بویلر های نیروگاهی و انواع آنها

انواع بویلرها و عملكرد آنها
آبان ۱۳, ۱۳۹۷
نحوه انتخاب دیگ برای ساختمان
نحوه انتخاب دیگ برای ساختمان
آبان ۲۱, ۱۳۹۷

بویلر های نیروگاهی و انواع آنها

بویلرهای نیروگاهی از نوع بویلرهای واتر تیوب ، با لوله های فولادی و خمیده ساخته می شوند و ممكن است سیركولاسیون سیال عامل آن به صورت طبیعی یا اجباری ( تحت فشار ناشی از پمپ كردن ) باشد .

چگالی آب بعد از گرفتن حرارت دیگ گرم شده ، كاهش می یابد . كاهش دانسیته نیرویی پدید می آورد كه به نام نیروی ترمو سیفون مشهور است .

در فشار 34bar ، نسبت دانسیته آب اشباع به بخار اشباع 50 به 1 است . هر قدر فشار بالا می رود و به نقطه بحرانی آب ، یعنی به فشار 220bar می رسد ، این نسبت كاهش می یابد و در نقطه بحرانی 1 به 1 می شود . از این رو در فشارهای پایین اختلاف دانسیته زیاد است و می تواند باعث سیركولاسیون طبیعی شود .

با توجه به جدول شماره    و شكل شماره    نتیجه می گیریم كه می توان تا حوالی فشارهای 170bar از سیكل های طبیعی استفاده كرد . اما چند عامل اساسی وجود دارد كه با بزرگ شدن واحدهای نیروگاهی بایستی بخارسازها ( بویلرها ) را به سوی سیركولاسیون اجباری سوق داد .

در اینجا به شرح دیگهای بخار با سیركولاسیون طبیعی و اجباری و انواع آنها می پردازیم

 

 دیگ های بخار با سیركولاسیون طبیعی

با افزایش فشار سیستم ، اختلاف دانسیته آب اشباع در پایین آورنده های آب تحت اشباع ( Down Comers )و مخلوط دو فازه در دیواره های آبی ( Water Walls ) كم می شود و اختلاتف ارتفاع استاتیكی ، برای ایجاد رانش سیال بسیار كاهش می یابد . به همین دلیل سیركولاسیون مختل و سیال با سرعت بسیار كمی جاری می شود و اشكال های اساسی در انتقال حرارت سیال درون لوله ها به وجود آمده ، ر‍ژیم های جریان به سرعت عوض می شوند و پایدار نمی مانند و همچنین به علت سرعت كم سیال ، این دو عامل باعث می شود كه تولید بخار به سرعت بالا رود ( Flash Off ) و لوله ها در معرض سوختن ( Over Heat ) قرار گیرد .

اما شاید مهمترین مشكل ، جدایش آب و بخار اشباع در داخل درام باشد . زیرا در فشار بالا آب و بخار تمایل كمتری به جدا شدن از همدیگر  دارند و در نتیجه ، سیستم از بخار دهی خواهد افتاد .

برای آسیب نرسیدن به لوله ها و داشتن رژیمی پایدار از نظر انتقال حرارت به سیال داخل لوله ها ، داشتن حداقل سرعت مناسب برای سیال در سیركولاسیون طبیعی از مسائل حیاتی است . از این رو سرعت گذر سیال در سیركولاسیون طبیعی ، حساسیت مضاعفی دارد و تغییرات سرعت سیال درون لوله ها خود تابع عواملی چون شار حرارتی ، نرخ انتقال حرارت ، طول لوله ها ، قطر لوله ها و ضریب صافی سطح داخل لوله ها می باشد .

اگر بخواهیم راندمان واحد بخار ساز را بالا ببریم ، باید طبق قانون دوم ترمودینامیك دو كار را تجربه كنیم : یا دمای منبع سرد را پایین بیاوریم و یا دمای منبع گرم را بالا ببریم . افزایش دمای منبع گرم ( دمای كوره ) میسر است ، امابستگی تامی به فشار دارد . یعنی در فشارهای بالا می توان دمای منبع گرم را بیشتر بالا برد . از این رو لازم است برای بارگیری بیشتر از یك دیگ بخار ، آن را به سمت فشارهای بالا ( نقطه بحرانی آب ) سوق داد . البته در آن صورت باید از سیركولاسیون اجباری استفاده كرد .

بعضی از سازندگان واحدهای بخار ساز ، سیكل های اجباری را از 122.5bar به بالا پیشنهاد می كنند ، اما بعضی دیگر سیكل های طبیعی را تا حوالی فشار 183.6bar عملی و اقتصادی می دانند . اما دسته سومی هستند كه مرز سیركولاسون طبیعی و اجباری را 170bar دانسته ، در طرحهای خود بدان وفادارند .

– دیگ های بخار با سیركولاسیون اجباری :

این نوع دیگ ها خود دارای دو طرح اساسی هستند

  بویلر با سیركولاسیون اجباری و زیر نقطه بحرانی با درام

این طرح ها را از 156bar الی 190bar می سازند . در این نوع طرح ها عامل سیبركولاسیون و چرخش آب ، پمپ های دیگ بخار ( Boiler Circulation Pumps ) هستند ، داشتن سرعت كافی برای سیال در لوله ها هنگام انتقال حرارت ، عدم تغییر رژیم های انتقال حرارت و مسائل هیدرودینامیكی سیال ، جدایش سریع بخار از آب در داخل درام ،؛ تولید بخار انبوه و قابل دسترس در تغییرات سریع بار ، راندمان بالا به خاطر امكان افزایش دمای منبع گرم ( كوره ) ، كنترل بهینه شیمی آب ، پاسخ سریع به نیازهای توربین و … از مزایای انكار ناپذیر این گونه طرح ها هستند . امروزه این واحدهارا تا مرز 2000ton/hr بخار داغ طراحی كرزده و ساخته اند .

مسئله قابل اهمییت در این نوع سیركولاسیون ها ، نسبت سیركولاسیون است . زیرا در سیكل باید همیشه آب اضافی موجود باشد و بطور مداوم در مداری بسته حركت كند . بنا به تعریف  :

Circulation Ratio = 1/x

كه در آن x كیفیت بخار نامیده شده و عبارتست از مقدار بخار در یك كیلوگرم از مخلوط دو فازه آب و بخار برای مثال ، اگر كیفیت نهایی بخار در واحد درام دارای 0.2 باشد ، نسبت سیركولاسیون چنین سیستمی 5 خواهد بود و آن بدین معنی است كه باید در هر ساعت ، 5 برابر بخار داغ خروجی از بویلر ، آب در سیككل به وسیله پمپ های سیركولاسیون جریان یابد .

در این نوع طرح ها برای سرعت بخشی به سیركولاسیون پایین آورنده ها را خارج از كوره نصب می كنند یا به عبارتی ، آن را آدیابات در نظر می گیرند تا از اختلاف دانسیته سیال درون آنها در دیواره های آبی نیز در امر سیركولاسیون سود برند . این امر سه نقطه مثبت به همراه دارد :

  • به نیروی رانشی ( Boiler Circulation Pumps  ) كمك می شود .
  • لوله های Down Comers در معرض تنش های حرارتی قرار نمی گیرند .
  • حجم متناسب كوره حفظ می شود .

بویلر با سیركولاسیون اجباری زیر نقطه بحرانی و یكبار گذر

در این طرح ، پمپ آب تغذیه سیال عامل را به جلو می راند و آب در گذر از لوله های طویل ، در اثر انتقال حرارت ، گرم شده و بخار می گردد . در حقیقت ، با افزایش سطوح انتقال حرارت و طویل گرفتن مناطق تغییر فاز ، حرارت جذب شده توسط سیال زیاد می شود و رژیم جریان سیال از آب به بخار اشباع می گردد و آنگاه بخار داغ تغییر می كند . به علت جاری نكردن آب راضافی ، دیگر نیازی به وجود درام ، بدان صورت كه در طرح قبلی پیش بینی می شد ، نیست . شكل های    و   شماتیك ساده ای از این نوع سیكل ها را ارائه می كنند .

چنانچه از شكل شماره     پیداست ، پمپ آب تغذیه سیال را به سمت اكونومایزر می راند . سیال تا حوالی دمای اشباع  فشار اكونومایزر گرم می شود ، سپس وارد منطقه انتقالی ( Transition Section ) می گردد كه آن را اواپراتور می نامیم . سیال بعد از تبخیر وارد مخزنی بنام جدا كننده ( Separator ) شده و در آنجا قطرات آب از بخار جدا می شود . آنگاه بخار با كیفیت 100% ( x = 1 ) به سوی سوپرهیتر روانه می شود و بعد از داغ شدن به طرف توربین فشار بالا (  High Pressure Turbine ) می رود . وجود جداكننده در این طرح ها حیاتی است ، زیرا در واحد های درام دار امكان بهینه سازی آب در درام با عمل تخلیه آب ( Blow Down ) میسر بود ، اما در واحدهای یكبار گذر چون مقدار آب تزریق شده در سیكل زیاد نیست و كیفیت سیال از یك منطقه تا منطقه دیگر عوض می شود ، هر گونه جرم خارجی موجب بروز رسوباتی در این طرح ها می گردد .

از آنجا كه طراحان در این طرح ها به نرم بودن آب ، بهای بیشتری می دهند ، در جداكننده پسماند آب اندكی از سیكل تخلیه می شود یا هنگام ماندگاری در سیستم ، به طرف Flash Tank رفته ، ضمن تبخیر و پس دادن هوای موجود خود به اتمسفر، به سمت Start up Condensate Tank رفته و قبل از Dearator وارد سیكل شود و اگر آب خیلی نرم نباشد ، از سیستم تخلیه می گردد .

یكی از بهترین طرح های یكبار گذر و زیر نقطه بحرانی انجام شده در ایران ، نیروگاه شهید سلیمی نكا است كه در جدول شماره 2-1  مشخصات آن آورده شده است :

بویلر های نیروگاهی و انواع آنها

چنانكه از جدول شماره 2-1 پیداست ، نقطه در 100% پاریا در 440MW فشار اكونومایزر بالاتر از فشار بحرانی است . در این گونه واحدها برای بارگیری ، بیشتر نیاز به افزایش آنتالپی بخار است . چون h تابعی از P و T است . T در ورودی توربین به علت محدودیت متالوژیكی ثابت می ماند .

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Call Now Buttonتماس - بخش فروش