مقاله مولدهای بخار با سوخت فسیلی در نیروگاه ها

مقدمه:
مولدهای بخار با سوخت فسیلی در نیروگاه ها نقش حیاتی در تولید برق دارند و بخش مهمی از زیرساخت های انرژی را تشکیل می دهند. این مولدها اساساً با تبدیل انرژی شیمیایی سوخت های فسیلی به انرژی حرارتی و سپس به بخار پر فشار، توربین های بخار را به حرکت در می آورند و نهایتاً جریان الکتریکی تولید می کنند. ساختار و طراحی این مولدها طی بیش از یک قرن تکامل یافته است، به گونه ای که امروز ظرفیت تولید و فشار بخار بسیار فراتر از نمونه های اولیه است. نیروگاه های مدرن با استفاده از دیگ های لوله آبی و سیستم های بازگرمکن و فوق گرمکن، بخار با فشار و دمای بالا تولید می کنند که عملکرد توربین ها را بهینه کرده و بهره وری حرارتی نیروگاه را افزایش می دهد.

مولدهای بخار در انواع زیر بحرانی و فوق بحرانی تولید می شوند. دیگ های زیر بحرانی معمولاً در فشارهایی حدود 13 تا 18 مگاپاسکال کار می کنند و بخار فوق گرم با دمای حدود 540 درجه سانتی گراد تولید می کنند. در مقابل، واحدهای فوق بحرانی با فشارهایی بیش از 24 مگاپاسکال فعالیت می کنند و به دلیل عبور از فشار بحرانی آب، عملکرد حرارتی بسیار بالاتری دارند. این تفاوت در فشار و دما باعث می شود که طراحی لوله ها، گردش آب و تبادل حرارت در این سیستم ها با دقت بالایی انجام شود تا ایمنی و کارایی حفظ شود.

در طراحی مدرن، دیگ های لوله آبی نقش مرکزی دارند و به دلیل توزیع فشار بالا در داخل لوله ها، امکان استفاده از دیگ هایی با ابعاد کوچک تر نسبت به دیگ های پوسته ای فراهم شده است. سیستم های جریان یکبار گذر، بازگرمکن ها و فوق گرمکن ها، همراه با کوره های دارای دیوارهای خنک شونده، عملکرد حرارتی دیگ ها را به حداکثر می رسانند. آب تغذیه در این دیگ ها از طریق لوله های پایین آورنده به استوانه های بخار منتقل شده و پس از جدا شدن بخار از مایع، به فوق گرمکن هدایت می شود. استفاده از دمنده های جریان اجباری و پیش گرمکن های هوا، دمای کوره را برای احتراق بهینه سوخت فسیلی فراهم می کند و گازهای خروجی از کوره تا حد ممکن از اتلاف انرژی جلوگیری می کنند.

سوخت های فسیلی مورد استفاده در این مولدها شامل زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی هستند. زغال سنگ به ویژه به دلیل ذخایر فراوان و انرژی گرمایی بالا، همچنان بخش عمده ای از سوخت نیروگاه ها را تشکیل می دهد. انواع زغال شامل آنتراسیت، زغال قیری، زغال زیرقیری و زغال چوب گونه است که هر یک خواص فیزیکی و گرمایی متفاوتی دارند و به تناسب طراحی دیگ و سیستم احتراق انتخاب می شوند. آنتراسیت با بالاترین درصد کربن ثابت و بیشترین ارزش گرمایی، عمدتاً در مولدهای بخار با سوخت انداز مکانیکی به کار می رود، در حالی که زغال قیری و نیمه آنتراسیت برای تولید بخار در فشارهای متنوع استفاده می شوند. استفاده از زغال پودر شده امکان سوختن یکنواخت و احتراق کامل را فراهم می کند و با طراحی مناسب کوره و سیستم های گردشی، راندمان حرارتی دیگ ها افزایش می یابد.

مولدهای بخار صنعتی نیز در شرکت های بزرگ و صنایع دیگر کاربرد دارند و ممکن است از زغال، نفت، گاز طبیعی یا ترکیبی از این سوخت ها استفاده کنند. برخی از آن ها گرمای پسماند فرآیندهای صنعتی یا حتی گرمایش الکتریکی را به کار می گیرند و بسته به نوع، می توانند بخار اشباع یا آب گرم تولید کنند. این مولدها با فشار پایین تر و ظرفیت محدودتر نسبت به نیروگاه ها طراحی می شوند، اما همچنان بخش مهمی از زنجیره تولید انرژی حرارتی در صنایع را تشکیل می دهند.

دیگ های لوله آتشی و لوله آبی دو دسته اصلی دیگ ها هستند که هر کدام ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند. دیگ های لوله آتشی، که تاریخچه آن ها به قرن هیجدهم باز می گردد، هنوز در صنایع کوچک و تولید بخار اشباع به کار می روند، اما برای فشار و ظرفیت های بالا مناسب نیستند. در مقابل، دیگ های لوله آبی با توزیع فشار در لوله ها و استفاده از کوره های با دیوارهای خنک شونده، امکان تولید بخار با فشار و دمای بسیار بالا را فراهم می کنند. انواع دیگ های لوله مستقیم و خمیده، استوانه های طولی و عرضی و دیگ های استرلینگ، نمونه های متنوعی از این تکنولوژی هستند که بر اساس ظرفیت و نوع سوخت طراحی شده اند و طی سال ها تکامل یافته اند.

ترکیب طراحی دیگ های لوله آبی، بازگرمکن ها، فوق گرمکن ها، پیش گرمکن های هوا و دمنده های جریان اجباری، همراه با انتخاب سوخت مناسب، امکان تولید بخار با ظرفیت بالا، فشار و دمای بهینه و راندمان حرارتی قابل توجه را فراهم می کند. مولدهای بخار با سوخت فسیلی همچنان ستون فقرات تولید انرژی الکتریکی در بسیاری از نیروگاه ها محسوب می شوند و در شرایط مختلف، با طراحی پیشرفته و کنترل دقیق فرآیند احتراق، نقش کلیدی در تامین انرژی پایدار ایفا می کنند.

فهرست مطالب :
فصل اول : مولدهای بخار با سوختهای فسیلی
دیگ لوله آتشین 3
دیگ لوله آبی ( نمونه های اولیه ) 5
دیگ لوله مستقیم 6
دیگ لوله خمیده 7
دیگ لوله آبی 8

فصل دوم : سوختها و احتراق
زغال سنگ 12
آنتراسیت 13
زغال سنگ قیری 14
زغال سنگ زیرقیری 14
زغال سنگ چوب گونه 15
زغال سنگ نارس 15
تجزیه زغال سنگ 16
تجزیه مستقیم 16
روش تجزیه کمی عناصر 17
ارزش گرمایی 18
سوخت اندازهای مکانیکی 18
احتراق پودر زغال 21
ماشینهای خردکن 23
کوره های سیکلونی 26

فصل سوم : توربینها
مقدمه 30
اصل ضربه 36
اصطکاک شاره 37
نشت 37
اتلاف ناشی از رطوبت بخار 38
اتلاف ناشی از خروج بخار 40
اتلاف بر اثر انتقال گرما 41
اتلاف مکانیکی و الکتریکی 41
بازده طولی 42

فصل چهارم : سیستم چگالش – آب تغذیه
مقدمه 45
چگالنده های تماس مستقیم 46
چگالنده ی افشانه ای 47
چگالنده ی تک فشاره و چندفشاره 50
اندازه و جنس لوله ها 52

فصل پنجم : سیستم آبگردشی
برجهای خنک کن تر 54
برجهای خنک کن با جریان مکانیکی هوا 56
برجهای خنک کن با جریان طبیعی هوا 57

فصل ششم : چرخه های توربین گازی و ترکیبی
استفاده از دماهای بالاتر 62
مواد 63
خنک سازی 63
خنک سازی با هوا 64
سوختها 66
چرخه های ترکیبی – کلیات 68