बॉयलर

File:Kociol parowy lokomobilowy typ Ln2 skansen kopalniatg 20070627.jpg

एक जंगम (मोबाइल) बॉयलर
(संरक्षित, टार्नोव्स्की ग्री पोलैंड में ऐतिहासिक चांदी की खदान)।

एक स्थिर बॉयलर
(संयुक्त राज्य अमेरिका )।

बॉयलर एक बंद बर्तन होता है जिसमें द्रव (प्रायः पानी) को गर्म किया जाता है। जरूरी नहीं है कि तरल पदार्थ उबलता हो। गर्म या वाष्पीकृत द्रव विभिन्न प्रक्रियाओं या ताप अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए बॉयलर से बाहर निकलता है,^[1]^{[page needed]}^[2]^{[page needed]} जिसमें पानी का ताप, केंद्रीय ताप, बॉयलर-आधारित विद्युत उत्पादन, खाना पकाने और स्वच्छता सम्मिलित है।

ऊष्मा स्रोत

विद्युत उत्पादन के लिए भाप चक्र का उपयोग करने वाले एक जीवाश्म ईंधन विद्युत संयंत्र में, प्राथमिक ताप स्रोत कोयला, तेल या प्राकृतिक गैस का दहन होगा। कुछ स्थितियों में उपोत्पाद ईंधन जैसे कि कोक बैटरी की कार्बन मोनोऑक्साइड से भरपूर गैस को बॉयलर को गर्म करने के लिए जलाया जा सकता है खोई जैसे जैव ईंधन, जहाँ आर्थिक रूप से उपलब्ध हों, का भी उपयोग किया जा सकता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र में, भाप जनरेटर कहे जाने वाले बॉयलरों को परमाणु विखंडन द्वारा उत्पन्न ऊष्मा से गर्म किया जाता है। जहां किसी प्रक्रिया से बड़ी मात्रा में गर्म गैस उपलब्ध होती है, गर्मी पुनः प्राप्त करने वाला भाप जनित्र या पुनःप्राप्ति बॉयलर कम या बिना अतिरिक्त ईंधन की खपत के भाप का उत्पादन करने के लिए ऊष्मा का उपयोग कर सकता है इस तरह का विन्यास एक संयुक्त चक्र विद्युत संयंत्र में सामान्य है जहां एक गैस टरबाइन और भाप बॉयलर का उपयोग किया जाता है। सभी स्थितियों में दहन उत्पाद अपशिष्ट गैसें भाप चक्र के कार्यशील द्रव से अलग होती हैं जो इन प्रणालियों को बाहरी दहन इंजन का उदाहरण बनाती हैं।

पदार्थ

बॉयलर का दाब पात्र प्रायः स्टील (या मिश्र धातु स्टील) से बना होता है, या ऐतिहासिक रूप से पिटवाँ लोहा होता है। स्टेनलेस स्टील, विशेष रूप सेऑस्टेनिटिक प्रकार का, संक्षारण और तनाव संक्षारण अपघटन के कारण बॉयलरों के गीले भागों में उपयोग नहीं किया जाता है।^[3]^{[page needed]} हालांकि, फेरिटिक स्टेनलेस स्टील का उपयोग प्रायः अतितापित्र वर्गों में किया जाता है जो उबलते पानी के संपर्क में नहीं आएंगे, विसंक्रमित्र और कीटाणुनाशकों के लिए भाप के उत्पादन के लिए यूरोपीय "दबाव उपकरण निर्देश" के तहत विद्युत रूप से गर्म स्टेनलेस स्टील के आवरण बॉयलरों की अनुमति है।^[4]

सक्रिय भाप मॉडल में, तांबे या पीतल का प्रायः उपयोग किया जाता है क्योंकि यह छोटे आकार के बॉयलरों में अधिक आसानी से निर्मित होता है। ऐतिहासिक रूप से, तांबे का उपयोग प्रायः फायरबॉक्स (विशेष रूप से भाप इंजनों के लिए) के लिए किया जाता था, क्योंकि इसकी बेहतर संरचना और उच्च तापीय चालकता के कारण, हालाँकि, हाल के दिनों में, तांबे की उच्च कीमत प्रायः इसे एक गैर-आर्थिक विकल्प बनाती है और इसके स्थान पर सस्ते विकल्प (जैसे स्टील) का उपयोग किया जाता है।

अधिकांश विक्टोरियन "भाप की आयु" के लिए, उबालने के लिए उपयोग किए जाने वाले एकमात्र पदार्थ रिवेटन द्वारा समन्वायोजन के साथ पिटवाँ लोहे का उच्चतम ग्रेड था। यह लोहा प्रायः विशेषज्ञ लौह कारखाना से प्राप्त किया जाता था, जैसे कि क्लीएटर मूर (यूके) क्षेत्र में उनकी बेलित प्लेट की उच्च गुणवत्ता के लिए जाना जाता है जो विशेष रूप से उच्च दबाव वाले बॉयलरों जैसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए उपयुक्त था। 20वीं शताब्दी में, डिज़ाइन अभ्यास वेल्डेड निर्माण के साथ स्टील के उपयोग की ओर बढ़ गया जो मजबूत और सस्ता है और इसे अधिक तेज़ी से और कम श्रम के साथ बनाया जा सकता है। पिटवाँ लोहा बॉयलर अपने आधुनिक समय के स्टील समकक्षों की तुलना में कहीं अधिक धीरे-धीरे क्षरण करते हैं, और स्थानीयकृत गड्ढे और तनाव-जंग के लिए कम संवेदनशील होते हैं। यह पुराने लोहे के बॉयलरों की दीर्घायु को वेल्डेड स्टील बॉयलरों की तुलना में कहीं बेहतर बनाता है।^{[citation needed]}

ढलवा लोहे का उपयोग घरेलू जल तापकों के तापन पात्र के लिए किया जा सकता है। हालांकि ऐसे तापको को प्रायः कुछ देशों में "बॉयलर" कहा जाता है, उनका उद्देश्य प्रायः गर्म पानी का उत्पादन करना होता है, न कि भाप का, और इसलिए वे कम दबाव में चलते हैं और उबलने से बचने की कोशिश करते हैं। ढलवा लोहे की भंगुरता इसे उच्च दबाव वाले भाप बॉयलरों के लिए अव्यावहारिक बना देती है।

ऊर्जा

बॉयलर के लिए ऊष्मा का स्रोत लकड़ी, कोयला, तेल या प्राकृतिक गैस जैसे कई ईंधनों में से किसी एक का दहन होता है। विद्युत भाप बॉयलर प्रतिरोध या तन्मयता प्रकार के ताप तत्वों का उपयोग करते हैं। भाप पैदा करने के लिए परमाणु विखंडन का उपयोग ऊष्मा स्रोत के रूप में भी किया जाता है, या तो सीधे (बीडब्ल्यूआर) या, ज्यादातर स्थितियों में, "भाप जनित्र" (पीडब्लूआर) नामक विशेष ताप विनिमायकों में। ऊष्मा पुनः प्राप्ति भाप जनित्र (एचआरएसजी) गैस टर्बाइन जैसी अन्य प्रक्रियाओं से निकलने वाली ऊष्मा का उपयोग करते हैं।

बॉयलर दक्षता

एएसएमई पीटीसी 4 (ASME PTC 4) बॉयलरों के लिए एएसएमई (ASME) प्रदर्शन परीक्षण कोड (पीटीसी) में बॉयलर की दक्षता को मापने के लिए दो तरीके हैं।^[5] तथा एचआरएसजी एएसएमई पीटीसी (HRSG ASME PTC) 4.4 और ईएन (EN) 12952-15 के^[6] जल नलिका बॉयलरों के लिए-

इनपुट-आउटपुट विधि (प्रत्यक्ष विधि)
ऊष्मा हानि विधि (अप्रत्यक्ष विधि)

इनपुट-आउटपुट विधि (या, प्रत्यक्ष विधि)

बायलर दक्षता परीक्षण की प्रत्यक्ष विधि अधिक उपयोगी या अधिक सामान्य है।

बॉयलर दक्षता = पावर आउट / पावर इन = Q × (Hg − Hf) / (q × GCV) × 100%

जहां

Q- भाप के प्रवाह की दर किग्रा/घंटा में

Hg- संतृप्त भाप की एन्थैल्पी किलोकैलोरी/किग्रा (kcal/kg) में

Hf- प्रभरण जल की एन्थैल्पी किलोकैलोरी/किग्रा (kcal/kg) में

q- ईंधन के उपयोग की दर किलो/घंटा में

जीसीवी (GCV), सकल कैलोरी मान किलोकैलोरी/किग्रा में (उदाहरण के लिए, पेट कोक 8200 किलोकैलोरी/किलोग्राम)

ऊष्मा-हानि विधि (या, अप्रत्यक्ष विधि)

अप्रत्यक्ष विधि में बॉयलर की दक्षता को मापने के लिए, इस तरह के पैरामीटर की आवश्यकता होती है।

ईंधन का अंतिम विश्लेषण ( ${\ce {H2}}$ , ${\ce {S2}}$ , ${\ce {S}}$ , ${\ce {C}}$ , नमी अवरोध, राख अवरोध)
ग्रिप गैस पर ${\ce {O2}}$ या ${\ce {CO2}}$ का प्रतिशत
आउटलेट पर ग्रिप गैस का तापमान
परिवेश का तापमान °C में और वायु की आर्द्रता किग्रा/किग्रा में
ईंधन का जीसीवी (GSV) किलोकैलोरी/किलोग्राम में
ज्वलनशील ईंधन में राख प्रतिशत
राख का जीसीवी (GSV) किलोकैलोरी/किलोग्राम में

विन्यास

बॉयलरों को निम्नलिखित विन्यासों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

पॉट बॉयलर या हैकॉक बायलर/हेस्टैक बॉयलर: एक प्राचीन "केतली" जहां आग आंशिक रूप से भरे हुए पानी के पात्र को नीचे से गर्म करती है। 18वीं शताब्दी के हैकॉक बॉयलरों ने प्रायः बहुत कम दबाव वाली भाप की बड़ी मात्रा का उत्पादन और भंडारण किया, जो प्रायः वायुमंडल से मुश्किल से ऊपर होता है। ये लकड़ी या प्रायः कोयला जला सकते थे। दक्षता बहुत कम थी।
प्रवाहित बॉयलर: एक या दो बड़े प्रवाहों के साथ- प्रारंभिक प्रकार या अग्नि-नलिका बॉयलर का पूर्वगामी।
File:Steam Boiler 2 English version.png एक अग्नि-ट्यूब बॉयलर का आरेख अग्नि-नलिका बॉयलर: यहां, पानी आंशिक रूप से भाप (भाप स्थान) को समायोजित करने के लिए ऊपर छोड़ी गई एक छोटी मात्रा के साथ बॉयलर बैरल भरता है। लगभग सभी भाप इंजनों में इस प्रकार के बॉयलर का उपयोग किया जाता है। ऊष्मा स्रोत एक भट्टी या फायरबॉक्स के अंदर होता है जिसे क्वथनांक के नीचे ताप सतह के तापमान को बनाए रखने के लिए स्थायी रूप से पानी से घिरा रहना पड़ता है। भट्ठी एक अग्नि-नलिका के एक छोर पर स्थित हो सकती है जो गर्म गैसों के मार्ग को लंबा करती है, इस प्रकार तापन सतह को बढ़ाती है जिसे दूसरी समानांतर नलिका या कई नलिकाओं ( दो-पास या प्रतिवर्ती ग्रिप बॉयलर) के बंडल के माध्यम से गैसों को विपरीत दिशा में बनाकर और बढ़ाया जा सकता है वैकल्पिक रूप से गैसों को पक्षों के साथ और फिर बॉयलर के नीचे ग्रिप (3-पास बॉयलर) के माध्यम से ले जाया जा सकता है। इंजन-प्रकार के बॉयलर की स्थिति में, बॉयलर बैरल फायरबॉक्स से निकलता है और गर्म गैसें बैरल के अंदर फायर नलिकाओं के एक बंडल से गुजरती हैं जो नलिका की तुलना में तापन सतह को बहुत बढ़ा देती हैं और ऊष्मा स्थानांतरण में और सुधार करती हैं। अग्नि-नलिका बॉयलरों में प्रायः भाप उत्पादन की अपेक्षाकृत कम दर होती है, लेकिन उच्च भाप भंडारण क्षमता होती है। अग्नि-नलिका बॉयलर ज्यादातर ठोस ईंधन जलाते हैं, लेकिन द्रव या गैस की विविधता के लिए आसानी से अनुकूल होते हैं। अग्नि-नलिका बॉयलरों को "स्कॉच-समुद्री" या "समुद्री" प्रकार के बॉयलरों के रूप में भी संदर्भित किया जा सकता है।^[7]
File:Steam Boiler 3 english.png एक जल-ट्यूब बॉयलर का आरेख। जल-नलिका बॉयलर: इस प्रकार में, पानी से भरी नलियों को एक भट्टी के अंदर कई संभावित विन्यासों में व्यवस्थित किया जाता है। प्रायः पानी की नलियाँ बड़े ड्रमों को जोड़ती हैं, निचले वाले पानी से भरे होते हैं और ऊपरी वाले भाप और पानी से भरे होते हैं अन्य स्थितियों में, जैसे कि एक एकल-नलिका बॉयलर, पानी को एक पंप द्वारा कॉइल के अनुक्रम के माध्यम से परिचालित किया जाता है। यह प्रकार प्रायः उच्च भाप उत्पादन दर देता है, लेकिन ऊपर की तुलना में कम भंडारण क्षमता होती है। जल नलिका बॉयलरों को किसी भी ताप स्रोत का दोहन करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है और प्रायः उच्च दबाव वाले अनुप्रयोगों में अधिमानित किया जाता है क्योंकि उच्च दबाव वाले पानी / भाप छोटे व्यास के पाइपों के भीतर समाहित होते हैं जो एक पतली दीवार के साथ दबाव का सामना कर सकते हैं। ये बॉयलर प्रायः जगह में बनाए जाते हैं, आकार में मोटे तौर पर वर्गाकार होते हैं, और कई मंजिल लंबे हो सकते हैं।^[7]:फ्लैश बॉयलर; एक फ्लैश बॉयलर एक विशेष प्रकार का वॉटर-ट्यूब बॉयलर होता है जिसमें ट्यूब एक साथ बंद होते हैं और उनके माध्यम से पानी पंप किया जाता है।एक फ्लैश बॉयलर एकल-नलिका भाप जनित्र के प्रकार से भिन्न होता है जिसमें नलिाक को स्थायी रूप से पानी से भर दिया जाता है। एक फ्लैश बॉयलर में, नलिका को इतना गर्म रखा जाता है कि जल प्रभरण जल्दी से भाप में बदल जाता है और अतितापित हो जाता है। 19वीं सदी में फ्लैश बॉयलरों का ऑटोमोबाइल में कुछ उपयोग था और यह उपयोग 20वीं सदी के प्रारम्भ में जारी रहा

File:Victorian Railways J class boiler and firebox.jpg

1950 के दशक के डिजाइन लोकोमोटिव बॉयलर , एक विक्टोरियन रेलवे जे क्लास (1954) से

जल-नलिक फायरबॉक्स के साथ अग्नि-नलिका बॉयलर

कभी-कभी उपरोक्त दो प्रकारों को निम्नलिखित तरीके से संयोजित किया गया है फायरबॉक्स में पानी की नलियों का एक संयोजन होता है, जिसे थर्मिक साइफन कहा जाता है। गैसें फिर एक पारंपरिक फायरट्यूब बॉयलर से होकर गुजरती हैं। कई हंगेरियन इंजन में जल-नलिका फायरबॉक्स स्थापित किए गए थे,^{[citation needed]} लेकिन अन्य देशों में बहुत कम सफलता मिली है।

अनुभागीय बॉयलर: ढलवा लोहा अनुभागीय बॉयलर में, जिसे कभी-कभी "पोर्क चॉप बॉयलर" कहा जाता है, पानी ढलवा लोहा अनुभागों के अंदर समाहित होता है।^{[citation needed]} तैयार बॉयलर बनाने के लिए इन वर्गों को स्थान पर इकट्ठा किया जाता है।

सुरक्षा

बॉयलरों को सुरक्षित रूप से परिभाषित करने और सुरक्षित करने के लिए, यांत्रिक इंजीनियरों का अमरीकी समुदाय (ASME) जैसे कुछ पेशेवर विशेष संगठन मानकों और विनियमन कोड विकसित करते हैं। उदाहरण के लिए, एएसएमई बॉयलर और दाब पात्र कोड एक मानक है जो सुरक्षा, सुरक्षा और डिजाइन मानकों के साथ बॉयलर और अन्य दाब पात्रों के अनुपालन को सुनिश्चित करने के लिए नियमों और निर्देशों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है।^[8]

ऐतिहासिक रूप से, बॉयलर कम समझ वाले इंजीनियरिंग सिद्धांतों के कारण कई गंभीर चोटों और संपत्ति के विनाश का स्रोत थे। पतले और भंगुर धातु के गोले फट सकते हैं, जबकि खराब वेल्डेड या रिवेट किए गए स्तर खुल सकते हैं, जिससे दबाव वाली भाप का हिंसक विस्फोट हो सकता है। जब पानी को भाप में परिवर्तित किया जाता है तो यह अपनी मूल मात्रा से 1,000 गुना अधिक फैलता है और 100 किलोमीटर प्रति घंटे (62 मील प्रति घंटे) से अधिक की गति से भाप पाइपों तक जाता है। इस वजह से, भाप केंद्रीय बॉयलर हाउस से एक स्थान के चारों ओर ऊर्जा और ऊष्मा को स्थानांतरित करने की एक कुशल विधि है, जहां इसकी आवश्यकता होती है, लेकिन सही बॉयलर जल प्रभरण उपचार के बिना, भाप-उठाने वाला संयंत्र पैमाने के निर्माण और जंग से ग्रस्त होगा। सर्वोत्तम रूप से, यह ऊर्जा की लागत को बढ़ाता है और खराब गुणवत्ता वाली भाप, कम दक्षता, छोटे पौधे के जीवन और अविश्वसनीय संचालन को जन्म दे सकता है। सबसे बुरी स्थिति में, यह विपत्तिपूर्ण विफलता और जीवन की हानि का कारण बन सकता है। ध्वस्त या विस्थापित बॉयलर नलिका भी गर्म भाप का छिड़काव कर सकते हैं और हवा के सेवन और ज्वालन प्रवणिका से धुआं निकाल सकते हैं, जिससे अग्नि कक्ष में कोयले को भरने वाले फायरमैन घायल हो जाते हैं। कारखानों को संचालित करने के लिए सैकड़ों अश्वशक्ति प्रदान करने वाले अत्यधिक बड़े बॉयलर संभावित रूप से पूरी इमारतों को ध्वस्त कर सकते हैं।^[9]

एक बॉयलर जिसमें प्रभरण जल की हानि होती है और और इसे उबाल कर सुखाना अत्यंत खतरनाक हो सकता है। यदि फ़ीड पानी को खाली बॉयलर में भेजा जाता है, तो आने वाले पानी का छोटा झरना अतितापित धातु के खोल के संपर्क में आने पर तुरंत उबल जाता है और एक हिंसक विस्फोट की ओर जाता है जिसे सुरक्षा भाप वाल्वों द्वारा भी नियंत्रित नहीं किया जा सकता है। यदि भाप आपूर्ति लाइनों में रिसाव होता है जो प्रतिपूरक जल आपूर्ति से बड़ा है तो उसे प्रतिस्थापित किया जा सकता है और बॉयलर की निकासी भी हो सकती है। हार्टफोर्ड लूप का आविष्कार 1919 में हार्टफोर्ड भाप बॉयलर निरीक्षण और बीमा कंपनी द्वारा इस स्थिति को होने से रोकने में मदद करने के तरीके के रूप में किया गया था, और इस तरह उनके बीमा दावों को कम किया गया था।^[10]

सुपरहिटेड स्टीम बॉयलर

File:Superheater.jpg

एक स्टीम लोकोमोटिव पर एक सुपरहीट बॉयलर

जब पानी उबला जाता है तो परिणाम अतितापित भाप #संतृप्त भाप होता है, जिसे गीले भाप के रूप में भी जाना जाता है।संतृप्त भाप, जबकि ज्यादातर पानी के वाष्प से मिलकर, बूंदों के रूप में कुछ असमान पानी ले जाता है।संतृप्त भाप कई उद्देश्यों के लिए उपयोगी है, जैसे कि खाना पकाने, गरम करना और भाप की सफाई, लेकिन वांछनीय नहीं है जब भाप को मशीनरी को ऊर्जा देने की उम्मीद की जाती है, जैसे कि जहाज का स्टीम टर्बाइन#समुद्री प्रणोदन या एक स्टीम लोकोमोटिव की गति।ऐसा इसलिए है क्योंकि अपरिहार्य तापमान और/या दबाव हानि जो कि बॉयलर से मशीनरी तक भाप की यात्रा के रूप में होती है, कुछ संक्षेपण का कारण होगा, जिसके परिणामस्वरूप तरल पानी मशीनरी में ले जाया जाता है।भाप में प्रवेश किया गया पानी टरबाइन ब्लेड को नुकसान पहुंचा सकता है या भाप इंजन के मामले में, हाइड्रोस्टेटिक ताला के कारण गंभीर यांत्रिक क्षति हो सकती है।

सुपरहिटेड स्टीम बॉयलर पानी को वाष्पित कर देते हैं और फिर एक सुपरहेटर में भाप को गर्म करते हैं, जिससे डिस्चार्ज किए गए भाप का तापमान बॉयलर के ऑपरेटिंग दबाव में उबलते तापमान से काफी अधिक होता है।चूंकि परिणामी सूखी भाप वाष�

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