آموزش نیروگاه| سعید کردی زاده

بویلر نیروگاه و انواع دی سوپرهیتر ولو

بویلر نیروگاه

سلام؛ به وبسایت آموزش مباحث نیروگاهی خوش آمدید.
من، سعید کردی زاده هستم و در این مقاله قصد دارم جدید‌ترین و به روز ترین مباحث نیروگاهی درباره انواع دی سوپرهیتر ولوهای بویلر نیروگاه با شما به اشتراک بگذارم.

بعد از مطالعه این مقاله آموزشی، درباره انواع دی سوپرهیتر ولوهای بویلر نیروگاه می آموزیم که:

  • Turn down دی سوپرهیتر چیست؟
  • سرعت بخار در طراحی و سایزینگ دی سوپرهیتر بویلر نیروگاه چه نقشی دارد؟
  • اتمایزینگ در دی سوپرهیتر بویلر نیروگاه چگونه انجام میشود؟
  • نازل ثابت و نازل فنری دی سوپرهیتر چه ساختاری دارند؟
  • انواع دی سوپرهیتر ها و بررسی مزایا و معایب آنها

پارمترهای تعیین کننده در انتخاب نوع دی سوپرهیتر بویلر نیروگاه

1- Turn down

انتخاب نوع دی سوپرهیتر بویلر نیروگاه به میزان آب مورد نیاز در حالت Low Load و حالت High Load بویلر بستگی دارد.

در حالت Low Load حداقل میزان آب از دی سوپرهیتر بویلر نیروگاه پاشش شده و در حالت High Load این قضیه برعکس است.

نسبت حداکثر دبی پاشش آب و حداقل دبی پاشش آب در دی سوپرهیتر، Turn down نامیده میشود.

Turn down بویلر نیروگاه

Turn down بویلر نیروگاه

2- سرعت بخار خط اصلی بویلر نیروگاه

در طراحی و سایزینگ دی سوپرهیترهای بویلر نیروگاه موردی که بیشتر از Turn down محدود کننده است،

حداقل سرعت بخار در خط اصلی بخار بویلر نیروگاه می باشد.

همیشه بایستی حداقل سرعت بخار را در خط لوله بخار داشته باشید تا مطمئن باشید

پس از پاشش آب داخل خط لوله و واتر دریپینگ (water dripping) وجود نداشته و اتمایزینگ به صورت مناسبی انجام شود.

عملا هرچقدر با حداقل سرعت بخار کمتری در خط لوله مواجه باشید،

مجبور میشویم از دی سوپرهیترهایی با Turn down بزرگتر استفاده کنید.

مفهوم اتمایزینگ در دی سوپرهیتر بویلر نیروگاه

یکی از مفاهیم اصلی و بنیادی در دی سوپرهیتر بویلر نیروگاه اتمایزینگ بوده

و عملا کیفیت دی سوپرهیتینگ وابسته به کیفیت اتمایزینگ است.

اتمایزینگ یعنی، قطرات آبی را که قرار است وارد خط بخار شود با چه کیفیت و با چه سایزی ریز شده اند

و با چه پروفایلی در داخل خط لوله بخار پاشیده میشوند.

هرچقدر که این قطرات ریزتر باشند و پروفایل یکنواخت تری در مرکز لوله داشته باشند، عملا اتمایزینگ بهتری را شاهد خواهیم بود.

اتمایزینگ میتواند به صورت مکانیکال به وسیله نازل و از طریق افت فشار نازل انجام شود.

و یا میتواند ترکیبی از مکانیکال یا اتمایزینگ ثانویه (Secondary Atomizing) باشد و این کار به وسیله سرعت بخار داخل خط لوله رخ میدهد.

در مواقعی از بهره برداری بویلر نیروگاه که سرعت بخار در خط اصلی کاهش میابد،

به صورت کمکی از منبع بخار کمکی استفاده کرده و قبل از اینکه قطرات را به لوله اصلی تزریق شود،

به وسیله بخار کمکی، کیفیت اتمایزینگ افزایش میابد.

 

انواع نازل ها

نازل هایی که در انواع دی سوپرهیترها استفاده میشود به دو دسته تقسیم میشوند:

 

نازل ثابت

نازل های ثابت، نازل هایی با یک اریفیس ثابت هستند. یعنی ممکن است نازل های نصب شده با سوراخ ها و هندسه متفاوت باشند

و اما قطر سوراخ های نازل در کلیه حالت های پاشش آب، ثابت است.

 

نازل های فنری

دومین نوع نازل که اغلب در دی سوپرهیترهای بویلر نیروگاه استفاده میشود، نازل های اسپرینگ اسیستت (spring assistance nozzle) می باشند.

این نازل ها دارای  یک فنر بوده و هرچقدر که این فنر به وسیله اختلاف فشار آب بالادست و بخاری که در خط بخار اصلی است، فشرده تر شود، میزان پاشش آب در این نازل بیشتر میشود.

به عبارتی میزان پاشش آب وابسته به آب و بخار است.

بنابراین با تغییر فشار آب و بخار، سطح مقطع این نازل تغییر کرده و درنتیجه میزان پاشش تغییر خواهد کرد.

از آنجایی که همواره تمامی نازل ها در انجام دیسوپرهیتینگ نقش دارند،

بایستی در زمان  Low Load Operation مقدار  بخار به حدی باشد که فرایند اتمایزینگ به خوبی انجام شده و واتر دریپینگ نداشته باشیم.

نازل دی سوپرهیتر بویلر نیروگاه

 

 

پنج دی سوپرهیتر پرکاربرد بویلر نیروگاه

 

1- رینگ تایپ دی سوپرهیتر (Ring Type Desuperheater)

در این نوع دی سوپرهیتر، کنترل ولو دور از خط بخار بوده و فقط نازل ها و پراب در معرض بخار هستند.

دی سوپرهیتر رینگ تایپ (Ring Type Desuperheater) با نام دی سوپرهیتر پرات تایپ (Probe Type Desuperheater) نیز شناخته میشود.

 

دی سوپرهیتر رینگ تایپ بویلر نیروگاه

دی سوپرهیتر پرات تایپ بویلر نیروگاه

دو مشکل شایع دی سوپرهیتر رینگ تایپ

زمانی که کنترل ولو برای اولین بار باز میکند، چون نازل ها در معرض بخار داغ بوده اند دو مشکل ایجاد میشود:

 

  •  شوک حرارتی thermal shock

قسمت های ضخیم پراپ مانند فلنج پراب و خود پراب در معرض تنش حرارتی و خستگی بیشتر قرار میگیرند.

مخصوصا در شرایط Cycle Operation و همچنین در تعداد استارت های زیاد بویلر نیورگاه

ریسک تولید ترک و ریسک تخریب های خستگی پر رنگ تر بوده و در نتیجه این قسمت ها در معرض آسیب بیشتری قرار میگیرند.

در رینگ تایپ با انتقال بخش ضخیم (که مربوط به پراب بود) به خارج از خط بخار،

عملا این امکان فراهم میشود که هوای محیط، رینگ را (که جایگزین پراب شده) خنک کند.

بنابراین وقتی دیسوپرهیتر برای بار اول باز میشود، آب وارد رینگی خواهد شد که دمای آن خیلی پایین تر از دمای بخار است.

همین موضوع باعث کاهش تنش حرارتی رینگ میشود. اما نازل ها همچنان تحت دمای بالا هستند.

 

  • سیال دوفازی

در ابتدا آب خروجی از نازل دوفاز است و این دوفاز شدن باعث افزایش سرعت در نازل شده و نرخ فرسایش را زیاد میکند.

استفاده از متریال های اینکونل و نیترید شده باعث افزایش و بهبود عمر نازل میشود.

 

2- اینتگرال دی سوپرهیتر (integrated desuperheaters)

در صورتی که نیاز به Turn down بالاتری در دی سوپرهیتر بویلر نیروگاه داشته باشیم باید از نوع دی سوپرهیتر استفاده کنیم.

چرا Integrated Desuperheater دارای Turn down بیشتری دارند؟

مکانیزم پاشش Integrated Desuperheater به صورتی است که استم (Stem) که داخل لنس و سیلندر بیرونی قرار دارد،

و برحسب میزان پاشش آب مورد نیاز، تعداد نازل های درگیر را تغییر میدهد.

با تغییر تعداد نازل ها ظرفیت دیسوپرهستر برای پاشش آب تغییر میکند.

این موضوع این قابلیت را در دیسوپرهیتر ایجاد میکند که همواره  ∆p نازل ثابت باشد.

و همانطور که در بالا اشاره شد ∆p ثابت، یکنواخت بودن اتمایزینگ مکانیکال در نازل ها را به همراه دارد.

یعنی همواره با تغییر تعداد نازل هایی که درگیر پاشش هستند، با حفظ ∆p آنها، بهینه ترین حالت اتمایزینگ نازل ها در شرایط مختلف بهره برداری بویلر نیروگاه برقرار میشود.

این موضوع باعث Turn down عملکردی بهتری شده و به کابران و بهره بردار بویلر نیورگاه این امکان را میدهد که در سرعت های پایین تری از بخار بتوانند از دی سوپرهیتر استفاده کنند.

 

مشکلات Integrated Desuperheater

شوک حرارتی

Integrated Desuperheater قطعات متحرکی زیادی دارند.

این قطعات شامل شامل استم داخلی و پلاگ متصل به آن است (Stem & Plug)،

به همراه لنسی (Lance) که دور این قطعات متحرک قرار گرفته و نازل هایی که روی لنس نصب میشود.

تمامی این قطعات متحرک در بخش داغ و در معرض دمای بالای بخار هستند.

زمانی که دی سوپرهیتر برای اولین بار باز میکند، تحت شوک حرارتی شدید قرار میگیرد.

به همین دلیل قطعاتی که سریعتر در معرض آب سرد قرار میگیرند، سریعتر خنک میشوند و قطعاتی که دیرتر در معرض آب سرد قرار میگیرند همچنان در دمای بالای بخار به سر میبرند.

بنابراین قسمت بیرونی یعنی لنس میخواهد دمای بخار را حفظ کند

اما قسمت درونی یعنی استم و پلاگ خیلی سریعتر به دمای آب میرسد.

 دی سوپرهیتر اینتگرال بویلر نیروگاه مپنا

از طرفی به هر میزان که استم و پلاگ و یا لنس، ضخیم تر باشند این اختلاف دما میتواند در سطوح خارجی و داخلی آن ها نیز اتفاق بیفتد.

اگر تصور کنید استم و پلاگ (stem&plug) همانند پیستونی داخل سیلندری به نام لنس دی سوپر هیتر قرار گرفته باشد،

زمانی که آب برای بار اول وارد دی سوپر هیتر میشود، سطح داخلی لنس دی سوپرهیتر در اثر تماس تماس با آب شروع به سرد شدن مینماید

اما دمای سطح خارجی لنس که در مجاورت بخار اصلی است، افزایش می یابد.

حالا هرچقدر ضخامت لنس دیسوپرهیتر بیشتر باشد، این اختلاف دما پررنگ تر شده

و هم دما شدن کل لنس در امتداد ضخامتش، زمان بیشتری لازم دارد.

برای استم و پلاگ هم، این مسئله وجود دارد.

یعنی هرچقدر ضخامت بیشتر باشد سطح بیرونی که در حال سرد شدن است،

زودتر سرد شده و هسته و مرکز آن نسبت به قبل همچنان داغ باقی مانده و به همین دلیل اختلاف دمای بیشتری را تجربه میکند.

این مسئله تنش حرارتی شدیدی را به همراه دارد.

در صورتی که این تنش ها به خاطر شرایط Cycle Operation و تغییرات زیاد بار در بویلر نیروگاه حادث شود،

به شدت باعث کاهش عمر این قطعات میشود.

 

افت فشار

محدودیدت دیگری که در Integrated Desuperheater وجود دارد،مسئله افت فشار بین آب و بخار است.

افت فشار آب ورودی به Integrated Desuperheater و خط بخار نبایستی از حداقل مقدار پیشنهادی کارخانه سازنده دی سوپرهیتر تجاوز کند.

دلیل این مسئله این است که در این دی سوپرهیتر حداکثر سه مرحله افت فشار اتفاق می افتد.

  • افت فشار اول داخل تریم و داخل کیج اصلی دی سوپرهیتر
  • افت فشار دوم در اریفیس یا پلاگ دی سوپرهیتر
  • افت فشار سوم در نازلها

افزایش فشار

موضوع بعدی ریسک افزایش فشار بالادست Integrated Desuperheater است.

در Integrated Desuperheater، کنترل ولو و نازل ها یکپارچه بوده و زمانی که دی سوپرهیتر بسته است،

مقداری آب بین دی سوپرهیتر و چک ولو بالادست محبوس شده و محلی برای فرار ندارد.

رسانش گرمایی باعث انتقال حرارت از خط بخار اصلی بویلر نیروگاه به آب محبوس شده، و افزایش فشار آب محبوس را به همراه دارد.

بنابراین عایق نکردن Integrated Desuperheater خیلی خیلی پررنگ تر از مدل های دیگر است.

از طرفی اگر موضوع افزایش فشار خیلی حاد شود،

تمهیداتی مانند استفاده از یک خط برعکس با چک ولو یا استفاده از ریلیف ولو (Relief Valve) میتواند راهگشا باشد.

 

جام کردن و گریپاژ

تنشهای حرارتی میتواند باعث خم شدن یا بِند شدن (Bend) استم و گیریپاژ و جام شدگی استم و پلاگ در لنس شود.

استفاده از مواد با گریدهای بالاتر و افزایش هاردنیگ (hardening) و سخت کاری سطوح با روش هایی مثل نیتریده کردن (Nitriding) برای بهبود عمکرد این سیستم ها مفید می باشد.

توصیه میکنم مقاله

 ۴مشکل شایع دی سوپرهیتر ولو بویلر HRSG و ۱۱راهکار آن 

را حتما مشاهده نمایید.

3- دی سوپرهتر مجهز به بخار کمکی (steam assisted)

در این نوع بخار از منبع دیگری به غیر از خود بویلر وارد دیسوپر هیتر شده

و با تزریق بخار قبل از پاشش آب در خط اصلی بخار، اتمایزینگ را بهبود میبخشید.

مطابق این تصویر بخارکمکی از طریق دو مسیر جت بخار (Steam Jet) به محل پاشش هدایت میشود

و دیسوپرهیتر پاشش آب را انجام میدهد و با تزریق بخار قبل از اینکه آب بخواهد به لوله اصلی وارد شود،

شرایط اتمایزینگ را بهبود داده میشود.

دی سوپرهتر مجهز به بخار کمکی بویلر نیروگاه

 

لازم به ذکر است فشار بخار کمکی باید حداقل 1.5 تا 2 برابر بیشتر از فشار بخار خط اصلی بالاتر بوده تا مطمئن باشید اتمایزینگ به صورت مناسبی انجام میشود.

در صنایع فرایندی و صنایع عملکردی که Turn down عملکردی زیاد میشود،

مجبور میشویم از این نوع دیسوپرهیتر استفاده کنیم.

کنترل ولو دیسوپرهیتر اصلی میتواند split یا integrated باشد. اما کنترل ولو مسیر بخار کمکی باید split باشد.

 

4- سرفیس ابزرشن دی سوپرهیتر(Surface Absorption Desuperheater)

آخرین و پیچیده ترین دی سوپرهیتری که در صنایع استفاده میشود، سرفیس ابزرشن دی سوپرهیتر است.

این دی سوپرهیتر هزینه بالایی دارد و در سیستم هایی که Turn down عمکردی بالای نیاز دارد

و سرعت بخار میتواند خیلی کم بوده و ریسک حمل کردن آب (Carry Over) به پایین دست وجود دارد، از این نوع دیسوپرهیتر استفاده میشود.

همانطوری که در این شکل نشان داده شده است، آب از بالا وارد کیج (Cage) شده و بخار با عبور از سطح کیج خنک میشود.

در نهایت آب کندانس شده و مازاد از انتهای دی سوپر هیتر تخلیه میشود.

سرفیس ابزرشن دی سوپرهیتر بویلر نیروگاه

از محدودیت های سرفیس ابزرشن دی سوپرهیتر، افت فشار  زیادی است که در خط بخار به واسطه عبور از کیج ایجاد میشود.

 

5- Integrated Desuperheater ویژه دمای بالای 600 درجه سانتیگراد

زمانی که دمای بخار به بیش از 0C 600  و نزدیک به 0C 621 خواهد رسید،

Integrated Desuperheater به صورت خاص برای این دمای بالای بخار طراحی میشوند.

از آنجایی که در دمای 0C 600 پدیده خرش (Creep) در فلزات محتمل است،

و از طرفی افت فشار  بین آب ورودی و بخار به شدت زیاد است،

بایستی کلیه قطعات متحرک را به خارج دی سوپرهیتر منتقل شده  و برای هرکدام از نازل ها یک مسیر جداگانه برای تزریق آب در نظر گرفته شود.

با جانمایی قطعات متحرک در خارج دی سوپرهیتر مطمئن هستید که این قطعات همواره به وسیله دمای محیط خنک شده

و درنتیجه با ورود آب، تنش حرارتی زیادی را تجربه نمیکنند.

من همه ی تلاشم را کردم که مبحث “بویلر نیروگاه و انواع دی سوپرهیتر ولو” را به ساده ترین و کاربردی ترین شکل ممکن خدمت شما عنوان کنم، امیدوارم مطالب آموزشی فوق برای شما عزیزان مفید کاربردی بوده باشد.

 

دیدگاه‌ها (0)

*
*

*

code