پروژه کارآموزی نیروگاه شهید بهشتی لوشان

مقدمه

نیروگاه شهید بهشتی لوشان که در کیلومتر 90 جاده رشت به تهران قرار دارد ، این نیروگاه تشکیل شده از چهار واحد که دو واحد آن بخار و دو واحد آن گازی می باشد . تولیدی واحد بخار هر کدام mw120 و در مجموع  mw 240 می باشد و تولیدی واحد گازی هر کدام mw 60 که در مجموع mw 120 می باشد. حال توضیحاتی مختصر و مفید راجع به واحد های بخار می پردازیم .

واحد بخار در مجموع تشکیل شده از بویلر ، توربین و الکتریک یا ژنراتور که از ابتدا شرحی در رابطه با بویلر و بعد توربین و بعد ژنراتور می پردازیم.

فصل اول

بویلر

1-وظیفه دیگ بخار

همانطور که در توضیح داده شد در ابتدا وظیفه دیگهای بخار تولید بخار جهت به حرکت درآوردن موتورهای بخار نظیر موتور وات برای انواع کارهای صنعتی بوده است که می توان موتورهای بخار قطارها یا پمپ ها را مثال زد. ولی پس از کشف موتورهای دیزل و همچنین موتورهای الکتریکی موتورهای بخار مورد استفاده ای نداشته و لذا نیروگاهها بکار می روند. بنابراین در عصرل حاضر دیگهای بخار با استفاده از سوخت های فسیلی و یا اتمی وظیفه تامین بخار را برای نیروگاههای برق عهده دارد هستند.

2-اساس کار دیگهای بخار :

در ابتدا آب تغذیه ای وارد مخزن استوانه ای شکل به نام درام شده و پس از طی لوله های پائین آورنده وارد لوله های دیواره ای می شود . در این محوطه درجه حرارت آب دائماً اضافه شده تا حدی که به نقطه جوش می رسد و سپس مقداری بخار در لوله های ایجاد می گردد. در نهایت مخلوط آب و بخار وارد همان مخزن استوانه ای شده و توسط تجهیزات مخصوصی در این مخزن بخار ها جدا شده و آبها مجدداً مسیر فوق الذکر را ادامه می دهد . بخارها پس از خروج از این مخزن وارد لوله ها معمولاً در معرض حرارت ناشی از دود بویلر قرار دارند. بنابراین به درجه حرارت بخار داخل آنها افزوده می شود و در نهایت به صورت بخار خشک این لوله ها را ترک نموده و به طرف توربین هدایت می گردند.

3-اجزاء دیگ بخار

ابتدا به شرح اجراء دیگ بخار که در مسیر آب و بخار قرار دارند می پردازیم :

 اکونومیزر                                                   ECONOMIZER

اکونومیزر حاوی تعدادی لوله موادی است که در آخرین مراحل دود خروجی از بویلر قرار دارند . داحل این لوله ها آب تغذیه ورودی به بویلر جریان دارد . این آبها مادامی که لوله های اکونومیزر را طی می نمایند . حرارت دود را جذب نموده و سپس به سمت درام هدایت می گردند. اساس کار این اکونومیزر و بطور کلی نامگذاری آن  بر این است که در واقع درآن از حرارت دود استفاده می شود که در بویلر های قدیمی این حرارت بوسیله دود و بدون استفاده از دودکش دیگ خارج می گردید. بنابراین راندمان بویلرهای قدیمی کمتر از بویلر های جدید که اکونومیزر در آن بکار رفته است می باشد . بنابراین مهمترین فلسفه وجودی اکونومیزر در داخل دیگهای بخار بالا بردن راندمان دیگ بخار و بطور کلی نیروگاه می باشد .

 4-لوله های دیوراه ای و محوطه احتراق

همانطور که از نام محوطه احتراق پیداست ،فضایی است که عمل احتراق در آن صورت می گیرد. اطراف این محوطه عموماً تعداد زیادی لوله های موازی نزدیک به هم که لوله ها دیواره ای موسوم هستند پوشیده شده است . بخشی از حرارت حاصل از احتراق از طریق تشعشعات و جابجایی به این لوله ها منتقل می گیرد. این لوله ها نیز حرارت را بوسیله هدایت ،به آب داخل خود منتقل می نمایند . بنابر این در کوره هر سه نوع انتقال حرارت با یکدیگر انجام می گیرند حاصل این تبادل حرارت جذب حرارت توسط آب داخل لوله ها و تبدیل آن به بخار است به عبارت دیگر کلیه بخار تولیدی دیگ در این لوله های دیواره ای باعث خنک شدن فضای اطراف کوره می شوند و لذا مشکلی از نظر عایقکاری دیواره ای اطراف محفظه احتراق پیش نخواهد آمد به عبارت دیگر لوله ها دیواره ای همانطور که از نامشان پیداست دیواره کوره را تشکیل داده و با حذب حرارت و انجام آن به آب داخل خود دیواره کوره را خنک می نمایند .

در گذشته دیوارهای اتاق احتراق از آجرنسوز ساخته می شدند که بعلت حرارت زیاد در این محوطه به سرعت خراب می شدند.این اشکال در عصرحاضر بوسیله لوله های دیواره ای خنک شونده با آب(لوله های دیواره ای ذکر شده)حل شده است.

قسمتی از محوطه احتراق دیک

در شکل سعی شده است بطور بسیار ساده ای قسمتی از محوطه احتراق نشان  داده شود.همانطوریکه ملاحظه می شودبین لوله های دیواره ای یک نوار فلزی که بهfinموسوم است قرار دارد.این فین رابط بین لوله ها بوده وهمچنین از نظرتبادل حرارت نیز نقش مؤثری بعهده دارد.

همواره جریان آب در داخل لوله های دیواره ای از پایین به بالا است.هر چه آب درطول کوره به طرف بالا حرکت می نماید حرارت بیشتری جذب نموده ودر نتیجه بخار بیشتری تولید می گردد.در بویلر های گردش طبیعی این حرکت به صورت طبیعی(بخاطر اختلاف دانسیته آب بین ولوله های پایین آورنده ودیواره ای)انجام می گیرد ولذا در خاتمه لوله های دیواره ای مخلوطی از آب وبخار موجود خواهد بود.که به محض ورود به درام آب وبخار از یکدیگرجدا می شوند.در بریلر های گردش اجباری جریان آب در داخل لوله های دیواره ای  به کمک یک پمپ که در مسیرلوله های پایین آورنده نصب است انجام می گیرد ،در این نوع بویلرطراحی مجموعه محوطه احتراق ولوله های دیواره ای به نحوی است که کلیه آبهای موجود در لوله های دیواره ای پس از طی محوطه احتراق به بخار تبدیل شده ومستقیماً به سوپرهیترها هدایت می گردند.ولذا ساختمان درام از این نوع بریلرها قابل حذف خواهد بود.

 درام

بطور کلی درام دو وظیفه اصلی را عهده دار است.

الف:عمل نمودن به عنوان یک مخزن ذخیره ای جهت دیگ بخار

درام می تواند با ذخیره آب و یا بخار خود در شرایط بخرانی بهره برداری از بویلر مقداری از تیازهای ضروری آب و یا بخار را تامین نماید .

ب – تقسیم آب و بخار

آب و بخار ایجاد شده در لوله های دیوراره ای وارد درام شد و بوسیله تجهیزاتی که در داخل درام وجود دارد ،آب و بخار کاملاً از یکدیگر جدا شده و به این ترتیب امکان عبور بخار بدون ذرات آب به طرف لوله های سوپرهیتر فراهم شده و همچنین آب بدون بخار روانه لوله های پائین آورنده شده و در نهایت به سمت لوله های دیوراه ای هدایت می شود . تجهیزاتی که توسط سازندگان بویلر برای جدا سازی بخار بکار می روند مقداری با یکدیگر متفاوت هستند ولی اساس کار آنها یکی است به این ترتیب که در کلیه این تجهیزات مخلوط آب و بخار داخل سیلکون شده و با حرکت چرخشی که در سیلکون به آنها داده می شود و نیروی گریز از مرکزی که ایجاد می گردد قطرات آب به علت سنگینی وزن از بخار جدا می گیرند . البته بخارهای خروجی از سیلیکون کاملاً حاوی از قطرات آب نیستند و لذا از صفحاتی لایه لایه گذشته و در این لایه ها آخرین قطرات آب خود را نیز از دست می دهند.

در درام اعمال دیگری نظیر تقسیم یکنواخت آبهای ورودی از طریق اکونومیزر روباز تزریق محلولهای شیمیایی به بویلر نیز انجام می گردد که توضیح در خصوص آنها از حوصله این بحث خارج است . سطح مقطع درام در شکل زیر آمده است .

مقطع درام

سوپر هیتر ؛

بخار خروجی از درام گر چه قطره آبی را بهمراه ندارد ولی چنانچه به کوچکترین سطح سردی برخورد نماید از آن به آب تبدیل می شود . به این نوع بخار از نظر ترمودینامیکی بخار اشباع گفته می شود. برای اینکه این بخار توانایی و استعداد بیشتری (انرژی بیشتری)را دارا باشد لازم است از درجه حرارت بالاتری برخوردار گردد و یا اصطلاحاً خشک شود . این عمل توسط سوپر هیتر انجام  می گیرد . سوپر هیتر از مجموعه لوله های موادی تشکیل شده است که معمولاً در مسیر گازهای خروجی از کوره (دود) قرار گرفته اند . این لوله ها حرارت ناشی از دو را به بخار داخل خود انتقال می دهند . در یعضی دیگهای بخار این لوله ها مستقیماً در بالای محوطه احتراق قرار گرفته اند و لذا حرارت این محوطه بوسیله تشعشع و جابجاسس به آنها منتقل    می گردد ، در بعضی دیگر قسمتی از لوله های سوپر هیتر در فضایی قرار دارند که شعله بویلر را نمی بینند و لذا حرارت تنها از طریق جابجایی به آنها منتقل می گردد .

لوله های سوپر هیتر با توجه وضعیت طراحی بویلر به صورت افقی و یا آویزان طراحی می گردند که در شکل زیر ملاحظه می گردند.

در بسیاری از دیگهای بخار ،سوپر هیتر ها دارای چند مرحله هستند به این ترتیب که ابتدا بخار وارد سوپر هیتر اولیه شده و پس از خروج از آن دردی سوپر هیتر از نظر درجه حرارت کنترل گردیده و سپس وارد سوپر هیتر ثانویه شده و پس از خروج از آن به سمت توربین هدایت می گردد. در دیگهای بخار با ظرفیت بالا تعداد مراحل سوپر هیتر به 4 و 5 نیز می رسد.

دی سوپر هیتر :                                                     Desuper heeter

وظیفه دی سوپر هیتر کنترل درجه حرارت بخار است . بخار خروجی از بویلر بایستی دارای درجه حرارت مشخصی باشد. در غیر اینصورت مشکلات مختلفی از جمله آسیب دیدن پره های توربین را باعث می گردد. برای اینکار بین دو مرحله از سوپر هیتر یک دی سوپر هیتر نصب می گردد که در آن آب تغذیه می گردد که در آن آب تغذیه به داخل بخار پاشیده و به این ترتیب درجه حرارت آن را کاهش می دهد.

شیر کنترل آب اسپری دی سوپر هیتر بر اساس مقدار درجه حرارت بخار خروجی از سوپر هیتر ، مقدار آب ورودی به دی سوپر هیتر را تنظیم        می نماید و به این ترتیب همواره درجه حرارت بخار خروجی از سوپر هیتر در یک مقدار ثابتی باقی می نماید. به شکل زیر توجه نمائید.

دی سوپر هیتر

علت قرار دادن دی سوپر هیتر در ورودی سوپر هیتر ثانویه این است که کلیه قطرات آبی که در داخل بخار پاشیده شده اند در طول گذاشتن از سوپر هیتر ثانویه فرصت بخار شدن را داشته باشند. در غیر اینصورت چنانچه دی سوپر هیتر در خروجی دی سوپر هیتر ثانویه قرار گیرد امکان انتقال ذرات آب به داخل توربین وجود داشته و این موضوع خطر بزرگی برای خوردگی پره های توربین را بهمراه خواهد داشت.

ری هیتر                                                                           Reheater

وظیفه ری هیتر گرم نمودن بخارهای برگشتی از توربین های فشار قوی است، به این ترتیب که درجه حرارت بخار برگشتی را به اندازه درجه حرارت بخار اصلی بالا برده و آنرا به سمت توربین فشار متوسط هدایت می نماید. ساختمان ری هیتر مشابه سوپر هیتر است یعنی از مجموعه لوله های افقی و مواردی تشکیل یافته است که در مسیر دود قرار گرفته و حرارت دود را به بخار داخل خود منتقل می نماید. همچنین همانند سوپر هیتر ، به دو بخش ری هیتر اولیه و ثانویه و در بعضی موارد به چندین بخض تقسیم می گردد. به شکل زیر توجه شود.

مثالی در مورد نحوه قرار گرفتن ری هیتر در داخل دیگ بخار

وجود ری هیتر در کلیه دیگهای بخار الزامی نیست و بستگی به طراحی عمومی نیروگاه طراحی توربین دارد. معمولاً در بویلر هایی که ظرفیت پائینی دارند از ری هیتر استفاده نماید. ولی در بویلر های ظرفیت بالا استفاده از ری هیتر الزامی است چرا که رطوبت بخار خروجی از توربین را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد . کنترل درجه حرارت بخار خروجی از ری هیتر توسط دی سوپر هیتر که در بین مراحل مختلف آن تعبیه شده و با فن گردش دهنده دود انجام می شود.

5- مسیر آب و بخار در داخل دیگ بخار :

در قسمتهای قبلی اساس کار دیگهای بخار توضیح مختصری در خصوص مسیر آب و آب بخار در داخل دیگ داده شد که هم اینک (با توجه به شناخت بهتر اجزاء سیستم) توضیح بیشتری در مورد آن داده می شود.

آب تغذیه پس از خروج از پمپ تغذیه و شیر یکطرفه وارد اکونومیزر شده و پس از جذب حرارت دود از هدر خروجی اکونومیزر خارج شده و به درام هدایت می گردد.

در درام با آبهای داخل آن مخلوط شده وسپس از طریق لوله های پایین آورنده به هدر ورودی لوله های دیواره ای متصل می گردد. در لوله های دیوراه ای قسمتی از آن به بخار تبدیل شده و مخلوط آب و بخار مجدداً به درام هدایت می گردند . در درام آب و بخار از یکدیگر جدا شده آب مجدداً مسیر لوله های پایین آورنده و دیوراه ای را طی می نمایند و بخار به سمت لوله های سوپر هیتر هدایت می گردد . بخار پس از طی مراحل مختلف سوپر هیتر و همچنین پس از گذشت از دی سوپر هیتر و سوپر هیتر نهایی کاملاً خشک شده و به طرف توربین هدایت می گردد . با توجه به ساختمان توربین امکان دارد :

تمام انرژی بخار خشک صرف انجام کار شده و در نهایت به سمت کندانسور هدایت گردد .

 قسمتی از انرژی بخار خشک صرف انجام کار شده و سپس از توربین فشار قوی خارج شده و به طرف لوله های روی هیتر هدایت شده و پس از طی مراحل مختلف ری هیتر وارد توربین فشار متوسط و فشار ضعیف شده و در نهایت وارد کندانسور گردد .

اکنون به شرح اجزاء یک دیگ بخار که در مسیر هوا و دود قرار دارند        می پردازیم .

1-فن یا دمنده هوا                                      Forced Draught Fan

وظیفه اصلی فن تامین هوای مورد لزوم احتراق می باشد بنابر این فن با توجه به مکشی که ایجاد می نماید هوای محیط را مکیده و در کانالهائی که در نهایت  به محوطه احتراق ختم می گردند به جریان می اندازد و فن ها دارای انواع و اقسام هستند نظیر فن های جریان شعاعی و یا فن های جریان محوری و یا ترکیبی که در طراحی دیگ بخار به مقدار هوای لازم و فشار آن و همچنین راندمان مورد نظر یکی از این نوع انتخاب می گردد .