برچسب نیروگاه

اختصاصی از فی لوو تحقیق در مورد آشنایی با نیروگاه حرارتی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

تحقیق در مورد آشنایی با نیروگاه حرارتی

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 182

مقدمه:

با توجه به روند رو به رشد صنایع و لزوم استفاده از نیروی برق در کشورهای جهان , کسترش نیروگاهها در دستور کار اجرایی کشورهای مختلف قرار گرفته است و این امر به توسعه و گسترش نیروگاه های و پیشرفت های چشم گیری در زمینه فن آوری نیروگاهی منجر شده است .

از آنجا که مهمترین عامل تولید انرژی الکتریکی تبدیل سوخت های فسیلی و گازی به انرژی الکتریکی میباشد
می باشد لذا احتراق در نیروگاه های حرارتی و به همراه آن آلودگی هوا مهمترین مسأله قابل توجه خواهد بود .

توجه خاص به فرآیند احتراق از چند دیدگاه قابل ملاحظه است:

بهینه سازی مصرف سوخت و حداکثر استفاده از انرژی سوخت و کاهش هزینه ها .

کاهش آلاینده های زیست محیطی حاصل از احتراق که به صورت محصولات احتراق از دودکش نیروگاه ها خارج می شوند.

لزوم دستیابی به دماهای بالا و پایداری احتراق با توجه به حساسیت شبکه قدرت

آشنایی با نیروگاه حرارتی و اجزاء مختلف آن :

بویــلر

بویلر در نیروگاه وظیفه تامین بخار جهت چرخش توربین را به عهده دارد و در اصل مانند یک دیگ بخارمی باشدبا این تفاوت که در داخل بویلر و در امتداد دیواره های آن لوله های متعددی قرار گرفته اند و آب پس از ورود به بویلر در قسمت بالایی آن وارد محفظه ای به نام درام شده و سپس از آنجا واز سمت پائین بویلر وارد لوله های بویلر (Water Wall )می گرددو در آنجادر اثر حرارتی که ناشی از سوختن مشعلهای داخل بویلر که در سه ردیف و در دو طرف دیواره های بویلر قرار دارند می باشد آب به بخار تبدیل شده و مجدداً وارد درام می گردد و در درام آب و بخار از یکدیگر جدا شده وآب مجدداً وارد لوله های بویلر و بخار وارد لوله های دیگری به نام سوپر هیتر می گردد که کار داغتر کردن بخار و رساندن دمای بخار به 540درجه سانتیگراد را به عهده دارند و سپس بخار داغ پس از رسیدن به دمای 540 درجه سانتیگراد وارد توربین می گردد,بویلر نیروگاه شازند به طور کلی از نوع درام دار و تحت فشار می باشد که قادر است هم با سوخت گاز طبیعی و هم با سوخت مازوت کار کندو بخار با دمای 540 درجه سانتیگراد و فشار 167Bar بویلر را ترک می کند.
درنیروگاه های برق فسیلی و نیز نیروگاه های هسته ای از مولدهای بخار استفاده می شود در مولد های بخار بسیار پیشرفته بخار فوق گرم فشار بالا (mpa5/16 تا mpa 24) تولید می شود و دراین میان مولد های بخار مورد استفاده در راکتورهای آب تحت فشار که در آنها بخار اشباع فشار پایین mpa7 تولید می گردد موردی استثنایی می باشد در همه این موارد از بخار آب بعنوان سیال کاری چرخه رانکین استفاده می شود امروز در جهان مولدهای بخار بزرگترین منبع تأمین انرژی برای نیروگاه ها بشمار می روند .
اجزاء اصلی مولد بخار عبارتند از:
1- دیگ
2- اکونومایزر
3- سوپرهیتر
4- ری هیتر
5- ژنگستروم
6- درام
و افزون به اینها مولد بخار دارای دستگاه های کمکی مختلفی مانند مشعلها ، دمنده ها ، دودکش و . . . می باشد .
مولدهای بخار از جهات گوناگون تقسیم بندی می شوند و بعنوان مثال می توان آنها را به انواع صنعتی ، نیروگاهی و از جهت دیگر بعنوان درام دار و بدون درام و . . . تقسیم بندی نمود .
در بخش زیر به شرخ تک تک اجزاء مولد های بخار (بویلر) و انواع آنها پرداخته می شود :
دیگ بخار
دیگ بخار به قسمتی از مولد بخار گفته می شود که در آن مایع اشباع به بخار اشباع تبدیل می شودو از لحاظ فیزیکی به دشواری می توان اکونومایزر را از دیگ بخار جدا نمود .
مولد های بخار را می توان به نوع نیروگاهی و صنعتی تقسیم نمود که به توضیح کلی آنها پرداخته می شود .
مولدهای بخار نیروگاهی مدرن اساساً دو نوع هستند :
1 - نوع درام دار لوله آبی زیر بحرانی
2- نوع یکبار گذر فوق بحرانی (Once Through).
واحدهای فوق العاده بحرانی معمولاً در فشار mpa24 کار می کنند که بالاتر از فشار بحرانی آب ،mpa 9/22 است . مولد بخار درام دار زیر بحرانی معمولاً در حدود mpa13 الیmpa 18کار می کند و بخار فوق گرم با دمای 540 درجه سانتیگراد تولید می کنند و دارای یک یا دو مرحله بازگرمایش بخار هستند . ظرفیت بخار دهی مولدهای بخار نیروگاهی مدرن بالاست و مقدار آن از 125 تاkg/s 1250 میتواند تغییر کند .
از سوی دیگر مولدهای بخار صنعتی آنها هستند که در شرکت های صنعتی و موسسات دیگر کاربرد دارند و انواع مختلفی را شامل می شوند . این مولدها می توانند از نوع لوله آتشی باشند مولدهای بخار صنعتی معمولاً بخار سوپرهیتر تولید نمی کنند بلکه بخار اشباع یا حتی آب گرم تولید می کنند این مولدها در فشارهای از چند کیلوپاسکال تا mpa 5/15 کار می کنند و ظرفیت بخاردهی (با آب گرم ) آنها از کمتر از 1 تا 125 kg/s میباشد . مولدهای بخار با سوخت های فسیلی غالباً با توجه به برخی از اجزاء و ویژگیهایشان به صورت زیر تقسیم بندی می شوند :
دیگهای لوله آتشی
دیگهای لوله آبی
دیگهای گردش طبیعی
دیگهای گردش کنترل شده
دیگهای جریان یکبار گذر
دیگهای زیر بحرانی
دیگهای فوق بحرانی
دیگهای لوله آتشی
دیگهای لوله آتشی از اواخر قرن هجدهم جهت مصارف صنعتی مورد استفاده بوده است و امروزه دیگر از این نوع دیگها در نیروگاه های بزرگ استفاده نمی شود در آنها بخار اشباع با فشار حداکثرmpa 8/1 و ظرفیت
kg/s 3/6 تولید می شود .
دیگ لوله آتشی شکل خاصی از دیگ نوع پوسته ای است .دیگ نوع پوستی عبارت است از ظرف یا پوسته بسته و معمولاًً‌ استوانه ای که محتوی آب است و بخشی از پوسته , مثلاً قسمت پائینی آن ، بطور ساده در معرض گرمای شعله یا گازهای حاصل از احتراق خارجی قرارمی گیرد دیگ لوله آتشی صورت تکامل یافته دیگ پیوسته ای است که درآن بجای بخار ، گازهای گرم از داخل لوله ها عبور میکنند . که به دلیل بهبود انتقال حرارت ، بازده دیگ لوله آتشی خیلی بیشتر از دیگ پوسته ای اولیه است ومقدار آن %70 میرسد . دیگهای لوله آتشی بر دو نوعند : 1- دیگ با جعبه آتشی
2 - دیگ کشتی اسکاچ .
دریک دیگ با جعبه آتشی کوره یا جعبه آتشی همراه با لوله های آتشی درداخل پوسته قرار می گیرد و در دیگ کشتی اسکاج ، احتراق در داخل یک یا چند محفظه احتراق استوانه ای که معمولاً در داخل و نزدیک به ته پوسته اصلی قرار دارد ، انجام می گیرد . گاز ها از قسمت عقب محفظه ها خارج می شوند وپس از تغییر جهت از داخل لوله های آتشی به طرف جلو می آیند و از طریق دودکش خارج می شوند .
دیگ لوله آبی : نمونه های اولیه
از آنجایی که دیگهای لوله آتشی برای داشتن فشارها و ظرفیت های بالا نیازمند پوسته ای با قطر بزرگ هستند و به دلایل هزینه های مالی و مسائل خاص فیزیکی و شیمیایی از بویلرهای لوله آبی استفاده شد این دیگها به دو نوع لوله مستقیم و لوله خمیده تقسیم شده اند :
1-2-1- دیگ لوله مستقیم
در این دیگها لوله های مستقیم با قطر خارجی 3 تا 4 اینچ بین دو مقسم عمودی قرار می گرفتند .
یکی از مقسم ها پایین آورنده بود که تقریباً آب اشباع را به لوله ها تغذیه می کرد . مقسم دیگر بالابرنده بود که مخلوط مایع و بخار را دریافت می کرد . چگالی آب در پایین آورنده بیشتر از چگالی مخلوط دو فازه در بالابرنده بود و این اختلاف چگالی موجب گردش طبیعی آب در جهت عقربه ساعت می شد . با افزایش ظرفیت دیگ ، مخلوط دو فاز به استوانه بالایی(درام) که به موازات لوله ها قرار می گرفت ، وارد می شد . درام آب تغذیه را از آخرین هیتر آب تغذیه دریافت می کرد و بخار اشباع را از طریق جدا کننده بخار درام ، به سوپرهیت می فرستد . انتهای پایینی پایین آورنده ها (Down Comer) به هدر بلودان وصل میشود که رسوبات آب گردشی را جمع می کند .
1-2-2- دیگ های لوله خمیده
در دیگ لوله خمیده به جای لوله های مستقیم بین درام و هدر پایینی از لوله های خمیده استفاده می شود .
دیگ لوله آبی : پیشرفته
ظهور کوره با دیوارهای خنک شونده با آب که دیواره های آبی (Water Wall) نامیده می شوند ، بالاخره منجر به ادغام کوره ، اکونومایزر ، دیگ ، سوپر هیتر‌، ری هیتر و ژنگستروم در مولد بخار شد .
با پیشرفت های اخیر به دلیل وجود گرمکنهای آب تغدیه ( هیتر ) به تعداد 8 عدد ، اکونومایزر کوچکتر و با افزایش فشار آب تغذیه ، سطح دیگ کوچکتر شده است زیرا گرمای نهان تبخیر با افزایش فشار به شدت کاهش می یابد لذا بویلرهای جدید دارای دیگی با سطح کمتر و سوپرهیتر و ری هیتر با سطوح بیشتر هستند . آب در دمای 230 درجه سانتیگراد تا260 درجه سانتیگراد بعد از آخرین هیتر فشارقوی وارد اکونومایزر شده و آنرا به صورت اشباع خارج می کند و آنگاه آب از قسمت میانی وارد درام می شود . آب از طریق لوله های پایین آورنده (Down Commer ) که در خارج از کوره اند . از درام به هدر های پایینی می رود و آب از هدرهای پایین از طریق Water Wall ها به بالای کوره منتقل می گردد آب در این لوله ها گرما را از گرمای حاصل از احتراق دریافت می کند و به مقدار بیشتری تبخیر می گردد و اختلاف چگالی بین آب لوله های پایین آورنده Water Wallها به گردش آب کمک می کند . در درام بخار از مایع در حال جوش جدا می شود و به سوپر هیتر منتقل شده و در نهایت در خروجی سوپرهیتر وارد توربین HP می گردد . بخار پس از خروج از تورین HP به ری هیتر باز می گردد و سپس به قسمت توربین IP وارد می شود . هوای پس از عبور از دمنده با جریان اجباری(FDF) ، توسط گازخروجی پیش گرم می شود پس از آن هوا وارد کوره می شود و در آنجا با سوخت آمیخته شده می سوزد و دما به حدود 270درجه سانتیگراد میرسد . گازهای حاصل از احتراق بخشی از انرژی خود را به Water Wall و ری هیترها ، سوپرهیترها و اکونومایزر می دهند و آنرا در دمای 300درجه سانتیگراد ترک می کنند و از آن به بعد گازها هوای ورودی را در پیش گرم کن GAH گرم و آنرا در دمایی در حدود 150 درجه سانتیگراد ترک می کنند . یک دمنده با جریان مکشی (GRF) گازها را بعد از اکونومایزر اکستراکت کرده و مجددا به درون کوره می فرستد .
دلیل اصلی برای اینکه دود خروجی از کوره با دمای حدود 150 درجه سانتیگراد کوره را ترک می کند اینست که اولاً : بایستی دمای دود خروجی بالاتر از نقطه شبنم محصولات احتراق باشد تا از تشکیل اسید و خوردگی اجزای فلزی در مسیر جریان گازها جلوگیری کند و دوم اینکه گازهای حاصل از احتراق باید دارای نیروی بالابر کافی جهت گذشتن از مقدار زیادی دود که در بالای دودکش قراردارد باشند تا بخوبی در جو پراکنده شوند .

درام ( استوانه بخار )
درام که در کلیه مولد های بخار به استثنای مولدهای یکبار گذر به کار می رود محفظه ای است که درآن آب تغذیه از اکونومایزر به آن وارد می شود ، بخار اشباع از آب جوشان جدا می شود و بخار به سوپر هیتر رفته و بقیه آب مجدداً از طریق لوله های Down Commer به انتهای بویلر منتقل شده و مجدداً جریان می یابد .
سوپرهیتر هاو ری هیترها
همانگونه که اشاره شد بخار خروجی (اشباع) از درام وارد سوپرهیتر ها می شود و در این بخش دمای آن تا 540درجه سانتیگراد افزایش می یابد که در مورد ری هیترها نیز همانگونه که گفته شد بخار خروجی از توربین HP وارد ری هیتر شده و پس از افزایش دما تا 540 درجه سانتیگراد وارد توربین IP می گردد .
سوپرهیتر ها انواع مختلفی دارند که عبارتند از :
سوپر هیتر همرفتی
در طرحهای پیشین ، فوق گرمکنها در بالا یا در پشت ردیف لوله های آبی قرار می گرفتند تا از شعله احتراق و دما های بالا محفوظ بمانند و بدین سان طریقه اصلی انتقال گرما بین گازهای احتراق و لوله های سوپرهیتر ، همرفت بود و این نوع سوپرهیتر به سوپرهیتر همرفتی معروف است .
برجسته ترین ویژگی این سوپرهیتر ، جواب دهی آن به تغییرات بار است . هنگامی که تقاضا برای بخار افزایش می یابد ، بر جریان سوخت و هوا و از این رو برجریان گازهای احتراق نیز افزوده می شود .
ضرایب انتقال حرارت همرفتی نیز هم در داخل و هم درخارج لوله ها افزایش می یابد که این هم موجب افزایش تندتر ضریب کلی انتقال حرارت بین گازها و بخار نسبت به افزایش آهنگ جرمی جریان بخار می شود . از آنجا که دمای احتراق بر حسب بار ثابت است . بنابراین بخار به ازای هر واحد دبی جرمی جریان ، گرمای انتقالی بیشتری را جذب میکند و دمای آن بر حسب بار افزایش می یابد .
سوپرهیتر تابشی
نیاز به جذب گرمای بیشتر موجب شد تا سوپرهیتر ها با دماهای بالا ساخته شوند و در معرض شعله احتراق قرار گیرند . سرعت بخار افزایش داده شد با ضرایب کلی انتقال حرارت افزایش یابد .
انتقال حرارت بین گازهای داغ و شعله از یک طرف و سطوح خارجی لوله ها از طرف دیگر عمدتاً به روش تابش انجام می شود که به این نوع ، سوپرهیتر تابشی اطلاق گردید . انتقال حرارت تابشی با Tw 4 –Tf4 متناسب است که Tf : دمای مطلق شعله و Tw دمای سطح لوله است . Tf تحت تأثیر بار نیست لذا انتقال حرارت برای جریان واحد بخار ، با افزایش جریان بخار ، کم می شود . لذا افزایش بار باعث کاهش دمای بخار می گردد .
بویلرهای یکبار گذر (Once Through)
این نوع بویلرهارا بویلرهای گردشی اجباری ، بنسون و با فشار فراگیر نیر می نامند و عنوان فراگیر به این علت به کار رفته است که این نوع دیگها در همه دما ها و فشار ها می توانند کارکنند .این نوع بویلرها برای ظرفیت های بزرگ و فشارهای فوق بحرانی مناسب است . آب تغذیه در این نوع بویلر در یک مسیر پیوسته از اکونومایزر ، Water Wall ها و لوله های سوپرهیتر می گذرد و به ترتیب به صورت مایع اشباع و بخار سوپرهیت در می‌آید . در این بویلرها برای جداسازی بخار از آب جوشان به درام نیاز نیست و گردش آب نیز صورت نمی گیرد . این نوع بویلر تنها دیگی است که برای کار درفشار های فوق بحرانی (برای آب بالاتر از Mpa 1/22)مناسب است، زیرا گرمای نهان تبخیر در فشار بحرانی و بالاتر از آن صفر است و بخار وآب مایع نیز یکسان هستند و جداسازی آنها نه ممکن است و نه لازم . این دیگها در فشارهای فوق بحرانی بیشتر به کار برده می شوند ولی با این همه استفاده از آنها در فشارهای زیاد زیر بحرانی نیز می تواند مقرون به صرفه باشد .
این بویلرها در محدوده فشار mpa8/13 تا mpa6/27 و بخار دهی kg/s8/3 تا 1260 اقتصادی هستند .
اکونومایزر (صرفه جو)
اکونومایزر یک مبدل حرارتی است که دمای آب تغذیه بویلر را پس از خروج از هیترهای فشار قوی تا دمای اشباع مربوط به فشار بویلر افزایش می دهد . این کار توسط دودهایی که آخرین سوپر هیتر باری هیتر را ترک می کند انجام می گیرد . دود در دماهای بالا گرما را به سوپر هیتر وری هیترها می دهد و با دمایی حدود 370 تا 540درجه سانتیگراد به اکونومایزر وارد میگردد در ابتدا آب تغذیه پیش از گرمایش اولیه وارد اکونومایزر می شد و چون دمای آب ورودی به اکونومایزر پایین بود، در نتیجه دمای سطح خارجی لوله ها نیز کمتر از دمای نقطه شبنم گاز ها می شد که این امر به علت وجود so2 و so3 در گازها موجب چگالش و خوردگی می شد رطوبت موجب تجمع خاکستر بر روی سطوح لوله می گردید و انتقال حرارت را کمتر میکرد .
در مولدهای مدرن ، آب تغذیه به صورت گرم شده وارد می شود و صرفه جو (اکونومایزر) در آنها در دمای بالا تر از نقطه شبنم کار می کند .
با توجه به این که بخش بزرگی از اکسیژن آب تغذیه ، در دی اریتور و در دمای بالا تر از 100 درجه سانتیگراد خارج می گردد لذا خوردگی داخلی کاهش می یابد و این عمل با حفظ ph آب اکونومایزر در محدوده 8 تا 9 تقویت می گردد . اکونومایزر به گونه ای طراحی می گردد که تبخیر نسبی آب تغذیه در قسمت های خروجی آن حداکثر تا %20 کیفیت در بار کامل و کمتر از آن در بارهای کمتر ممکن باشد .بر روی لوله های اکونومایزر از فین استفاده می شود.
پیش گرمکن های هوا (GAH(Gas Air Heater
پیش گرم کن های هوا مانند اکونومایزر مقداری از انرژی موجود در دود خروجی دودکش را قبل از تخلیه به جو مورد استفاده قرار می دهند دود در دماهای بین 135 درجه سانتیگراد تا 177 درجه سانتیگراد می باشد تا اولاً از چگالش گاز جلوگیری و ثانیاً به پخش مطلوب دود در جو کمک گردد . GAH ها دمای هوای ورودی به کوره را تا 260 الی 343 درجه سانتیگراد افزایش می دهد . GAH ها موجب صرفه جویی در سوخت می شوند که بدون این کار می بایست برای همان گرمایش به مصرف می رسید . صرفه جویی در سوخت و افزایش راندمان نیروگاه تناسب مستقیمی با افزایش دمای هوا در GAH دارد . با افزایش دمای هوا در GAH به اندازه 94 درجه سانتیگراد مصرف سوخت را حدود % 4 و با افزایش آن تا280 درجه سانتیگراد مصرف سوخت را به میزان %11 کاهش می دهد . به طور کلی دو نوع پیش گرمکن هوا وجود دارد :پیوسته – متناوب
GAH های پیوسته آنهایی هستند که گرما را مستقیماً از طریق تبادل گرما از گازهای گرم به هوا منتقل
می کنند که این نوع GAH ها از نوع لوله ای هستند ، اساساً این نوع GAH ها مبدلهای حرارتی از نوع Shell Ftube وبا جریان نا همسو هستند که گاز داغ از داخل لوله های مستقیم عمودی یا افقی آنها در جریان است وهوا در خارج لوله ها جریان دارد .
GAH های متناوب آنهایی هستند که در آنها ابتدا گرما از گازهای گرم به یک ماده واسطه ای ذخیره ساز گرما و سپس به هوا انتقال می یابد متداول ترین نوع آنها (ژنگستروم) می باشد .
این دستگاه از چرخانه ای تشکیل می شود که به وسیله موتور الکتریکی از طریق یک جعبه دنده کاهنده به طور آهسته و پیوسته در داخل پوسته با سرعت rpm 1 تا rpm 3 البته به قطر چرخانه می چرخند .
چرخانه دارای 12 الی 24 قسمت شعاعی ( قطاع) می باشد . قطاعها با سطوح گرمایشی متشکل از صفحات فولادی پر می شوند .این صفحات یا مسطح هستند ویا مواج که به صورت سبد در هم بافته شده اند . این سطوح به عنوان محیط ذخیره ساز گرما در پیش گرم کن عمل می کنند . در هر لحظه نیمی از قطاع های باقی مانده در معرض گازهای گرم هستند که هوا نیز در قسمت دوم داکت توسط پره های داغ گرم می گردد .
GAH های دوار بسته به نوع استقرار و کانال کشی با محور عمودی و افقی طراحی می گردند و طراحی آنها می تواند از نوع سطح لایه ای یا تلاطمی می باشد . در نوع لایه ای ، اجزای ذخیره ساز گرما نزدیک به یکدیگر قرار می گیرند به ترتیبی که جریان گذرنده از بین آنها از نوع لایه ای است . این نوع GAH ها همراه با سوخت های گازی که احتراق تمیزی دارند به کار گرفته می شوند . در نوع تلاطمی اجزای ذخیره ساز گرما با فاصله بیشتری از یکدیگر قرار می گیرند و جریان بین آنها از نوع تلاطمی است این نوع GAH ها برای سوخت زغال سنگ و مازوت مناسب است . چرخانه نوع تلاطمی عموماً به صورت قائم قرار می گیرد در حالی که در نوع لایه ای ، چرخانه معمولاً به طور افقی قرار می گیرد .