مروری بر سیکلهای اصلی واحد تولید بخار
اساس کار نیروگاههای بخار بدین ترتیب است که بخار تولید شده در دیگ بخار به طرف توربین هدایت ، و پس از به دوران آوردن محور توربین به داخل کندانسوز کشیده شده و توسط آب خشک کن تقطیر و به صورت آب مقطر در می آید. در اثر چرخش محور ژنراتور که به محور توربین متصل است ، در سیم پیچهای استاتور ژنراتور الکتریسته القاء و از آن جریان کشیده می شود.
سیکل ترمودینامیکی آب و بخار:
دیگ بخار نیروگاهها از یک سری لوله دیواره ای تشکیل شده که مجموعاً بصورت یک مکعب مستطیل می باشند. سوخت و هوا از طریق جند مشعل به این محوطه وارد و با مشتعل شدن سوخت ،آب داخل لوله های دیواره ای گرم و به بخار تبدیل می شود ، بخار حاصله پس از عبور از لوله های سوپرهیتر که در محوطه دیگ و در معرض حرارت قرار دارد به صورت بخار اشباع و فوق اشباع در آمده و به طرف توربین جهت انجام کار (چرخش محور توربین) هدایت می شود.
بخاریکه انرژی خود را روی پره های توربین از دست داده است و به آن بخار مرحه گویند ،از آخرین قسمت توربین خارج و به داخل کندانسوز کشیده می شود ، این بخار به واسطه برخورد با لوله های سرد شده توسط آب خشک کن تقطیر می شود و در محفظه ای به نام چاهک داغ و جمع و از آنجا توسط پمپ تغذیه به دیگ بخار برگردانده می شود این حلقه تشکیل یک سیکل بسته را می دهد.
در توربین های بزرگ اگر اجازه بدهیم بخار تا انتهای توربین انیساط پیدا کند ، در طبقات آخر توربین قطرات آب ظاهر می گردد. برای جلوگیری از این عمل بخار پس از عبور از قسمت فشار قوی توربین دوباره به دیگ بخار برگردانده می شود و در لوله های ری هیت درجه حرارت آن به مقدار قبل می رسد و سپس وارد قسمتهای فشار متوسط و فشار ضعیف توربین می گردد.
در نیروگاههای بزرگ بخار برای بالا بردن راندمان حرارتی از حرارت دود خروجی استفاده برده می شود به این صورت که آب در بدو ورود به دیگ بخار وارد لوله های اکونومایزر می شود که این لوله ها در مسیر دود خروجی قرار دارند و حرارت دود را جذب می نمایند. این کار باعث صرفه جویی در مصرف سوحت و جلوگیری از ورود آب سرد به دیگ بخار می گردد.
به منظور رساندن درجه حرارت آب تغذیه به حد مطلوب برای ورود به بویلر ، بخار از محلهای بخصوصی از توربین ، زیرکش شده و به هیترهای آب تغذیه فرستاده می شود. این عمل سبب گرم شدن آب تغذیه می گردد. اگر هیتر قبل از پمپ تغذیه قرار گرفته باشد هیتر فشار ضعیف و اگر پس از پمپ باشد هیتر فشار قوی گویند. معمولاً وقتی جند هیتر در مسیر آب قرار میگیرد مقداری افت فشار در مسیر اصلی بوجود می آید و بدین جهت وجود پمپ بعد از کندانسوز یا قبل از هیترهای فشار ضعیف لازم می باشد این پمپ که کندانسه پمپ نامیده می شود آب تغذیه را از کندانسوز گرفته و به طرف پمپ تغذیه اصلی می فرستد. کندانسه پمپ می تواند دارای دو مرحله باشد یکی پس از کندانسوز و دیگری در بین هیترهای فشار ضعیف یا بعد از آنها.
وجود هوا و اکسیژن در آب باعث خوردگی در مسیر لوله های آب میگردد و این گازها باید قبل از رسیدن به دیگ بخار خارج گردد. گاززدائی توسط دیاراتور یا دی گازر انجام می شود ،علاوه بر این دیاراتور وظیفه تانک ذخیره پمپهای تغذیه را نیز به عهده دارد که چون این پمپها از اهمیت زیادی برخوردارند برای جلوگیری از آسیب رسیدن به آنها و ایجاد فشار مکش مورد نیاز دیاراتور در ارتفاع بالاتری قرار داده می شود.
در برخی از نیروگاهها به لحاظ مسائل تکنولوژیکی آنها از یک مسیر بای پاس برای توربین استفاده می گردد. سیستم بای پاس فشار قوی لوله اصلی بخار را قبل از توربین فشار قوی به لوله ری هیت سرد (خروجی از توربین HP) متصل می نماید. این سیستم که دارای یک شیرفشارشکن همراه با اسپری آب می باشد ،فشار و – درجه حرارت بخار اصلی را به شرائط بعد از توربین HP می رساند. در مواردی مانند راه اندازی یا در مواقعی که اشکالی برای توربین بوجود آید و نمی توان بخار را وارد توربین کرد از این مسیر بای پاس استفاده شده و بخار به توربین فشار قوی وارد نمی گردد. پس از عبور بخار از ریهیت دوباره توسط یک لوله بای پاس دیگر که فشار ضعیف می باشد بدون آنکه وارد توربین IP و LP شود به کندانسوز فرستاده می شود. در برخی دیگر از نیروگاهها مسیر بای پاس مستقیماً به کندانسوز می رود.
علاوه بر آنکه آب ورودی به دیگ بخار تصفیه شیمیائی می شود در اغلب مواقع در مسیر سیکل نیز سیستم تصفیه کمکی دیگری در نظر گرفته می شود. این سیستم پالیشینگ پلنت نامیده می شود که البته با ساختار تصفیه خانه اصلی تا اندازه ای متفاوت می باشد.
سیکل ترمودینامیکی آب و بخار در بویلرهای بدون درام:
در بویلرهای یک طرفه یا بدون درام آب پس از گذشت از اکونومایزر و دریافت حرارت دود خروجی وارد قسمت اواپراسیون یا لوله های دیواره ای شده و انرژی حرارتی را توسط شعله دریافت می کند و پس از تبدیل به بخار به قسمت سوپرهیترها هدایت می شود.
در ابتدای راه اندازی بویلر که درجه حرارت پائین است و در قسمت آخر لوله های دیواره ای مخلوط آب و بخار وجود دارد وجود یک جدا کننده آب و بخار و یا مسیری برای گردش مجدد لازم می باشد. در بعضی سیستم های مخلوط آب و بخار وارد سپریتور یا جدا کننده ها شده و بخار آن وارد سوپرهیترها و آب وارد تانک ذخیره و سپس وارد سیکل آب می شود. در بعضی سیستم های دیگر آب توسط پمپ گردش دهنده آب دوباره به قسمت اواپراتور هدایت می شود این عمل تا بالا رفتن درجـه حرارت و فشار ادامه پیدا می کند و وقتی شرائط به وضعیت کار عادی رسید این سیستم ها از مدار خارج شده و بخار مستقیماً وارد سوپرهیترها می گردد و پس از کنترل درجه حرارت وارد توربین می گردد.
سیکل ترمودینامیکی آب و بخار در بویلر درام دار:
درام دو وظیفه اصلی به عهده دارد یکی عمل نمودن به عنوان یک نانک ذخیره و دیگری تقسیم آب و بخار. آب خروجی از اکونومایزر وارد درام می شود ، در بویلرهای فشار پائین در اثر اختلاف دانسیته آب و بخار ، آب توسط لوله های پائین آورنده به زیر بویلر هدایت می شود و در بویلرهای فشار قوی توسط پمپ گردش دهنده آب به زیر بویلر هدایت شده و وارد لوله های دیواره ای می شود. در این بخش قسمت اعظم انرژی حرارتی را توسط مشعله دریافت کرده و دوباره وارد درام می شود. در درام کار تقسیم آب و بخار انجام شده و بخار به قسمت سوپرهیترها هدایت می شود و آب باقیمانده دوباره توسط پمپ به گردش در می آید.
سیکل سوخت:
سیستم سوخت رسانی دیگهای بخار به نحوی طراحی شده که در اکثر موارد می توان از مازوت و گاز طبیعی به عنوان سوخت اصلی دیگ استفاده نمود و گازوئیل را به عنوان سوخت راه انداز مورد استفاده قرار داد. ذکر این نکته ضروریست که مسیرهای سوخت رسانی نیروگاهها با یکدیگر یکسان نبوده و وجوه متمایز زیادی دارند ولی اساس کار آنها یکسان بوده و تجهیزات اصلی که در هر مسیر به کار رفته اند تقریباً با یکدیگر مشابهت دارند.
سوخت مایع معمولاً بوسیله تانکر نفتکش و یا در بعضی موارد بوسیله خط لوله به نیروگاه منتقل می شود.
برای ذخیره سوخت مایع دو روش معمول است :
الف) سوخت مستقیماً از تانکر به طرف تانک ذخیره پمپ شده و در آنجا جمع آوری می شود.
ب) ابتدا سوخت به یک مخزن زیرزمینی هدایت شده و سپس از آنجا به طرف تانک ذخیره پمپ می شود و به سمت تانک مصرف روزانه هدایت میگردد.
در خروجی تانک مصرف روزانه معمولاً دو عدد فیلتر و دو عدد پمپ به صورت موازی نصب می شوند تا یکی به صورت رزرو عمل نموده و دیگری در حال کار باشد این دو پمپ به پمپهای اصلی سوخت معروف هستند و عمدتاً از نوع پیچی می باشند. با توجه به چسبندگی زیاد مازوت در دمای محیط ، لازم است درجه حرارت آن را به میزان مشخصی افزایش داده و در آن درجه حرارت ثابت نگه داشته شود تا جریان یافتن آن امکان پذیر باشد (این عمل در مناطق سردسیر ممکن است برای گازوئیل نیز انجام شود).
سوخت پس از خروج از پمپ وارد هدر ورودی گرمکن بخاری میگردد. روی این هدر یک مسیر برگشت به تانک وجود دارد که در مسیر راه آن یک شیر کنترل فشار قرار داده شده است. این شیرکنترل فشار همواره سعی می نماید فشار خط را ثابت نگه دارد به این ترتیب که چنانچه فشار از حد معینی زیادتر شده این شیر مسیر برگشت سوخت را باز می نماید و سوخت را به طرف تانک هدایت میکند. سوخت پس از ترک هدر ، وارد گرمکن بخاری می گردد. درجه حرارت سوخت در خروجی گرمکن مازوت به مقدار تعیین شده می رسد. میزان دقیق این درجه حرارت به غلظت سوخت و ساختمان مشعل بستگی دارد و لذا مقدار آن در نیروگاههای مختلف با یکدیگر متفاوت است.
پس ازگرم شدن و عبور از فیلترها سوخت وارد شیر کنترل دربی می شود وظیفه این شیر، کنترل مقدار سوخت ورودی به بویلر بر اساس بار بویلر است. پس از این شیر هدر کلیه مشعلها قرار دارد این هدر به نحوی طراحی شده است که سوخت می تواند بدون وارد شدن در مشعلها در کلیه طبقات بویلر که مشعلها در آن قرار دارند به جریان در آمده و سپس از طریق مسیر ری سیرکوله به تانک هدایت گردد. در سر راه برگشت سوخت (از هدر مشعلها به تانک) یک شیر ساده قطع و وصل وجود دارد تا به کمک آن بتوان سوخت را به تانک برگشت داده و یا در بویلر مصرف نمود البته در بعضی از مسیرهای سوخت رسانی به جای این شیر قطع و وصل شیرکنترل کننده اصلی دربی سوخت قرار گرفته و به این ترتیب فشار هدر سوخت و همچنین دبی آن کنترل می گردد.
پس از آنکه پارامترهای مختلف سوخت کنترل گردیدند سوخت به هدر مشعلها هدایت میگردد در سر راه هر مشعل یک شیر دستی قطع و وصل که به صورت اتوماتیک و یا گرفتن فرمان از اطاق فرمان عمل می نماید قرار داشته که جریان سوخت را به طرف مشعل هدایت نموده و یا آنرا قطع می نماید.
سوخت گاز نیروگاه توسط خط لوله گاز که معمولاً از خط لوله سراسری گاز منشعب می شود تاًمین می گردد. قبل از تحویل گاز به نیروگاه معمولاً یک ایستگاه تقلیل فشار گاز وجود دارد که فشار گاز را به حد معینی تقلیل می دهد. گاز پس از عبور از این ایستگاه وارد خط گار داخلی نیروگاه میشود. طبیعی است برای مصرف این گاز در بویلر لازم است فشار آن باز هم افت نماید. بنابراین گاز بار دیگر وارد ایستگاه تقلیل فشار که در داخل محوطه نیروگاه و معمولاً در نزدیگی واحد قرار داده شده ،میشود و فشار آن به میزان قابل توجهی افت نموده و بدین ترتیب جهت اشتعال در بویلر آماده میشود. میزان افت فشار در این ایستگاه بستگی به طول مسیر (بین ایستگاه گاز و مشعلها) و همچنین ساختمان مشعلهای گاز سوز دارد. این ایستگاه دارای دو یا سه خط موازی بوده که همیشه یک خط به صورت رزرو بوده و دو خط دیگر در سرویس هستند.
پس از ایستگاه افت فشار یک اریفیس دبی گاز را اندازه گیری می نماید و یک شیر قطع کننده وظیفه کنترل فشار خط و قطع جریان گاز در مواقعی که فشار خط از حد تعیین شده بیشتر یا کمترشود را به عهده دارد
شیر اصلی کنتر دبی گاز پس از این شیر قرار داده شده است ،این شیر مقدار گازی را که لازم است برای سوخت مصرف شود را با توجه به بار بویلر به طرف مشعلها هدایت می نماید. پس از این شیر ، گاز به طرف هدر مشعل ها هدایت میگردد. قبل از هر مشعل علاوه بر یک والودستی دو عدد شیر قطع کننده وجود دارند که برای بهره برداری از مشعلها با هم باز شده و در زمان خاموش شدن مشعلها با هم بسته شده و جریان گاز بداخل کوره را متوقف می سازد. نصب دو عدد شیر مشابه هم در کنار یکدیگر فقط به لحاظ رعایت ایمنی بیشتر می باشد. بین این دو شیر یک شیر تخلیه دیگر وجود دارد که نحوه کار آن برعکس این دو شیر بوده و در زمان بسته بودن آنها از نشتی گاز به محوطه احتراق جلوگیری می نماید.
سیکل هوا و دود :
هوای محیط توسط فنهای اصلی مکیده شده ،وارد گرمکنهای بخاری می گردد. در داخل گرمکنها حرارت لازم را کسب نموده و سپس از ژنگستورم عبور داده می شود. پس از آن هوای مشعلها از دریچه های کنترل گذشته و در عمل احتراق شرکت می جود. دود حاصل از احتراق کوره را ترک نموده ، قسمتی از آن توسط فن گردش دهنده مجدداً وارد کوره می گردد و بقیه آن وارد ژونگستروم می گردد. صفحات فلزی ژونگستروم حرارت خود را از دود عبوری دریافت نموده و در نیمه دوم چرخش این حرارت را به هوا منتقل می سازد. دود خروجی پس از طی دو کانال از طریق دودکش به محیط بیرون فرستاده می شود.
لازم به ذکر است در کوره هائی که تحت خلاء کار می کنند دود توسط یک فن مکیده شده و به طرف دودکش روانه می گردد.
