آشنایی با بخش های 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. در ادامه به معرفی بخش های نیروگاه بخار می پردازیم.

بخش های نیروگاه بخار

1- توربین و ژنراتور

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

2- بویلر (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.

3- سیستم 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 10 درجه سانتیگراد) و مجددا جهت تزریق این آب به بخار خروجی از توربین وارد کندانسور می گردد. بدلیل بسته بودن سیكل این سیستم، اتلاف آب زیاد نمی باشد.

چنانچه آب ورودی به برج ها به دمای لازم نرسد بخصوص در فصول گرم سال از تجهیزاتی به اسم پیك كولر كه داخل برج های خنك كن تعبیه گردیده است استفاده نموده و دمای آب را به شرایط قابل قبول كاهش می دهند.

• خنک کن تر

در مناطقی كه مشكل و كمبود آب وجود نداشته باشد از این سیستم استفاده می شود. برای این سیستم از کندانسور سطحی استفاده میگردد به این شكل كه بخار خروجی از توربین روی لوله هایی كه درون آن آب سرد می باشد عبور داده شده و بخار كندانس شده در مجاورت هوا خنك می گردد در این سیستم مصرف آب بدلیل مجاورت آب با هوا زیاد است.

• خنک کن ACC

در مناطقی كه مشکل تامین آب وجود دارد از این سیستم استفاده می گردد. معمولا در نیروگاه هایی که از سیستم خشک یا Air Cooled Condenser (ACC) استفاده می شود، یک کانال فلزی (داکت) بخار را از توربین 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 کاری و در نهایت کندانس یا میعان می گردد و بخار کندانس شده در مخزنی به نام Condenser Reciever Tank جمع آوری 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.

4- 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.

5- تصفیه 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 سختی آب در مناطق مختلف در نیروگاه ها از این دو نوع بیشتر استفاده می گردد:

تصفیه خانه با سیستم RO (Reverse Osmosis) : (سختی آب منطقه زیاد) تصفیه خانه بدون RO (سختی آب كم) آب خام ورودی به نیروگاه در مخازن آب خام كه یا از نوع بتنی و یا از نوع فلزی می باشد ذخیره می گردد سپس توسط پمپ هایی به بخش پیش تصفیه یا Pre Treatment منتقل گردیده و پس از گذشتن از فیلترهای شنی و كربن فیلتر مواد و ناخالصی های نامحلول در آب گرفته و جدا سازی می گردد.

سپس آب به مخازن كاتیونی جهت تبادل یون های مثبت و مخزن دیگازور جهت خروج گازهای مضر از آب و سپس وارد رزین های آنیونی جهت تبادل یون های منفی با رزین های آنیونی می گردد. سرانجام آب وارد مخزن میكس بد گردیده و پس از تبادل مجدد یون ها با رزین های آنیونی و كاتیونی آب خروجی از این مخزن آب مقطر و یا دمین بوده كه در مخازن آب دمین جهت مصارف در سیكل ذخیره می گردد.

6- بویلر كمكی

جهت Start Up اولیه بویلرهای اصلی نیروگاه نیاز به بخار كمكی می باشد كه جهت تامین آن از بویلر كمكی استفاده می گردد همچنین مصارف دیگر این بخار در سیستم HVAC و تصفیه خانه و گرمایش سوخت مخازن ذخیره و سیستم خلاء كندانسور و گلند توربین در ابتدای راه اندازی می باشد.

7- سیستم برق و كنترل

جهت برق رسانی و كنترل عملكرد توربین و ژنراتور و حفاظت از تجهیزات اصلی از این سیستم ها استفاده می گردد.

8- 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.

تفاوت‌ نیروگاه بخار و گازی

تفاوت‌ نیروگاه بخار و گازی در چگونگی تولید بخار است. در هر روشی که برای تولید بخار به کار می‌ رود باید از مقدار زیادی گرما استفاده کرد تا توربین‌ های بخار به کار انداخته شود که این گرمای زیاد باعث کاهش بازدهی نیروگاه بخار می‌شود.

• نیروگاه بخار

اگر بتوان در یک نیروگاه بخار از تلفات حرارتی زیاد که در کندانسور اتفاق می‌افتد، استفاده صنعتی شود بازدهی حرارتی نیروگاه بخار به مقدار قابل ملاحظه‌ای بالا می‌رود

به همین دلیل در تمام مواردی که علاوه بر انرژی الکتریکی احتیاج به مقدار زیادی انرژی حرارتی باشد از توربین بخار استفاده می‌شود تا بتوان پس از انجام کار الکتریکی از حرارت باقیمانده استفاده حرارتی کرد.

در توربین بخار، بخار خارج شده از آخرین مرحله فعالیت توربین به وسیله لوله‌ هایی برای مصارف صنعتی و حرارتی هدایت می‌شود. از جمله راه‌ های بالا بردن بازدهی و کاهش تلفات در نیروگاه بخار می‌توان به بهتر کردن بازدهی ماشین‌ ها و دستگاه‌ ها به وسیله تغییر دادن ساختمان آن ها و بزرگ کردن قدرت‌ شان اشاره کرد.

این در حالی است که کاهش مصرف داخلی نیروگاه به وسیله به‌ کار انداختن درست ماشین‌ ها و دستگاه‌ ها می‌تواند بر افزایش بهره‌ وری نیروگاه‌ ها موثر باشد. عیب نیروگاه‌ های بخار، تولید گازکربنیک فراوان و اکسیدهای ازت و گوگرد و… است که در جو زمین رها شده و محیط‌ زیست را آلوده می‌ سازد.

بالاترین بازدهی این نیروگاه ??درصد است که با تمامی امکانات موجود امروزی می‌ توان به‌ دست آورد.

• نیروگاه گازی

نیروگاه گازی بر مبنای سیکل گاز کار می‌کند ضمن آنکه از نخستین و مهم‌ترین مزیت‌های نیروگاه گازی می‌توان به سادگی آن اشاره کرد.

به این ترتیب که تمام تجهیزات روی یک شافت سوار است. از سوی دیگر به‌دلیل تجهیزات اندک آن، هزینه تولید برق حاصل از آن نیز کاهش خواهد یافت. علاوه بر اینکه این نوع نیروگاه‌ ها کوچک بوده و در سکوهای نفتی که نیاز به تولید برق زیادی است باید از نیروگاه گازی استفاده کرد، این نیروگاه‌ ها احتیاج به آب ندارد به این معنا که در سیکل اصلی نیروگاه نیاز به آب نیست. اما در تجهیزات جنبی نظیر خنک کردن هیدروژن به کاررفته برای سرد کردن ژنراتور در سرعت‌ های بالا نیاز به آب است.