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
۱- 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 کندانسور هدایت می شود.
۲- 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.
۳- سیستم خنک کن
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. بدلیل بسته بودن سیکل 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 پیک کولر که داخل برج های خنک کن تعبیه گردیده است استفاده نموده و دمای آب را به شرایط قابل قبول کاهش می دهند.
خنک کن تر
در مناطقی که مشکل و کمبود آب وجود نداشته باشد از این سیستم استفاده می شود. برای این سیستم از کندانسور سطحی استفاده میگردد به این شکل که بخار خروجی از توربین روی لوله هایی که درون آن آب سرد می باشد عبور داده شده و بخار کندانس شده در مجاورت هوا خنک می گردد در این سیستم مصرف آب بدلیل مجاورت آب با هوا زیاد است.
خنک کن ACC
در مناطقی که 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.
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- 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 که 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 کم) آب خام ورودی به نیروگاه در مخازن آب خام که 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 کربن فیلتر مواد و ناخالصی های نامحلول در آب گرفته و جدا سازی می گردد.
سپس آب به مخازن کاتیونی 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 میکس بد گردیده و پس از تبادل مجدد یون ها با رزین های آنیونی و کاتیونی آب خروجی از این مخزن آب مقطر و یا دمین بوده که در مخازن آب دمین جهت مصارف در سیکل ذخیره می گردد.
۶- بویلر کمکی
جهت Start Up اولیه بویلرهای اصلی نیروگاه نیاز به بخار کمکی می باشد که جهت تامین آن از بویلر کمکی استفاده می گردد همچنین مصارف دیگر این بخار در سیستم HVAC و تصفیه خانه و گرمایش سوخت مخازن ذخیره و سیستم خلاء کندانسور و گلند توربین در ابتدای راه اندازی می باشد.
۷- سیستم برق و کنترل
جهت برق رسانی و کنترل عملکرد توربین و ژنراتور و حفاظت از تجهیزات اصلی از این سیستم ها استفاده می 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.
