در لوله های سوپر هیتر ها در حدود ۵۰ تا ۱۴۰ fps بسته به فشار کاری، افت فشار و کاهش بار می باشد.

به طور کلی افت فشار در کاربری های صنعتی در رنج ۱۰ تا ۷۰psi  بسته سایز، فشار و کاهش با کاری می باشد. البته افت فشار بسته به تعداد مراحل سوپر یت شدن می توان مقادیری بیش از این مقدرا بوده و تا ۱۵۰-۲۰۰psi بالا رود.

روش های مختلفی برای محاسبه سوپر هیتر ها وجود دارد که به پارامتر های گاز و بخار و دیگر شرایط واحدهای مربوطه بستگی دارد.

کاربرد سوپر هیت در تولید بخار خشک برای کارواش ها

شاید برای شما جالب باید امروزه برای تولید بخار خشک در کارواشهای بخار از سوپر هیت در بویلر صنعتی آنها استفاده میشود. تفاوت بخار خشک با بخار مرطوب این است که در بخارشویی آسیبی به قسمت های برقی خودرو نمیرسد و برای شستشوی داخل اتومبیل و صفرشویی خودرو بسیار مفید است.

روش ساخت انواع سوپرهیت در بویلر صنعتی

لوپ لوله های مورد استفاده در ساخت سوپر هیتر انواع مختلف دارد که یکی از آن ها نوع وارون است که در پکیج بویلر ها به فراوانی استفاده می شود حال آنکه نوع قائم پره دار آن ها نیز در سیستم های HRSG معمول می باشد. طراح نوع افقی این لوله ها با کله گی (سری) افقی در هر دو نوع HRSG و پکیج بویلر ها استفاده می شود. میله مفتولی ها به طور معمول در پکیج های تولید بخار که دما آن ها در رنج ۱۵۰۰ -۲۲۰۰ درجه فارنهایت هستند و یا در شرایطیی که دمای میله برای مهم است مورد استفاده می شود. اگر چه که در سیکل های HRSG که رنج دمای پاین بوده (در حدود ۹۰۰-۱۴۰۰ درجه فانهایت) و سطح حرارتی بالاتری مورد نیاز است از این تیپ لوله ها استفاده می شود. موارد استفاده این لوله ها موجب خلاصه شدن کاربری های آن ها  شده است.

نحوه چیندمان نازل های دی سوپرهیتر در بویلر صنعتی به چه صورتی است؟

نازل های Ring Type Desuperheater در سطح مقطع لوله بخار از مرکز به سمت دوطرف چیدمان شده و نازل ها دور تا دور خط لوله بخار به صورت شعاعی (Radial) نصب شده اند. اما در Integrated Desuperheater این قابلیت وجود دارد که نازل های که در ابتدا قرار است پاشش آب را انجام دهند، در مرکز خط بخار نصب شوند. این قضیه باعث میشود که همواره پاشش بخار از مرکز خط لوله بخار شروع شده و با افرایش میزان دبی آب، پروفایل پاشش آب افزایش پیدا کند.این مزیت در Integrated Desuperheater ریسک واتر دریپینگ(water Dripping) یا پاشش آب روی خط بخار را به شدت کاهش میدهد.

در Integrated Desuperheater با حرکت عمودی یا چرخشی پلاگ، تعداد نازل های درگیر برای پاشش آب را تغییر میکند. نازل های Integrated Desuperheater از دو جهت اهمیت ویژه دارند.

• اولین مورد قسمت اریفیس نازل است که ظرفیت آن نازل را مشخص میکند.
• دومین مورد با اهمیت، بدنه نازل بوده که بحث استحکام مکانیکی آن را حین عملکرد تامین میکند.

از آنجایی که نازل ها مستقیما و به وسیله مسیرهای جداگانه ای به چمبر (Chamber) و محفظه داخلی دی سوپرهیتر متصل هستند، همواره به صورت جداگانه تغذیه شده در نتیجه میتوانند افت فشار مستقل و ثابتی را تجربه کنند. این مسئله سبب بهبود اتمایزینگ در Integrated Desuperheater میشود. سطح مقطع مارپیچی داخل نازل با چرخش (Swirl) و افزایش سرعت آب در اریفیس، شرایط اتمایزینگ را بهبود می­بخشد.

جمع بندی

سوپرهیتر در بویلر صنعتی نقش تولید بخار خشک یا سوپر هیت را دارد که در بسیاری از کاربردهای صنعتی و نیروگاهی از جمله در توربین های فوق پیشرفته صنعتی کاربرد دارد. یکی دیگر از کاربرد های آن در کارواشهای بخار است. در واقع سوپرهیترها خود به دو دسته کلی تقسیم میشوند، سوپرهیترهایی که با جریان گاز های احتراقی بویلر صنعتی، فرآیند سوپر هیت شدن را انجام می دهند و دسته دیگر سوپر هیتر هایی می باشند که عمل سوپر هیت شدن را مستقل از بویلر انجام می دهند