دیگ چدنی یک قطعه بسیار کاربردی و مهم از تجهیزات مهندسی هست که نه تنها در سطح خانگی، بلکه در سطح تجاری و صنعتی نیز کاربرد دارد. گرما در زندگی روزمره هر فرد نقش حیاتی را دارا میباشد. چه برای گرم کردن محیط و چه گرما برای پختن غذا، همه ما از آن در فعالیتهای روزانه خود استفاده میکنیم. وظیفه دیگ چدنی تولید آبگرم یا بخار است.
در ساخت دیگ چدنی از فولاد استفاده میشود زیرا فولاد ارزان بوده و به راحتی در دسترس هست، به راحتی شکل گرفته و به شکل دلخواه جوش داده میشوند و در محدوده وسیع، به اندازه کافی در برابر اکسیداسیون و خوردگی مقاوم هستند تا خدمات رضایت بخشی را برای چندین سال ارائه دهند. فولادها آلیاژهایی از آهن و کربن هستند که معمولاً یک یا چند عنصر آلیاژی برای بهبود برخی خواص مواد (مثلاً استحکام، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون یا خوردگی) به آن اضافه میشود.
دیگهای آبگرم دمای آب را برای گرمایش خانگی یا تجاری و تامین آبگرم، بالا میبرند. ما برای تولید گرما به منبع سوخت نیاز داریم. وجود منبع سوخت، گرما و یک عامل اکسید کننده اجازه میدهد تا یک واکنش انجام شود. با گرم کردن لولههای آب و استفاده از لولههای آتش برای گرم کردن مخزن، بخار در فشارهای بسیار بالا تولید میشود تا مقادیر زیادی انرژی تولید کند.
دیگها در اوایل قرن میلادی توسط قهرمان اسکندریه ساخته شدند اما فقط به عنوان اسباب بازی استفاده میشد. تا قرن هفدهم توجه جدی به پتانسیل نیروی بخار برای کارهای عملی صورت نگرفت. اولین دیگ چدنی با شیر اطمینان توسط دنیس پاپین فرانسوی در سال ۱۶۷۹ طراحی شد. بویلرها در اواخر قرن ۱۸ در انگلستان ساخته و مورد استفاده قرار گرفتند. دیگهای اولیه از آهن ساخته میشدند. با توجه به مزایای فشار و دمای بالا، تولید کنندگان به فولاد روی آوردند. دیگهای مدرن از فولاد آلیاژی ساخته شدهاند تا فشارهای بالا و دمای بسیار بالا را تحمل کنند.
بویلرها را میتوان در پیکربندیهای زیر طبقهبندی کرد:
یک مخزن ابتدایی که در آن آتش یک ظرف آب نیمه پر را از زیر گرم میکند. دیگهای Haycock قرن ۱۸ عموماً حجم زیادی از بخار کم فشار را تولید و ذخیره میکردند. اینها میتوانستند چوب یا زغال سنگ را بسوزانند. راندمان بسیار پایینی داشتند.
با یک یا دو دودکش بزرگ – نوع اولیه یا پیشرو بویلرهای لوله آتش.
در این دیگ آب تا حدی یک بشکه دیگ بخار را با حجم کمی از بالا پر میکند تا بخار (فضای بخار) را در خود جای دهد. این نوع دیگ بخار است که تقریباً در تمام لوکوموتیوهای بخار استفاده میشود. منبع گرما در داخل یک کوره یا محفظه آتش قرار دارد که برای حفظ دمای سطح گرمایش در زیر نقطه جوش باید به طور دائم توسط آب احاطه شود. کوره را میتوان در انتهای یک لوله آتش قرار داد که مسیر گازهای داغ را طولانی میکند، بنابراین سطح گرمایش را افزایش میدهد که میتوان با وارونه کردن گازها از طریق یک لوله موازی دوم یا یک دسته لولههای متعدد، جهت را بیشتر افزایش داد. گازها ممکن است در امتداد واز طریق دودکشها در زیر دیگ بخار گرفته شوند (دیگ ۳ پاس).
در مورد دیگ بخار از نوع لوکوموتیو، بشکه دیگ بخار از داخل محفظه آتش امتداد مییابد و گازهای داغ از طریق یک دسته لوله آتش در داخل بشکه عبور میکنند که سطح گرمایش را نسبت به یک لوله به شدت افزایش میدهد و انتقال حرارت را بیشتر بهبود میدهد. بویلرهای فایر تیوب معمولاً میزان تولید بخار نسبتاً پایینی دارند، اما ظرفیت ذخیره بخار بالا است. دیگهای فایر تیوب بیشتر سوخت جامد میسوزانند، اما به راحتی با انواع مایع یا گاز سازگار هستند.
دیگ آبگرم معمولی به دو نوع لوله آتش یا لوله آب طبقهبندی میشود. در نوع فایر تیوب، آب اطراف لولههای فولادی را احاطه میکند تا گازهای داغ کوره از آن عبور کند. بخار تولید شده در بالای سطح آب در یک درام استوانهای شکل جمع میشود. یک سوپاپ اطمینان تنظیم شده است تا اجازه خروج بخار را در فشارهای بالاتر از فشار کاری معمولی بدهد.
این دستگاه برای همه دیگها ضروری است، زیرا افزودن مداوم حرارت به آب در ظرف دربسته بدون وسیله خروج بخار منجر به افزایش فشار و در نهایت انفجار دیگ میشود. بویلرهای فایر تیوب نصب و کارکرد آسانی دارند. آنها به طور گسترده در تاسیسات کوچک برای گرم کردن ساختمانها و تامین انرژی برای فرآیندهای کارخانه استفاده میشوند. دیگهای فایر تیوب در لوکوموتیوهای بخار نیز کاربرد دارند.
سوخت یکی از مهمترین جنبههای دیگ چدنی است سوخت همان چیزی است که در داخل دیگ میسوزد و گرما ایجاد میکند.
منابع مختلفی وجود دارد که برای این منظور میتوان از آنها استفاده کرد.
کاربردهای بسیار متنوعی وجود دارد که بویلرها برای آنها استفاده میشوند مثلا در صنایع غذایی. غذا، در مراحل مختلف تولید، نیاز به حرارت دادن یا جوشاندن هنگام فرآوری دارد. یک کاربرد جالب دیگ در دم کردن آبجو است. در یک نیروگاه بخار معمولی، دیگ چدنی شامل یک کوره است که در آن سوخت میسوزد. یک دیگ چدنی معمولی دارای کورهای است که سوخت فسیلی یا در برخی از تاسیسات سوختهای ضایعاتی را میسوزاند. یک راکتور هستهای همچنین میتواند به عنوان منبع گرما برای تولید بخار عمل کند.
در دیگهای لوله آب، آب در داخل لولهها با گازهای گرم کوره در خارج از لولهها در گردش است. هنگامی که توربو ژنراتور بخار در اوایل قرن بیستم توسعه یافت، دیگهای لوله آبی مدرن در پاسخ به تقاضا برای مقادیر زیادی بخار در فشارها و دماهایی بسیار بیشتر از دیگهای لوله آتش ساخته شدند. لولهها خارج از درام بخار هستند که سطح حرارتی ندارد و نسبت به دیگ فایر تیوب بسیار کوچکتر است. به همین دلیل درام دیگ آب لولهای بهتر میتواند در برابر فشار و دمای بالاتر مقاومت کند. انواع مختلفی از دیگهای لوله آب در اندازهها و طرحها در کشتیها و کارخانهها استفاده میشود. دیگ اکسپرس با لولههای کوچک آب برای تولید سریع بخار طراحی شده است.
دیگ فلاش ممکن است به درام بخار نیاز نداشته باشد، زیرا لولهها در دماهای بالایی کار میکنند که آب تغذیه به بخار تبدیل شده و قبل از خروج از لولهها فوق گرم میشود. بزرگترین واحدها در نیروگاههای مرکزی نیروگاههای خدمات عمومی یافت میشوند. واحدهای با اندازه قابل توجه در کارخانههای فولاد، کارخانههای کاغذ، پالایشگاههای نفت، کارخانههای شیمیایی و سایر کارخانههای تولیدی بزرگ مورد استفاده قرار میگیرند.
بیشتر بویلرهای مدرن به جای کشش طبیعی به کشش مکانیکی وابسته هستند به این دلیل که کشش طبیعی در معرض شرایط هوای بیرون و دمای گازهای دودکش خروجی از کوره و همچنین ارتفاع دودکش است. همه این عوامل باعث میشود. تجهیزات مکانیکی بسیار قابل اعتمادتر و مقرون به صرفهتر میشوند.
در کشش القایی گازهای خروجی از دیگ چدنی بیرون کشیده میشوند. در کشش اجباری، هوای تازه به دیگ رانده میشود. و د کشش متعادل، از هر دو اثر استفاده میشود. کشش طبیعی از طریق استفاده از دودکش نوعی کشش القایی است. کشش مکانیکی میتواند القا، اجباری یا متعادل باشد.
دو نوع کشش مکانیکی وجود دارد. اولین مورد از طریق استفاده از جت بخار است. جت بخار که در جهت جریان گاز دودکش قرار دارد، گازهای دودکش را به داخل پشته القا میکند و اجازه میدهد تا سرعت گاز دودکش بیشتر شود و کشش کلی در کوره افزایش یابد. این روش در لوکوموتیوهای بخار که نمیتوانستند دودکش بلند داشته باشند رایج بود. روش دوم صرفاً با استفاده از یک فن القایی (فن ID) است که گازهای دودکش را از کوره خارج میکند و گاز خروجی را به سمت بالا میبرد. تقریباً تمام کورههای کششی القایی با فشار کمی منفی کار میکنند.