انواع سيركولاسيون ديگ های بخار

• ديگ هاي بخار با سيركولاسيون طبيعی

• ديگ هاي بخار با سيركولاسيون اجباری

• بويلر با سيركولاسيون اجباري و زير نقطه بحراني با درام

• بويلر با سيركولاسيون اجباري زير نقطه بحراني و يكبار گذر

ديگ های بخار با سيركولاسيون طبيعی

• با افزايش فشار سيستم ، اختلاف دانسيته آب اشباع در پايين آورنده هاي آب تحت اشباع ( Down Comers )و مخلوط دو فازه در ديواره هاي آبي ( Water Walls ) كم مي شود و اختلاتف ارتفاع استاتيكي ، براي ايجاد رانش سيال بسيار كاهش مي يابد . به همين دليل سيركولاسيون مختل و سيال با سرعت بسيار كمي جاري مي شود و اشكال هاي اساسي در انتقال حرارت سيال درون لوله ها به وجود آمده ، ر‍ژيم هاي جريان به سرعت عوض مي شوند و پايدار نمي مانند و همچنين به علت سرعت كم سيال ، اين دو عامل باعث مي شود كه توليد بخار به سرعت بالا رود ( Flash Off ) و لوله ها در معرض سوختن ( Over Heat ) قرار گيرد .

اما شايد مهمترين مشكل ، جدايش آب و بخار اشباع در داخل درام باشد . زيرا در فشار بالا آب و بخار تمايل كمتري به جدا شدن از همديگر  دارند و در نتيجه ، سيستم از بخار دهي خواهد افتاد .

• براي آسيب نرسيدن به لوله ها و داشتن رژيمي پايدار از نظر انتقال حرارت به سيال داخل لوله ها ، داشتن حداقل سرعت مناسب براي سيال در سيركولاسيون طبيعي از مسائل حياتي است . از اين رو سرعت گذر سيال در سيركولاسيون طبيعي ، حساسيت مضاعفي دارد و تغييرات سرعت سيال درون لوله ها خود تابع عواملي چون شار حرارتي ، نرخ انتقال حرارت ، طول لوله ها ، قطر لوله ها و ضريب صافي سطح داخل لوله ها مي باشد .
• اگر بخواهيم راندمان واحد بخار ساز را بالا ببريم ، بايد طبق قانون دوم ترموديناميك دو كار را تجربه كنيم : يا دماي منبع سرد را پايين بياوريم و يا دماي منبع گرم را بالا ببريم . افزايش دماي منبع گرم ( دماي كوره ) ميسر است ، امابستگي تامي به فشار دارد . يعني در فشارهاي بالا مي توان دماي منبع گرم را بيشتر بالا برد . از اين رو لازم است براي بارگيري بيشتر از يك ديگ بخار ، آن را به سمت فشارهاي بالا ( نقطه بحراني آب ) سوق داد . البته در آن صورت بايد از سيركولاسيون اجباري استفاده كرد .

بعضي از سازندگان واحدهاي بخار ساز ، سيكل هاي اجباري را از 122.5bar به بالا پيشنهاد مي كنند ، اما بعضي ديگر سيكل هاي طبيعي را تا حوالي فشار 183.6bar عملي و اقتصادي مي دانند . اما دسته سومي هستند كه مرز سيركولاسون طبيعي و اجباري را 170bar دانسته ، در طرحهاي خود بدان وفادارند .

ديگ هاي بخار با سيركولاسيون اجباری

اين نوع ديگ ها خود داراي دو طرح اساسي هستند

• بويلر با سيركولاسيون اجباري و زير نقطه بحراني با درام
• بويلر با سيركولاسيون اجباري زير نقطه بحراني و يكبار گذر

بويلر با سيركولاسيون اجباري و زير نقطه بحراني با درام

اين طرح ها را از 156bar الي 190bar مي سازند . در اين نوع طرح ها عامل سيبركولاسيون و چرخش آب ، پمپهاي ديگ بخار ( Boiler Circulation Pumps ) هستند ، داشتن سرعت كافي براي سيال در لوله ها هنگام انتقال حرارت ، عدم تغيير رژيم هاي انتقال حرارت و مسائل هيدروديناميكي سيال ، جدايش سريع بخار از آب در داخل درام ،؛ توليد بخار انبوه و قابل دسترس در تغييرات سريع بار ، راندمان بالا به خاطر امكان افزايش دماي منبع گرم ( كوره ) ، كنترل بهينه شيمي آب ، پاسخ سريع به نيازهاي توربين و … از مزاياي انكار ناپذير اين گونه طرح ها هستند . امروزه اين واحدهارا تا مرز 2000ton/hr بخار داغ طراحي كرزده و ساخته اند .

مسئله قابل اهمييت در اين نوع سيركولاسيون ها ، نسبت سيركولاسيون است . زيرا در سيكل بايد هميشه آب اضافي موجود باشد و بطور مداوم در مداري بسته حركت كند . بنا به تعريف  :

Circulation Ratio = 1/x

كه در آن x كيفيت بخار ناميده شده و عبارتست از مقدار بخار در يك كيلوگرم از مخلوط دو فازه آب و بخار براي مثال ، اگر كيفيت نهايي بخار در واحد درام داراي 0.2 باشد ، نسبت سيركولاسيون چنين سيستمي 5 خواهد بود و آن بدين معني است كه بايد در هر ساعت ، 5 برابر بخار داغ خروجي از بويلر ، آب در سيككل به وسيله پمپ هاي سيركولاسيون جريان يابد .

در اين نوع طرح ها براي سرعت بخشي به سيركولاسيون پايين آورنده ها را خارج از كوره نصب مي كنند يا به عبارتي ، آن را آديابات در نظر مي گيرند تا از اختلاف دانسيته سيال درون آنها در ديواره هاي آبي نيز در امر سيركولاسيون سود برند . اين امر سه نقطه مثبت به همراه دارد :

• به نيروي رانشي ( Boiler Circulation Pumps  ) كمك مي شود .
• لوله هاي Down Comers در معرض تنش هاي حرارتي قرار نمي گيرند .
• حجم متناسب كوره حفظ مي شود .

بويلر با سيركولاسيون اجباری زير نقطه بحرانی و يكبار گذر

در اين طرح ، پمپ آب تغذيه سيال عامل را به جلو مي راند و آب در گذر از لوله هاي طويل ، در اثر انتقال حرارت ، گرم شده و بخار مي گردد . در حقيقت ، با افزايش سطوح انتقال حرارت و طويل گرفتن مناطق تغيير فاز ، حرارت جذب شده توسط سيال زياد مي شود و رژيم جريان سيال از آب به بخار اشباع مي گردد و آنگاه بخار داغ تغيير مي كند . به علت جاري نكردن آب راضافي ، ديگر نيازي به وجود درام ، بدان صورت كه در طرح قبلي پيش بيني مي شد ، نيست . شكل هاي    و   شماتيك ساده اي از اين نوع سيكل ها را ارائه مي كنند .

چنانچه از شكل شماره     پيداست ، پمپآب تغذيه سيال را به سمت اكونومايزر مي راند . سيال تا حوالي دماي اشباع  فشار اكونومايزر گرم مي شود ، سپس وارد منطقه انتقالي ( Transition Section ) مي گردد كه آن را اواپراتور مي ناميم . سيال بعد از تبخير وارد مخزني بنام جدا كننده ( Separator ) شده و در آنجا قطرات آب از بخار جدا مي شود . آنگاه بخار با كيفيت 100% ( x = 1 ) به سوي سوپرهيتر روانه مي شود و بعد از داغ شدن به طرف توربين فشار بالا (  High Pressure Turbine ) مي رود . وجود جداكننده در اين طرح ها حياتي است ، زيرا در واحد هاي درام دار امكان بهينه سازي آب در درام با عمل تخليه آب ( Blow Down ) ميسر بود ، اما در واحدهاي يكبار گذر چون مقدار آب تزريق شده در سيكل زياد نيست و كيفيت سيال از يك منطقه تا منطقه ديگر عوض مي شود ، هر گونه جرم خارجي موجب بروز رسوباتي در اين طرح ها مي گردد .

از آنجا كه طراحان در اين طرح ها به نرم بودن آب ، بهاي بيشتري مي دهند ، در جداكننده پسماند آب اندكي از سيكل تخليه مي شود يا هنگام ماندگاري در سيستم ، به طرف Flash Tank رفته ، ضمن تبخير و پس دادن هواي موجود خود به اتمسفر، به سمت Start up Condensate Tank رفته و قبل از Dearator وارد سيكل شود و اگر آب خيلي نرم نباشد ، از سيستم تخليه مي گردد .

يكي از بهترين طرح هاي يكبار گذر و زير نقطه بحراني انجام شده در ايران ، نيروگاه شهيد سليمي نكا است كه در جدول شماره 2-1  مشخصات آن آورده شده است

نقطه در 100% پاريا در 440MW فشار اكونومايزر بالاتر از فشار بحراني است . در اين گونه واحدها براي بارگيري ، بيشتر نياز به افزايش آنتالپي بخار است . چون h تابعي از P و T است . T در ورودd توربين به علت محدوديت متالوژيكي ثابت مي ماند .