در پژوهش حاضر مقدار حرارت و آب هدر رفته از تانک بلودان بویلر HRSG در طول یک هفته کاری از نیروگاه سیکل ترکیبی زواره محاسبه نموده،

و راهکارهای پیشنهادی جهت بازیابی آنها به شما ارائه مینماییم.

• شناسایی دزدان انرژی و آب نیروگاه سیکل ترکیبی زواره !!!
• چیدمان تجهیزات بویلر HRSG در نیروگاه سیکل ترکیبی
• محاسبه مقدار حرارت و آب وارد شده به تانک بلودان Blow Down Tank
• شرایط ترمودینامیکی آب درام های LP و HP هر دو بویلر HRSG
• محاسبه کل انرژی و آب ورودی از درام های LP و HP به Blow Down بویلر HRSG
• چه مقداری از آب ورودی به Blow Down به بخار فلاشینگ تبدیل میشود؟
• راهـکـار پیشنهادی برای بازیابی آب و حرارت هدر رفته از بلودان
• راهکار اول: اتصال ونت بلودان به دی اریتور
• راهکار دوم: نصب مبدل حرارتی در مسیر درین بلودان

با نیروگاه سیکل ترکیبی بیشتر آشنا شوید

شناسایی دزدان انرژی و آب نیروگاه سیکل ترکیبی زواره !!!

درزدان آب و انرژی در بلودان بویلر HRSG نیروگاه سیکل ترکیبی زواره،بخار خروجی از ونت بلودان و آب درین بلودان بوده

که هرکدام به روش خودشان انرژی و آب را از نیروگاه میدزدند.

چیدمان تجهیزات بویلر HRSG در نیروگاه سیکل ترکیبی

ابتدا لازم میدانم در مورد چیدمان تجهیزات در یک بلوک سیکل ترکیبی مطالیبی را بیان نماییم. یک بلوک متشکل شده از دو بویلر HRSG ا(Heat Recovery Steam Generator) و هر بویلر HRSG شامل این تجهیزات است:

• سه درام به نام های Storage، LPو HP (نصب شده در بالا)
• یک مخزن بلودان (Blow Down Tank) (نصب شده در پایین)

وجود ناخالصی ها در آب بویلر HRSG و دمای بالای سطوح منجر به تمرکز رسوب بر روی سطوح انتقال حرارت و سطح داخلی پوسته بویلر شده

و از میزان انتقال حرات می کاهد.

همچنین به مرور زمان در اثر تمرکز رسوب بر روی سطوح، دمای سطوح افزایش یافته و سطوح انتقال حرارت آسیب می بیند.

بلودان(Blow down) فرایندی است که بوسیله آن بخشی از آب بویلر به بیرون منتقل می شود

تا از تمرکز ناخالصی های موجود در آب بویلر Total Dissolve Solid  در هنگام تبخیر جلوگیری بعمل آید.

این فرایند در کلیه بویلرها و از جمله بویلرهای نیروگاه سیکل ترکیبی و در زمان بندی های مشخص

توسط اپراتور یا سیستم کنترلی دستگاه به صورت اتوماتیک یا دستی انجام می شود.

چون آب خارج شده در فرایند بلودان با همان فشار و دمای کارکرد بویلر می باشد،

در حین این فرایند مقدار زیادی از حرارت و آب هدر میرود که من این هدر رفت آب انرژی را دزدی آب و انرژی نامیده

و دراین مقاله قصد دارم علاوه بر دستگیری این دزدان شبانه روزی راهکارهایی برای اصلاح و بهبود نیز خدمت شما ارائه بدهم.

محاسبه مقدار حرارت و آب وارد شده به تانک بلودان Blow Down Tank

فشار آب و همچنین مقادیر آب وارد شده از درام ها به تانک بلودان،

در مدت زمان یک هفته از عملکرد نیروگاه سیکل ترکیبی زواره توسط نرم افزار TXP متوسط گیری شده

و برای انجام محاسبات از همین اعداد استفاده نموده ایم.

همچنین فقط بلودان پیوسته (Continuous Blow Down) را در محاسبات لحاظ کرده ایم و از سایر مقادیر  بلودان ها صرف نظر کردم

همین جا یک نکته بسیار بسبار مهم را باید مطرح کنم:

کلیه اعداد استفاده در محاسبات، مقدار “متوسط” اندازه گیری توسط نرم افزار TXP از ساعت 10 صبح 09/03/2014 تا نیمه شب 14/03/2014 است.

همانطوری که در این تصویر میبینید، این نرم افزار علاوه بر مقادیر فشار و دبی در هر ساعت از شبانه روز،

مقادیر minimum,maximum و Average فشار و دبی را  از ساعت 10 صبح 09/03/2014 تا نیمه شب 14/03/2014 گزارش نموده است.

به عنوان مثال آیتم شمار (2) مربوط به فشار اشباع HP Drum بوده و  minimum,maximum و Average از این قرار است:

• minimum: 76.664 bar
• maximum: 90.209 bar
• Average: 81.345 bar

در کلیه محاسبات فشار اشباع HP Drum را برابر با فشار متوسط 81.345bar در نظر گرفته ایم

و عدد فشار متوسط به منزله نماینده فشار درام از ساعت 10 صبح 09/03/2014 تا نیمه شب 14/03/2014 می باشد.

شرایط ترمودینامیکی آب درام های LP و HP هر دو بویلر HRSG

شرایط ترمودینامیکی آب درام های هر دو بویلر HRSG نیروگاه سیکل ترکیبی زواره

بر اساس اطلاعات استخراج شده به کمک میان یابی خطی (Interpolation Linear) از جدول ترمودینامیکی آب و بخار استخراج نموده

و در این جدول مشاهده میفرمایید

محاسبه کل انرژی و آب ورودی از درام های LP و HP به Blow Down بویلر HRSG

محاسبه کل انرژی و آب ورودی از HP Drum.1 به Blow Down.1

به کمک اعداد استخراج شده از این جدول کل انرژی و آب ورودی از HP Drum.1 به Blow Down.1 به این صورت محاسبه میشود:

نرخ انرژی ورودی از HP Drum به Blow down تابع دو پارامتر دما و فشار آب می باشد.

از آنجایی که در HP Drum آب و بخار به صورت اشباع است، لذا تنها با داشتن یکی از پارامتر های دما یا فشار، انرژی (آنتالپی) آب قابل محاسبه است.

برای تعیین آنتالپی (نرخ آنرژی ورودی) از HP Drum.1 به Blow Down.1 ابتدا به کمک اطلاعات نرم افزار TXP،

فشار متوسط HP Drum.1 را  محاسبه میکنیم. این مقدار برابر 81.345bar می باشد

در ادامه  مقدار آنتالپی از طریق جدول ترمودینامیکی آب در حالت اشباع و با در دست داشتن فشار 81.345bar

و به کمک میان یابی خطی (Interpolation Linear) برابر 1322.474kj⁄kg به دست می آید.

همچنین مقدار آب ورودی از HP Drum.1 به Blow Down.1 (مقدار “متوسط” اندازه گیری شده توسط نرم افزار TXP از ساعت 10 صبح 09/03/2014 تا نیمه شب 14/03/2014) برابر با 1.373kg⁄s است.

در نهایت کل انرژی آب ورودی از HP Drum.1 به Blow Down.1 به صورت زیر قابل محاسبه است

به طریق مشابه با همان روشی که کل انرژی آب ورودی از HP Drum.1 به Blow Down.1حساب شد، موارد زیر محاسبه میشود.

روابط این محاسبات از این قرار است:

در ادامه مجموع کلیه مقادیر انرژی و آب محاسبه شده (برای هر دو بویلر که هر بویلر خود شامل HP Drumو LP Drum نیز می باشد) را حساب مینماییم

حالا میخواهیم ببینیم هر کدام از این سارقین بعنی ونت بلودان و درین بلودان چه سهمی در این سرقت دارند

ابتدا پرونده ونت بلودان را بررسی مینماییم. به نظر میرسد سهم ونت بلودان بیشتر باشد

چه مقداری از آب ورودی به Blow Down به بخار فلاشینگ تبدیل میشود؟

تشکیل بخار در تانک بلودان به دلیل پدیدۀ بخارِ فلاشینگ (Flash Steam) می باشد.

بخار فلاشینگ، همان بخار است و زمانی که فشار آب داغ ناگهانی کاهش میابد،

ایجاد گردیده و به نام بخار فلاشینگ نامگذاری میشود تا در واقع علت ایجاد بخار را توضیح داده باشد.

بر خلاف بخار نرمال که معمولاً در یک بویلر ایجاد میشود،

بخار فلاشینگ زمانی که یک کندانس (Condensate) فشار بالا دچار یک افت فشار ناگهانی میشود، بوجود می آید.

این پدیده در تله بخار Steam trap  شکل زیر نمایش داده شده است.

چه مقداری از آب ورودی به Blow down به بخار فلاشینگ تبدیل میشود؟

پاسخ این سوال به کمک قانون اول ترمودینامیک برای حجم کنترل، داده میشود.

با فرض جریان پایا (Steady State) و با توجه به پدیده اختناق (Throttling) ایجاد شده در تشکیل بخار فلاشینگ،

قانون اول ترمودینامیک به صورت زیر ساده میشود:

به کمک معادلات کیفیت بخار در سیال دو فازی، کسر جرمی بخار ایجاد شده در پدیده فلاشینگ به صورت زیر قابل محاسبه است:

با کمک روبط بالا درصد بخار فلاشینگ از HP Drum.1 به Blow Down.1 به قرار ذیل محاسبه میشود

مطابق این محاسبات 40% از آب ورودی از HP Drum.1 به Blow Down.1 به صورت بخار فلاشینگ ار مسیر ونت بلودان دزدیده میشود.

انرژی و مقدار آب دزدیده شده از این قرار است:

40% از آب ورودی از HP Drum.1 به Blow Down.1 به صورت بخار فلاشینگ ار مسیر ونت بلودان دزدیده میشود

به طریق مشابه، نرخ متوسط آب و انرژی هدر رفته از هر دو  تانک بلودان به واسطه ونت شدن بخار فلاشینگ HP بویلر دو،

LP بویلر یک و LP بویلر دو به صورت زیر قابل محاسبه است:

از مجموع این مقادیر، نرخ متوسط آب و انرژی هدر رفته از تانک های بلودان هر دو بویلر برابر است با:

این اعداد نشان دهنده این است که آب با دبی 1.232 لیتر بر ثانیه

و  انرژی با نرخ 3.2 مگاوات از طریق ونت شدن بخار فلاشینگ به اتمسفر، هدر میرود.

راهـکـار پیشنهادی برای بازیابی آب و حرارت هدر رفته از بلودان

راهکار اول: اتصال ونت بلودان به دی اریتور

همانطور که در شکل پایین مشاهده میفرمایید، میتوان با اتصال مسیر ونت تانک فلاشینک به دی­اریتور، جهت بازیابی بخار فلاشینگ استفاده نمود.

تانک بلودان با ایجاد فضای کافی، باعث کاهش سرعت سیال شده و زمان لازم برای جدا شدن کندانس و بخار فلاشینگ را فراهم می سازد.

بدین منظور هندسه تانک باید بگونه ای طراحی شود که سرعت بخار در بالای تانک از 3 m/s تجاوز نکند.

همچنین فرایند طراحی تانک مورد تایید استاندارد مخازن تحت فشار (به عنوان مثال British Standards Institution PB550) قرار گرفته باشد.

از مزایای این طرح بالا رفتن دمای آب استوریج تانک (Storage tank) و کمک به اکسیژن زدایی آب سیکل است.

ضمن اینکه باید مراقب پدیده کاویتاسیون در بویلر فید واتر پمپ (Boiler Feed Water Pump) به دلیل افزایش بیش از حد دمای آب مخزن، بود.

به عبارتی اگر دمای آب ورودی به بویلر فید واتر پمپ، به واسطه ورود بخار فلاشینگ به استوریج تانک بیشتر از دمای طراحی شده برای سیال ورودی به پمپ ها باشد،

انجام این روش عملی نبوده و در این شرایط باید آب مسیر خروجی پمپ را  گرم نمود.

فیلم رایگان آموزشی “کاویتاسیون در پمپ سانتریفیوژ” را مطالعه کنید.

تجهیزات مورد نیاز برای اتصال ونت بلودان به دی اریتور

1-تله بخار: نصب تله بخار در مسیر درین تانک بلودان، مانع از خروج بخار از لوله درین میشود.
از آنجایی که فشار تانک بلودان ناچیز است در نتیجه انرژی زیادی برای عمل کردن تله بخار لازم نبود و به همین دلیل در انتخاب  تله بخار با سایز بالا محدودیت وجود ندارد

و احتمال گرفتگی تله بخار ناچیز است. در این حالت بهتر است از تله بخار شناوری (Float Steam Trap) استفاده شود.

2- خلأ شکن (Vacuum Breaker): زمانیکه بویلر بلودان نمیشود،

کندانس شدن بخار درتانک بلودان، خلأ ایجاد کرده و باعث بازگشت آب از سمت استوریج تانک به بلودان شده و زمانی که بویلر مجداً بلودان میشود،

حرکت سریع این آب در لوله ها باعث ایجاد پدیده ضربه قوچ (Water Hammer) میگردد.

راه حل این مسئله نصب خلأ شکن روی دی اریتور بویلر می باشد.

راهکار دوم: نصب مبدل حرارتی در مسیر درین بلودان

همانطور که محاسبه شد،بخار آب با انرژی با نرخ 3.2 مگاوات از طریق متصل کردن ونت تانک بلودان به دی ­اریتور استوریج تانک،

بازیابی شده و مابقی انرژی مطابق شکل شماره پایین، با نصب مبدل حرارتی (Heat Exchanger) قابل  بازیابی است.

دبی آب درین شده از بویلر و مقدار انرژی آن به صورت زیر محاسبه شده است:

از معایب چیدمان مبدل حرارتی این است که

نمی­توان در مورد یکنواختی دمای آب سرد خروجی از مبدل اطمینان حاصل کرد.

زیرا در مواقعی که بلودانی از بویلر وجود ندارد، طبیعتا حرارتی به آب منتقل نشده

و درنتیجه دمای آب سرد خروجی  تغییر چندانی نمی­کند.

برای حل این مشکل نصب یک عدد پمپ سیرکوله و ترموستات مطابق شکل زیر، پیشنهاد میگردد.

پیشنهاد این طرح توسط من در سال 92 به کمیته کاهش مصرف انرژی شرکت بهره برداری و تعمیراتی مپنا داده شد.

و سرانجام در سال 96 این طرح در جشنواره ایده های برتر هلدینگ پرشیان فولاد، مقام چهارم را کسب نمود.