آشنایی با ساختار و اجزای نیروگاه های حرارتی

آشنایی با ساختار و اجزای نیروگاه های حرارتی

نیروگاه های بخار
قدرت بخار اولین بار در لوکوموتیوهای ساخته شده توسط جیمز وات مورد استفاده قرار گرفت . از آن پس ، (قدرت) بخار برای چرخاندن محرک چرخاندن محرک ژنراتور الکتریکی مورد استفاده گرفت و به عنوان نیروگاه بخار شناخته شد . در این فرآیند ، انرژی گرمایی به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می شود . همچنین نیروگاهه ای بخار نیروگاه های حرارتی نامیده می شوند.

انتخاب محل نیروگاه بخار
در انتخاب محل نیروگاه حرارتی و نصب تجهیزات آن ، عوامل زیر مورد بررسی قرار می گیرند:
– دسترسی به زمین ارزان قیمت برای نصب تاسیسات و توسعه آتی
– دستیابی به مقادیر آب کافی و مناسب برای تغذیه دیگ بخار و آب خنک در کندانسورها
– دسترسی به سوخت و هزینه ارسال آن به کوره های دیگ بخار
– نیاز احتمالی به توسعه آتی نیروگاه
– دستیابی به دیگر سرویس های برق
– دوری از ناحیه شهری به دلیل آلودگی و غیره
– هزینه اولیه نیروگاه
– بزرگی و ماهیت بار مورد استفاده

این نیروگاه ها می تواند در نزدیکی معادن زغال سنگ یا مراکز بار ساخته شوند . انتخاب این فاکتور بر اساس هزینه انتقال زغال سنگ به مراکز بار بالا خواهد بود از این رو نیروگاههای برق در نزدیکی گودال های زغال سنگ نصب می شوند .

ضریب حرارتی یک نیروگاه بخار را می توان به روش های زیر افزایش داد:

– افزایش فشار بخار اولیه
– افزایش دمای بخار اولیه
– افزایش خلأ کندانسور
– تولید مجدد گرمای آب تغذیه
– به وسیله گرما سازی مجدد
– به وسیله صرفه جویی

نیروگاه اصلی بخارمی تواند به چندین واحد کوچک تقسیم شود:

– پیش گرم کن فشار قوی
– پیش گرم کن فشار ضعیف
– گرم کن هوا
– فن مکش هوا

چرخش های جریان اصلی:

گردش جریان نیروگاه حرارتی می تواند به چهار گردش جریان اصلی تقسیم شود: گردش سوخت و خاکستر – گردش هوا و گاز – گردش آب تغذیه و بخار – گردش آب سرد

1- گردش سوخت و خاکستر:
در نیروگاه بخار، به انواع مختلف سوخت نیاز است و آن ها در انبار ذخیره می شوند. بخار می تواند از زغال سنگ، گاز یا سوخت هسته ای، به عنوان سوخت اصای تولید شود . در این جا فرض می کنیم که زغال سنگ به عنوان سوخت اصلی تولید شود و برای عملکرد نیروگاه بخار است . سوخت در انبار ذخیره می شود و از طریق تسمه نقاله به دیگ بخار منتقل می شود. از آن جا که زغال سنگ در اشکال و اندازه های مختلف موجود است، لازم است که زغال سنگ در یک اندازه خاص فراهم شود تا فرآیند سوختن کامل امکان پذیر شود و کل انرژی بتواند بر حسب گرما آزاد شود.

همچنین نیاز به کنترل انرژی گرمایی دارد. از این رو ، قبل از اینکه درون دیگ بخار تغذیه شود . زغال سنگ از میان دستگاه فشارنده، اندازه گیری و خشک کننده عبور می کند. در طول سوختن در دیگ بخار ، احتمال دارد که زغال سنگ نسوزد و از این رو به سوخت های مایع نیاز دارد.

2- گردش هوا و گاز:
برای احتراق کامل سوخت به هوا نیاز است که از طریق فن های جریان اجباری هوا (FD) و فن های جریان القایی هوا (ID) تامین می شود در همه ی نیروگاه های بزرگ حرارتی هر دو فن مورد استفاده قرار می گیرند و برای میزان کردن شرایط دیگ بخار در کنار یکدیگر قرار می گیرند هوا به منظور تغذیه دیگ بخار مورد استفاده قرار می گیرد . برای تولید انرژی از گازهای سوختی ، هوا از میان دستگاه گرم کننده می گذرد و بعد از سوختن زغال سنگ از دیگ بخار خارج می شود همچنینی هوا به سوختن بهتر زغال سنگ کمک می کند . گازهای سوخته شده ترکیبی از چندین گاز و خاکستر هستند که از میان دستگاه تسریع کننده (یا دستگاه جمع کننده گرد و خاک) عبور می کند و سپس از طریق کوره وارد جو می شود.

3- گردش آب تغذیه و بخار:
اکثر نیروگاه های بخار از نوع متراکم هستند ، بخار به وسیله کندانسور به آب تبدیل می شود. به علت اطمینان از توربین ، آب مورد استفاده نمک زدایی می شود و از این رو آب دارای کاربرد اقتصادی بهتری برای نیروگاه است. مقداری از آب و بخار در حین عبور از بخش های مختلف سیستم به دلیل پراکندگی از بین می روند . با اضافه کردن آب اضافی به سیستم آب تغذیه این کمبود جبران می شود . پمپ تغذیه دیگ بخار آب را به درون دیگ بخار هدایت می کند تا به شکل بخار گرم شود. سپس بخار موجود در دیگ بخار دوباره در دستگاه تولید کننده گرمای بیش از حدگرم می شود.
بخار بیش از حد گرم شده برای به کار انداختن توربین استفاده می شود بسته به اندازه واحد نیروگاه، مراحل مختلفی از نیروی محرک وجود دارند نظیر توربین با فشار بالا (HP)، توربین با فشار متوسط (IP) و توربین با فشار کم (LP) بخار بعد از منتشر شدن در توربین HP برای دوباره گرم شدن به منظور افزایش دما و فشار به توربین برگردانده می شود. بعد از بیرون آمدن از توربین LP، بخار از مین کندانسور عبور می کند و سرانجام به وسیله پمپ تغذیه وارد دیگ بخار می شود.

4- گردش آب سرد:
برای تغلیظ بخار در کندانسور و حفظ فشار کم در آن ، به مقدار زیادی آب سرد نیاز است که از رودخانه یا دریاچه تامین می شود. بعد از عبور آن از میان کندانسور، آب به رودخانه یا دریاچه برگردانده می شود. هنگامی که آب کافی وجود نداشته باشد، از استخرهای آب خنک استفاده می شود.

بخش های اصلی نیروگاه بخار

دیگ بخار:
دیگ بخار بعد از کوره دومین بخش بلند نیروگاه برق است برای تولید بخار و گرم کردن مجدد آب مورد استفاده قرار می گیرد . دو نوع دیگ بخار وجود دارد:

1- دیگ های بخار دارای مجرای آب
2- دیگ های بخار دارای مجرای سوخت

به طور کلی دیگ های بخاری که دارای مجرای آب هستند برای تولید برق الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. در دیگ های بخار دارای مجرای آب، آب در مجراها جریان پیدا می کنند و در بیرون می سوزد در حالی که در دیگ های بخار دارای مجرای سوخت این فرآیند برعکس است.

مزایای دیگ های بخار دارای مجرای سوخت:
1- این دیگ ها ارزان ترند.
2- دارای وزن کمتری هستند.
3- در اکثر دیگ های بخار دارای مجرای آب، گردش آب به دلیل تفاوت دما طبیعی است.

معایب دیگ های بخار دارای مجرای سوخت:
1- بیش تر در معرض انفجار هستند.
2- از حجم آب بیشتری استفاده می شود.
3- کنترل تولید بخار مشکل است.

شبکه و دستگاههای سوخت کوره:
شبکه، یک ساختار متالیکی است که جهت حفاظت از سوخت درون کوره طراحی شده و به مجرای احتراق اجازه می دهد تا هوا برای سوختن از میان مجراها عبور کند.
دستگاه سوخت کوره، یک مکانیزم تغذیه از سوخت است و برای تامین سوخت جامد مورد نیاز کوره مورد استفاده قرار می گیرد و به هوا اجازه می دهد تا با احتراق مناسب بسوزد.

پمپ تغذیه دیگ بخار:
ظرفیت بالای بالای موتور برای تغذیه آب مورد نیاز دیگ بخار استفاده می شود. پمپ تغذیه دیگ بخار بزرگترین مصرف کننده برق در نیروگاه های بخار است.

دستگاه گرم کننده هوا:
دستگاه گرم کننده هوا یا احتراق هوا برای تولید گرما از گازهای سوختی مورد استفاده قرار می گیرد . مزایای دستگاه های گرم کننده هوا احتراق خوب، سوختن مناسب سوخت وافزایش ضریب نیرو گاه است.

سیستم جریان هوا:
هدف اصلی از سیستم جریان هوا تامین هوای مورد نیاز کوره و گرفتن گازهای سوختی ازدیگ بخار از طریق دود کش است . مقاومت در برابر جریان هوا و گازهای سوختی ، استفاده از سیستم جریان هوا ضروری می سازد .

پیش گرم کن آب تغذیه:
پیش گرم کن آب تغذیه برای تولید گرما از گازهای سوختی به منظور گرم کردن آب تغذیه مورد استفاده قرار می گیرد . این دستگاه مقداری از انرژی گازهای سوختی را که در معرض هوا هستند افزایش می دهد . این دستگاه مقداری از انرژی گازهای سوختی را که در معرض هوا هستند افزایش می دهد . مکان جایگزینی آن ها از میان دیگ بخار یا لوله محافظ میان دیگ بخار یا دودکش عبور می کند . پیش گرم کن آب تغذیه مقاومت جریان گازهای سوختی را افزایش می دهد و دمایشان را کاهش می دهد .

دستگاه های گرم کننده بیش از حد:
بخاری که در دمای تبخیر وجود دارد مطابق با فشار کاملش است که به عنوان بخار اشباع شده شناخته می شود ، حال ممکن است مقداری آب درون بخار وجود داشته باشد . دما و مجموع بخار اشباع شده در هر فشار می تواند با استعمال گرمای اضافی افزایش یابد.

مزایای گرم شدن بیش از حد بخار عبارتند از:
1- گرمای اضافی وارد بخار می شود و گاز را کامل می کند.
2- از غلیظ شدن گاز جلوگیری می کند.
3- باعث از بین رفتن رطوبت می شود.

توربین ها:
توربین ها که برای چرخاندن ژنراتور سنکرون مورد استفاده قرار می گیرد دستگاهی است که انرژی بخار به انرژی جنبشی چرخشی تبدیل می کند توربین ها می توانند بر اساس جهت جریان بخار ، فرآیند بسط ، تعداد مراحل ، سرعت و غیره طبقه بندی شوند . توربین های تجاری از نوع ضربه ای و واکنشی است ، زیرا بخار می تواند با استفاده از تیغه های ضربه ای و واکنشی موجود بر روی همان شفت به صورت موثرتر مورد استفاده قرار گیرد . در واحدهای بخار بزرگ ، همه توربین های HP، IP و LP مورد استفاده قرار می گیرند .

کندانسور:
کندانسور دستگاهی است که در آن بخار خارج شده از موتورها و توربین ها متراکم می شود و هوا و سایر گازهای نامتراکم در یک فرآیند مداوم از بین می روند مزیت عمده کندانسور عبارتند از:

1- افزایش ضریب نیروگاه
2- بهبود تقطیر برای استفاده مجدد از همان آب دیگ بخار

دو نوع کندانسور وجود دارد: مسطح و جتی
خنک کردن سطح کندانسور به وسیله عبور دادن هوا در طول سطحش مناسب نیست و آب به عنوان یک ماده خنک کننده استفاده می شود . برای انجام این کار به مقدار زیادی آب نیاز است که از رودخانه و غیره گرفته می شود . آب گرم به رودخانه برگردانده می شود . هنگامی که تامین آب زیاد از منبع طبیعی امکان پذیر نیست از دستگاه هایی جهت خنک کردن آب گردشی استفاده می شود . قدیمی ترین روش خنک کردن و ذخیره آب تخلیه آب گرم درون استخری است که دارای دهانه هایی است ، که با یک سرعت سریع تر فرآیند خنک کردن آب را افزایش می دهد.

برج خنک کننده:
آب گردشی یا سیستم خنک کننده آب ، بخش اصلی سیستم تقطیر را تشکیل می دهد و بزرگترین مصرف کننده برق تولید شده توسط دستگاه است. در سیستم بسته خنک کننده که شامل تاور خنک کننده می شود، آب از میان تاور خنک کننده یک سیکل کامل را ادامه می دهد. به دلیل تبخیر قطره ها، فقدان آب وجود دارد. تاورهای خنک کننده یا از نوع طبیعی هستند یا از نوع جریان هوای معمولی.

مولدها:
در نیروگاه های بخار ، چندین واحد تولید به منظور افزایش مجموع ظرفیت نیروگاه استفاده می شوند . برای تولید برق ، مولد های سنکرون (همزمان) پر سرعت به این دلیل مورد استفاده قرار می گیرند تا ضریب توربین های بخار با سرعت زیاد افزایش یابد .

روش های خنک کردن ژنراتور (مولد):

1- روش مدار باز ؛ هوا از طریق فن ها به بیرون کشیده می شود و در جو تخلیه می شود.
2- روش مدار بسته ؛ حجم ثابت هوا یا هیدروژن در یک سیکل بسته به گردش در می آید.

خنک سازی مدار بسته عمدتا در مولدهایی مورد استفاده قرار می گیرد که از هیدروژنی که از میان روتور و استاتور عبور می کند به عنوان ماده خنک کننده استفاده می کنند.

سیستم تحریک کننده:
کنترل ورودی توربین ، مدار کنترل فرکانس نامیده می شود . همچنین به عنوان کنترل فرکانس بار (LFC) یا کنترل اتوماتیک فرکانس بار (ALFC) یا کنترل اتوماتیک نیرو (AGC) نامیده می شود . دومین مدار کنترل ، مدار کنترل ولتاژ MVAR یا تحریک کننده مدار کنترل است . عملکرد اصلی سیستم تحریک کننده فراهم کردن جریان مستقیم به سیم پیچ روتور ماشین سنکرون است که با کنترل و عملکردهای حفاظتی به منظور عملکرد بهتر سیستم همراه است.

سیستم تحریک کننده، ولتاژ ترمینال ژنراتور و نیروی برق واکنشی را کنترل می کند همچنین نسبت به اختلالات سیستم، واکنش نشان می دهد.
سیستم تحریک کننده می تواند بر اساس منبع تحریک کننده نیرو همانند سیستم های تحریک DC ، AC طبقه بندی شود. سیستم تحریک کننده AC به عنوان منابع اصلی نیروی تحریک کننده ژنراتور با یکسو کننده ها مورد استفاده قرار می گیرد. دو نوع سیستم یکسو کننده وجود دارد : یکسو کننده ساکن ، یکسو کننده چرخشی

سیستم کنترل کننده:
سیستم های کنترل کننده، جریان بخار موجود در میان توربین را که به واسطه عملکردهای زیر حاصل می شود کنترل می کند:

1- حفظ سرعت ثابت شفت در همه بارها
2- حفظ جریان ثابت بخار در میان توربین
3- حفظ فشار ثابت بخار در همه جریان ها
4- محدود کردن نیروی تولید شده

چندین روش برای کنترل سریع وجود دارد:

1- سیستم کنترل کننده تروتل
2- سیستم کنترل کننده نوزل
3- سیستم کنترل کننده کوتاه گذر
4- سیستم کنترل کننده فلاتی با سرعت توپی

سیستم کنترل کننده دارای چهار بخش اصلی است: کنترل کننده سرعت، تقویت کننده، تغییر دهنده سرعت، و مکانیزم اتصال.

بازده نیروگاه های حرارتی:

در نیروگاه های حرارتی سه دستگاه بسیار مهم وجود دارد؛ ژنراتور ، توربین و دیگ بخار و بر اساس کارآیی آن ها، بازده نیروگاه می تواند به دست آید. ژنراتور یک دستگاه الکتریکی است که در مقایسه با دستگاه های مکانیکی نظیر توربین و دیگ بخار، کارآیی بالایی دارد. بازده ژنراتور سنکرون بسته به اندازه ماشین از 96 تا 99 درصد متغیر است. بازده حرارتی توربین بخار از 24 تا 32 درصد متفاوت است که به عوملی نظیر دما و فشار بخار، تعداد انشعاب ها ، تخلیه فشار بخار و دما بستگی دارد . بازده دیگ بخار با پیش گرم کن آب تغذیه و دستگاه از بیش گرم کننده هوا از 37 تا 90 درصد است بنابراین کل بازده نیروگاه بخار از 18 تا 24 درصد است.

هدف از روغنکاری جلوگیری از مستهلک شدن به واسطه اصطکاک است و ضایعات اصطکاکی را به حداقل می رساند. انواع مختلف مواد روغنکاری شامل روغن ها، گریس ها و روغن های جامد نظیر گرافیت هستند.

www.smsm.ir
سایت مرجع مهندسی ایران

آشنایی با ساختار و اجزای نیروگاه های حرارتی

کلمات کلیدی : آشنایی,با,ساختار,و,اجزای,نیروگاه,های,حرارتی,آشنایی با ساختار و اجزای نیروگاه های حرارتی , مقالات مهندسي , مهندسی نیروگاه , کامپیوتر، مکانیک، برق، عمران، شیمی، پزشکی آشنایی+با+ساختار+و+اجزای+نیروگاه+های+حرارتی+

تاریخ: یکشنبه 2012/07/22
برترین مطالب امروز
مطالب مرتبط
ترفند
اس ام اس

ابر برچسبها