بویلرها وروشهای پیشگیری از رسوبات درون آنها

بدضعیفمتوسطخوبعالی (3٫33 از 5)
Loading...

الف – مقدمه :

انسان همواره برای گرم کردن محل زندگی خود در فصل سرما ، به دنبال ساخت وسایل گرمازا بوده است . در ابتدا با سوزاندن موادی مانند گیاهان و چوب و بعدها با کشف و استخراج معادن انواع سوختهای فسیلی ، از وسایلی مانند بخاری و آبگرمکن استفاده کرده است . ولی به تدریج با گسترش شهر نشینی وفرهنگ آپارتمان نشینی و ایجاد انواع ساختمانهای مسکونی و تجاری و اداری و همچنین لزوم توجه بیشتر به مصرف بهینه و اقتصادی سوخت ، باعث گردید سیستمهای مختلف گرمایشی مانند : سیستم حرارت مرکزی ، انواع پکیج یونیت های آپارتمانی ، سیستمهای حرارت تشعشعی و …  مورد توجه بیشتری قرار گرفته و در زمینه بهبود کیفیت و سهولت بهره برداری و نگهداری از آنها اقدامات موثری انجام شده است که از آن جمله می توان تولید و ساخت انواع دیگهای حرارت مرکزی که در ساختمانها و مراکز مختلف صنعتی بسته به شرایط اقتصادی وفنی مورد استفاده قرارمی گیرند ، را نام برد .

دیگهای آب گرم که تولید و بهره برداری ازآنها قدمتی چندین ساله دارد ، در انواع مختلف به صورت عمده با استفاده از فولاد و یا چدن ساخته شده است و برای تولید آب گرم مورد نیاز ، در محلی به نام موتورخانه نصب و بکار گرفته می شوند .

ب – ديگ بخار و جايگاه آن دريک نيروگاه حرارتی :

کلمه بویلر از فعل boil به معنی جوشاندن استخراج شده و بویلر به معنی جوشاننده است . درواقع بویلرها نوعی مبدل حرارتی هستند که با گرفتن انرژی حرارتی سوخت و انتقال آن به آب سرد ، باعث تبدیل آب به بخار می شوند .

نیروگاه بخاری از نظر ترمودینامیک یک ماشین حرارتی است که در آن دیگ بخار ، به عنوان منبع گرما کار می کند . گرفتن کار از ماشین حرارتی تنها با منابع دمای بالا و پایین میسّر است . انتقال و افزایش انرژی سیّال عامل که عمدتاً آب خالص است ، در دیگهای بخار صورت می گیرد . پس دیگهای بخارنیروگاه ها با متعلقات خود نقش اساسی و بارزی در سیکل حرارتی نیروگاه ها ایفا می کنند . در واقع می توان گفت که دیگ بخار قلب هر نیروگاه است . لذا شناخت انواع ، عملکرد ، اجزا و نقش تک تک اجزای این سازه بزرگ و مهم ، کمک شایانی به به بهره برداری و تعمیرات آن خواهد کرد .در اینجا بایستی با یک واژه درباره بویلرها آشنا شویم و آن سطح تبادل حرارتی یک بویلر است .

سطح گرمایش ( ( heating surface یا سطح تبادل حرارتی یک بویلر عبارت است از مساحت سطحی که در معرض محصولات احتراق قرار دارد .

در این پروژه ابتدا طبقه بندی انواع بویلرها را ذکر خواهیم کرد . بویلرها   طبقه بندی های گوناگونی دارند. بویلرها را می توان بر اساس جنس ، فشار،  درجه حرارت ، شکل ، نوع سوخت و … طبقه بندی کرد .

فصل اول :

طبقه بندي بويلرها

طبقه بندی بويلرها :

بویلرها طبقه بندیهای مختلفی دارند که در زیر به آنها اشاره شده است :

1-1- طبقه بندی از نظر مصارف بویلر:

بویلرها را از نظر نوع مصرفی که در صنایع مختلف دارند ، می توان دسته بندی کرد : بعضی از آنها برای تولید انرژی الکتریکی بکار می روند و برخی دیگر برای تهیه آب داغ یا بخار خشک و اشباع ساخته می شوند . در صنایع حمل و نقل ( زمینی یا دریایی ) به طرحهای خاصی از بویلرها نیاز است . همچنین در جوار واحدهای عظیم بخارساز نیروگاهی ، بویلرهای خاصی به عنوان بویلر کمکی نصب می شوند .

1-2- طبقه بندی از نظر فشار سیکل آب و بخار :

از نظر فشار کاری عموماً سه نوع بویلر وجود دارد :

1)      بویلرهای مینیاتوری با حد اکثر فشار 7 bar جهت تولید آب داغ یا بخار خشک و اشباع  با حد اکثر سطوح تبادل حرارتی 2m²

2)      بویلرهای کم فشار که برای تولید آب داغ و بخار خشک و اشباع به کار می روند ، که اگر این بویلرها برای تولید آب داغ بکار روند ، طبق استانداردهای ASME برای حد اکثرفشار 10bar و دمای 120˚c ساخته می شوند .

3)      بویلرهای قدرتمند ( ( power boilers که برای تهیه بخار اشباع یا بخار داغ با فشار بالاتر از 12bar ساخته می شوند . اغلب بویلرهای نیروگاهی از این نوع هستند .

1-3-  طبقه بندی از نظر مصالح صنعتی و متالوژیکی :

انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME ) در این مورد استانداردهای دقیق و مبسوطی دارند که طبق آن ، بویلرهای قدرتمند از انواع فولادهای کم کربن ، آلیاژی و پر آلیاژی ساخته می شوند . همچنین بویلرهای کم فشار از چدن یا فولاد و بویلرهای مینیاتوری از مس یا فولادهای ضد زنگ ساخته می شوند .

1-4-  طبقه بندی از نظر سطوح تبادل حرارتی :

این طبقه بندی از طرف انستیتو بویلرهای فولادی آمریکا(، ( SBIبرای بویلرهای فولادی کم ظرفیت غیر نیروگاهی صورت گرفته که آنها را به سه دسته تقسیم می کنند :

1)        از13m² تا 350m² سطح تبادل حرارتی ، با خروجی 648 تا 18810kj

2)        سطح تبادل حرارتی از 2m²تا  30m² با خروجی حد اکثر 1880kj

3)        بویلرهای با سوخت فسیلی حد اکثر با خروجی 1880kj

 البته روشن است که سطوح تبادل حرارتی بویلرهای نیروگاهی بسیار بیش ازاین مقادیر است .

1-5-  طبقه بندی از نظر محتوای لوله ها :

1) دیگهای بخار فایر تیوب ( fire tube) : بویلرهایی که در آنها آتش و گازهای حاصل از احتراق از درون لوله ها جریان می یابد و سیال انرژی گیرنده ( آب ) در خارج لوله ها می جوشد .

2) دیگهای بخار واتر تیوب ( water tube) : بویلرهایی که در آنها سیال انرژی گیرنده ( آب ) در درون لوله ها جریان دارد و محصولات احتراق در بیرون از لوله ها حرکت می کنند .

بویلرهای فایر تیوب بخارساز حد اکثر برای فشار17bar و با خروجی 11.3m³/hr ساخته می شوند ، اما بویلرهای واتر تیوب حتی برای فشارهای فوق بحرانی آب و تناژهای بسیار بالا طراحی و ساخته می شوند .

1-6-  طبقه بندی از نظر فشار کوره بویلر:

اگر فشار داخل کوره بویلر مد نظر باشد ، از این نظر بویلرها به سه دسته تقسیم می شوند : بویلرهای تحت فشار ، بویلرهای با فشار اتمسفریک و بویلرهای تحت خلا .

بایستی به این نکته اشاره کرد که نوع کوره یک بویلر از نظر فشار درون آن ، در پیدایش لوازمی نظیر دمنده هوای احتراق و مکنده دود و گازها دخیل است . همچنین با توجه به فشار کوره ، سیستم تخلیه گازها از دودکش متغیر خواهد بود .

1-7-  طبقه بندی از نظرنوع احتراق :

بویلرها از نظر نوع احتراق به دو دسته تقسیم می شوند : بویلرهای با احتراق درونی و بیرونی .

در بویلرهای با احتراق درونی ، کوره دارای مشعل و لوازم لازم برای احتراق خواهد بود . اما در بویلرهای با احتراق بیرونی ، ماحصل محصولات احتراق سیستمهای دیگر تخلیه شده و از انرژی آ نها برای جوشاندن آب استفاده می گردد ، مانند سیکلهای ترکیبی .

1-8-  طبقه بندی از نظرمنبع انرژی بویلر :

انرژی مورد تبدیل در بویلرها ممکن است از احتراق سوختهای فسیلی تامین شود . همچنین این امکان وجود دارد که تامین حرارت سیال عامل را تحولی شیمیایی غیر از احتراق به عهده گیرد . در برخی از بویلرها انرژی الکتریکی عامل افزایش دمای سیال عامل می باشد . حتی ممکن است این انرژی از منابع انرژی هسته ای تامین گردد . در این صورت ساختار بویلرها تفاوت های عمده ای با یکدیگر خواهند داشت .

1-9-  طبقه بندی از نظرنوع سیال عامل :

سیال عاملی که دربویلرها موجب جذب حرارت می شود ومی جوشد ، ممکن است آب ، بخار آب یا جیوه باشد .

1-10-  طبقه بندی از نظرنوع سیرکولاسیون سیال عامل :

بویلرها از این نظر به سه دسته تقسیم می شوند :

1)      بویلربا سیرکولاسیون طبیعی : که در این صورت نیروی ایجاد شده از اختلاف دانسیته سیال عامل قبل از انتقال حرارت و بعد از آن ، عامل سیرکولاسیون خواهد بود . البته این نیرو باید به اندازه ای کافی باشد که باعث افت سرعت سیال به هنگام گرفتن انرژی حرارتی نشود و جدایش بخار اشباع از آب جوشان در داخل درام به زحمت نیفتد .

2)      بویلر با سیرکولاسیون اجباری : که دراین حالت عامل حرکت سیال ، مولد های خارجی ( boiler circulating pumps ) خواهند بود . پس در این نوع سیرکولاسیون محدودیت فشار برای سیال منتفی می شود .

3)      بویلر با سیرکولاسیون مختلط : ممکن است بویلری برای تولید بخار داغ در دو حوزه فشاری کار کند که در آن صورت ، در فشار پایین ، هنگامی که نیروی حاصل از اختلاف دانسیته ها کافی باشد ، سیرکولاسیون طبیعی ، و هنگام  افزایش تناژ بویلر( افزایش فشار) سیرکولاسیون اجباری می شود.

1-11-  طبقه بندی از نظرنام سازنده بویلر :

نام سازنده بویلر یا ابداع کننده بویلر ، نه تنها از نظر کیفیت طرح ، بلکه از نظر شکل ، سیرکولاسیون و … می تواند برای مصرف کننده مشکل گشا باشد . در شکل زیر ، شش طرح بویلر با نام سازنده آنها آمده است . برای مثال ، Lamont یک بویلر درام دار و زیر نقطه بحرانی است ، اما Benson یک بویلر بدون درام و بالای نقطه بحرانی است .

1-12-  طبقه بندی از نظرشکل و موقعیت لوله های بویلر :

بویلرها از این نظربه سه دسته تقسیم می شوند : بویلر با لوله های افقی ، بویلر با لوله های قائم و بویلر با لوله های خمیده .

1-13- تشخيص پارامترهای يک بويلر از روی نمودار :

نمودار1-1 به عنوان کلیدی جهت مشخص کردن فشار کاری ، تناژ ، نوع سیرکولاسیون ، نوع بخار تولیدی و پیدایش باز گرمایش انواع بویلرها عمل می کند :

نمودار1-1 : دياگرام فشار-ظرفيت براي ژنراتورهاي آبي مختلف

فصل دوم :

انواع بويلرها و عملكرد آنها

در اين فصل به بررسی و تشریح دیگهای بخار،ازنظرجنس ( دیگهای چدنی و فولادی ) وازنظرمحتوای لوله ها ( دیگهای فایر تیوب و واتر تیوب )، و همچنین دیگهای پکیج خواهیم پرداخت .

2-1- ديگهای چدنی :

این نوع دیگها از قطعات چدنی مجزایی که به یکدیگر متصل می شوند ، تشکیل می شود که درآنها تعدادی پیچهای فشاری ، واشرها ، مجرای مناسب برای عبور آب و محصولات احتراق بکار رفته است .تعداد پره ها در یک دیگ تعیین کننده اندازه و ظرفیت آن است .

این پره ها می توانند افقی یا عمودی باشند که معمولاً نوع عمودی آن متداول تر است .

شعله مشعل در فضای وسط پره ایجاد شده و گازهای داغ حاصل از احتراق سوخت ، از مجراهای خاصی که برای افزایش بازده دیگ در نظر گرفته شده ، عبور می کنند . برای جلو گیری از برخورد مستقیم شعله با بدنه پره های دیگ می توان با آجر و خاک نسوز داخل دیگ را آجرچینی کرد .

ظرفیت حرارتی دیگهای چدنی معمولاً پایین بوده و حد اکثر در حدود 700000KCal/hr می باشد .در دیگهای با ظرفیت بالا ممکن است هر پره دیگ از دو قطعه تشکیل شود .

برای سیستمهای حرارت مرکزی با ظرفیت حرارتی بالا می توان از دیگهای چدنی به صورت موازی استفاده کرد . دیگهای چدنی اصولاً برای تولید آب گرم طراحی می شوند و کمتر برای تولید بخار استفاده می شوند . این دیگها معمولاً در فشارهای پایین ( 3-5 اتمسفر) قابل استفاده می باشند . برای سیستمهای با فشار بالاتر ، از دیگهای فولادی استفاده می شود .

پره های دیگهای چدنی به وسیله بوشن به یکدیگر متصل می شوند . با توجه به اینکه پره های این دیگها قابل جدا شدن می باشند ، حمل و نقل آنها درمقایسه با دیگهای فولادی به سادگی صورت می گیرد . با افزایش یا کاهش تعداد محدودی از پره های دیگ چدنی می توان ظرفیت حرارتی آن را تغییر داد .

دیگهای چدنی در مقابل زنگ زدن و خوردگی بسیار مقاوم هستند ، اما ، مشکل اصلی آنها پیدایش ترک در جداره پره هاست که به ترکیدن دیگ معروف است . با توجه به اینکه جوشکاری چدن مشکل است ، اغلب ترک برداشتن پره منجر به تعویض آن می شود که این خود با مشکلاتی از جمله باز کردن اتصالات دیگ ، تعویض پره ، بستن دیگ و مسائل آب بندی  دیگ همراه است .پیدایش ترک بر روی پره های دیگ می تواند به علل زیر باشد :

  • برخورد مستقیم شعله به جدار پره و ایجاد تنشهای حرارتی .
  • ایجاد رسوب در روی سطح داخلی پره ها و در نتیجه افزایش زمان کار مشعل و تولید شعله در محفظه احتراق دیگ .
  • فشار زیاد آب داخل دیگ .
  • گرم و سرد شدن ناگهانی دیگ .

دیگهای چدنی ممکن است ازنوع dry base(که درآنها مشعل درقسمت زیرین قراردارد ) ، wet base ( که در آنها مشعل توسط مجراهای آب محاصره شده است ) ویا wet leg

 ( که در آنها قسمتهای بالایی و پهلویی مشعل توسط مجراهای آب در برگرفته شده است ) ساخته شوند .در مجموع دیگهای آبگرم چدنی با دارا بودن دوام بیشتر ، قابلیت افزایش ظرفیت دیگ و فشار پایین نسبت به سایر انواع دیگها ، مناسبتر می باشند .

دیگهای چدنی بزرگ در محل موتورخانه جمع و به مرحله بهره برداری می رسند ، اما دیگهای چدنی کوچکتر را می توان درکارخانه تولید کننده ، مونتاژ، تست و بسته بندی کرد .

در شکل 2-1 نمونه ای از قطعات تشکیل دهنده یک دیگ چدنی نمایش داده شده است :

                                        شكل 2-1 : قطعات تشكيل دهنده يك ديگ چدني

2-2- ديگهای فولادی :

این دیگها بیشتر برای تولید آب داغ ( تحت فشار ) و بخار و اغلب در ظرفیت های بالا ، استفاده می شوند . این دیگها بطور یکپارچه روی یک شاسی ساخته می شوند و بنابراین حمل و نقل آنها بسیار مشکلتر از دیگهای چدنی است . در ساخت دیگهای فولادی از تعداد زیادی لوله های فولادی خاص استفاده می شود .

دیگهای فولادی خود به دو نوع تقسیم می شوند :

  • دیگهای Water Tube که در آنها آب در داخل لوله و آتش در اطراف لوله قرار دارد . این نوع دیگها در ظرفیتهای بالا ( تا 60000000Btu/hr تولید بخار تحت فشار 6000Psi ) ساخته می شوند .
  • دیگهای Fire Tube که در آنها آتش در داخل لوله و آب در اطراف لوله قرار دارد و گرم می شود . این نوع دیگها در ظرفیتهای متوسط ( 6000000Btu/hr تولید بخار تحت فشار 6000Psi ) تولید می شوند .

عیب مهم دیگهای فولادی زنگ زدگی به ویژه در محل اتصال لوله ها با صفحات فولادی دو انتهای دیگ است . خوردگی لوله ها و صفحات فولادی موجب کاهش عمر دیگ می شود . از مشکلات دیگر این دیگها ( بویژه دیگهای از نوع تولید بخار ) ، امکان رسوب گرفتن سطوح مجاور با آب دیگهاست . برای جلوگیری از آن لازم است از دستگاههای سختی گیر با کنترل دقیق استفاده می شود .

در دیگهای فولادی نیز مانند دیگهای چدنی می توان از طرحهای dry base ، wet base  ، wet leg استفاده کرد .

اکثر دیگهای فولادی کوچک که برای گرمایش ساختمان استفاده می شوند ، از نوع dry base با لوله های آتشخوار عمودی می باشند ، اما در دیگهای بزرگتر معمولاً لوله های آتشخوار و لوله های آب بصورت افقی یا مورب قرار دارند .

همانطور که در بحث دیگهای فولادی به آن اشاره شد ، این نوع دیگها خود به دو دسته تقسیم می شوند : دیگهای واتر تیوب و دیگهای فایرتیوب. حال در اینجا به شرح و بررسی این نوع دیگها می پردازیم :

2-2-1- تاریخچه و عملکرد بویلرهای فایر تیوب :

بویلرهای فایرتیوب مبدلهای حرارتی از نوع پوسته و لوله ای هستند که سیال گرم ( گازهای ناشی از احتراق سوخت ) آنها در لوله های مبدل و سیال سرد ( آب ) آنها در پوسته مبدل قرار دارد . این گونه بویلرها تنها توانایی تولید بخار در دما و فشار اشباع آب را دارند .این بویلرها در صنایعی که احتیاج به بخار آب در دما و فشار نه چندان بالایی دارند ، مانند کارخانه های شیمیایی ، پالایشگاههای نفت ، صنایع فولاد ، صنایع دارویی ، صنایع غذایی و … بکار می روند .بویلرهای فایرتیوب نسبت به نوع واترتیوب ، به ازای مقدار بخار تولیدی و فشار خروجی مشخص ، از قیمت پایین تری برخوردارند .

بویلرهای اولیه از این نوع را که جیمز وات در سال 1788 اختراع کرد ، بصورت محفظه های آهنی استوانه ای شکل ساخته می شدند . درون این محفظه ها با آب پرشده و بدنه آنها بر روی یک کوره نصب می شد . گازهای حاصل از احتراق سوخت در کوره توسط مجراهای تعبیه شده در اطراف محفظه جریان می یافتند و بدین ترتیب انرژی گرمایی خود را به آب درون محفظه منتقل می کردند . از جمله معایب این سیستم را می توان ته نشین شدن ناخالصیهای موجود درآب ، در کف بویلر نام برد . این رسوبات به صورت عایق حرارتی عمل کرده و باعث کاهش انتقال حرارت بین گازهای داغ حاصل از احتراق و آب درون بویلر می شد که این امر از طرفی باعث افت دمای آب بویلر و از طرف دیگر باعث افزایش دمای جداره زیرین بویلر و در نتیجه ایجاد تنش حرارتی در این قسمت و در نهایت ترکیدن بویلر می شد .

 

شكل 2-2 : نماي يك نوع بويلر فايرتيوب اوليه

ترویتیک انگلیسی و واوان آمریکایی اولین کسانی بودند که احتراق داخلی بویلرها را مطرح کردند . بویلر پیشنهادی آنها یک استوانه تحت فشار بود که یک کره استوانه ای شکل را درون خود جای می داد . گازهای داغ ناشی از احتراق سوخت در کوره ، توسط مجرایی که در قسمت زیرین بویلر قرار داشت به سمت جلوی بویلر فرستاده شده و سپس از طریق مجرای دیگری دوباره به سمت عقب بویلر حرکت کرده و نهایتاً از طریق دودکش از بویلر از بویلر خارج می شدند . بدین ترتیب آب درون بویلر که این مجراها را احاطه کرده بود ، با گرفتن انرژی حرارتی لازم به بخار اشباع تبدیل می شد . مشکل ته نشین شدن و رسوب ناخالصیهای موجود در آب در این نوع بویلرها نیز وجود داشت ولی از آنجا که در این نوع بویلر ، رسوب تشکیل شده در معرض تماس مستقیم با شعله کوره قرار نداشت ، میزان تنشهای حرارتی ناشی ازآن به مراتب از نوع اولیه کمتربود .بهر حال این مشکل سالیان متمادی وجود داشت تا اینکه دانشمندان توانستند روشهای شیمیایی تصفیه آب را بوجود آورند .

در سال 1844 فریبرن ( Fairbairn ) و هترینگتون ( Hetherington ) بویلری مشابه بویلر فایر تیوب ترویتیک ( Trevithick ) ساختند، با این تفاوت که بویلر آنها مجهز به دو کوره جهت احتراق سوخت بود . حجم بزرگتر این بویلر امکان تولید بخار بیشتری را فراهم می کرد .

استفاده از این بویلرها تا سال 1950 ادامه یافت ، تا اینکه با پیشرفت صنعت بخار ، این بویلرها توسط نوع دیگری که شامل لوله های متعدد برای عبور گازهای حاصل از احتراق بودند ، جایگزین شدند . این بویلرها که در انگلستان به بویلرهای اقتصادی ( Economic ) و در آمریکا به بویلرهای اسکاچ ( Scotch ) مشهور بودند ، بر این اساس که هرچه سطح تبادل حرارت بین گازهای داغ و آب بیشتر باشد به همان میزان می توان انرژی بیشتری را از مقدار مشخص سوخت دریافت کرد ، ساخته شدند . این بویلرها نسبت به انواع قبلی به ازای خروجی بخار یکسان از حجم کوچکتری برخوردار بودند . شكل 2-3 نمونه ايب از اين بويلرها را نشان مي دهد .

شكل 2-3 : ديگ هاي اقتصادي ، الف) دوكاناله ، ب) سه كاناله

بویلرهای فایرتیوب اولیه به منظور استفاده هرچه بهتر از فضای در دسترس دارای سطح مقطع مستطیل شکل بودند که تمرکز تنش ناشی از فشار درونی بویلر در گوشه های آن در بسیاری از موارد باعث ترکیدن بویلر می شد .

 یکی دیگر از مشکلات بویلرهای اقتصادی مسئله تنشهای حرارتی جداره انتهایی بویلر بود. این جداره هم در معرض گازهای خروجی از کوره و هم در معرض گازهای خروجی از لوله های گذر دوم قرار داشت که اختلاف دمای موجود بین این گازها باعث ایجاد تنش حرارتی روی دیواره و ایجاد ترک و نشتی از آن می گشت .

کارخانه لینکلن (  Lincoln )، با ساختن بویلری که جدار انتهایی آن از دو فلز به جنسهای مختلف تشکیل شده بود ، توانست این مشکل را از بین ببرد .

پس از جنگ جهانی دوم و توصعه صنعتی کشورها ، تکنولوژی ساخت بویلرها نیز متحول گشت و بویلرهای ساخته شده از آن پس پکیج هایی هستند که دارای اجزای مختلفی مانند مشعل ، پمپ ، سوپاپهای اطمینان و فن هستند و راندمان آنها به ازای خروجی یکسان بهبود یافته است . در شكل 2-4 یک نمونه از بویلرهای فایر تیوب جدید را ملاحظه می کنید :

 

شكل 2-4 : برشي از يك بويلر فايرتيوب امروزي

2-2-1-1- انواع بويلرهاي فايرتيوب :

اين نوع بويلرها را به دو دسته طبقه بندي مي كنند :

  1. بويلرهاي با كوره در بيرون ( External Furnace Steel Fire tube Boilers ) :

در اين نوع بويلرها ، كوره در بيرون رديف لوله هاي آتش (Fire Tubes ) قرار دارند و گازهاي حاصل از احتراق سوخت از درون لوله ها گذر مي كند . اين نوع بويلرها در سه نوع زير ساخته مي شوند :

  • Horizontal Return Tubular ( H.R.T. ) :

اين نوع كه بيش از سايرين مورد مصرف قرار مي گيرد ، داراي ماكزيمم فشار كاري 14bar و ماكزيمم بخاردهي 11.5m³/hr است . راندمان آن غالبا 70% و نرخ توليد بخار به واحد سطح ، از 15 الي 25 كيلوگرم در ساعت مي باشد .

  • Short Fire Box
  • Compact
  1. بويلرهاي با كوره دردرون (  Internal Furnace Steel Fire tube Boilers ) :

       اين گونه بويلرها را در سه تيپ مي سازند :

  • Horizontal Tubular كه خود داراي چهار نوع زير است :

–  Locomotire Boilers با حد اكثر فشار كاري 17bar و ماكزيمم بخاردهي 6.8m³ بخار اشباع است .

–  Short Fire Box Boilers

–  Compact Boilers كه داراي ظرفيت بخاردهي 0.2 الي 5.6 متر مكعب در ساعت بخار است .

–  Scotch Boilers  كه داراي ماكزيمم فشار كاري 17bar و ماكزيمم ظرفيت بخاردهي 6.8m³/hr است . اين نوع بويلرها را در دو تيپ Dry back و Wet back مي سازند . اگر پشت كوره اين بويلر با مواد نسوز پوشانده شود ، آن را Dry back و اگر با آب احاطه شود آن را Wet back گويند .

  • Vertical Tubular : كه داراي بخاردهي 1.5m³/hr در فشار نهايي 17bar است .
  • Residental Boiler : كه در تيپ هاي لوله افقي و قائم جهت توليد آب داغ ساخته مي شوند و در هر ساعت حداكثر تبادل حرارتي ممكن 13500BTU است و نوع لوله قائم آن براي توليد 0.5m³/hr بخار اشباع ساخته مي شود .

2-2-2- تاریخچه و عملکرد بویلرهای واتر تیوب :

بویلرهای فایرتیوب مبدلهای حرارتی از نوع پوسته و لوله ای هستند که سیال سرد ( آب ) آنها در لوله های مبدل و سیال گرم ( گازهای ناشی از احتراق سوخت ) آنها در پوسته مبدل قرار دارد .دراین نوع بویلرها برخلاف بویلرهای فایرتیوب ، بخار آب می تواند به دما و فشار بیشتر از حد اشباع خود رسیده و مافوق گرم ( Super Heat ) شود .

درواقع محدودیت های بویلرهای فایرتیوب از نظر تولید بخار پرفشار و دما بالا ، مانند بخاری که برای به گردش در آوردن توربین های بخار نیروگاهها لازم است ، باعث مطرح شدن این نوع بویلرها شده است .

طراحی اولیه بویلرهای واترتیوب به اواخر قرن 18 و اوایل قرن 19 میلادی بر می گردد . ولی بدلیل در اختیار نبودن لوله ها و موادی که قادر به تحمل فشار بالای این بویلرها باشند ، این طرحها هرگز به مرحله اجرا در نیامدند .

استفان ویلکاکس ( Stephen Vilcox ) و جرج بابکوک ( George Babcock ) را می توان پیشگامان طراحی بویلرهای واترتیوب به شکل امروزی دانست . شکل 2-5 بویلر طراحی شده آنها در سال 1877 را نشان می دهد .

 

شكل 2-5 : نمايي از بويلر واترتيوب طراحي شده توسط استفان ویلکاکس و جرج بابکوک

همانگونه که در شکل 2-5  نشان داده شده ، لوله های حاوی آب بصورت مایل قرار گرفته اند و انتهای دو سر آنها توسط دو مجرا به محفظه استوانه ای شکلی به نام درام ( Drum ) متصل شده اند . بخار تولید شده در لوله های بویلر قبل از اینکه به مصرف کننده برسد ، وارد درام می شود تا ذرات آب موجود در بخار آب گرفته شود .

سطح تبادل حرارت در این بویلر از تعدادی لوله به قطر تقریبی 75mm تشکیل شده است . تعدادی از این لوله ها در معرض مستقیم شعله احتراق و بقیه در معرض گازهای داغ ناشی از احتراق قرار دارند . برای هدایت این گازها در اطراف لوله ها از تعدادی تیغه ( Baffle ) استفاده می شود ، این تیغه ها با اصلاح مسیر حرکت گازها باعث افزایش سطح انتقال حرارت و در نتیجه افزایش راندمان بویلر می شوند .

به این ترتیب در این نوع بویلر حرارت گازهای حاصل از احتراق از طریق گروهی از لوله ها که سطح مقطع آنها در مقایسه با قطر پوسته بویلر فایرتیوب نسبتاً کوچک می باشد ، به آب داده می شود . این امر امکان افزایش بخار تولیدی را میسر می سازد .

با افزایش نیاز به مصرف لخار فشار بالا ، طراحی بویلرهای واتر تیوب نیز تغییر کرد . بویلر واترتیوب با چند درام و نوع واتروال ( Water Wall )، از انواع طراحی شده بعدی محسوب می شوند . در نوع واتروال آب درون لوله های قائمی که محفظه احتراق را احاطه کرده اند ، به سمت بالا در جریان است . آب درون لوله ها با گرفتن انرژی گرمایی گازهای حاصل از احتراق به بخار تبدیل می شود . این لوله ها از یک انتها به آب تغذیه بویلر و از انتهای دیگر به یک درام متصل هستند . این بویلرها قابلیت تولید بخار با فشار اشباع 100bar و بیشتر را دارا می باشند .در شكل هاي 2-6 و 2-7  نمونه های دیگری از بویلر های واترتیوب نشان داده شده است .

شكل 2-6 : نمونه اي از بويلرهاي واترتيوب جديد

 

شكل 2-7 : نمونه ديگري از بويلرهاي امروزي

2-2-2-1- انواع بويلر هاي واتر تيوب :

اين نوع بويلر ها به دو دسته طبقه بندي مي شوند :

  1. Horizontal Straight Tube Boilers : اين نوع بويلر ها داراي بخار دهي 13.5m³ براي هر متر عرض بويلر است و ابعاد آن از دو متر عرض ، 5 متر ارتفاع ، 5متر عمق تا 5متر عرض ، 5متر ارتفاع و 7متر عمق تغيير مي كند .
  2. Bont Tube Boilers : بخاردهي اين نوع بويلرها از نوع اول بيشتر بوده و تا ميزان 7m³ براي هر متر عرض ، بخار توليد مي كند . اين نوع بويلرها را طبق شكل    در سه تيپ A ، O ، D شكل مي سازند .

محسنات بويلرهاي واتر تيوب نسبت به بويلر هاي فاير تيوب از اين قرار است :

  • امكان دستيابي به فشارهاي بالا و در نتيجه جذب حرارت بيشتر توسط سيال عامل .
  • بيشتر بودن سطوح تبادل حرارتي به علت نامحدود بودن حجم وابعاد كوره بويلر كه در نتيجه ، با افزايش سطوح ، نرخ جذب حرارت زياد و بخاردهي بيشتر مي شود .
  • به علت بزرگ بودن كوره ، امكان دستيابي به فلاكس حرارتي بالا بدون خسته شدن و اكيپ           ديدن لوله ها وجود دارد .
  • راندمان بالاتر از 90% ، در صورتي كه در بهترين طرح هاي بويلرهاي فاير تيوب راندمان بيش از 80% نيست .

2-3- بويلرهاي نيروگاهي و انواع آنها :

بويلرهاي نيروگاهي از نوع بويلرهاي واتر تيوب ، با لوله هاي فولادي و خميده ساخته مي شوند و ممكن است سيركولاسيون سيال عامل آن به صورت طبيعي يا اجباري ( تحت فشار ناشي از پمپ كردن ) باشد .

چگالي آب بعد از گرفتن حرارت ديگ گرم شده ، كاهش مي يابد . كاهش دانسيته نيرويي پديد مي آورد كه به نام نيروي ترمو سيفون مشهور است .

در فشار 34bar ، نسبت دانسيته آب اشباع به بخار اشباع 50 به 1 است . هر قدر فشار بالا مي رود و به نقطه بحراني آب ، يعني به فشار 220bar مي رسد ، اين نسبت كاهش مي يابد و در نقطه بحراني 1 به 1 مي شود . از اين رو در فشارهاي پايين اختلاف دانسيته زياد است و مي تواند باعث سيركولاسيون طبيعي شود .

با توجه به جدول شماره    و شكل شماره    نتيجه مي گيريم كه مي توان تا حوالي فشارهاي 170bar از سيكل هاي طبيعي استفاده كرد . اما چند عامل اساسي وجود دارد كه با بزرگ شدن واحدهاي نيروگاهي بايستي بخارسازها ( بويلرها ) را به سوي سيركولاسيون اجباري سوق داد .

در اينجا به شرح ديگهاي بخار با سيركولاسيون طبيعي و اجباري و انواع آنها مي پردازيم :

2-3-1- ديگ هاي بخار با سيركولاسيون طبيعي :

1-    با افزايش فشار سيستم ، اختلاف دانسيته آب اشباع در پايين آورنده هاي آب تحت اشباع ( Down Comers )و مخلوط دو فازه در ديواره هاي آبي ( Water Walls ) كم مي شود و اختلاتف ارتفاع استاتيكي ، براي ايجاد رانش سيال بسيار كاهش مي يابد . به همين دليل سيركولاسيون مختل و سيال با سرعت بسيار كمي جاري مي شود و اشكال هاي اساسي در انتقال حرارت سيال درون لوله ها به وجود آمده ، ر‍ژيم هاي جريان به سرعت عوض مي شوند و پايدار نمي مانند و همچنين به علت سرعت كم سيال ، اين دو عامل باعث مي شود كه توليد بخار به سرعت بالا رود ( Flash Off ) و لوله ها در معرض سوختن ( Over Heat ) قرار گيرد .

اما شايد مهمترين مشكل ، جدايش آب و بخار اشباع در داخل درام باشد . زيرا در فشار بالا آب و بخار تمايل كمتري به جدا شدن از همديگر  دارند و در نتيجه ، سيستم از بخار دهي خواهد افتاد .

2-     براي آسيب نرسيدن به لوله ها و داشتن رژيمي پايدار از نظر انتقال حرارت به سيال داخل لوله ها ، داشتن حداقل سرعت مناسب براي سيال در سيركولاسيون طبيعي از مسائل حياتي است . از اين رو سرعت گذر سيال در سيركولاسيون طبيعي ، حساسيت مضاعفي دارد و تغييرات سرعت سيال درون لوله ها خود تابع عواملي چون شار حرارتي ، نرخ انتقال حرارت ، طول لوله ها ، قطر لوله ها و ضريب صافي سطح داخل لوله ها مي باشد .

3-    اگر بخواهيم راندمان واحد بخار ساز را بالا ببريم ، بايد طبق قانون دوم ترموديناميك دو كار را تجربه كنيم : يا دماي منبع سرد را پايين بياوريم و يا دماي منبع گرم را بالا ببريم . افزايش دماي منبع گرم ( دماي كوره ) ميسر است ، امابستگي تامي به فشار دارد . يعني در فشارهاي بالا مي توان دماي منبع گرم را بيشتر بالا برد . از اين رو لازم است براي بارگيري بيشتر از يك ديگ بخار ، آن را به سمت فشارهاي بالا ( نقطه بحراني آب ) سوق داد . البته در آن صورت بايد از سيركولاسيون اجباري استفاده كرد .

بعضي از سازندگان واحدهاي بخار ساز ، سيكل هاي اجباري را از 122.5bar به بالا پيشنهاد مي كنند ، اما بعضي ديگر سيكل هاي طبيعي را تا حوالي فشار 183.6bar عملي و اقتصادي مي دانند . اما دسته سومي هستند كه مرز سيركولاسون طبيعي و اجباري را 170bar دانسته ، در طرحهاي خود بدان وفادارند .

2-3-2- ديگ هاي بخار با سيركولاسيون اجباري :

اين نوع ديگ ها خود داراي دو طرح اساسي هستند :

2-3-2-1-  بويلر با سيركولاسيون اجباري و زير نقطه بحراني با درام :

اين طرح ها را از 156bar الي 190bar مي سازند . در اين نوع طرح ها عامل سيبركولاسيون و چرخش آب ، پمپهاي ديگ بخار ( Boiler Circulation Pumps ) هستند ، داشتن سرعت كافي براي سيال در لوله ها هنگام انتقال حرارت ، عدم تغيير رژيم هاي انتقال حرارت و مسائل هيدروديناميكي سيال ، جدايش سريع بخار از آب در داخل درام ،؛ توليد بخار انبوه و قابل دسترس در تغييرات سريع بار ، راندمان بالا به خاطر امكان افزايش دماي منبع گرم ( كوره ) ، كنترل بهينه شيمي آب ، پاسخ سريع به نيازهاي توربين و … از مزاياي انكار ناپذير اين گونه طرح ها هستند . امروزه اين واحدهارا تا مرز 2000ton/hr بخار داغ طراحي كرزده و ساخته اند .

مسئله قابل اهمييت در اين نوع سيركولاسيون ها ، نسبت سيركولاسيون است . زيرا در سيكل بايد هميشه آب اضافي موجود باشد و بطور مداوم در مداري بسته حركت كند . بنا به تعريف  :

Circulation Ratio = 1/x

كه در آن x كيفيت بخار ناميده شده و عبارتست از مقدار بخار در يك كيلوگرم از مخلوط دو فازه آب و بخار براي مثال ، اگر كيفيت نهايي بخار در واحد درام داراي 0.2 باشد ، نسبت سيركولاسيون چنين سيستمي 5 خواهد بود و آن بدين معني است كه بايد در هر ساعت ، 5 برابر بخار داغ خروجي از بويلر ، آب در سيككل به وسيله پمپ هاي سيركولاسيون جريان يابد .

در اين نوع طرح ها براي سرعت بخشي به سيركولاسيون پايين آورنده ها را خارج از كوره نصب مي كنند يا به عبارتي ، آن را آديابات در نظر مي گيرند تا از اختلاف دانسيته سيال درون آنها در ديواره هاي آبي نيز در امر سيركولاسيون سود برند . اين امر سه نقطه مثبت به همراه دارد :

1-    به نيروي رانشي  ( Boiler Circulation Pumps  ) كمك مي شود .

2-    لوله هاي Down Comers در معرض تنش هاي حرارتي قرار نمي گيرند .

3-    حجم متناسب كوره حفظ مي شود .

2-3-2-2-  بويلر با سيركولاسيون اجباري زير نقطه بحراني و يكبار گذر :

در اين طرح ، پمپ آب تغذيه سيال عامل را به جلو مي راند و آب در گذر از لوله هاي طويل ، در اثر انتقال حرارت ، گرم شده و بخار مي گردد . در حقيقت ، با افزايش سطوح انتقال حرارت و طويل گرفتن مناطق تغيير فاز ، حرارت جذب شده توسط سيال زياد مي شود و رژيم جريان سيال از آب به بخار اشباع مي گردد و آنگاه بخار داغ تغيير مي كند . به علت جاري نكردن آب راضافي ، ديگر نيازي به وجود درام ، بدان صورت كه در طرح قبلي پيش بيني مي شد ، نيست . شكل هاي    و   شماتيك ساده اي از اين نوع سيكل ها را ارائه مي كنند .

چنانچه از شكل شماره     پيداست ، پمپآب تغذيه سيال را به سمت اكونومايزر مي راند . سيال تا حوالي دماي اشباع  فشار اكونومايزر گرم مي شود ، سپس وارد منطقه انتقالي ( Transition Section ) مي گردد كه آن را اواپراتور مي ناميم . سيال بعد از تبخير وارد مخزني بنام جدا كننده ( Separator ) شده و در آنجا قطرات آب از بخار جدا مي شود . آنگاه بخار با كيفيت 100% ( x = 1 ) به سوي سوپرهيتر روانه مي شود و بعد از داغ شدن به طرف توربين فشار بالا (  High Pressure Turbine ) مي رود . وجود جداكننده در اين طرح ها حياتي است ، زيرا در واحد هاي درام دار امكان بهينه سازي آب در درام با عمل تخليه آب ( Blow Down ) ميسر بود ، اما در واحدهاي يكبار گذر چون مقدار آب تزريق شده در سيكل زياد نيست و كيفيت سيال از يك منطقه تا منطقه ديگر عوض مي شود ، هر گونه جرم خارجي موجب بروز رسوباتي در اين طرح ها مي گردد .

از آنجا كه طراحان در اين طرح ها به نرم بودن آب ، بهاي بيشتري مي دهند ، در جداكننده پسماند آب اندكي از سيكل تخليه مي شود يا هنگام ماندگاري در سيستم ، به طرف Flash Tank رفته ، ضمن تبخير و پس دادن هواي موجود خود به اتمسفر، به سمت Start up Condensate Tank رفته و قبل از Dearator وارد سيكل شود و اگر آب خيلي نرم نباشد ، از سيستم تخليه مي گردد .

يكي از بهترين طرح هاي يكبار گذر و زير نقطه بحراني انجام شده در ايران ، نيروگاه شهيد سليمي نكا است كه در جدول شماره 2-1  مشخصات آن آورده شده است :

T

In ( H.P.T )

P

In( H.P.T )

ata

P

Economizer

ata

مشخصات بخار \درصد بخار

530

64.1

48.5

154MWe به 35%

530

90.1

114.2

220MWe به 50%

530

134

181.5

330MWe به 75%

530

181

256

440MWe به 100%

جدول 2-1 : مشخصات ترموديناميكي بخارساز نيروگاه شهيد سليمي نكا

چنانكه از جدول شماره 2-1 پيداست ، نقطه در 100% پاريا در 440MW فشار اكونومايزر بالاتر از فشار بحراني است . در اين گونه واحدها براي بارگيري ، بيشتر نياز به افزايش آنتالپي بخار است . چون h تابعي از P و T است . T در ورودي توربين به علت محدوديت متالوژيكي ثابت مي ماند .

2-4- ديگهای پکيج :

دیگهای پکیج یا دیگهای آپارتمانی که در واقع مجموعه ای از تجهیزات یک موتورخانه حرارت مرکزی است ، اغلب از پره های کوچک چدنی تشکیل می شوند . این دیگها همچنین شامل پمپ ، منبع انبساط ، مشعل ، کویلهای آب گرم مصرفی و وسائل کنترل می باشند .

برای ظرفیتهای حرارتی پایین ، در این دیگها از مشعلهای آتمسفریک و برای ظرفیتهای بالا از مشعلهای با هوای اجباری استفاده می شود .

برای استفاده از این دیگها نیازی به موتورخانه نبوده و می توان آنها را داخل آشپزخانه یا مکانهای مشابه نصب کرد .

2-5- نحوه انتخاب ديگ :

برای انتخاب دیگ برای یک ساختمان یا یک نیروگاه و یا هر مکان صنعتی ، بایستی ابتدا ظرفیت حرارتی دیگ آبگرم مورد نیاز را محاسبه کنیم . ظرفیت حرارتی دیگ آبگرم از رابطه زیر به دست می آید :

QB = Q1+ Q2 + aQ1+ bQ1

که در آن Q1 بار حرارتی ساختمان ، Q2 ظرفیت حرارتی آبگرمکن ،a ضریب لوله کشی و b ضریب پیش راه اندازی سیستم است .

ضریب a برای در نظر گرفتن اثر اتلاف حرارت در مسیر لوله های ارتباطی از موتورخانه تا محل وسائل پخش حرارت استفاده شده است .

ضریب b فقط برای ساختمانهای با بهره برداری منقطع که نیاز به گرم کردن سریع دارند ، استفاده می شود .

مقدار ضریب a به فاصله موتورخانه از محل وسائل پخش حرارت ، نوع عایق لوله ها و اینکه چه طولی از لوله ها از محیطهای سرد عبور می کنند ، بستگی دارد و اغلب مقدار آن بین 5 تا 15 درصد انتخاب می شود.مقداری که معمولاً برای ضریب b انتخاب می شود ، حدود 20 درصد می باشد .

البته لازم به ذکر است ، در صورتیکه قرار است ساختمان در آینده گسترش پیدا کند ، لازم است بار آن در محاسبه ظرفیت حرارتی دیگ منظور شود . بطور کلی طراحی موتورخانه ساختمانهایی که پیوسته امکان گسترش آنها وجود دارد ، بصورت مدولار می باشد تا امکان توسعه سیستم به سادگی انجام پذیر باشد .

فصل سوم :

تشريح اجزاي ديگ هاي بخار

تشريح اجزای ديگ بخار :

3-1- مدارهاي عملكرد ديگ هاي بخار :

یک دیگ بخار دارای چهار مدار زیر است :

1)      مدار آب

2)      مدار بخار

3)      مدار سوخت و تجهیزات احتراق

4)      مدار هوا و گازهای حاصل از احتراق

که در هر مدار مذکور دستگاهها و سیستمهای متعددی فعالیت می کنند تا ایجاد بخار داغ و کنترل آن برای بارگیری توسط توربین با اطمینان کافی صورت گیرد .

3-1-1- مدار آب و بخار و اجزای آن :

آب در دیگ به وسیله پمپهای تغذیه دیگ از طریق شیرهای یکطرفه به درون دیگ رانده می شود . شیر یکطرفه مانع پس زدن آب گرم از دیگ می گردد . شیر مورد نظر و دیگر انواع آن را می توان در کتابهای مربوط به شیرها و لوله کشی جستجو کرد . آب در سیستم تغذیه ، بعد از شیرهای یکطرفه به اکونومایزر وارد می شود . در آنجا از گازهای خروجی دیگ مقداری حرارت کسب می کند و سپس وارد درام دیگ  می گردد . شکل های زیر یک نوع درام نیروگاه 400MW را نشان می دهد . درام به مثابه مخزنی است برای انواع دیواره های لوله ای دیگ ،که به عنوان اتاقک جداسازی آب ازبخارنیز ، قبل از آنکه بخار به سوپرهیتر (  Super Heater) برود ، عمل می کند . آب از طریق لوله های پایین رونده از درام دیگ بخار ، به نام مقسم ( Header ) واقع در پایین دیگ بخار می رود . دیواره بویلر متشکل از یک ردیف لوله های نزدیک به هم است که حول اتاق احتراق (کوره ) و دیگر قطعات دیگ قرار گرفته اند تا از حرارت تابشی کوره جلوگیری شود .

دیواره های لوله ای کوره دیگ ، که در معرض آتش ناشی از احتراق سوخت هستند ، به عنوان نواحی عمده بخارسازی به حساب می آیند . به این ترتیب ملاحظه می شود که لفظ دیواره آبی ، به هر حال اسم بی مسمایی است . لوله های دیواره کوره در اصل حاوی مخلوط آب و بخار ( دو فازه ) هستند . وزن مخصوص مخلوط مورد نظر کمتر از وزن مخصوص محتوای لوله های پایین آورنده است ، از این رو مخلوط دو فازه با سرعت به درام وارد می شود تا آب جای آنها را در پایین ترین قسمت دیواره های آبی بگیرد . مخلوط آب و
بخار که وارد درام می شود ، به وسیله سیکلون ها حرکت چرخشی می کند و بخار از آب جدا می گردد . بخار جدا شده پس از عبور از ردیف های خشک کن ها ، قطرات آب خود را پس داده و بصورت اشباع وارد مقسم ورودی سوپر هیتر اولیه ( دما پایین ) می گردد .

در دوره راه اندازی ، قبل از ورود آب تغذیه به دیگ بخار ، امکان راکد ماندن آب در اکونومایزر و داغ شدن بیش از حد آن وجود دارد . برای احتراز از این حالت از درام دیگ تا ورودی اکونومایزر ، از یک ارتباط لوله ای برای به جریان انداختن مجدد آب استفاده می شود . ارتباط لوله ای مذکور از یک لوله پایین رونده ویک شیر جداساز تشکیل می گردد . در برخی از دیگهای بخار ، یک پمپ جریان نیز به کار می رود تا همواره صرفنظر از وزن مخصوص سیالهای موجود در اکونومایزر ، از جریان آب نیز اطمینان حاصل شود .

بخار خشک اشباع  خارج شده از درام ، به اولین طبقه از سوپرهیترها که سوپرهیتردما پایین نام دارد ، وارد می شود . این نوع سوپرهیترها اغلب از نوع تابشی است و به طور مستقیم شعله ناشی از احتراق را می بینند . البته در بعضی از طرحهای دیگر از نوع تابشی نبوده و در معرض گازهای حاصل از احتراق نصب می شوند . دمای بخار در طبقات مختلف سوپرهیترها تا دمای معینی ، که غالباً در واحدهایبخارساز 538˚c است ، بصورت کنترل شده افزایش می یابد .

غالباً بعد از سوپرهیتر دما پایین ، به ترتیب سوپرهیترهای دما متوسط و دما بالا قرار می گیرند . کنترل دما همیشه در خروجی سوپرهیتر دما متوسط و ورودی سوپرهیتر دما بالا در دستگاهی به نام دی سوپرهیتر عملی می شود . در ورودی و خروجی هر سوپرهیتر ، مقسم هایی وجود دارد . مقسم ها برای ایجاد تعادل گرمایی و همچنین تقسیم اصولی دبی سیال به لوله ها ، طراحی و نصب می شوند .

بخار داغ ایجاد شده ، بعد از خروج از مقسم سوپرهیتر دما بالا ، به طرف توربین فشار قوی حرکت می کند و در آن منبسط می شود . بخار انبساط یافته با افت فشار بالا و دمای زیاد مواجه می شود . که غالباً آن را به دیگ بر می گردانند ودر مبدلی به نام باز گرمکن ( Reheater ) دمای آن را بالا می برند .

تحول ترمو دینامیکی فوق در فشار ثابت صورت می گیرد و دمای بخار دوباره تا دمای بخار اصلی بالا می رود . باز گرمکن ها هم ممکن است چند طبقه باشند که به نامهای باز گرمکن دما پایین و دما بالا مشهور هستند . یاد آوری می شود که هنگام روشن کردن دیگ بخار ، جریان گازی از روی باز گرمکن بای پس می شود تا از سوختن باز گرمکن قبل از برقراری امکان تغذیه آن با بخار جلوگیری شود .

در ادامه به تشریح تک تک قسمتهای دیگ بخار می پردازیم .

3-1-1-1- کوره ( ( Furnace :

کوره یک محفظه عایق است که در آن گرمای حاصل از احتراق سوخت مصرفی ازیک منبع دما بالا به یک منبع دماپایین منتقل می شود.

وظیفه اصلی کوره ، تامین و انتقال حرارت معینی به سیال فرآیند تحت درجه حرارتهای بالا می باشد . انتقال حرارت در کوره می تواند در اثر تشعشع و جابجایی صورت گیرد .

بدنه کوره ها از دیواره آب ( Water Wall ) تشکیل شده است که تا نقطه اتصال به درام امتداد یافته است . دیواره آب از تعدادی لوله که محفظه احتراق را احاطه نموده اند ، تشکیل شده است . این لوله ها تقریباً نیمیاز حرارت آزاد شد توسط احتراق سوخت را جذب می نمایند. در این بخش سهم اصلی انتقال حرارت را مکانیزم تشعشع بعهده دارد .

آب ورودی به لوله ها ابتدا به تا دمای اشباع مربوط به فشار نقطه مورد نظر گرم می شود و سپس با ادامه حرکت در لوله ها تبخیر صورت گرفته و یک مخلوط مرطوب حاصل می شود . با حرکت جریان به سمت بالا به دلیل افتهای اصطکاکی و وزن کمتر ستون آب رد بالای هر نقطه مشخص ، فشار کاهش می یابد . در نهایت مخلوط حاصل به درام تخلیه می گردد . شکل 3-1 درام يك نوع بويلر نيروگاهي را نشان می دهد.

 

شكل 3-1 : درام يك نوع بويلر نيروگاهي

3-1-1-2- لوله اصلی تغذيه آب بويلر( Feed Water Pipe ) :

این لوله وظیفه انتقال آب بویلر را به درام بخار( مخزن بخار ) بر عهده دارد و طراحی آن متناسب با ظرفیت بویلر و در شرایط حد اقل سرعت 1m/s و درجه حرارت طراحی برای مواد متناسب با دمای اشباع در فشار طراحی صورت می گیرد .

3-1-1-3- پمپ تغذيه آب بويلر( Feed Water Pump ) :

افزایش فشار هیدرواستاتیکی آب توسط پمپها صورت می گیرد و در طراحی آن ضریب 10٪ اضافی را در نظر می گیرند . بدلیل عملکرد مداوم بویلرها و به لحاظ شرایط و ملاحظات دینامیکی ، معمولاً دو پمپ پیش بینی می شود و همیشه یکی در حالت رزرو ( Researve ) می باشد . فشار خروجی پمپ برابر با فشار طراحی بویلر ( فشار داخل درام بخار) بعلاوه مجموع افت فشار جریان آب در لوله تغذیه آب بویلر و لوله های اکونومایزر است .

3-1-1-4- ری هيترها ( ReHeaters ):

ری هیتر قسمتی از دیگ بخار است که بخار در قسمت فشار بالای توربین ، یا توربین فشار قوی ، پس از اینکه قسمتی از حرارت خود را هنگام انبساط از دست می دهد ، به این قسمت هدایت می شود .

در دیگهای بخار، ری هیترها چون بعد ازسوپرهیترها ودر معرض دود نصب شده اند ، با استفاده از حرارت گازهای احتراق ، درجه حرارت بخار را بالا می برندو معمولاً دمای بخار را به دمای اولیه آن می رسانند .

ترتیب قرار گرفتن و ساختمان یک ری هیتر مانند سوپرهیتر است . در دیگهای بخار جدید و مدرن ، قسمتهای ری هیتر بطور مساوی با قسمتهای سوپرهیترمخلوط است و یا اینکه ممکن است به طور جداگانه، سوپرهیتر ثانویه در مقابل مشعل کوره و ری هیتر در مقابل دیگری باشد . دمای بخار در ری هیترها، به وسیله ری سوپرهیتر ری هیترها کنترل می شود . در شکل 3-2 یک دی سوپرهیتر ری هیتر از یک نیروگاه 400MW و لوله کشی مربوط به آن نشان داده شده است .

 

شكل 3-2 : نمايش شماتيكي يك دي سوپرهيترري هيتر

3-1-1-5- اکونومايزر ( Economizer ):

پس از اینکه گازهای کوره قسمتی از حرارت خود را به لوله های آب یا دیواره های آبی و سوپرهیتر و ری هیترها می دهند ، هنوز مقدار قابل توجهی انرژی حرارتی دارند . اگر این انرژی به همراه گازهای حاصل از احتراق از دودکش تخلیه شود ، از نظر اقتصادی و از نظر راندمان دیگ بخار ، مقرون به صرفه نخواهد بود . به همین جهت از طریق یک اکونومایزر ، از حرارت باقیمانده استفاده می کنند . چون برای صرفه جویی در مصرف ، سوخت این قسمت را به دیگهای بخار اضافه کرده اند ، آن را صرفه جویی کننده یا اکونومایزر لقب داده اند .

اکونومایزر را می توان به عنوان یک هیتر آب تغذیه محاسبه کرد ، زیرا آخرین هیتر آب تغذیه قبل از ورود آن به دیگ بخار است .

اکونومایذر تعدادی لوله های سری دارد که در آخرین مرحله در مسیر گازهای حاصل از احتراق قرار می گیرد و آب تغذیه را گرم می کند . لوله ها به طور جداگانه یا بصورت حجمی قرار گرفته اند و به وسیله یک سری لوله های خمیده کوچک یا زانویی به یکدیگر وصل می شوند . عمده این اتصالات جوشکاری شده است . لوله های خمیده را ، در اصطلاح ، خمهای اکونومایزر می گویند . آب در ابتدا به قسمت تحتانی یا سرد وارد می شود و از لوله ها گذشته به قسمت بالایی که گرمترین قسمت است ، می رسد و آنگاه وارد هدر خروجی آن می شود ، سپس به درام می ریزد .

لازم به ذکر است که لوله های اکونومایزر در قسمت بیرونی یا محیطی دارای فین یا پره هستند ، تا با افزایش سطح تبادل حرارتی  مقدار حرارت جذب شده زیاد باشد .

گاهی اوقات اکونومایزر به دو قسمت بخار کننده و گرم کننده تقسیم می شود . در این صورت ، آب تغذیه ابتدا وارد قسمت گرم کننده می گردد که درجه حرارتش پایین است و بعد از افزایش دما ، به قسمت بخار کننده وارد می شود . از این روش در دیگهای بخار مدرن و جدید استفاده نمی شود . دیگهای جدید فقط شامل یک اکونومایزر است .

3-1-1-6- پيش گرمکن دوار يا يانگستروم ( Jangesterome ) :

این نوع گرمکن معمولاً بعد از اکونومایزر ، در مسیر گازهای حاصل از احتراق بطرف دودکش قرار می گیرد تا قسمتی از حرارت باقیمانده از گازهای احتراق را جذب و به هوا منتقل کند .

حرارت گازها در قسمتی از این نوع پیش گرمکن برای مدتی ذخیره می شود و سپس به هوای تغذیه دیگ بخار که از سوی فن های دمنده هوا ارسال شده است ، منتقل می گردد . درواقع در این نوع گرمکن ، سطوح انتقال گرما از نوع فلزی به ترتیب در معرض عبور هوا و یا گازهای گرم ، قرار می گیرند . این نوع گرمکن به نوع بازیافتنی نیزمشهور است .

چنان که در شکلهای 3-3 و 3-4 دیده می شود ، برای دوران قسمت چرخنده گرمکن از یک موتور استفاده می شود و حرکت محرک به وسیله چرخدنده های مناسبی به درام گردنده گرمکن منتقل می شود . سرعت دورانی درام یک یا دو دو دور در دقیقه است .

شكل 3-3 : شماتيكي از گرمكن دوار يك نيروگاه دوار 660MW

درام شامل عناصرموجی شکل است که مابین صفحات شعاعی قرار می گیرند . این  صفحات شعاعی ، درام را به قسمتهای مجزا تقسیم می کنند .

گازها از میان عناصر یکطرف درام و هوا از میان عناصرطرف دیگر عبور می کنند . از این رو ، عناصر گردنده هنگامی که در معرض جریان گازها هستند ، حرارت را در خود ذخیره می کنند و موقعی که در مسیر جریان هوا قرار می گیرند ، حرارت ذخیره شده را به هوا منتقل می سازند واین عمل به طور مداوم ادامه می یابد .

آب بندی های شعاعی جهت جلوگیری از نشت به صفحات جداکننده اضافه می گردند و آب بندی های محوری و محیطی برای جدا کردن طرف گاز از طرف هوا به کار برده می شوند . در یک نیروگاه بخاری با خروجی تقریبی 300MW ، دمای گازهای ورودی به ایننوع پیش گرمکن ، حدود 400˚C است .

در یانگستروم چون فشار هوا از فشار گازها بیشتر است و امکان مخلوط شدن هوا وگاز وجود دارد ، ازچند نوع سیل آب بندی استفاده می شود . این نوع سیلها از ورقه های نازک فلزی هستند که در موقع تماس باید امکان خم شدن نداشته باشند تا به بدنه آسیب وارد نشود .

 

شكل 3-4 : نمايي از يك نوع يانگستروم

چون انبساط یانگستروم به طرف بالا است ، و از طرفی ، روتور و گرمکن از پایین به وسیله یاتاقانها محکم شده اند ، برای سیل پایینی محیطی ، در مواقع انبساط مشکلی پیش نخواهد آمد . اما سیلهای محیطی بالایی ، عمدتاً برای تحمل دماهای بالا طراحی و ساخته می شوند .

غالباً پیش گرمکن های دوار مجهز به دوده پاک کن و مسیر آتش نشانی و شستشو با آب و همچنین مسیرهای روغن برای یاتاقانهای نگهدارنده و هدایت کننده هستند . پیش گرمکن های دوار دارای دمپرهای ورودی و خروجی برای گازهای حاصل از احتراق و هوا هستند که در مواقع بهره برداری ، این دمپرها باز می شوند و در صورت تریپ هر دو موتور AC و DC ، بطور اتوماتیک بسته می شوند .

مزیت این نوع گرمکن بر انواع دیگر این است که ساختمان آن حجم کمتری داشته و جای کمتری را می گیرد . از طرف دیگر باعث بازیافت انرژی در کل چرخه نیروگاه می گردد . اما عیب آن این است که آب بندی کردن آن مشکل است .

یکی از مسائل مهم در بهره برداری از این نوع گرمکن این است که چون دود ناشی از احتراق غالباً دارای گازهای اسیدی است ، نباید دود در یانگستروم به نقطه شبنم برسد ، زیرا در این صورت ، اسید تولید شده باعث خوردگی شیمیایی قطعات یانگستروم می شود . برای جلوگیری از بروز این اتفاق ، مقداری از هوای گرم شده را از گرمکن عبور می دهند و یا اینکه اجازه می دهند قسمتی از هوای سرد ، بدون اینکه از گرمکن بگذرد ، از بای پس عبور کند . حتی اگر لازم باشد تمام هوا را بای پس می کنند

3-1-1-7- دی سوپرهيترها ( DeSuperHeaters ) :

سوپرهیترها را برای درجه حرارت های بالاتر از درجه حرارت مورد نیاز و برای تمامی شرایط بار توربین می سازند . در مواقع پایین آمدن بار توربین و پایین آوردن درجه حرارت بخار سوپرهیتر ، از دی سوپرهیتر استفاده می کنندو غالباً آن را بین دوسوپرهیتر سری شده قرار می دهند .

دی سوپرهیترها خود دونوع هستند :

نوع اول مبدل حرارتی پوسته و لوله ای که بخارداغ دمای اضافی خود را به آب تغذیه دیگ بخار می دهد . این نوع با وجود دارا بودن مزیت بازیافت انرژی ، با بالا رفتن تناژتولید بخار ، عملاً نمی تواند پاسخگو باشد .

نوع دیگراز دی سوپرهیترها که غالباً در نیروگاههای بزرگ از آنها استفاده می کنند ، نوع پاششی است که به آن ، تماسی نیز می گویند . در این نوع ، آب تغذیه به طور مستقیم به داخل بخار داغ پاشیده می شود و برودت لازم را به بخار داغ می دهد . مقدار آب پاشیده شده بر حسب درجه حرارت لازم تنظیم می شود . این نوع دی سوپرهیتر در شکل شماره     دیده می شود . لازم به یادآوری است که در مسیر ری هیتر نیز از این لوازم استفاده می کنند تا در صورت افزایش دمای بخار هنگام ری هیت ، آن را کاهش دهد .

شكل3-5  نمايش شماتيكي يك نمونه دي سوپر هيتر را نشان مي دهد .

 

شكل 3-5 : نمايش شماتيكي يك نمونه دي سوپرهيتر

3-1-1-8- شيرهای اطمينان ( Check Valves ) :

شیرهای اطمینان برای حفاظت و ایمنی دستگاهها روی تمام دیگهای بخار نصب می شوند . یک شیر اطمینان خوب دارای مشخصات زیر است :

1)      هنگام افزایش بیش از حد فشار ، باز شده و برای پایین آوردن فشار ، به مقدار کافی آب یا بخار را خارج می کند تا فشار اضافی از بین برود .

2)      هنگامی که تحت فشار معینی کار می کند ، کاملاً بسته و آب بندی شده است .

شیرهای اطمینان روی درام دیگ بخار ، هدرهای خروجی سوپرهیترها و ری هیترها نصب می شوند و تعداد آنها  بستگی به اندازه و طرح دیگ بخار دارد . شیر اطمینان سوپرهیتر ، قبل از سوپاپهای اصلی و یکطرفه  دیگ بخار قرار گرفته اند و طوری تنظیم شده اند که در فشار کمتری نسبت به شیرهای اطمینان درام ، عمل تخلیه بخار را انجام دهند . منظور این است که جریان بخار در سوپرهیتر قبل از تخلیه از طریق سوپاپهای درام کم باشد تا باعث گرم شدن زیاد سوپرهیتر نشود . در شک 3-6 یک نوع شیر اطمینان نشان داده شده است .

 

شكل 3-6 : يك نوع شير اطمينان بازارفنري

3-1-2- مدار سوخت و هوا و اجزای آن :

هوای لازم جهت احتراق یا به وسیله فن های دمنده هوا و یا از داخل اتاق دیگ که بویلر در آنجا نصب شده است و یا از بیرون و از محوطه نیروگاه تهیه می شود . در حالت اول حد اکثر استفاده از حرارت هدر رفته از تشعشعوسته دیگ انجام خواهد شد . در صورت استفاده از هوای اتمسفر ، یک پیش گرمکن اولیه  برای هوا اجباری خواهد بود که غالباً از نوع مدلهای بخاری است . پیش گرمکن ثانویه همیشه یانگستروم می باشد که همانطور که پیشتر شرح داده شد ، مبدلی است دوار که جهت بازیابی گازهای احتراق مورد استفاده قرار می گیرد . یعنی هوای مصرفی برای احتراق توسط دمای گازهای حاصل از احتراق داغ شده و به سر مشعلها خواهد رفت .

گازهای حاصل از احتراق در محل گذر خود ، از پاساژهای سوپرهیترها ، ری هیترها ، اکونومایزر و یانگستروم عبور کرده و دما را با آنها مبادله می کند . خروج گازهای حاصل از احتراق ، از کوره به طرف دودکش ، به سه طریق ممکن می شود :

1)      خروج گازها یا تخلیه آنها تحت فشار انجام می گیرد که بستگی به فن دمنده هوا و فشار کوره دیگ بخار دارد .

2)      خروج گازها به وسیله فن مکنده دود (I.D. Fan ) ، که غالباً در کوره های با فشار کمتر از فشار جو عملی می شود .

3)      خروج بالانس شده ، که تابعی از فن دمنده هوا و فن مکنده دود خواهد بود .

لازم به ذکر است که ارتفاع دود خارج شده از سر دودکش ، در طرح تخلیه دود اهمیت زیادی دارد . هر قدر ارتفاع آن بیشتر باشد ، آلودگی ناشی از احتراق در دیگ بخار ، در مسیرهای دورتر به وقوع خواهد پیوست .

.در قسمتهای بعدی راجع به مسائل تکنیکی هوا ، سوخت و احتراق آنها بحث خواهد شد .

3-1-2-1- تعريف سوخت و انواع آن :

اجسامی که پس ازترکیب بااکسیژن هوا بسوزندوتولید حرارت نمایند ، سوخت نام دارند .

سوختهای فسیلی عمدتاً شامل عناصر شیمیایی کربن و هیدروژن بوده و از ترکیب آنها با اکسیژن تولید حرارت می شود . از این حرارت مستقیماً برای تولید بخار یا نیرو در نیروگاههای بخاری و گازی و دیزلی استفاده می شود .

سوختهای فسیلی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند : گازی شکل ، مایع و جامد .

سوختهای مایع و گازی شکل به طور عمده ریشه نفتی دارند و سوختهای جامد شامل انواع ذغال سنگ ها ، چوب و … هستند .

در نیروگاههای بخاری ایران ، بیشتر از سوختهای مایع یا گازی شکل استفاده می شود .

بسته به محل نصب نیروگاه و مسائل اقتصادی ، نیروگاهها ، برای یک یا چند سوخت خاص طراحی می شوند .

3-1-2-2- ارزش حرارتی ( Heating Value ) :

ارزش حرارتی یک سوخت عبارتست از مقدار حرارتی که مخلوط سوخت و هوا پس از احتراق کامل و رسیدن به دمای محیط آزاد می کند و واحد آن مقدار حرارت آزاد شده در واحد جرم سوخت است .ارزش حرارتی معیار میزان حرارت دهی یک سوخت است .

برای تعیین ارزش حرارتی سوخت در آزمایشگاهها ، از پمپهای کالری متر استفاده می کنند .

ارزش حرارتی سوختهای فسیلی با افزایش نسبت کربن به هیدروژن ،( C/H ) ،کم می شود ، زیرا از اتمهای هیدروژن کم شده و بر اتمهای کربن افزوده می شود . می دانیم که ارزش حرارتی کربن کمتر از هیدروژن است .

3-1-2-3- احتراق و تعريف آن :

احتراق تحولی شیمیایی است و اکسیداسیون سریع سوختها را احتراق می گویند . محصولات قابل احتراق گازی شکل در حین تحول ، بر اثر آزاد کردن انرژی شیمیایی زیاد ، نورانی می شوند که نور حاصل را شعله می نامیم .

در تحول احتراق ، از آنجایی که گاز ( مخلوط سوخت و هوا ) در بدو ورود به کوره نورانی نمی شود ، بنابراین منطقه احتراق شامل دو قسمت زیر است :

1)      قسمت روشن و پرنور( Luminieus Zone )

2)      قسمت فعل و انفعال ( Reaction Zone )

اشتعال در اکثر نواحی فعل و انفعال بوقوع می پیوندد ، در حالی که سوختن کامل و صدور شعله حد اکثر در منطقه لومینانس ( پرنور ) واقع می شود .

کم کردن منطقه فعل و انفعال و آزاد شدن سریع انرژی محبوس شیمیایی سوخت ، از کارهای تکنیکی در ساختن مشعلهای نیروگاهی است . بدین معنی که در نیروگاهها سعی می شود قطره های سوخت پس از ورود به کوره ، سریعتر به منطقه لومینانس برسد و انرژی خود را آزاد کند .

3-1-2-4- محصولات احتراق :

محصولات احتراق عبارتست از مجموعه گازهای خشک ( Co ،Co2 ،So2 و … ) و گازهای تر ( بخار آب ناشی از احتراق H2 و رطوبت اولیه سوخت ) و مواد معلق جامد موجود در سوخت قبل از احتراق ،

نظیر خاکستر( Ash ) و اجسام جامدی که در موقع احتراق از اثر شیمیایی ترکیبات مختلف پدید آمده باشند .( مثل : So4Na2 ،FeO و…)

3-1-2-5- راندمان احتراق :

 در صورتی که مخلوط هوا و سوخت بتواند یک شعله پایدار ایجاد کند ، بسته به درجه حرارت محیط ، جنس آن و حرکت سیال در اتاق احتراق ، قسمتی از سوخت یا تمام آن با هوا ترکیب شده و تولید حرارت خواهد کرد . اما اگر سوخت به طور کامل بسوزد ، عناصر موجود در سوخت کاملاً اکسید شده و تمام انرژی شیمیایی موجود در آن آزاد خواهد شد . در نهایت عناصر موجود در سوخت بصورت ذرات کربن ، CO ، CO2 و هیدروکربورهای نیم سوخته باقی می ماند .

 هرچه میزان این ترکیبات درمحصولات احتراق بیشتر باشد ، راندمان احتراق کاهش می یابد .

بطور کلی بنا به تعریف داریم :

                                                    انرژی حرارتی آزاد شده بوسیله عمل احتراق

 = راندمان احتراق——————————————

ارزش حرارتی بالای سوخت

3-2- مشعلها و انواع آنها ( Burners ) :

مشعلها عناصری هستند جهت اختلاط صحیح سوخت با هوا ، به منظور تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرارتی ، توسط واکنشی بنام احتراق . برای تامین بهینه این منظور مشعلها باید بتوانند :

1)      سوخت را در حد انتظار اتمیزه کنند .

2)      سوخت و هوا را در مدت زمان کوتاهی با هم بیامیزند .

3)      تولید کربن نسوخته را به حد اقل برسانند .

4)      همچنین باید سرویس و نگهداری مشعلها آسان باشد .

5)      …

مشعلها را از نظر نوع سوخت به تیپهای مشعلهای گازسوز ، مایع سوز و جامد سوز تقسیم می کنند . اما در اینجا مشعلها را از نظر نحوه کار تقسیم بندی می کنیم :

3-2-1- مشعلهای تبخیری ( Vapourizing Burners ) :

در این گونه مشعلها سوخت در منطقه ای تبخیر شده ، سپس با هوای لازم برای احتراق می آمیزدو بعد محترق می شود . مشعلهای بخاریهای خانگی ، والورها ، چراغهای فتیله ای نفتی ، همه از این نوعند .

3-2-2- مشعلهای پودرکننده ( Atomizing Burners ) :

در این نوع مشعلها ، سوخت پس از اتمیزه شدن ( پودر شدن ) با هوا در آمیخته و وارد کوره می شود .

3-2-3- مشعلهای گریز از مرکز ( Rotating Cup Burners ) :

در این گونه از مشعلها که به مشعلهای دورانی نیز شهرت دارند ، بر اثر دوران محفظه چرخشی ، سوخت وارد محفظه نیمه مخروطی اتمیزاسیون شده و بر اثر نیروی گریز از مرکز ، پودر می شود .

زاویه محفظه اتمیزاسیون و همچنین سرعت زاویه ای دوران نقشهای اساسی در اتمیزاسیون دارند . شیب شعله بستگی به شیب مخروط و همچنین وضعیت نازل دارد .

سرعت دوران غالباً 1000 تا 3000 دور در دقیقه است . عموماً برای پودر کردن نفت کوره ها از این گونه مشعلها استفاده می شود .

در عمل باید این مشعلها را بطور افقی نصب کرد . از معایب این گونه مشعلها ، همگن و هم اندازه نبودن قطرات اتمیزه شده سوخت و نشت زیاد مشعل را می توان نام برد .

نمونه اي از اين مشعل در شكل 3-7 نشان داده شده است :

 

 

شكل 3-7 : نمونه اي از مشعل هاي Rotary Cup

همچنين شكل هاي 3-8 و 3-9  دو نمونه مشعل گازي و گازوييلي مورد استفاده در بويلر ها با ادوات جانبي آنها نشان داده شده است :

 

شكل 3-8 : يك نمونه مشعل گازوئيلي

شكل 3-9 : مشعل گازي و ادوات جانبي آن

3-3- بازده حرارتی ديگهای بخار :

 از زمانی که بشر اولین ماشین حرارتی را ساخت ( اختراع جیمز وات)،       روز به روزبه فکر توسعه ایده های طراحی خود به کمک امکانات بالقوه زمان بود .

تکامل ماشینهای پردردسر دیروز به کمک افزایش بهره وری آنها میسر شده است و هرچه جلوتر می رویم ، بهینه سازی مصرف انرژی با افزایش بازده ماشینهای موجود امکان پذیر می شود .

دیگ بخار نیروگاهها به عنوان یک ماشین ترمودینامیکی است که محاسبه بازده آن به دو روش زیر صورت می گیرد :

1)     میزان انرژی خروجی نسبت به انرژی داده شده به کوره دیگ مقایسه می شود تا میزان قابلیت انتقال گرما توسط این ماشین ارزیابی شود . این روش محاسبه بازده را آنالیزاجمالی می گویند .

2)     میزان انرژی تلف شده در طول فرایند تولید بخار مشخص می شود تا علاوه بر محاسبه بازده ، امکانات بالقوه صرفه جویی و به تبع آن ، افزایش بازده حرارتی دیگ بخار امکان پذیر شود . این روش محاسبه بازده را آنالیز تفصیلی می گویند .

البته در اینجا به چگونگی انجام این روشها و محاسبات و فرمولاسیون مربوط به آنها پرداخته نمی شود .

فصل چهارم :

رسوبات و خورندگي در ديگ هاي بخار

4-1- رسوبات و خورندگی در ديگ های بخار :

وجود گوگرد ، خاکستر ، وانادیم ، سدیم و … در سوخت های مصرفی در دیگ بخار ، مانند مازوت و زغال سنگ ، غالباً باعث خورندگی شیمیایی قسمتهای مختلف دیگ بخار می شود . این خورندگی در قسمتهای مختلف ، نظیر سوپرهیترها ، ری هیترها و دیواره های آبی که جزء محلهای داغ دیگ محسوب می شوند ، و در درجه حرارت های بین 600-650˚C ، صورت می گیرد . رسوبات و کثافات در این محلها سخت و سمج هستند و باید به طور مکانیکی جدا شوند . ترکیبات سدیم و وانادیم که به نام کمپلکس وانادات سدیم مشهور است ، به صورت خمیری بوده از مکانی به مکان دیگر متحرک است . امروزه برای تثبیت آنها در کشورهای غربی از مواد افزودنی شیمیایی استفاده می کنند که گران قیمت هستند .

شدت ایجاد کثافات ، رسوبات و خورندگی آنها به نسبت سدیم و وانادیم بستگی دارد .

از بخشهای دیگری که در معرض خورندگی قرار می گیرند ، گرمکن دوار و اکونومایزرها هستند که باید مراقب بود تا در آن مکانها ، بخصوص در منطقه یانگستروم ، به نقطه شبنم نرسد . چون در صورت ایجاد شبنم ، دودهای اسیدی در آن حل و اسیدهای خورنده باعث خورندگی شیمیایی خواهند شد .

برای جلوگیری از رشد رسوبات و تجمع آنها ، لازم است به آب دیگهای بخار ، مواد پراکنده کننده رسوب اضافه شود . این مواد پراکنده کننده با ایجاد یک پوشش روی ذرات و تشکیل یک محلول کلوییدی شفاف ، ذرات را بصورت معلق در می آورند و می توان با شستشو و زیراب ، آنها را از مخازن دیگ بخارخارج نمود . به این رسوبات لجن سیال می گویند .

مواد اصلاح کننده قدیمی آب ، شامل تانین ها، لیگنین ها ، لیگنین های سولفونه و نشاسته هستند . اما امروزه از پلی اکریلات و پلی متا اکریلات که به نام پلیمرهای طبیعی آلی خوانده می شوند ، استفاده می گردد .

4-2- شستشوی ديگ هاي بخار :

برای تمیز کردن سطوح حرارتی ، نظیر سوپرهیترها ، ری هیترها ، اکونومایزر و یانگستروم ، در زمان بهره برداری از دیگهای بخار آنها را بصورت روتین شستشو می کنند. این عمل بوسیله سوت بلورها صورت می گیرد و کندن رسوبات و دودها با پاشش آب داغ و تحت فشار، هنگامی که دیگ تحت بار است ، انجام می شود.

پاشش آب که نسبت به سطوح حرارتی سرد است ، موجب ایجاد تنشهای حرارتی می شود و همین امر باعث جدا شدن کثافات از روی قسمتهای مختلف دیگ بخار می گردد.

با وجود تمیز کردن و شستشوی مرتب سطوح حرارتی ، باز کثافات و رسوبات اکثر قسمتهای دیگ بخار را فرا می گیرد که دو روش عمده برای تمیز کردن آن وجود دارد:

2)      تمیز  کردن مکانیکی که با ضربه چکش و توسط کارگران صورت می گیرد .

3)      شستشوی شیمیایی رسوبات خارجی لوله ها یارسوبات داخلی لوله ها.

در زیر نام مواد شیمیایی که در شستشوی قلیایی دیگهای بخار مصرف می شوند ، ذکر می گردد :

1)      تری سدیم فسفات .

2)      کربنات سدیم یا متاسیلیکات سدیم .

3)      ماده کاهش دهنده خورندگی .

این مواد برای شستشوی قسمتهای بیرونی لوله های کوره مصرف می شود .

شستشو باید از بالاترین قسمت کوره آغاز شود و در پایین ترین قسمت پساب  به سرعت تخلیه شود . پس از پایان شستشو ، فوراً باید با روشن کردن فن های دمنده هوا ، کوره را خشک کرد .در زیر نام مواد اسیدی لازم برای شستشوی دیگهای بخار ذکر می شود :

1)      اسید کلریدریک

2)      اسید سیتریک بدون آب

3)      آمونیاک

4)      هیدرامین هیدرات

4-3- روش هاي تعيين ميزان آلودگی سطوح حرارتی ديگهای بخار:

دو روش برای این کار وجود دارد :

4-3-1- روش دستی : در این روش نمونه های بریده شده از لوله ها را جهت تراشیدن و جدا کردن کثافات و رسوبات سطوح داخلی کوره بکار می گیرند وکاررا به طریق دستی انجام می دهند. بعد از تراشیدن رسوبات ، آنها را وزن می کنند و میزان آلودگی را با احتساب جرم رسوبات بر حسب گرم و مساحت سطوح تمیز شده بر حسب متر مربع ، محاسبه و تعیین می کنند .

4-3-2- روش کاتدیک : در این روش نمونه سطوح حرارتی را که بوسیله مواد الکترولیز ، از سمت بیرونی محافظت شده ، در وان الکترولیت همراه با محلول آمونیوم مونوسیترات با غلظت 15 تا 20 درصد و محلول عامل ضد خورندگی قرار می دهند و به قطب منفی جریان مستقیم برق ( کاتد ) وصل می کنند . به جای آند از الکترود زغالی استفاده می کنند .

در شرایطی که ولتاژ بین 3-6 ولت است ، فلز در برابر خورندگی حفاظت کاتدیک می شود و به میزان قابل ملاحظه ای از خورندگی مجدد آن جلوگیری می گردد . به طور همزمان ، رسوبات داخل با کمک حبابهای بسیار ریز هیدروژن که نقش احیا کننده ای در محلول الکترولیت دارد،جدا می شوند.

شناخت نوع و میزان رسوبات داخلی و بیرون لوله ها کمک می کند تا از عوامل حفاظتی مناسبی درنیروگاه ها استفاده شود. ضمن این که رسوبات داخلی و خارجی باعث خستگی فلزات و د نهایت انهدام آن ها می شود که امری جبران ناپذیر است ، رسوبات انتقال گرما را نیز تحت تاثیر قرار می دهد و باعث تلف شدن بیش از حد انرژی و سوخت می گردد.

فصل پنجم :

نصب ، راه اندازي و بهره برداري از ديگ هاي بخار

5-1- نحوه نصب ديگ هاي حرارت مركزي :

در شكل 5-1  طريقه نصب ديگ هاي حرارت مركزي و ادوات جانبي آنها نمايش داده شده است :

 

شكل 5-1 : نقشه نصب ديگ حرارت مركزي و ادوات جانبي آن

5-2- راه اندازي و بهره برداری از ديگهای بخار :

بهره برداری از دیگ بخار شبیه رانندگی با اتوموبیل سواری است . یعنی اینکه با آموزش صحیح قسمتهای مختلف دیگ بخار و کارکرد هر قسمت و به کار بستن نکات ایمنی ، می توان در کمترین زمان ، ماهرترین بهره بردار دیگ بخار شد .

پایداری وضعیت کار یک دیگ ، عمر طولانی آن و صرفه جویی های اقتصادی از بابت مصارف بهینه سوخت ، آب و … در نیروگاهها از دانشهای مهم درزمینه بهره برداری از یک دیگ بخار قلمداد می شوند .

در اینجا به طور خلاصه راه اندازی دیگ بخار و مسائل مربوط به آن شرح داده خواهد شد .

5-2-1-  بازدیدهای قبل از راه اندازی :

قبل از راه اندازی یک دیگ بخار بایستی موارد زیر به دقت مورد بررسی و بازرسی قرار گیرند :

1 ) کلیه دریچه های دسترسی به داخل دیگ به جای اولیه بازگشته باشد .

2) تمامی شیرها چه از محلی که دیگ در آن قرار دارد ( دستی ) و چه از راه دور ، به روانی کار کنند ودر وضعیت مناسب راه اندازی باشند .

3) منابع تامین انرژی پنوماتیکی و هیدرولیکی برای راه اندازی دمپرها آماده باشند .

4) تمام دمپرها از راه دور به طور مناسبی کنترل شوند .

5) دیگر اجزای واحد که دارای سلکتور محلی یا از راه دور هستند ، روی کنترل از راه دور تنظیم باشند .

6) روغن به همه قطعات متحرک و چرخان واحد رسیده باشد .

7) منابع لازم برای کار راه انداز سوخت سبک ( مثل برق ، هوای فشرده و گاز ) آماده باشد .

8) برای کوره های با سوخت زغالی یا نفت کوره های سنگین ، سوخت نفتی سبک مثل گازوییل در داخل مشعل آتش انداز جریان داشته باشد .

وقتی آزمایشها و بازرسیهای فوق انجام شد ، باید نتایج آن در برگه های بازدید منعکس شود . بهره بردار با ملاحظه اوراق مطمئن می شود که واحد آماده راه اندازی است .

5-2-2-  پرکردن دیگ بخار :

پس از اطمینان از اینکه شیرهای تخلیه و تهویه در وضعیت صحیحی قرار دارند ، یعنی شیرهای تخلیه بسته و شیرهای تهویه باز هستند ، دیگ بخار تا اندکی کمتر از سطح کارکرد آن ( با نگاه مستقیم به شیشه آب نما ) پر می شود . علت پر نکردن کامل دیگ بخار تا سطح کاری آن ، انبساط آب و ایجاد حبابهای بخار در داخل آب به هنگام اشتعال دیگ است .

پرکردن دیگ با استفاده از پمپهای تغذیه آب دیگ صورت می گیرد .

جریان تغذیه آب باید به صورت اختصاصی و با فشار انجام گیرد تا هم فشار کافی در پمپ حفظ شود و هم مقدار هوای وارد شده به دیگ به حد اقل برسد. اگر برای پر کردن دیگ ، پمپهای مخصوص موجود است ، باید سیستم تغذیه را فقط بعد از آنکه آب در درام دیگ به سطح لازم رسید ، به کار انداخت . از پی آن ، افزایش سطح آب دیگ حتی به مقدار کم ، نشانه خوب کار کردن پمپ تغذیه ، شیرها و خطوط لوله های رابط است .

وقتی دیگ پر شد ، باید پمپهای ری سیرکولاسیون برای برقراری جریان در اکونومایزر ، به کار افتد . در واحدهایی که پمپ جریان به کار نمی رود ، بایستی به منظور افزایش فشار دیگ بخار ، شیر جریان باز بماند .

در دیگهای جریان اجباری یا جریان تقویت شده ، پمپهای جریان دیگ باید کاملاً آماده باشد و بر طبق دستورالعمل های خاص هردیگ بکاررود .

5-2-3-  سیستم کنترل وزش دیگ بخار :

در عمل کنترل فشار و درجه حرارت هوا و گازهای ورودی و خروجی دیگ بخار را سیستم کنترل وزش دیگ بر عهده دارد . سیستم مذکور شامل اجزایی از قبیل گرمکن های هوا ، فن های دمنده هوا و سیستم مکش دیگ بخار است .

ابتدا گرمکن های هوا راه اندازیشده و سپس دستگاه مکش و دستگاههای مربوط به دمنده های هوا راه اندازی می شوند . اگرترتیب روشن کردن این سیستمها درعایت نشود ، اتاق احتراق و کل دیگ در قسمت حاوی گاز ، تحت فشار قرار خواهند گرفت . در این حالت قبل از هر گونه تلاش برای روشن کردن و اشتعال سوخت ، جریان هوایی معادل 20 درصد کل هوای موردنیاز برای پاک کردن کوره و مسیرهای عبور گاز ، از کلیه موارد ممکن سوختنی لازم خواهد شد .

5-2-4-  مشعلهای سوخت سبک ( آتش زا ) :

با اطمینان از اینکه شیرهای تهویه دیگ  باز است و تخلیه دیگ از قسمت محتوای بخار ممکن باشد ، می توان مشعلهای راه اندازی را بکار گرفت . چون در ابتدا دیگ به کندی گرم خواهد شد ، تعداد مشعلها را باید به تدریج و طبق دستور العمل سازنده زیاد کرد .

وقتی فشار دیگ از 3.5-4 bar بیشتر گردید ، تمام هوای موجود بیرون رانده می شود ، بنابراین می توان شیرهای تهویه را بست . با ادامه افزایش فشار دیگ بخار ، میزان ازدیاد دمای اشباع باید در حدود 49-50˚C در ساعت کنترل شود .

پایداری شعله مشعلهای راه اندازوکیفیت احتراق باید به نحوی کنترل شود .

احتراق ناقص در این مرحله خطر بروز حریق در گرمکن های هوا را به خاطر رسوبهای تشکیل شده در سطوح طرف سرد گرمکن ، افزایش می دهند . بعلاوه ، احتراق ناقص به معنای خروج دود سیاه از دودکش می باشد که درگیری با سازمان حفاظت از محیط زیست را بدنبال خواهد داشت . اگر در مورد احتراق کوجکترین شکی حاصل شود ، مشعلهای مشکوک باید به سرعت بیرون کشیده شوند ، کنترل گردند و پس از پاک و تمیز شدن جا زده شوند .

5-2-5-  تخلیه از زیر دیگ و تخلیه معمولی :

تخلیه از زیر دیگ ، جهت کنترل شیمیایی آب دیگ بخار مورد استفاده قرار می گیرد . این عمل هنگام بالا بردن فشار دیگ به منظور کنترل سطح آب درام انجام می شود . چون با ازدیاد جوشش آب ، سطح آب در درام بالا می رود .

افزایش سطح آب درام اجتناب ناپذیر است . زیرا لوله های آب دیگ هنگام شروع اشتعال فقط حاوی آب ، یعنی جریان تک فازه است . اما با افزایش دما و فشار ، بخار تولید می شود و حجم مخصوص مخلوط دوفازه زیاد می شود .

در فشارهای پایین کنترل سطح آب درام ، تنها با تخلیه دیگ از زیر آن ممکن نیست و احتمال تخلیه آب از قسمتهای دیگردیگ نیز الزامی می شود . اگر خالی کردن دیواره های حاوی آب دیگ لازم باشد ، معمولاً مطمئن ترین کار تخلیه اکونومایزر است .

هنگام بالا بردن فشار دیگ ، معمولاً تخلیه بخار از خروجی سوپرهیتر، جهت حفظ جریان بخار در قسمتهای مختلف آن ، لازم است .

کار تخلیه هدرها را باید به دقت انجام داد و اثرات ناشی از آن را مرحله به مرحله در نظر گرفت .

در برخی واحدها تخلیه دائمی ولی اندک دیگ مفید است ، درحالیکه در برخی دیگها ، تخلیه منقطع و کوتاه مدت سودمند می باشد .

وقتی توربین بار گرفت ، تمام تخلیه گاه های دیگ را می توان بست . به عبارت دیگر وقتی کشش بخار به حدی است که می تواند سوپرهیترها را خنک کند ، بستن تخلیه ها توصیه می شوند .

5-2-6-  خواباندن عادی جهت ذخیره نگاه داشتن واحد :

وقتی قرار است دیگ برای مدت کوتاهی مثلاً 24 ساعت بخوابد ، باید تا حد امکان حرارت داخل دیگ بخار را هر چه بیشتر حفظ کرد .

مقدار بار قابل اخذ از دیگ بخار به وضع توربین بستگی دارد و توربین را باید چنان خواباند که در صورت نیاز مجدد ، براحتی در مدار قرار گیرد .

درست قبل از آنکه بار از دیگ برداشته شود ، تمام سوت بلورهای گرمکن  های هوا را بکار انداخت تا احتمال حریق به حداقل ممکن تقلیل یابد .

ترتیب خارج کردن مشعلها تغریبا عکس ترتیب بالابردن فشار دیگ است.این عمل باید به صورتی عملی شود که پایداری شعله در دیگ به خطر نیافتد.

با کاهش بار توربین ، تخلیه برخی قسمتهای توربین جهت حفظ جریان بخار در سوپرهیترها ، لازم است .

ری سیرکولاسیون اکونومایزر هنگام برداشتن بار از توربین کاری ضروری است . وقتی دیگر به بخار توربین نیازی نباشد ، شیرهای قطع بخار را می توان بست و مشعلها را به نوبت از مدار خارج کرد . حال زمان مناسب برای آزمایش مکانیزم تریپ دیگ از نظر اشتعال فراهم شده است ، پس باید کوره را حدود 5 دقیقه پاک کرد و بعد دستگاههای دم و مکش و دمپرها و پنکه های هواکش دیگ را از کار انداخت تا حرارت در داخل دیگ محفوظ بماند .

گرمکن دوار باید در طول خواباندن دیگ در حال چرخش باشد . پس از خواباندن دیگ ، رساندن سطح آب درام به حد مجاز لازم خواهد شد. زیرا هم آب و هم بخار در آن انقباض خواهد کرد.

5-2-7- خواباندن عادی به منظور کار تعمیراتی :

اگر لازم باشد که واحد (دیگ یا توربین ) جهت تعمییر ضروری روی قطعات تحت فشار، متوقف شود، با خنک کردن اجباری قطعات می توان زمان خواباندن سیستم را بسرعت کاهش داد .

تاآنجا که به دیگ مربوط می شود، نحوه خواباندن ف در اساس مشابه روش قبلی خواهد بود .

5-2-8- خواباندن اضطراری واحد :

 خواباندن اضطراری ایجاب می کند که روش خواباندن دیگ بخار متفاوت ازحالت قبلی باشد. علتهای اساسی خواباندن اضطراری عبارتند از :

1)فقدان آب تغذیه

2)عیب کلی در قطعات تحت فشار واحد

3)عوامل خارج از دیگ ، مثلا از دست رفتن ناگهانی بار دیگ بخار

4)…

5-2-9- راه اندازی دیگهای بخار گازسوز :

قبل از گاز رسانی به شاه لوله های گاز حول دیگ و به مشعلها ، ابتدا باید خطوط لوله های گاز را با ازت پاک کرد تا هوا کاملا از سیستم خارج شود . علت این کار قابل انفجار بودن مخلوط گاز و هوا است. پس از خروج  هوا از سیستم ، گاز به داخل شاه لولها راه می یابد و از کوره می توان بهره برداری کرد .

5-2-10- خوابندن دیگ بخار گازسوز:

خواباندن دیگ عین روش قبلی است ، باین تفاوت که احتمال خطر انفجار را باید در نظر گرفت. پش از توقف گازرسانی ، باید شاه لوله های اصلی گاز پاک شوند و به وسیله ازت از لوله ها گاز طبیعی تخلیه گردد .

کلمات جستجو شده: تزریق مواد جهت کندن رسوبات جداره داخلی تیوب بویلر

نوشته های مرتبط

پاسخ دهید

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