أنواع البويلرات ومميزاتها .. واستخداماتها

مرجل البخار

مرجل البخار وعاء يكون محكم الغلق يتم استخدامه من أجل تسخين

الماء

حتى درجة الغليان، ومن ثم تحويل الماء إلى بخار وتوفير ضغط يكون أعلى من الضغط الجوي، ويكون ذلك عن طريق تطبيق الطاقة التي تنتج اختراق الوقود بصورة مباشرة ويعرف كذلك باسم Steam generator أو مولد البخار.

والمرجل عمومًا جزء أساسي لا يمكن الاستغناء عنه في نظام التدفئة العالمي الموجود في مختلف محطات توليد الطاقة، ونظام المرجل يعمل مع نظام انبعاث الحرارة ونظام توزيع الحرارة وأنظمة التحكم كذلك، ويعتبر المرجل المكون الرئيسي لعمل محطات الطاقة الحرارية، وفي الغالب يتم صناعة المرجل من الصلب حتى يتحمل الضغط العالي والارتفاع الشديد في درجات الحرارة، ويتم دمج المرجل مع نظام يحتوي على مكونات عديدة.

مكونات أنظمة المراجل البخارية

المكونات الرئيسية للمرجل ثلاثة هي، نظام البخار ونظام تغذية المياه ونظام الوقود.

• 
  نظام تغذية المياه:
  
  هذا النظام دوره تنظيم الماء المراد تحويله إلى بخار داخل المرجل البخاري، ويوجد نوعين من ذلك النظام، فيوجد نظام تغذية مغلق ونظام تغذية مفتوح.
• ويوجد كذلك نوعين من المصادر الرئيسية الخاصة بمياه التغذية وهم الماء الخام أو الماء الاضافي ويكون قادم من خارج وحدة المرجل، والبهار المكثف.
• 
  نظام البخار:
  
  يعتبر ذلك النظام هو النظام الرئيسي في عملية المرجل، وأنظمة البخار عمومًا مسؤولة عن التحكم وجمع البخار الذي سيتولد من تلك العملية.
• أنظمة البخار ترسل البخار الناتج عبر أنابيب إلى نقطة الاستخدام، ويتم عمل ذلك طيلة مدة العملية، وتستخدم مقاييس ضغط البخار والصمامات في التحكم في ضغط البخار.
• 
  نظام الوقود:
  
  يتم اعتبار ذلك النظام بقلب المرجل ويتكون من مجموعة من المعدات والمكونات اللازمة من أجل تغذية المرجل بالوقود حتى تتولد الحرارة العالية.
• في نظام الوقود المعدات المطلوبة تعتمد اعتماداً كلياً على نوع الوقود الذي سيتم استخدامه داخل المرجل.

تعريف بعض المصطلحات المستخدمة في المراجل البخارية

• 
  غلاف المرجل:
  
  هو عبارة عن جسم أسطواني يكون مجوف من الداخل يتكون من ألواح مصنوعة من الفولاذ تكون ملحومة سويا أو مثبتة معا.
• 
  الفرن:
  
  هو الجزء الذي يتم حرق الوقود فيه حتى يتم إنتاج الحرارة اللازمة، وتلك الحرارة هي التي تستخدم في توليد البخار في المرجل.
• 
  شبكة القضبان الحديدية:
  
  عبارة عن مساحة تتكون من عدة قضبان مصنوعة من الحديد الزهر، وتكون مرتبة حتى يتم وضع الوقود عليها.
• وبين كل قضبيين متتاليين يتم توفير مساحة بينهما وذلك من أجل سهولة تدفق الوقود بينهما من أسفل الشبكة، وقد تأخذ تلك الشبكة شكل مستطيل أو شكل دائري.
• 
  مساحة شبكة القضبان الحديدية:
  
  منطقة كذلك يحترق عليها الوقود، ويتم قياسها بالمتر المربع.
• 
  سطح التسخين:
  
  هو السطح الخاص بالمرجل ويتعرض للغازات التي تكون ساخنة من ناحية الماء.
• 
  مساحة الماء ومساحة البخار:
  
  حجم المرجل الذي يتم وضع به الماء هي مساحة الماء، والمساحة المتبقية هي مساحة البخار وهي ضرورية جدا لأنها تقوم بتخزين البخار وبعدها سحبه من خلال أنابيب البخار.
• 
  غازات المدخنة:
  
  عبارة عن بعض الغازات الساخنة تنتج بسبب وضع الوقود داخل فرن المرجل، وتلك الدعوات هي ثاني أكسيد الكربون وغاز أول أكسيد الكربون وبخار الماء وغاز النيتروجين.

أنواع المراجل البخارية وتصنيفاتها

يوجد أكثر من تصنيف للمراجل البخارية وكل تصنيف من تلك التصنيفات تحتوي على أكثر من نوع من المراجل.

حسب وضعية الماء والغازات الساخنة

هناك نوعان وهم مرجل أنبوب اللهب ومرجل أنبوب الماء.

• 
  مرجل أنبوب اللهب
  
  (Fire Tube Boiler):
  
  
  يتم فيها إنتاج غازات ساخنة وذلك بسبب احتراق الوقود داخل فرن المرجل، وذلك عند
  
  المرور
  
  عبر عدد من الأنابيب تسمى أنابيب الدخان وتكون مغمورة في الماء، وتقوم الحرارة بالانتقال من الغازات الساخنة إلى الماء وذلك عن طريق جدران تلك الأنابيب.
• 
  مرجل أنبوب الماء
  
  (Water Tube Boiler):
  
  
  في ذلك النوع من المراجل يتدفق الماء غير مجموعة من الأنابيب وهي أنابيب المياه، ويمر كذلك مجموعة غازات ساخنة تنتج بسبب احتراق الوقود.

حسب محور الهيكل

هناك نوعان كذلك مرجل عمودي ومرجل أفقي.

• المرجل العمودي يكون الشكل الخاص بالمرجل ذو محور عمودي.
• المرجل الأفقي يكون الشكل الخاص بالمرجل ذو محور أفقي.

حسب

موقع

الفرن

يوجد نوعان كذلك مرجل احتراق خارجي ومرجل احتراق داخلي.

• 
  مرجل الاحتراق الخارجي
  
  (External Fired Boiler):
  
  
  شبكة القضبان الحديدية والفرن يكون كلا منهم مفصول عن الغلاف الخاص بالمرجل.
• 
  مرجل الاحتراق الداخلي
  
  (Internally Fired Boiler):
  
  
  يكون الفرن في ذلك النوع موضوع داخل غلاف المرجل.

حسب الضغط

يوجد 3 أنواع من المراجل وهم مرجل الضغط المنخفض، مرجل الضغط المتوسط، مرجل الضغط المرتفع.

• 
  مرجل
  
  الضغط المنخفض
  
  
  (Low-pressure Boiler):
  
  
  يقوم هذا النوع بإنتاج البخار عندما تتراوح قيمة الضغط بين ١٥ إلى ٢٠ بار، ويتم استخدامه في عملية التسخين.
• 
  مرجل الضغط المتوسط
  
  (Medium-pressure Boiler):
  
  
  في هذا النوع يتم إنتاج البخار عندما تتراوح قيمة الضغط بين ٢٠ إلى ٨٠ بار، ويستخدم من أجل عملية التسخين أو توليد الطاقة.
• 
  مرجل الضغط المرتفع
  
  (High-pressure Boiler):
  
  
  يتم إنتاج البخار عندما تكون قيمة الضغط أعلى من ٨٠ بار.

حسب طريقة التدوير

يوجد نوعان تدوير

طبيعي

وتدوير قسري.

التدوير الطبيعي

في هذا النوع يتم تسخين الوعاء من الأسفل حتى تقل كثافة الماء في الأسفل عند المقارنة بكثافة الماء الموجودة بالأعلى، وبسبب ذلك يقوم الماء الذي في الأسفل بالارتفاع إلى أعلى لأنه أقل في الكثافة، ثم الماء الذي في الأغلب يهبط إلى أسفل بأنه أعلى في الكثافة، وبعدها ينشأ ما يسمى بتيار

الحمل

الحراري حتى تكون كل الماء الموجودة بنفس درجة الحرارة.

يمتلك هذا المرجل مجموعة من الايجابيات من بينها أنه يساعد في عملية الدوران الطبيعة للماء وبذلك الحفاظ على درجة حرارة واحدة بين

كمية الماء

الموجودة، ويسمح التدوير الطبيعي للبخار بالنفاذ من السطح الخاص بالتسخين بمجرد أن يتم تشكيله.

تدوير قسري

في هذا النوع يتم استخدام مضخات وذلك من أجل المحافظة على تدفق المياه المستمر داخل المرجل، ويتم تدوير الماء في تلك الحالة بفضل الضغط الذي تنتجه المضخة، ونظام الدوران القسري يتم تطبيقه في المرجل ذو الضغط العالي وذو السعة العالية كذلك، ويمتلك مجموعة من الإيجابيات من بينها ما يلي:

• 
  المعدل
  
  الخاص بانتقال الحرارة من الغازات الموجودة في أنبوب المدخنة يكون إلى أعلى.
• يمكن أن يتم التقليل في عدد الأوعية الأسطوانية.
• يمكن كذلك توليد كمية كبيرة من البخار في وقت قصير.
• قد يتم استخدام أنابيب ذات قطر صغير، وبذلك يتم التقليل من وزن المرجل الإجمالي.

حسب استخدام المراجل

يوجد مرجل ثابت ومرجل بحري يتم استخدامه في البواخر ومرجل مقطور يتم استخدامه في القطارات.

• 
  حسب الوعاء الأسطواني:
  
  يوجد مرجل ذات أوعية متعددة ومرجل ذات وعاء واحد فقط.
• 
  حسب طبيعة الجفاف:
  
  يوجد مرجل جفاف طبيعي ومرجل جفاف قسري.
• 
  حسب الفرن:
  
  يوجد مرجل ذو فرن مزدوج ومرجل ذو فرن واحد فقط.
• 
  حسب احتراق الوقود:
  
  يوجد مرجل احتراق وقود سائل ومرجل احتراق وقود صلب ومرجل احتراق وقود غازي.

أنواع الوقود المستخدمة في المراجل البخارية

يوجد عدة أنواع من الوقود التي يمكن أن يتم استخدامها في المراجل البخارية، من بينها ما يلي:

• 
  الوقود الصلب:
  
  ويشمل عدة أشياء منها الفحم والخشب وفحم الكوك وقشر الأرز وقوالب الفحم.
• 
  الوقود السائل:
  
  يشمل زيت الفرن وزيت الديزل الخفيف.
• 
  الوقود الغازي:
  
  يشمل سوائل الغاز الطبيعي والغاز الطبيعي المسال، والغاز الطبيعي بالأنابيب.

استخدامات المراجل البخارية

يتم استخدام المراجل البخارية من أجل أشياء مختلفة منها ما يلي:

• تشغيل التوربينات البخارية.
• تشغيل المحركات البخارية.
• تشغيل المضخات الترددية.
• تشغيل العملية الصناعية في الهندسة الكيميائية.
• أنتاح ماء ساخن يكون مطلوب توفيره داخل غرفة موجودة في مناطق شديدة البرودة.
• التسخين في العديد من الصناعات مثل صناعة النسيج وصناعة الألبان ومصانع
  
  السكر
  
  والعديد من الصناعات الكيميائية.[1][2]