آشنایی با واحدهای بخار نیروگاه بخار

در نیروگاه های بخار، توربین با استفاده از بخار داغ به چرخش در می آید. در واقع آب تصفیه شده خالص از طریق حرارت در بویلرها (دیگ های بخار) تبدیل به بخار آب خشک شده و با ورود به محوطه توربین به گردش در آمده و در نهایت با گردش ژنراتور، برق تولید می گردد. بخش های مختلف یک نیروگاهی بخار به شرح ذیل است :

۱- توربين و ژنراتور :

در توربین بخار، بخار با فشار و دماي بالا که توسط بویلرهای بازیاب حرارتی تولید شده اند وارد توربین شده که این انرژي به انرژي مکانیکی تبدیل و توسط ژنراتور که هم محور با توربین شده است به انرژی الکتریکی تبدیل مي گردد. بخاري که انرژي خود را از دست داده است توسط T-Pice به كندانسور هدايت مي شود.

۲- بويلر (HRSG) :

نحوه عملکرد این بویلرها به این صورت است که گاز خروجی از اگزوز توربین گازی توسط یک دریچه با قابلیت باز و بسته شدن (دایورتر دمپر) و از طریق داکت ها به سمت قسمت اصلی بویلر هدایت شده و با عبور از روی لوله (هارپ) هایی که درون آنها آب در جریان است انرژی خود را از دست داده و باعث تبخیر آب درون لوله ها می شود.

در نهایت گازی که انرژی خود را در طی این مرحله از دست داده است از دودکشی به سمت محیط حرکت می کند.

بویلرها شامل چند بخش اصلی می باشند:

  • قسمت ورود آب به مخزن ذخیره و انتقال آن توسط پمپ های تغذیه آب به هارپ هایی که عمل تبخیر در آنها صورت می گیرد. در ابتدای کار این مخزن توسط آب تولید شده توسط تصفیه خانه پر شده و در ادامه از آب حاصل از تقطیر بخار در سیستم خنک کن تامین می شود.
    • جدا کننده های آب و بخار (درام ها) که وظیفه انتقال بخار به سمت هارپ های سوپر هیت (بخار مناسب جهت ورود به توربین) را دارند.
    • لوله های اصلی بخار که وظیفه هدایت بخار سوپر هیت از بویلر به سمت توربین را به عهده دارند.
    • دیواره های اطراف بویلر (داکت و کیسینگ) که وظیفه انتقال گاز خروجی از دایورتر دمپر تا دودکش خروجی بویلر بر عهده آنان است.
    • دایورتر دمپر که نقش جدا کننده بخش گاز و بخار نیروگاه سیکل ترکیبی را بازی می نماید.
    • سیستم نمونه گیری و تزریق مواد شیمیایی جهت کنترل رژیم شیمیایی آب و بخاری که در این مجموعه در گردشند.

طراحی بویلر متناسب با خروجی توربین گاز و ورودی توربین بخار صورت می گیرد و معمولا جهت افزایش توان توربین بخار، از دو بویلر بازیاب حرارتی که به یک توربین بخار وصل می شوند استفاده می گردد. همچنین جهت افزایش توان بویلرها امکان استفاده از مشعل در آنها نیز وجود دارد.

۳- سيستم خنك كن :

یکی از بخش های اصلی بخش بخار نیروگاه های سیکل ترکیبی می باشد که وظیفه تقطیر بخار خارج شده از توربین را جهت برگشت مجدد به بویلر (جهت کاهش هزینه های تولید و مصرف آب مقطر) عهده دار است. شرایط جغرافیایی و محیطی پروژه باعث وجود انواع مختلفی از سیستم های خنک کننده شده است که در ذیل انواع آن به طور مختصر توضیح داده می شود:

  • خنک کن هلر : در این سیستم عمل تقطیر در کندانسور و توسط آب برگشتی از برج خنک کن انجام می شود. پس از پر شدن اولیه این سیستم توسط آب مقطر تولید شده توسط دو پمپ اصلی (Cooling Water Pump) این آب از کندانسور به سمت برج خنک کن انتقال یافته و با مجاورت این آب با هوا توسط مبدل های حرارتی (دلتا) باعث کاهش دمای آب حاصل از تقطیر در کندانسور شده (حدود ۱۰ درجه سانتیگراد) و مجددا جهت تزریق این آب به بخار خروجی از توربین وارد کندانسور می گردد. بدليل بسته بودن سيكل اين سيستم، اتلاف آب زياد نمي باشد.

 

  • چنانچه آب ورودي به برج ها به دماي لازم نرسد بخصوص در فصول گرم سال از تجهيزاتي به اسم پيك كولر كه داخل برج هاي خنك كن تعبيه گرديده است استفاده نموده و دماي آب را به شرايط قابل قبول كاهش مي دهند.
    خنک کن تر : در مناطقي كه مشكل و كمبود آب وجود نداشته باشد از اين سيستم استفاده مي شود. براي اين سیستم از کندانسور سطحی استفاده ميگردد به اين شكل كه بخار خروجي از توربين روي لوله هايي كه درون آن آب سرد مي باشد عبور داده شده و بخار كندانس شده در مجاورت هوا خنك مي گردد در اين سيستم مصرف آب بدليل مجاورت آب با هوا زياد است.
    خنک کن ACC : در مناطقي كه مشکل تامین آب وجود دارد از اين سيستم استفاده مي گردد. معمولا در نیروگاه هایی که از سیستم خشک یا Air Cooled Condenser (ACC) استفاده می شود، یک کانال فلزي (داکت) بخار را از توربين به سمت ACC منتقل می کند و در آنجا توسط فن هایی که در زیر المان ها تعبیه شده است با به گردش درآمدن جریان هوا، بخار خنک کاري و در نهایت کندانس یا میعان می گردد و بخار کندانس شده در مخزنی به نام Condenser Reciever Tank جمع آوري و سپس وارد سیستم می گردد.
    خنک کن یکبار گذر : در مناطقی که نزدیک به دریا، رودخانه و یا منابع دیگر آبی قرار دارند از این سیستم استفاده می شود. در این سیستم نیز عمل تقطیر در کندانسور (سطحی) صورت می گیرد.
  •  
  • آب تامین شده پس از جمع آوری در حوضچه آرامش از طریق کانال هایی وارد ایستگاه پمپاژ شده و توسط پمپ های اصلی وارد لوله های از کندانسور شده و بخار خروجی نیز با عبور از روی این لوله ها خنک شده و عمل تقطیر صورت می گیرد. آب مقطر مجددا وارد بویلر شده و آبی که جهت خنک کردن وارد کندانسور گردید به دلیل تبادل حرارت با بخار گرم شده که مجددا از طریق کانال های برگشت آب وارد دریا، رودخانه و … می گردد. در این سیستم احتیاج به فیلترهایی جهت جلوگیری از ورود اجسام و اجرام درون کندانسور است. همچنین جهت جلوگیری از جلبک زدگی در کانال ها و تجهیزات، سیستم تولید و تزریق کلر نیز تعبیه می شود.

۴- سیکل آب و بخار :

آب حاصل از تقطیر در کندانسور توسط دو پمپ اصلی (Condensate Extraction Pump) به سمت بویلرها انتقال یافته و در این مسیر بنا به شرایط سیستم خنک کن و محیط و … سیستم پالایش آب نیز جهت تنظیم رژیم شیمیایی آب ورودی به بویلر قرار می گیرد.

۵- تصفيه خانه :

آب مورد استفاده در بویلر جهت جلوگیری از خوردگی و سایر عوامل فرساینده باید آب دمین (مقطر) باشد. جهت تولید این آب نیاز به احداث قسمتی تحت عنوان تصفیه خانه آب است كه بنا به سختي آب در مناطق مختلف در نيروگاه ها از اين دو نوع بيشتر استفاده مي گردد:

تصفيه خانه با سيستم RO (Reverse Osmosis) : (سختي آب منطقه زياد) تصفيه خانه بدون RO (سختي آب كم) آب خام ورودي به نيروگاه در مخازن آب خام كه يا از نوع بتني و يا از نوع فلزي مي باشد ذخيره مي گردد سپس توسط پمپ هايي به بخش پيش تصفيه يا Pre Treatment منتقل گرديده و پس از گذشتن از فيلترهاي شني و كربن فيلتر مواد و ناخالصي هاي نامحلول در آب گرفته و جدا سازي مي گردد.

سپس آب به مخازن كاتيوني جهت تبادل يون هاي مثبت و مخزن ديگازور جهت خروج گازهاي مضر از آب و سپس وارد رزين هاي آنيوني جهت تبادل يون هاي منفي با رزين هاي آنيوني مي گردد. سرانجام آب وارد مخزن ميكس بد گرديده و پس از تبادل مجدد يون ها با رزين هاي آنيوني و كاتيوني آب خروجي از اين مخزن آب مقطر و يا دمين بوده كه در مخازن آب دمين جهت مصارف در سيكل ذخيره مي گردد.

۶- بويلر كمكي :

جهت Start Up اوليه بويلرهاي اصلي نيروگاه نياز به بخار كمكي مي باشد كه جهت تامين آن از بويلر كمكي استفاده مي گردد همچنين مصارف ديگر اين بخار در سيستم HVAC و تصفيه خانه و گرمايش سوخت مخازن ذخيره و سيستم خلاء كندانسور و گلند توربين در ابتداي راه اندازي مي باشد.

۷- سيستم برق و كنترل :

جهت برق رساني و كنترل عملكرد توربين و ژنراتور و حفاظت از تجهيزات اصلي از اين سيستم ها استفاده مي گردد.

۸- ترانس اصلی و واحد :

جهت تبدیل برق خروجی از ژنراتور متناسب با ولتاژ شبکه و انتقال آن به پست از ترانس اصلی استفاده می شود. با توجه به اینکه خود تجهیزات نیروگاهی نیاز به مصرف برق دارند این مهم توسط ترانس واحد با تبدیل برق خروجی ژنراتور به ولتاژ مورد نیاز و ورود به تابلوهای اصلی صورت می گیرد.