نیروگاه بخار چگونه کار میکند ؟

در این مقاله قصد دارم درباره نیروگاه بخار مطالب کاربردی و بسیار سودمندی را با شما همراهان همیشگی وب‌سایت آموزش نیروگاه اشتراک‌گذاری نمایم.

به شما قول می‌دهم اگر تا پایان این مقاله با من همراه باشید به‌راحتی به این سؤالات پاسخ می‌دهید:

• چرخه سیکل رانکین بخار در نیروگاه بخار چه قسمت‌هایی دارد؟
• نقش بویلر در نیروگاه بخار چیست؟
• توربین نیروگاه بخار چگونه کار می‌کند؟
• نحوه تولید برق در نیروگاه بخار چگونه است؟
• هزینه ساخت و بهره‌برداری نیروگاه بخار چقدر است؟

نیروگاه بخار

نیروگاه بخار با چرخه سیکل رانکین کار می‌کنند.

چگونگی تولید برق در نیروگاه بخار که عموماً دارای ظرفیت تولید برق بالایی هست،به این صورت است که از سوخت زغال‌سنگ، مازوت و یا گاز طبیعی و تولید بخار توسط بویلر جهت به حرکت درآوردن پره‌های توربین بخار و روتور ژنراتور استفاده‌شده و درنهایت موجب تولید برق می‌گردد.

ظرفیت این نیروگاه‌ها درگذشته تا ۱۲۰۰ مگاوات نیز طراحی می‌شد.

ولی امروزه نیروگاه بخار عموماً در ظرفیت‌های بین ۳۵۰ تا ۶۰۰ مگاوات طراحی می‌شود.

در این نیروگاه‌ها از سیستم خنک‌کننده خشک و تر جهت خنک کردن آب حاصل از چگالش بخار خروجی از توربین بخار استفاده می‌گردد.

در شبکه سراسری برق ایران حدود ۲۱ درصد از برق تولیدی توسط نیروگاه‌های بخار تأمین می‌شود.

این میزان در ایالات‌متحده آمریکا در حدود ۷۷ درصد است.

بزرگ‌ترین نیروگاه‌های بخاری ایران نیروگاه نکا و نیروگاه رامین اهواز با ظرفیت ۱۹۰۰ مگاوات است.

چرخه سیکل رانکین بخار در نیروگاه بخار چه قسمت‌هایی دارد؟

شکل زیر چرخه سیکل رانکین بخار در نیروگاه بخار را نشان می‌دهد.

در نیروگاه‌های بخاری، ابتدا در بویلر یا دیگ بخار با استفاده از حرارت منبع حرارتی، بخار موردنیاز تأمین می‌شود.

این بخار با فشار و دمای بالا وارد توربین بخار شده و توربین را به حرکت درمی‌آورد.

بخار خروجی از توربین باید به نحوی دوباره وارد سیکل نیروگاه شود.

ازآنجایی‌که امکان پمپ نمودن بخار وجود ندارد،

بخار خروجی از توربین ابتدا در کندانسور یا سیستم خنک‌کننده تبدیل به مایع می‌شود

و سپس توسط پمپ آب مجدداً وارد سیکل نیروگاه می‌شود.

در این شکل به کمک روابط ترمودینامیک و صورت تئوری روش محاسبه کار و میزان انتقال حرارت در قسمت‌های مختلف

و چگونگی تولید برق در نیروگاه آورده شده است.

نقش بویلر در نیروگاه بخار چیست؟

شکل زیر حرارت جذب‌شده در سه قسمت اصلی بویلر را نشان می‌دهد.

همان‌طور که مشاهده می‌کنید آب در ورود به بویلر در قسمت اکونومایزر گرم شده،

و بعد از رسیدن به دمای اشباع وارد سطوح قسمت تبخیرکننده شده

و بعد از بخار شدن تمامی سیال سیکل وارد قسمت فوق اشباع بویلر خواهد شد.

شما می‌توانید دیاگرام جریان انرژی یک نیروگاه بخار ۵۰۰ مگاواتی زغال سوز در زیر فشار بحرانی را در تصویر زیر مشاهده نمایید.

با توجه به شکل زیر اکثر انرژی حرارتی ورودی به بویلر در قسمت سیستم خنک‌کن دفع می‌شود.

توربین نیروگاه بخار چگونه کار می‌کند؟

این نوع نیروگاه‌ها بر اساس نوع توربین آن و ازنظر فشار بخار تولیدی در بویلر و بخار مصرفی در توربین به دودسته عمده تقسیم می‌گردند:

۱-توربین‌های از نوع فشارثابت (Constant pressure) که در آن بویلر و توربین هیچ نوع انعطافی از خود نشان نمی‌دهند

و لذا از این نوع توربین‌ها (نیروگاه‌ها) در جهت تولید بار پایه شبکه استفاده می‌گردد.

۲ -توربین‌های از نوع فشار متغیر (لغزنده) (sliding pressure) که می‌توان بر روی بویلر و توربین، تغییرات فشار را اعمال نمود.

این نوع نیروگاه‌ها معمولاً جهت تولید بارمیانی شبکه به کار می‌روند.

نحوه تولید برق در نیروگاه بخار چگونه است؟

چگونگی تولید برق در نیروگاه بخار به‌این‌ترتیب است که سوخت فسیلی مانند زغال‌سنگ، گاز، گازوئیل، مازوت به‌وسیله مشعل‌های خاصی، به محفظه‌ای به نام کوره، پاشیده می‌گردد.

سپس با اشتعال سوخت در مجاورت هوا که به‌وسیله فن‌های بزرگی تأمین می‌شود، حرارت قابل‌توجهی در این محفظه تولید می‌گردد.

حرارت حاصله، آب (گرمی) را که با پمپ از داخل لوله‌های تعبیه‌شده در آن عبور می‌کند،

پس از طی مراحلی به بخاری با درجه حرارت و فشار بالا که در اصطلاح به آن بخار خشک (Super heat steam) می‌گویند، تبدیل می‌نماید.

بخار خشک حاصله پس از خروج از بویلر وارد توربین بخار می‌شود.

بخار وارده به توربین آن را به حرکت درمی‌آورد و ژنراتور را که با توربین، هم‌محور و متصل است به همراه آن به گردش درمی‌آورد.

با چرخش ژنراتور جریان برق تولید می‌شود.

سپس بخار ورودی به توربین با از دست دادن بخش عمده‌ای از حرارت و فشار خود وارد محوطه‌ای به نام کندانسور می‌شود.

در کندانسور این بخار به لحاظ تماس با سطح سرد، تقطیر می‌شود و به آب تبدیل می‌گردد.

آب تقطیرشده مجدداً از پیش گرم‌کننده‌های متعددی عبور داده‌شده و گرم می‌شود

و درنهایت توسط پمپ مجدداً به درون بویلر هدایت می‌شود و سیکل خود را دوباره طی می‌کند.

راندمان نیروگاه‌های بخاری در حدود ۴۰ درصد است.

تقریباً ۵ تا ۱۰ درصد انرژی در اگزوز و در حدود ۵۰ درصد نیز از طریق سیستم خنک‌کن تلف می‌شود.

هزینه ساخت و بهره‌برداری نیروگاه بخار چقدر است؟

نیروگاه‌های بخاری زغال سوز مقرون‌به‌صرفه ترین نیروگاه‌های با سوخت فسیلی در دنیا می‌باشند.

هزینه احداث این نیروگاه بسته به تجهیزات جانبی آن و محل نصب و غیره از ۱۸۰۰ دلار در هر کیلووات تا مقادیر بالاتر متغیر هست.

هزینه بهره‌برداری و تعمیرات این نیروگاه‌ها در حدود ۲ درصد هزینه احداث نیروگاه در هرسال است.

شکل زیر هزینه سرمایه‌گذاری احداث یک نیروگاه بخاری با سوخت زغال‌سنگ را نشان می‌دهد.

توجه شود قیمت ذکر شده در این گراف دسته بالا گرفته شده است

و حد پایین این گراف قیمت رایج نیروگاههای بخار زغال سوز را تا سال 2007 را نشان می دهد

و هدف اصلی از ارائه این گراف نشان دادن وزن قیمتی هر بخش از نیروگاه است.

این قیمت در نیروگاه های با سوخت مایع و سوخت سنگین در حدود 950 دلار در هر کیلووات خواهد بود.

لازم به ذکر است زمان اجرای این نیروگاه ها معمولاٌ پنج سال طول می کشد.

منبع: هادی اله یاری، فاطمه نام آور، مبانی و اصول مهندسی نیروگاه و تجهیزات اصلی آن، جلد اول انتشارات سارگل، 1395