اثرات شرایط محیطی بر عملکرد تجهیزات نیروگاه بخار و بررسی تاثیرات آن روی طراحی تجهیزات

شرایط جغرافیای و آب و هوایی در ایران که متاسفانه بیشتر کویر و گرم می باشد کمک می نماید که درصد مصرف داخلی واحدهای بهره برداری شده در ایران از حد بالایی برخوردار باشد بر  این اساس جای زیادی برای کاهش مصرف داخلی واحدهای در حال کار برای پرسنل بهره برداری نیروگاههای بخاری جزء توجه به تغییرات دمای هوای محیط و دیگر شرایط محیطی و نیز میزان بار واحد باقی نمی ماند که به عنوان مثال در نیروگاه کازرون با توجه به راه اندازی واحدها و میزان مصارف کم واحد ها روش مورد عمل در نیروگاه کازرون توجه به دمای محیط و استفاده حداقل از فن های خنک کن روغن و ‌آب می باشد و در نیروگاه تبریز اقدامات نیروگاه جهت کاهش مصرف داخلی و کاهش تلفات حرارتی و الکتریکی بصورت برنامه ریزی جهت خارج نمودن فن های برج با توجه به دمای آب خنک کن و تغییرات دمای هوای محیط و کاهش نسبی مصارف الکتریکی می باشد . این پروژه از سه فصل تشکیل شده است که در فصل اول به معرفی تجهیزات نیروگاه بخار می پردازیم و در فصل دوم به بررسی اثرات شرایط محیطی بر عملکرد نیروگاه بخار و در فصل سوم نیز نتیجه گیری از پروژه و ارائه پیشنهادات و راه حل هایی جهت کاهش مصرف داخلی نیروگاه با توجه به فاکتور شرایط محیطی می پردازد .

مقدمه

نیروگاههای بخاری یکی از مهمترین نیروگاههای حرارتی می باشد که در اکثر کشورها ، از جمله ایران سهم بسیار زیادی را در تولید انرژی الکتریکی بر عهده دارد به طوری که سهم تولید این نیروگاهها بیش از 70% کل تولید انرژی کشورمان ( در سال 1375 ) می باشد . از مهمترین این نیروگاهها در کشورمان می توان به نیروگاههای شهید محمد منتظری اصفهان ، رامین اهواز ، اسلام آباد اصفهان ، طوس مشهد ، بعثت تهران ، شهید منتظر قائم کرج ، تبریز ، بیستون ، کرمانشاه ، مفتح همدان و بندرعباس اشاره نمود ، مشخصات این نیروگاهها به همراه دیگر نیروگاهها بخاری کشورمان را می توان در جدول ( 1 ـ 1 ) مشاهده نمود . در این نیروگاهها از منابع انرژی فسیلی از قبیل نفت ، گاز طبیعی ، مازوت و غیره استفاده می شود ، به این ترتیب که از این سوختها جهت تبدیل به انرژی حرارتی استفاده شده و سپس این انرژی به انرژی مکانیکی ، و در مرحله بعد به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد به عبارت دیگر در این نیروگاهها سه نوع تبدیل انرژی صورت می گیرد اولین نوع تبدیل انرژی شیمیایی ( انرژی نهفته در سوخت ) به انرژی حرارتی است که این تحول در وسیله ای بنام دیگر بخار صورت می گیرد این تبدیل انرژی باعث می شود که آب ورودی به دیگر بخار تبدیل به بخار با دمای زیاد شود دومین نوع ، تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی است که این تحول در توربین نیروگاه صورت می گیرد و انرژی مکانیکی است که این تحول در توربین نیروگاه صورت می گیرد و انرژی حرارتی نهفته در بخار وردی به توربین تبدیل به انری مکانیکی چرخشی محور توربین می شود . سومین و آخرین نوع از تبدیل انرژی در نیروگاههای بخاری ، تبدیل انرژی مکانیکی موتور به انرژی الکتریکی می باشد که این تحول در ژنراتور نیروگاهها صورت می گیرد در نهایت انرژی الکتریکی توسط خطوط انتقال به مصرف کنندگان منتقل می شود در این فصل برآنیم تا تجهیزات اصلی یک نیروگاه از قبیل توربین ، دیگ بخار ، کندانسور و پمپ تغذیه ، به طور مجزا تجهیزات اصلی و جانبی این نیروگاههای مطرح می شود .

دیگ بخار و تجهیزات جانبی آن

یکی از مهمترین تجهیزات در نیروگاههای بخاری ، دیگ بخار می باشد که در آن ، آب تغذیه شده توسط پمپ تغذیه با جذب حرارت ، به بخار پس تافته تبدیل می گردد . دیگر بخار نیروگاهها از نظر چـگونگی گرم کردن آب ورودی به دو نوع تقسیم می شوند :

• الف ـ دیگ بخار درام دار
• ب ـ دیگ بخار یک بار گذر

لوله های دیوارهای محفظه احتراق یا اپراتور

اطراف محفظه احتراق دیگ های بخار ، تعداد زیادی لوله های موازی نزدیک به هم که به لوله های اوپراتور موسوم هستند پوشیده شده است . وظیفه این لوله ها از یک طرف آن است که بخشی از حرارت حاصل از احتراق را از طریق تشعشی و جابجایی جذب نماید و از طرف دیگر ، حرارت جذب شده به وسیله هدایت به آب داخل خود منتقل می کند . بنابراین در کوره ، هر سه نوع انتقال حرارت با یکدیگر انجام می گیرد . حاصل این تبادل حرارت جذب حرارت توسط داخل آب لوله ها و تبدیل آن به بخار است . به عبارت دیگر کلیه بخار تولیدی دیگ بخار در این لوله ها ایجاد می شود . از طرف دیگر جذب حرارت توسط لوله های دیواره ای ، باعث خنک شدن فضای اطراف کوره می شود و لذا مشکلی از نظر عایق کاری دیواره های اطراف محفظه احتراق پیش نخواهد آمد . به عبارت دیگر لوله های دیواره ای با جذب حرارت و انتقال آن به آب داخل خود ، دیواره کوره را خنک می نماید . لازم به ذکر است که جریان آب در داخل لوله های دیواره ای از پایین به بالاست . هر چه آب در طول کوره به طرف بالا حرکت نماید حرارت بیشتری جذب نموده و در نتیجه بخار بیشتری تولید می گردد .

دی سوپر هیترها یا اتمپراتورها

در  عمل سوپر هیترهایی می سازند که برای درجه حرارتهای بالاتر از درجه حرارت مورد لزوم و برای تمام شرایط بار توربین ، مقاومت کافی داشته باشند . در مواقع پایین آمدن بار توربین و در نتیجه درجه حرارت بخار پایین آوردن آن ، از دی سوپر هیتر استفاده می کنند و آنرا می توان ما بین سوپر هیتر اولیه و ثانویه قرار داد .

آب دیگ بخار از درام دیگ بخار سرازیر شده و دور بدنه دی سوپر هیتر جریان پیدا می کند و بخاری را که از لوله های تعبیه شده در بدنه دی سوپر هیتر عبور می کند خنک می سازد . برای کنترل درجه حرارت نهایی بخار از سوپاپ هایی استفاده می نمایند که بوسیله موتور کار می کنند . این سوپاپها توسط ترموستاتی که در لوله خروجی سوپرهیتر ثانویه نصب شده کنترل می شوند ، بدین ترتیب که جریان بخار را با توجه به درجه حرارت مورد لزوم به دی سوپر هیتر یا مستقیماً به سوپر هیتر ثانویه هدایت می نمایند ، این سوپاپها طوری طراحی شده اند که بطور دستی نیز می توان از آنها استفاده کرد و از این مورد در مواقع اضطراری استفاده می شود . این نوع دی سوپر هیتر بنام دی سوپر هیتر غیر تماسی موسوم است چون سیال خنک کننده تماس واقعی با بخار ندارد .

ری هیترها

از نظر اقتصادی به صرفه است تا جهت بالا بردن بازده سیکل از ری هیتر هایی که در بین توربین های نیروگاه قرار دارد استفاده شود . در ری هیترها ، درجه حرارت بخار خروجی از توربین فشار قوی را تا درجه حرارت اولیه بخار بالا می بردند و سپس آن را به سمت توربین فشار متوسط هدایت می کنند . این عمل هم می تواند بین توربین های فشار متوسط و ضعیف صورت گرد . ساختمان و طرز قرار گرفته آنها شبیه سوپر هیتر هاست و مشابه آنها به دو بخش ری هیتر اولیه و ثانویه ، و در بعضی موارد به چندین بخش تقسیم می شوند . البته وجود ری هیتر در کلیه نیروگاههای بخاری الزامی نیست و معمولاً در دیگ های بخار با ظرفیت پایین استفاده نمی شود اما در دیگهای بخار با ظرفیت بالا استفاده از آنها اجتناب ناپذیر می گردد زیرا بازده سیکل را افزایش و مقدار رطوبت سیال خروجی از توربین رابه مقدار قابل توجهی کاهش می دهند . بعنوان مثال در نیروگاه بعثت بخاطر کوچک بودن واحدهای بخاری آن ( 3 واحد 5/82 مگاوات ) و به علت منفرد بودن توربین ، نیازی به ری هیتر نمی باشد ولی در نیروگاه شهید رجایی هر واحد دارای دو واحد ری هیتر می باشد .

ساختار میکروسکوپی فولادها

ساختار میکروسکوپی فولاد کربنی ساده که بیشتر در واتر والها استفاده می شود .

از فاز زمینه فریت یا آهن  که به جهت میزان کربن کم آن تا ( 025/0 درصد ) نرم می باشد و مقدار کمی فاز پراکنده پولیت که مجموعه ای است از لایه های آهن  و کاربید آهن Fe₃C تشکیل شده است که پرلیت جهت سخت بودن کاربید آهن سختی بیشتری نسبت به فاز  دارد . البته میزان فازها و ذرات موجود در ساختار فولاد کربنی ساده با در نظر گرفتن میزان کربن فولاد تغییر می کند و در فولاد کم کربن ( کمتر از 15/0 درصد کربن ) میزان پرلیت کمتر بود و در فولادهای با کربن بیشتر میزان پرلیت بیشتر بوده و ذرات پراکنده دیگر کاربید آهن نیز در ساختار موجود است که پیش بینی ساختار با توجه به نمودار آهن و کربن امکان پذیر می باشد . البته عملیات حرارتی و عناصر آلیاژی خود می تواند در فرم ساختار فولاد تاثیر داشته باشد .

دی اریتور

آب تغذیه دیگهای بخار باید داری مشخصات به خصوصی باشد تا اثرات نا مطلوبی بر روی دیگ بخار نداشته باشد به عبارت دیگر آب تغذیه باید دور از نمکهای خورنده و گازهای محلول در آن باشد ، زیرا گازهای دی اکسید  کربن بخصوص گاز اکسیژن باعث ایجاد خوردگی روی سطح داخلی لوله های دیگ بخار و درام می شود . و گاز زدایی از آب تغذیه را می توان به دو صورت روش حرارتی و روش شیمیایی انجام داد . که روش متداول در نیروگاهها روش حرارتی است که در وسیله ای بنام دی اریتور صورت می گیرد . روش کار بر این اصل پایدار است که حلالیت گازها در آب با افزایش درجه حرارت کاهش می یابد بدین طریق که اگر آب به مدت کافی در درجه حرارت جوش قرار گیرد تمام گازهای محلول در آن از آب ، خارج شده و به اتمسفر می رود . دی اریتور باید قادر باشد تا علاوه بر آنکه آب را تا درجه حرارت جوشش گرم کند ، آن را به قطرات بسیار ریز تبدیل نماید .

کوره یا محفظه احتراق

کوره ، محفظه یا اتاقی است که احتراق سوخت در آن صورت می گیرد نتیجه شده از احتراق سوخت در دو مرحله به آب داخل لوله های دیگ می رسد :

• الف ـ بصورت تشعشع در فضای کوره و یا جابجایی در جریان گازهای داغ
• ب ـ هدایت از طریق فلز لوله ها

• چکیده

فصل اول : معرفی تجهیزات نیروگاه بخاری

• 1 ـ 1 ـ مقدمه
• 1 ـ 2 ـ دیگ بخار و تجهیزات جانبی آن
• 1 ـ 2 ـ 1 ـ مقدمه
• 1 ـ 2 ـ 2 ـ اکونومایزر
• 1 ـ 2 ـ 3 ـ درام
• 1 ـ 2 ـ 4 ـ لوله های دیوارهای محفظه احتراق یا اوپراتور
• 1 ـ 2 ـ 5 ـ سوپر هیترها
• 1 ـ 2 ـ 6 ـ دی سوپر هیتر ها یا اتمپراتورها
• 1 ـ 2 ـ 7 ـ ری هیترها
• 1 ـ 2 ـ 8 ـ جنس لوله های بویار
• 1 ـ 2 ـ 8 ـ 1 ـ ساختار میکروسکوپی فولادها
• 1 ـ 2 ـ 8 ـ 2 ـ اورهیت شدن لوله های بویلر
• 1 ـ 2 ـ 8 ـ 3 ـ تغییرات ساختار فولاد در تحت اورهیت
• 1 ـ 2 ـ 8 ـ 4 ـ اتفاقات اورهیت در نیروگاهها
• 1 ـ 2 ـ 8 ـ 5 ـ بحث و نتیجه گیری
• 1 ـ 3 ـ گرمکن های آب تغذیه
• 1 ـ 4 ـ کوره یا محفظه حتراق
• 1 ـ 4 ـ 1 ـ ساختمان مشعلها و روشن پودر کردن سوخت در آنها
• 1 ـ 5 ـ تجهیزات جانبی دیگ بخار
• 1 ـ 5 ـ 1 ـ گرمکن های هوا
• 1 ـ 5 ـ 2 ـ دریچه های کنترل هوا یا دمپرها
• 1 ـ 5 ـ 3 ـ دودکش
• 1 ـ 6 ـ فنهای نیروگاه
• 1 ـ 7 ـ والوها
• 1 ـ 8 ـ سیستمهای مرتبط با دیگ بخار
• 1 ـ 8 ـ 1 ـ مقدمه
• 1 ـ 8 ـ 2 ـ سیستم کنترل آب تغذیه
• 1 ـ 8 ـ 3 ـ سیستم کنترل درجه حرارت بخار
• 1 ـ 8 ـ 4 ـ کنترل فشار بخار
• 1 ـ 8 ـ 5 ـ کنترل سیستم احتراق
• 1 ـ 8 ـ 5 ـ 1 ـ کنترل هوای مشعل
• 1 ـ 8 ـ 5 ـ 2 ـ کنترل سوخت مشعل
• 1 ـ 8 ـ 5 ـ 3 ـ کنترل فشار محفظه احتراق
• 1 ـ 9 ـ 1 ـ مقدمه
• 1 ـ 9 ـ 2 ـ اصول کار و وظایف کندانسور
• 1 ـ 9 ـ 3 ـ اثرات وجود هوا در کندانسور
• 1 ـ 9 ـ 4 ـ انواع کندانسور از نظر خنک سازی بخار
• 1 ـ 9 ـ 5 ـ وسایل حفاظتی کندانسور
• 1 ـ 9 ـ 6 ـ تمیز کردن کندانسور
• 1 ـ 10 ـ سیستمهای آب گردشی خنک کننده کندانسور
• 1 ـ 10 ـ 1 ـ مقدمه
• 1 ـ 10 ـ 2 ـ انواع سیستمهای خنک کن
• 1 ـ 10 ـ 3 ـ سیستم یکبارگذر
• 1 ـ 10 ـ 4 ـ سیستم چرخشی
• 1 ـ 10 ـ 5 ـ سیستم ترکیبی
• 1 ـ 11 ـ توربین بخار و انواع طبقه بندی آن
• 1 ـ 11 ـ 1 ـ مقدمه
• 1 ـ 11 ـ 2 ـ طبقه بندی توربین بخار

فصل دوم : بررسی اثرات شرایط محیطی بر روی عملکرد نیروگاههای بخار

• 2 ـ 1 ـ اثر کمیت های ترمودینامیکی ( فشار و دما ) بروی بازده سیکل نیروگاه
• 2 ـ 2 ـ 1 ـ وظیفه اصلی چگالنده
• 2 ـ 2 ـ 2 ـ سیستم آب گردشی نیروگاه
• 2 ـ 2 ـ 3 ـ عوامل موثر بر برج خنک کن نیروگاه
• 2 ـ 2 ـ 4 ـ اثرات شرایط محیطی بر کندانسور
• 2 ـ 3 ـ اثرات شرایط محیطی بر روی عملکرد لوبلیر نیروگاه
• 2 ـ 3 ـ 2 ـ اثرات فشار و دمای محیط بر روی عملکرد بویلر
• 2 ـ 4 ـ بررسی نمونه ای اثرات شرایط محیطی بر عملکرد نیروگاه بخاری ( تبریز )
• 2 ـ 4 ـ 1 ـ تاثیر درجه حرارت محیط در مصرف داخلی
• 2 ـ 4 ـ 2 ـ تاثیر درجه حرارت محیط در مصرف آب نیروگاه