مقدمه:
با توجه به روند رو به رشد صنایع و لزوم استفاده از نیروی برق در کشورهای جهان , کسترش نیروگاهها در دستور
کار اجرایی کشورهای مختلف قرار گرفته است و این امر به توسعه و گسترش نیروگاه های و پیشرفت های چشم گیری در زمینه فن آوری نیروگاهی منجر شده است .
از آنجا که مهمترین عامل تولید انرژی الکتریکی تبدیل سوخت های فسیلی و گازی به انرژی الکتریکی میباشد
می باشد لذا احتراق در نیروگاه های حرارتی و به همراه آن آلودگی هوا مهمترین مساله قابل توجه خواهد بود .
توجه خاص به فرآیند احتراق از چند دیدگاه قابل ملاحظه است:
بهینه سازی مصرف سوخت و حداکثر استفاده از انرژی سوخت و کاهش هزینه ها .
کاهش آلاینده های زیست محیطی حاصل از احتراق که به صورت محصولات احتراق از دودکش نیروگاه ها خارج می شوند.
لزوم دستیابی به دماهای بالا و پایداری احتراق با توجه به حساسیت شبکه قدرت
آشنایی با نیروگاه حرارتی و اجزاء مختلف آن :
بویــلر
* بویلر در نیروگاه وظیفه تامین بخار جهت چرخش توربین را به عهده دارد و در اصل مانند یک دیگ بخارمی باشدبا این تفاوت که در داخل بویلر و در امتداد دیواره های آن لوله های متعددی قرار گرفته اند و آب پس از ورود به بویلر در قسمت بالایی آن وارد محفظه ای به نام درام شده و سپس از آنجا واز سمت پائین بویلر وارد لوله های بویلر (Water Wall )می گرددو در آنجادر اثر حرارتی که ناشی از سوختن مشعلهای داخل بویلر که در سه ردیف و در دو طرف دیواره های بویلر قرار دارند می باشد آب به بخار تبدیل شده و مجدداً وارد درام می گردد و در درام آب و بخار از یکدیگر جدا شده وآب مجدداً وارد لوله های بویلر و بخار وارد لوله های دیگری به نام سوپر هیتر می گردد که کار داغتر کردن بخار و رساندن دمای بخار به 540درجه سانتیگراد را به عهده دارند و سپس بخار داغ پس از رسیدن به دمای 540 درجه سانتیگراد وارد توربین می گردد,بویلر نیروگاه شازند به طور کلی از نوع درام دار و تحت فشار می باشد که قادر است هم با سوخت گاز طبیعی و هم با سوخت مازوت کار کندو بخار با دمای 540 درجه سانتیگراد و فشار 167Bar بویلر را ترک می کند.
* درنیروگاه های برق فسیلی و نیز نیروگاه های هسته ای از مولدهای بخار استفاده می شود در مولد های بخار بسیار پیشرفته بخار فوق گرم فشار بالا (mpa5/16 تا mpa 24) تولید می شود و دراین میان مولد های بخار مورد استفاده در راکتورهای آب تحت فشار که در آنها بخار اشباع فشار پایین mpa7 تولید می گردد موردی استثنایی می باشد در همه این موارد از بخار آب بعنوان سیال کاری چرخه رانکین استفاده می شود امروز در جهان مولدهای بخار بزرگترین منبع تامین انرژی برای نیروگاه ها بشمار می روند .
* اجزاء اصلی مولد بخار عبارتند از:
* 1- دیگ
* 2- اکونومایزر
* 3- سوپرهیتر
* 4- ری هیتر
* 5- ژنگستروم
* 6- درام
* و افزون به اینها مولد بخار دارای دستگاه های کمکی مختلفی مانند مشعلها ، دمنده ها ، دودکش و . . . می باشد .
* مولدهای بخار از جهات گوناگون تقسیم بندی می شوند و بعنوان مثال می توان آنها را به انواع صنعتی ، نیروگاهی و از جهت دیگر بعنوان درام دار و بدون درام و . . . تقسیم بندی نمود .
* در بخش زیر به شرخ تک تک اجزاء مولد های بخار (بویلر) و انواع آنها پرداخته می شود :
* دیگ بخار
* دیگ بخار به قسمتی از مولد بخار گفته می شود که در آن مایع اشباع به بخار اشباع تبدیل می شودو از لحاظ فیزیکی به دشواری می توان اکونومایزر را از دیگ بخار جدا نمود .
* مولد های بخار را می توان به نوع نیروگاهی و صنعتی تقسیم نمود که به توضیح کلی آنها پرداخته می شود .
* مولدهای بخار نیروگاهی مدرن اساساً دو نوع هستند :
* 1 – نوع درام دار لوله آبی زیر بحرانی
* 2- نوع یکبار گذر فوق بحرانی (Once Through).
* واحدهای فوق العاده بحرانی معمولاً در فشار mpa24 کار می کنند که بالاتر از فشار بحرانی آب ،mpa 9/22 است . مولد بخار درام دار زیر بحرانی معمولاً در حدود mpa13 الیmpa 18کار می کند و بخار فوق گرم با دمای 540 درجه سانتیگراد تولید می کنند و دارای یک یا دو مرحله بازگرمایش بخار هستند . ظرفیت بخار دهی مولدهای بخار نیروگاهی مدرن بالاست و مقدار آن از 125 تاkg/s 1250 میتواند تغییر کند .
* از سوی دیگر مولدهای بخار صنعتی آنها هستند که در شرکت های صنعتی و موسسات دیگر کاربرد دارند و انواع مختلفی را شامل می شوند . این مولدها می توانند از نوع لوله آتشی باشند مولدهای بخار صنعتی معمولاً بخار سوپرهیتر تولید نمی کنند بلکه بخار اشباع یا حتی آب گرم تولید می کنند این مولدها در فشارهای از چند کیلوپاسکال تا mpa 5/15 کار می کنند و ظرفیت بخاردهی (با آب گرم ) آنها از کمتر از 1 تا 125 kg/s میباشد . مولدهای بخار با سوخت های فسیلی غالباً با توجه به برخی از اجزاء و ویژگیهایشان به صورت زیر تقسیم بندی می شوند :
* دیگهای لوله آتشی
* دیگهای لوله آبی
* دیگهای گردش طبیعی
* دیگهای گردش کنترل شده
* دیگهای جریان یکبار گذر
* دیگهای زیر بحرانی
* دیگهای فوق بحرانی
* دیگهای لوله آتشی
* دیگهای لوله آتشی از اواخر قرن هجدهم جهت مصارف صنعتی مورد استفاده بوده است و امروزه دیگر از این نوع دیگها در نیروگاه های بزرگ استفاده نمی شود در آنها بخار اشباع با فشار حداکثرmpa 8/1 و ظرفیت
kg/s 3/6 تولید می شود .
* دیگ لوله آتشی شکل خاصی از دیگ نوع پوسته ای است .دیگ نوع پوستی عبارت است از ظرف یا پوسته بسته و معمولاًً استوانه ای که محتوی آب است و بخشی از پوسته , مثلاً قسمت پائینی آن ، بطور ساده در معرض گرمای شعله یا گازهای حاصل از احتراق خارجی قرارمی گیرد دیگ لوله آتشی صورت تکامل یافته دیگ پیوسته ای است که درآن بجای بخار ، گازهای گرم از داخل لوله ها عبور میکنند . که به دلیل بهبود انتقال حرارت ، بازده دیگ لوله آتشی خیلی بیشتر از دیگ پوسته ای اولیه است ومقدار آن %70 میرسد . دیگهای لوله آتشی بر دو نوعند : 1- دیگ با جعبه آتشی
* 2 – دیگ کشتی اسکاچ .
* دریک دیگ با جعبه آتشی کوره یا جعبه آتشی همراه با لوله های آتشی درداخل پوسته قرار می گیرد و در دیگ کشتی اسکاج ، احتراق در داخل یک یا چند محفظه احتراق استوانه ای که معمولاً در داخل و نزدیک به ته پوسته اصلی قرار دارد ، انجام می گیرد . گاز ها از قسمت عقب محفظه ها خارج می شوند وپس از تغییر جهت از داخل لوله های آتشی به طرف جلو می آیند و از طریق دودکش خارج می شوند .
* دیگ لوله آبی : نمونه های اولیه
* از آنجایی که دیگهای لوله آتشی برای داشتن فشارها و ظرفیت های بالا نیازمند پوسته ای با قطر بزرگ هستند و به دلایل هزینه های مالی و مسائل خاص فیزیکی و شیمیایی از بویلرهای لوله آبی استفاده شد این دیگها به دو نوع لوله مستقیم و لوله خمیده تقسیم شده اند :
* 1-2-1- دیگ لوله مستقیم
* در این دیگها لوله های مستقیم با قطر خارجی 3 تا 4 اینچ بین دو مقسم عمودی قرار می گرفتند .
* یکی از مقسم ها پایین آورنده بود که تقریباً آب اشباع را به لوله ها تغذیه می کرد . مقسم دیگر بالابرنده بود که مخلوط مایع و بخار را دریافت می کرد . چگالی آب در پایین آورنده بیشتر از چگالی مخلوط دو فازه در بالابرنده بود و این اختلاف چگالی موجب گردش طبیعی آب در جهت عقربه ساعت می شد . با افزایش ظرفیت دیگ ، مخلوط دو فاز به استوانه بالایی(درام) که به موازات لوله ها قرار می گرفت ، وارد می شد . درام آب تغذیه را از آخرین هیتر آب تغذیه دریافت می کرد و بخار اشباع را از طریق جدا کننده بخار درام ، به سوپرهیت می فرستد . انتهای پایینی پایین آورنده ها (Down Comer) به هدر بلودان وصل میشود که رسوبات آب گردشی را جمع می کند .
* 1-2-2- دیگ های لوله خمیده
* در دیگ لوله خمیده به جای لوله های مستقیم بین درام و هدر پایینی از لوله های خمیده استفاده می شود .
* دیگ لوله آبی : پیشرفته
* ظهور کوره با دیوارهای خنک شونده با آب که دیواره های آبی (Water Wall) نامیده می شوند ، بالاخره منجر به ادغام کوره ، اکونومایزر ، دیگ ، سوپر هیتر ، ری هیتر و ژنگستروم در مولد بخار شد .
* با پیشرفت های اخیر به دلیل وجود گرمکنهای آب تغدیه ( هیتر ) به تعداد 8 عدد ، اکونومایزر کوچکتر و با افزایش فشار آب تغذیه ، سطح دیگ کوچکتر شده است زیرا گرمای نهان تبخیر با افزایش فشار به شدت کاهش می یابد لذا بویلرهای جدید دارای دیگی با سطح کمتر و سوپرهیتر و ری هیتر با سطوح بیشتر هستند . آب در دمای 230 درجه سانتیگراد تا260 درجه سانتیگراد بعد از آخرین هیتر فشارقوی وارد اکونومایزر شده و آنرا به صورت اشباع خارج می کند و آنگاه آب از قسمت میانی وارد درام می شود . آب از طریق لوله های پایین آورنده (Down Commer ) که در خارج از کوره اند .
از درام به هدر های پایینی می رود و آب از هدرهای پایین از طریق Water Wall ها به بالای کوره منتقل می گردد آب در این لوله ها گرما را از گرمای حاصل از احتراق دریافت می کند و به مقدار بیشتری تبخیر می گردد و اختلاف چگالی بین آب لوله های پایین آورنده Water Wallها به گردش آب کمک می کند . در درام بخار از مایع در حال جوش جدا می شود و به سوپر هیتر منتقل شده و در نهایت در خروجی سوپرهیتر وارد توربین HP می گردد . بخار پس از خروج از تورین HP به ری هیتر باز می گردد و سپس به قسمت توربین IP وارد می شود .
هوای پس از عبور از دمنده با جریان اجباری(FDF) ، توسط گازخروجی پیش گرم می شود پس از آن هوا وارد کوره می شود و در آنجا با سوخت آمیخته شده می سوزد و دما به حدود 270درجه سانتیگراد میرسد . گازهای حاصل از احتراق بخشی از انرژی خود را به Water Wall و ری هیترها ، سوپرهیترها و اکونومایزر می دهند و آنرا در دمای 300درجه سانتیگراد ترک می کنند و از آن به بعد گازها هوای ورودی را در پیش گرم کن GAH گرم و آنرا در دمایی در حدود 150 درجه سانتیگراد ترک می کنند . یک دمنده با جریان مکشی (GRF) گازها را بعد از اکونومایزر اکستراکت کرده و مجددا به درون کوره می فرستد .
* دلیل اصلی برای اینکه دود خروجی از کوره با دمای حدود 150 درجه سانتیگراد کوره را ترک می کند اینست که اولاً : بایستی دمای دود خروجی بالاتر از نقطه شبنم محصولات احتراق باشد تا از تشکیل اسید و خوردگی اجزای فلزی در مسیر جریان گازها جلوگیری کند و دوم اینکه گازهای حاصل از احتراق باید دارای نیروی بالابر کافی جهت گذشتن از مقدار زیادی دود که در بالای دودکش قراردارد باشند تا بخوبی در جو پراکنده شوند .
* درام ( استوانه بخار )
* درام که در کلیه مولد های بخار به استثنای مولدهای یکبار گذر به کار می رود محفظه ای است که درآن آب تغذیه از اکونومایزر به آن وارد می شود ، بخار اشباع از آب جوشان جدا می شود و بخار به سوپر هیتر رفته و بقیه آب مجدداً از طریق لوله های Down Commer به انتهای بویلر منتقل شده و مجدداً جریان می یابد .
* سوپرهیتر هاو ری هیترها
* همانگونه که اشاره شد بخار خروجی (اشباع) از درام وارد سوپرهیتر ها می شود و در این بخش دمای آن تا 540درجه سانتیگراد افزایش می یابد که در مورد ری هیترها نیز همانگونه که گفته شد بخار خروجی از توربین HP وارد ری هیتر شده و پس از افزایش دما تا 540 درجه سانتیگراد وارد توربین IP می گردد .
* سوپرهیتر ها انواع مختلفی دارند که عبارتند از :
* سوپر هیتر همرفتی
* در طرحهای پیشین ، فوق گرمکنها در بالا یا در پشت ردیف لوله های آبی قرار می گرفتند تا از شعله احتراق و دما های بالا محفوظ بمانند و بدین سان طریقه اصلی انتقال گرما بین گازهای احتراق و لوله های سوپرهیتر ، همرفت بود و این نوع سوپرهیتر به سوپرهیتر همرفتی معروف است .
* برجسته ترین ویژگی این سوپرهیتر ، جواب دهی آن به تغییرات بار است . هنگامی که تقاضا برای بخار افزایش می یابد ، بر جریان سوخت و هوا و از این رو برجریان گازهای احتراق نیز افزوده می شود .
* ضرایب انتقال حرارت همرفتی نیز هم در داخل و هم درخارج لوله ها افزایش می یابد که این هم موجب افزایش تندتر ضریب کلی انتقال حرارت بین گازها و بخار نسبت به افزایش آهنگ جرمی جریان بخار می شود . از آنجا که دمای احتراق بر حسب بار ثابت است . بنابراین بخار به ازای هر واحد دبی جرمی جریان ، گرمای انتقالی بیشتری را جذب میکند و دمای آن بر حسب بار افزایش می یابد .
* سوپرهیتر تابشی
* نیاز به جذب گرمای بیشتر موجب شد تا سوپرهیتر ها با دماهای بالا ساخته شوند و در معرض شعله احتراق قرار گیرند . سرعت بخار افزایش داده شد با ضرایب کلی انتقال حرارت افزایش یابد .
* انتقال حرارت بین گازهای داغ و شعله از یک طرف و سطوح خارجی لوله ها از طرف دیگر عمدتاً به روش تابش انجام می شود که به این نوع ، سوپرهیتر تابشی اطلاق گردید . انتقال حرارت تابشی با Tw 4 -Tf4 متناسب است که Tf : دمای مطلق شعله و Tw دمای سطح لوله است . Tf تحت تاثیر بار نیست لذا انتقال حرارت برای جریان واحد بخار ، با افزایش جریان بخار ، کم می شود . لذا افزایش بار باعث کاهش دمای بخار می گردد .
* بویلرهای یکبار گذر (Once Through)
* این نوع بویلرهارا بویلرهای گردشی اجباری ، بنسون و با فشار فراگیر نیر می نامند و عنوان فراگیر به این علت به کار رفته است که این نوع دیگها در همه دما ها و فشار ها می توانند کارکنند .این نوع بویلرها برای ظرفیت های بزرگ و فشارهای فوق بحرانی مناسب است . آب تغذیه در این نوع بویلر در یک مسیر پیوسته از اکونومایزر ، Water Wall ها و لوله های سوپرهیتر می گذرد و به ترتیب به صورت مایع اشباع و بخار سوپرهیت در می آید . در این بویلرها برای جداسازی بخار از آب جوشان به درام نیاز نیست و گردش آب نیز صورت نمی گیرد .
این نوع بویلر تنها دیگی است که برای کار درفشار های فوق بحرانی (برای آب بالاتر از Mpa 1/22)مناسب است، زیرا گرمای نهان تبخیر در فشار بحرانی و بالاتر از آن صفر است و بخار وآب مایع نیز یکسان هستند و جداسازی آنها نه ممکن است و نه لازم . این دیگها در فشارهای فوق بحرانی بیشتر به کار برده می شوند ولی با این همه استفاده از آنها در فشارهای زیاد زیر بحرانی نیز می تواند مقرون به صرفه باشد .
* این بویلرها در محدوده فشار mpa8/13 تا mpa6/27 و بخار دهی kg/s8/3 تا 1260 اقتصادی هستند .
* اکونومایزر (صرفه جو)
* اکونومایزر یک مبدل حرارتی است که دمای آب تغذیه بویلر را پس از خروج از هیترهای فشار قوی تا دمای اشباع مربوط به فشار بویلر افزایش می دهد . این کار توسط دودهایی که آخرین سوپر هیتر باری هیتر را ترک می کند انجام می گیرد .
دود در دماهای بالا گرما را به سوپر هیتر وری هیترها می دهد و با دمایی حدود 370 تا 540درجه سانتیگراد به اکونومایزر وارد میگردد در ابتدا آب تغذیه پیش از گرمایش اولیه وارد اکونومایزر می شد و چون دمای آب ورودی به اکونومایزر پایین بود، در نتیجه دمای سطح خارجی لوله ها نیز کمتر از دمای نقطه شبنم گاز ها می شد که این امر به علت وجود so2 و so3 در گازها موجب چگالش و خوردگی می شد رطوبت موجب تجمع خاکستر بر روی سطوح لوله می گردید و انتقال حرارت را کمتر میکرد .
در مولدهای مدرن ، آب تغذیه به صورت گرم شده وارد می شود و صرفه جو (اکونومایزر) در آنها در دمای بالا تر از نقطه شبنم کار می کند .
* با توجه به این که بخش بزرگی از اکسیژن آب تغذیه ، در دی اریتور و در دمای بالا تر از 100 درجه سانتیگراد خارج می گردد لذا خوردگی داخلی کاهش می یابد و این عمل با حفظ ph آب اکونومایزر در محدوده 8 تا 9 تقویت می گردد . اکونومایزر به گونه ای طراحی می گردد که تبخیر نسبی آب تغذیه در قسمت های خروجی آن حداکثر تا %20 کیفیت در بار کامل و کمتر از آن در بارهای کمتر ممکن باشد .بر روی لوله های اکونومایزر از فین استفاده می شود.
* پیش گرمکن های هوا (GAH(Gas Air Heater
* پیش گرم کن های هوا مانند اکونومایزر مقداری از انرژی موجود در دود خروجی دودکش را قبل از تخلیه به جو مورد استفاده قرار می دهند دود در دماهای بین 135 درجه سانتیگراد تا 177 درجه سانتیگراد می باشد تا اولاً از چگالش گاز جلوگیری و ثانیاً به پخش مطلوب دود در جو کمک گردد . GAH ها دمای هوای ورودی به کوره را تا 260 الی 343 درجه سانتیگراد افزایش می دهد . GAH ها موجب صرفه جویی در سوخت می شوند که بدون این کار می بایست برای همان گرمایش به مصرف می رسید . صرفه جویی در سوخت و افزایش راندمان نیروگاه تناسب مستقیمی با افزایش دمای هوا در GAH دارد .
با افزایش دمای هوا در GAH به اندازه 94 درجه سانتیگراد مصرف سوخت را حدود % 4 و با افزایش آن تا280 درجه سانتیگراد مصرف سوخت را به میزان %11 کاهش می دهد . به طور کلی دو نوع پیش گرمکن هوا وجود دارد :پیوسته – متناوب
* GAH های پیوسته آنهایی هستند که گرما را مستقیماً از طریق تبادل گرما از گازهای گرم به هوا منتقل
می کنند که این نوع GAH ها از نوع لوله ای هستند ، اساساً این نوع GAH ها مبدلهای حرارتی از نوع Shell Ftube وبا جریان نا همسو هستند که گاز داغ از داخل لوله های مستقیم عمودی یا افقی آنها در جریان است وهوا در خارج لوله ها جریان دارد .
* GAH های متناوب آنهایی هستند که در آنها ابتدا گرما از گازهای گرم به یک ماده واسطه ای ذخیره ساز گرما و سپس به هوا انتقال می یابد متداول ترین نوع آنها (ژنگستروم) می باشد .
* این دستگاه از چرخانه ای تشکیل می شود که به وسیله موتور الکتریکی از طریق یک جعبه دنده کاهنده به طور آهسته و پیوسته در داخل پوسته با سرعت rpm 1 تا rpm 3 البته به قطر چرخانه می چرخند .
* چرخانه دارای 12 الی 24 قسمت شعاعی ( قطاع) می باشد . قطاعها با سطوح گرمایشی متشکل از صفحات فولادی پر می شوند .این صفحات یا مسطح هستند ویا مواج که به صورت سبد در هم بافته شده اند . این سطوح به عنوان محیط ذخیره ساز گرما در پیش گرم کن عمل می کنند . در هر لحظه نیمی از قطاع های باقی مانده در معرض گازهای گرم هستند که هوا نیز در قسمت دوم داکت توسط پره های داغ گرم می گردد .
* GAH های دوار بسته به نوع استقرار و کانال کشی با محور عمودی و افقی طراحی می گردند و طراحی آنها می تواند از نوع سطح لایه ای یا تلاطمی می باشد . در نوع لایه ای ، اجزای ذخیره ساز گرما نزدیک به یکدیگر قرار می گیرند به ترتیبی که جریان گذرنده از بین آنها از نوع لایه ای است . این نوع GAH ها همراه با سوخت های گازی که احتراق تمیزی دارند به کار گرفته می شوند . در نوع تلاطمی اجزای ذخیره ساز گرما با فاصله بیشتری از یکدیگر قرار می گیرند و جریان بین آنها از نوع تلاطمی است این نوع GAH ها برای سوخت زغال سنگ و مازوت مناسب است .
چرخانه نوع تلاطمی عموماً به صورت قائم قرار می گیرد در حالی که در نوع لایه ای ، چرخانه معمولاً به طور افقی قرار می گیرد .
* دمنده ها (Fan)
* تامین هوای مورد نیاز برای احتراق سوخت در مولدهای بخار توسط فنها انجام می گیرد .
* امروزه دو نوع دمنده (فن )متداول است :
* دمنده با جریان اجباری هوا (Forced Draft Fan)
* دمنده جریان مکش هوا (Induced Draft Fan)
* دمنده ههای جریان اجباری Forced Draft Fan
* در بسیاری از موارد ازفنهای با جریان اجباری استفاده می گردد این نوع فنها در محل ورود هوا به GAH قرار می گیرند و کل مسیر تا دود ورودی دود کش تحت فشار قرار می دهند این نوع فنها چون هوای سرد را منتقل می کنند مزیت بالایی نسبت به فنهای جریان مکشی دارند که عبارتند از :
* مسائل تعمیراتی کمتری دارند
* قدرت کمتری معرف می کنند زیرا هوای سرد کمترین حجم ویژه را در مسیر هوا به گاز دارد .
* اختلاف فشار dp و حجم ویژه vi ، کار wi وw= vdp
* بار آن کمتر است چون فقط هوا را منتقل می کند و جرم اضافه گاز (دود) به همراه ندارد .
* هزینه سرمایه گذاری و کارکردی اندکی دارد . به دلیل تحت فشار بودن کوره با Forced Draft Fan (FDF) آنرا کوره تحت فشار می نامند .
* برای این که قابلیت اتمینان خوبی در نیروگاه وجود داشته باشد معمولاً از دو FDF با ظرفیت نامی
حداکثر %50 بار کامل ، استفاده می گردد .
* دمنده های جریان مکشی (IDF) Induced Draft Fan
* دمنده های با جریان مکشی در مسیر جریان گازهای خروجی از کوره و بین GAH و دودکش قرار میگیرند این فن دود را در مسیر خود به جو تخلیه می کند و کل مسیر را تحت فشار منفی قرار می دهد . این فنها باید دودهای گرم را که شامل هوای اولیه و دود ناشی از احتراق است را انتقال می دهند .بنابراین مصرف انرژی در آنها بیشتر از دمنده های جریان اجباری است. افزون بر این ، این فنها باید توانایی مقابله با محصولات احتراقی خورنده و خاکستر را داشته باشند . معمولاً این نوع فنها به صورت جفت به کار می روند . هنگامی که فنهای با جریان اجباری و مکشی در بویلر به کار می روند .
فن با جریان اجباری (FDF) هوای جو را از GAHو کانالهای مختلف هوا عبور می دهد و به مشعلها می رساند و وارد کوره می کند و فن با جریان مکشی نیز گازهای احتراق را از کوره بیرون می کشد و آنها را از سطوح انتقال گرما در سوپر هیترها ، ری هیترها اکونومایزر و قسمت دود GAH می گذراند و وارد دودکش می کند (Gas Recirculating Fan-GRF)
* فنهای سانتر نیوژ با پره های Back Ward را به عنوان Forced Draft Fan و از پره های مسطح یا Forward در دمنده های مکشی Gas Recircalating Fan استفاده می شود (گاهی از پره های
Back Ward ولی با خمیدگی کم نیز در GRF ها استفاده می شود ) . خمیدگی کمتر پره ها منجر به سرعت کمتر درنوک می شود و این موضوع چسبیدن گرد را به پشت پره ها کمتر می کند و اثرات سایشی خاکستر را به حداقل می رساند . فنهای کم سرعت با پره متحرک مسطح را برای گازهای خورنده و کثیف به کار می برند .
* دو روش برای کنترل توان دمنده ها وجود دارد :
* روش اول کنترل از طریق دمپرهای ورودی فنها است البته گاهی از دمپر خروجی نیز استفاده می گردد .
* روش دوم کنترل با تغییر سرعت می باشد .
* دود کش (Stack)
* مولدهای بخار قدیمی برای غلبه بر افت فشار کلی و ایجاد جریان مورد نیاز هوا و گاز فقط متکی بر دودکش بودند . در بویلرهای مدرن به جریان زیاد گاز ودود خروجی نیاز است و چون مبدل های حرارتی داخل بویلر (اکونومایزر ،وسوپر هیتر و …) افت فشارهای زیادی را ایجاد می کنند گاهی از اوقات از فنهای مکنده استفاده می گردد .
توربیــن
* تجهیزی است که شامل یک محور است که تعداد بیشماری پره برروی آن نصب شده و بخار پس از برخورد با این پره ها موجب چرخاندن توربین می گردد,توربین بخار شامل سه مرحله پرفشار HP , فشارمتوسط IPو کم فشارLP می باشد که بخار سوپرهیت خروجی از بویلر ابتدا وارد توربین HP شده و پس از انجام کار مجدداً از طریق لوله های ری هیتروارد بویلر و پس از خروج از بویلر وارد توربین IP و پس از خروج ازتوربین مذکور مستقیماً به توربین LP وارد می گردد و درنهایت بخار در هنگام خروج از توربین وارد کندانسور می گردد.
انواع مشعلهای نفتی
امروزه سه نوع اساسی اتمایزرهای مشعلهای نفتی مورد استفاده می باشد این سه نوع اتمایزر عبارتند از : – اتمایزر مکانیکی (یا فشاری ) که معمولاً تحت نام Pressure jetشناخته می شود . این مدل می تواند به صورت یک افشاننده فشاری ساده نصب شود یا به صورت افشاننده فشاری باز گرداننده ریزشی (Spill Return Pressure Jet) باشد.
– مشعل اتمایزر توسط بخار،(Steam atomizer) که میتواند به صورت داخلی با مخلوط شدن با بخار سوخت را به صورت پودر درآورده یا با کمک مخلوط شدن خارجی بخار عمل کند .
– مشعل اتمایزر توسط هوا ،(Air atomizer)
جت فشاری ریزشی بطور گسترده ای در سه دهه اخیر بعنوان راه حل مشکل محدودیت حداکثر ، استفاده گردیده است . در این نوع سیستم ،فشار ورودی در مقدار حداکثر خود ثابت نگه داشته می شود و جریان مرکزی خروجی از محفظه چرخشی از صفر تا یک مقدار حداکثر افزایش می یابد .
این کنترل به وسیلهوالوهایی که فشار را در سیستم ریزشی کنترل می کنند متاثر می گردد . چنین والوهائی ممکن است به صورت متحد با ستون مشعل و یا بصورت خارجی و در یک جعبه شیر کنترلی یا یک سیستم لوله بندی قرار گیرند . مشعل توضیح داده شده همچنین دارای تسهیلاتی جهت برگشت انتهایی جریان ، هنگامی که بار روی مشعل قطع می گردد می باشد .
گرانروی مورد نیاز نفت درر مشعل باید بینst 12 و cst18 برای افشاندن مناسب باشد . آزمایش روی واحدهای بزرگ با سوخت نفت نشان می دهد که کاهش گرانروی (بدلیل افزایش دمای نفت ) باعث بهبود عمل سوختن و در نتیجه کاهش انتشار جامدات حاصل از سوختن می گردد .برای نفت با باقیمانده سنگین دما در مشعل تا 140 درجه سانتیگراد کاملاً عادی می باشد.
2-7-مشعلهای اتمایزینگ بخار
در این نوع مشعل فرایند اتمایزینگ بوسیله شکستن نفت به قطرات کوچک بوسیله جریان بخار با سرعت بالا و عمود بر جریان خروجی نفت ایجاد می شود . شکل اساسی این نوع افشاننده اغلب به نام جت y شناخته می شود . چنین افشاننده هایی بسته به ظرفیت مورد نیاز شامل حداکثر 20-15 جت مجزای نفت و بخار می باشند جریان سوخت در چنین افشاننده هایی به طور کلی تابعی از فشار اعمالی روی جریان سوخت می باشد . بخار و نفت توسط ستون مشعل که از لوله های هم مرکزی تشکیل شده اند به افشاننده انتقال می یابند .
یک انتهای این لوله ها توسط سیستم گلند کاملاً آب بندی می شود تا امکان انبساط جزئی فراهم گردد (زیرا بخار و نفت در دماهای مختلفی هستند) بخار بطور معمول از درون لوله مرکزی انتقال می یابد .
در گو نه دیگری از اتمایزر بخاری ، بخار از لوله خارجی و نفت از لوله داخلی وارد مشعل می گردند . این امر توسط مته کاری های پیچیده ای در افشاننده (جت پیچشی) که در ابتدا به منظور بهبود عمل افشاندن انجام گرفته محقق می شود . شرایط بخار معمولاً فشار 11-7 بار بوده و همراه با مقدار کمی Superheat می باشد .
فشار نفت جهت مقاثد کنترل جریان تغیر می کند و معمولاً به حداکثر 17 بار در مشعل می رسد
افشانندههای بخاری ، 4% یا بیشتر بخار نسبت به نفت مصرف می کند و عموماً به یک بویلر کمکی نیاز دارند .
3-7- مشعلهای اتمایزر هوا
این سیستم مشعل ، بطور مشابه ، از هوا بجای بخار استفاده می کند . هوا با فشار تا 22 بار استفاده می شود و در نتیجه هزینه قابل ملاحظه ای برای کمپرسور نیاز خواهد بود . در قیاس با بخار هوا هیچگونه مزیت خاصی ندارد و انتخاب مسئله اقتصادی خواهد بود (هزینه کل کمپرسورها ، هزینه کارکرد آنها ، هزینه بویلرهای کمکی و هزینه کارکرد آنها که عمدتاً سوخت می باشد ) .
البته هوا اثر خنک کنندگی دارد خصوصاً هنگامی که سوخت اضافی استفاده می شود و این می تواند بعنوان یک عیب برای سیستم باشد .
افشاننده های هوایی اصول عملکرد مشابهی با افشاننده های بخاری دارند .
در این بخش تجهیزات اصلی احتراق به کار رفته در نیروگاه حرارتی شازند تشریح می گردد .
دیگ بخار
دیگ بخار به کار رفته در نیروگاه شازند از نوع زیر بحرانی و درام دار و تحت فشار ، ری هیت دار
و با سیرکوله طبیعی می باشد که دارای 24 مشعل بوده و با دو نوع سوخت گاز و مازوت کار می کند . مشعلها در سه طبقه 8-12 و 16متری و در دو سمت Rear و Front بویلر قرار گرفته اند . ساختار بویلر
از نوع Complete Suspension Structure می باشد .
بویلر را می توان به اجزای زیر دسته بندی نمود :
سیستم گردش آب Water Cycle System
این سیستم شاملSteamdrum ، Water Wall Tubes ، Down Commers ، Incoming Pipes ، Out Going Pipes می باشد .
به تعداد چهار عدد Down comer در قسمت تحتانی درام تعبیه شده است که آب درام از این
طریق به هدرهای تحتانی بویلر متصل می گردد آب از هدر تحتانی بویلر با استفاده از632 عدد
Water Wall Tube به سمت بالایی بویلر جریان می یابد .
Water Wall Tube ها از نوع Membrance Wall comprising Tube و Flat Steel Plate
می باشد و قطر آنها mm5/7× 5/63 Ø می باشد .
آب پس از ورود به water wallدر قسمت فوقانی بویلر به مایع اشباع تبدیل می گردد که این مخلوت در هدر فوقانی بویلر با استفاده از 124 عدد لوله به درام منتقل می گردد .
مطابق با طراحی بویلر Water Wall ها به 30 حلقه تقسیم شده اند که11 حلقه در سمت Front
و 11 حلقه در سمت real و 4 حلقه در سمت right و 4حلقه در سمت چپ قرار دارد .
درام (drum)
قطر دخلی درام mm 1792 بوده و ضخامت دیواره آن mm 145 و به طولm 8/17 می باشد که در ارتفاع 60متری بویلر واقع شده است . در داخل درام به تعداد 86 ست سپریتور قرار داده شده است که این اجزا به عنوان جزء اولیه جدا سازی آب از بخار در داخل درام به کار می روند که به صورت مارپیچ در دو ردیف 43 تایی در داخل درام قرار گرفته اند . جزء ثانویه جدا سازی آب از بخار در درام w- Shaped Dryer ها می باشند که در این قسمت آب و بخار ورودی به درام که از سپریتور های اولیه عبور کرده است از میان این صفحات عبور کرده و کاملاً آب و بخار در آن جدا می گردد و سپس بخار کاملاً خشک وارد سوپرهیترها می گردد .
سوپرهیترها Super Heater System
سوپرهیترها با توجه به موقعیت قرارگیری آنها در بویلر به 5- stage تقسیم می شوند .
1- Roof 2- Rear Enclouser 3- Low Temperature 4- Platen 5- Hig.Temp.
3-1- معرفی کلی سیستم
بخار اشباع خروجی از درام به هدر سوپرهیترRoof منتقل می گردد و بخار اشباع از هدر سوپرهیتر roof توسط 87پانل که هر پانل از 4 لوله موسوم به Rear Water Wall Tube تشکیل شده است به قسمت تحتانی بویلر منتقل می گردد (این بخش همان سوپرهیتر Rear Enclosor می باشد ) در میان 87 پانل مذکور تعداد 43 عدد از آنها مستقیماً به هدر سوپرهیتر Low Temp متصل می گردد و 44 پانل باقی مانده به هدر تحتانی بویلر موسوم به هدر Rear Water Wall متصل شده و مجدداً توسط 43 پانل به هدر سوپرهیتر L.T متصل
می گردد . لازم به ذکر است که لوله های سوپرهیتر Roof همگی از نوع فین دار می باشد .
سوپرهیترl.t در قسمت پاس دوم کوره قرار دارد که بخار پس از خروج از سوپر هیتر Rear Enclosure به این لوله ها وارد شده و بخار از طرق این لوله ها به سمت بالایی بویلر منتقل می گردد که طراحی سوپرهیتر l.t به گونه ای است که جهت حرکت بخار در داخل لوله ها خلاف جهت حرکت دود خروجی از کوره می باشد . سوپرهیتر Lt از نوع افقی بوده و لوله های آن دارای قطر زیاد و دارای فاصله Span کم می باشد . سپس بخار از طریق هدر خروجی سوپرهیتر L.T به هدر ورودی سوپرهیتر پلاتن متصل می گردد که در پاس اول کوره قرار دارد و بخار خروجی از سوپرهیتر پلاتن وارد سوپرهیتر high temp شده و در نهایت بخار سوپر هیت از هدر خروجی سوپرهیترh.t خارج و به سمت توربین hp جریان می یابد .
3-2- کنترل دمای بخار :
برای کنترل دمای بخار سوپر هیت از اسپری آب در دی سوپرهیترها استفاده می گردد . دو مرحله اسپری آب برای کنترل دمای بخار اصلی در نظر گرفته شده است . مرحله اول (primary) بین هدر خروجی سوپرهیتر L.t و هدر ورودی سوپرهیترپلاتن قرار دارد و مرحله دوم (secondary) بین هدر خروجی سوپرهیتر پلاتن و هدر ورودی سوپرهیتر high. temp قرار گرفته است و در حقیقت اسپری primary ، secondary هر کدام شامل قسمت right و left می باشند که داخل دی سوپرهیتر تعدادی nozzle jet قرار گرفته است که آب اسپری از طریق این نازلها به داخل لوله بخار اسپری می گردد . و بخار و آب با یکدیگر مخلوت می شوند و دمای بخار کاهش می یابد .
عملکرد اسپری ثانویه برای تنظیم دما بوده و در محدوه های دمایی بالا با دقت کم به کار می رود . ولی عملکرد اسپری ثانویه برای تنظیم دقیق دما و کنترل دمای بین سمت راست و سمت چپ بخار سوپر هیتر می باشد . قابل ذکر است که هنگامی که هیتر های فشار قوی خارج از سرویس می باشد آب اسپری به یکباره زیاد شده و حجم بسیاری از اسپری در اسپری اولیه مصرف می گردد .
ری هیتر (reheater system)
ری هیتر به دو مرحله پلاتن وhigh.temp تقسیم می شود
4-1- معرفی کلی سیستم :
ری هیتر پلاتن در پاس اول کوره قرار گرفته است و بخار خروجی از توربین HP به ری هیتر پلاتن وارد می گردد که کلاً ری هیتر پلاتن از 43 پانل (هر پانل از 8 لوله) تشکیل شده است و بخار خروجی از ری هیتر پلاتن به ری هیتر high . Temp وارد میگردد که این بخش نیز در پاس یک کوره و در قسمت فوقانی آن واقع شده است . و متشکل از 87 پانل می باشد که هر پانل شامل 6 عدد لوله است و بخار خروجی از ری هیترHP در خروجی بویلر به توربین IP وارد می گردد .
4-2- کنترل دمای بخار ری هیتر
دمای بخار ری هیتر بطور کلی از ری سیر کوله دود خروجی با کوره کنترل می گردد .
دود خروجی از کوره که از روی اکونومایزر عبور کرده است به قسمت انتهایی کوره تزریق می گردد (که این عمل توسط gas recirculation fan انجام می شود ) که این عمل موجب می گردد تا از ایجاد تاثیر منفی بر احتراق جلوگیری شود ، و در بارهای مختلف می توان دمای بخار ری هیتر را با کنترل دمپرورودی دود به GRF کنترل نمود علاوه برای سیستم فوق ، سیستم اسپری آب نیز مانند سوپر هیترها در نظر گرفته شده است که در ورودی ری هیتر پلاتن اسپری آب در نظر گرفته شده که به اسپری اضطراری مرسوم است و در حد فاصل ری هیتر پلاتن و ری هیتر high.temp نیز اسپری اصلی قرار گرفته است که کنترل نهایی دما را به عهده دارد .
حفاظتهای سوپرهیتر و ری هیتر
برای حفاظت از این سیستم ها از Hp bypass valve و Lp bypass valve توربین با ظرفیت %40 ظرفیت نامی بویلر در نظر گرفته شده است . در هنگام خروج واحد از مدار ، سیستم بویلر می تواند با استفاده از مسیرهای lp و hp بای پس در مدار باشد که در این حالت بخار خروجی از بویلر به جای ورود به توربین hp از مسیر hpبای پس عبور کرده و به وسیله اسپری آب و افت فشار در والو بای پس به داخل ری هیتر می رود که در این حالت از سوختگی ری هیترها جلوگیری شده است . سپس بخار از ری هیترها وارد LP بای پاس شده و مجدداًُ پس از اسپری آب و افت فشار به کندانسور وارد می گردد.
به منظور حفاظت از سوپرهیترها و ری هیترها در برابر OVER PRESSURE شدن ، در سوپر هیتر ها از دو عدد SAFETY VALVE و EXHAUST VALVE و یک عدد PCV (PRESSURE CONTROL VALVE) استفاده شد و در ری هیترها نیز به منظور جلوگیری از OVER PRESSURE شدن از 4 عدد SAFTY VALVE و 4 عدد EXHAUST VALVE استفاده شده است .
6-اکونومایزر (صرفه جو )
خطوط آب تغذیه بویلر پس از خروجی از فیدواتر پمپ ها و پس از هیترهای فشارقوی به دولاین تقسیم شده و به دو ابتدای اکونومایزر وارد می گردد . اکونومایزر در قسمت REAR بویلر و در زیر سوپر هیتر L.T قرار گرفته است . سطح اکونومایزر فین دار بوده و آب تغذیه بعد از ورود به اکونومایزر توسط حرارت دود خروجی گرم شده و وارد درام می گردد .
7- مشعلها و تجهیزات FIRING (BURNER)
درداخل بویلر 24 مشعل تعبیه شده است که در دو سمت REAR و FRONT بویلر قرار دارند که در سه طبقه 8و12و 16 متری بویلر و در هر طبقه 4 مشعل در سمت FRONT و4 مشعل در سمت REAR قرار گرفته است که تجهیزات FIRING نیز شامل مشعلهای گاز و مازوت ، اگنایتور گاز ، اگنایتور گازوئیل ، WIND BOX و اکچویترهای پنوماتیکی می باشند . هرمشعل قابلیت استارت با سوخت گاز و یا مازوت را دارد و دارای یک اگنایتور گازی و یک اگنیایتور گازوئیل بوده و هوای تغذیه هر مشعل توسط دمپرهایی با محرک پنوماتیکی تنظیم می گردد
7-1- تجهیزات OIL FIRING
تجهیزات OIL FIRING شامل FLAME STABILIZER ، OILGUN و اکچویتر پنوماتیکی می باشد . گان مازوت در مشعل قرار گرفته است و نازل اتمایزینگ بخار برای گان مازوت در نظر گرفته شده است و حداکثر ظرفیت هر مشعل 3446kg/h می باشد .
در هنگام خارج بودن مشعل از سرویس گان باید به میزان 20 سانتیمتر از داخل کوره بیرون کشیده شده و درهنگام درمدار بودن ، هوای cooling آن باید در سرویس باشد .
7-2- تجهیزات GAS FIRING
تجهیزات GAS FIRING شامل گان گاز و هدر توزیع گاز می باشد و در هرمشعل 8 عدد گان به طور دوار حول مرکز مشعل قرار گرفته اند که این امر به کاهش میزان NOX کمک شایانی می نماید حداکثر ظرفیت مشعل 3270 m3O/h می باشد .
7-3- تجهیزات هوای مشعل
این تجهیزات شامل دمپرهای اولیه ، ثانویه وثالثیه می باشد که هوای اولیه قبل از اگنیشن با سوخت مخلوط می گردد و در حین احتراق می توان به میزان Co محصولات احتراق خارجی از بویلر تاثیرگذار باشد و هدف اصلی از دمپر اولیه تامین هوا برای اتمایزینگ کردن سوخت قبل از اگنیشن و خودداری از decomposition سوخت در حرارت بالا می باشد . هوای ثانویه ، در حقیقت هوای اصلی احتراق بوده و می تواند بر میزان Co2 محصولات احتراق خروجی از بویلر موثر باشد و هوای ثالثیه به منظور کاهشnox به کار می رود .ساکشن هوای ثانویه به منظور پایدار نمودن جریان هوا و تنظیم شکل شعله و به کار برده می شود .
هوای اولیه می تواند توسط SLIDING GUIDE RING تنظیم گردد . اگر هوای ثانویه نزدیگ مشعل باشد حرکت گردابه ای هوا بیشتر شده و طول شعله گسترده تر و شعله پهن تر می شود در صورت دور شدن از مشعل حرکت گردابه ای کم شده وطول شعله طولانی شده و از مشعل دور می گردد ..
سیکل هوا و دود بویلر
هوای مورد نیاز بویلر توسط دو عدد فن به نام FDF (FORCED DRAFT FAN) تامین می گردد و ظرفیت هر FDF در حدود %60 بار نامی بویلر می باشد . توان نامی FDFها در حداکثر بار 5MW می باشد و میزان هوای احتراق توسط دمپرهای ورودی FDF ها تنظیم می گردد .
FDFها هوا را از محیط گرفته و آنرا پس از عبور از STEAM AIR HEATER ها و GAH ها و گرم شدن به داخل کوره تزریق می کنند . برای کاهش صدای هوای ایجاد در ساکشن FDFها از سایلنسر (SILENCER) استفاده شده است . هوا در ورودی FDF توسط ایرهیتر اولیه پیش گرم شده و دمای هوای در حدود 5 درجه سانتیگراد نگه داشته می شود تا در زمستان از یخزدگی ورودی FDF ها جلوگیری شود واین امر در بار زیر %25 بار نامی انجام می گیرد و بخار مورد نیاز برای گرمایش استیم ایر هیتر(SAH) اولیه از هدر LP گرفته شده است و کندانس بخار نیز به تانک بلودان بویلر خواهد ریخت وقتی که بار بویلر بیشتر از %25 بار نامی باشد .
قسمتی از هوای خروجی FDF درخروجی GAH به ساکشن FDF دمیده می شود که حدوداً %10 هوا در FULL LOAD می باشد . که در این حالت SAH اولیه از مدارخارج می گردد.
GAS AIR HEATER (ژنگستروم) (GAH)
دربویلر از دو عدد ژنگستروم مدل LAP10321853 با قطر 10320mm استفاده شده است که این تجهیز گرمایشی به حالت دوار بوده و بادور 1.14 rpm حرکت می کند . سطح ژنگستروم متشکل از عناصر گرمایشی HOT SECTION و COLD SECTION می باشد و پره های GAH در قسمت HOT SECTION و از نوع کربن استیل دارای ارتفاع 800mm و ضخامت 0.6mm و نیز پره های مواج ANTI CROSSION با ارتفاع 500mm و 1.2mm می باشد . وقسمت COLD SECTION از پره های با پوششی ENAMED (سخت)با ارتفاع 300mm ضد خوردگی تشکیل شده است . کل سطح GAH از 24 قطاع تشکیل شده است که با زاویه 15درجه در کنار یکدیگر قرار گرفته اند .
برای چرخاندن GAH از یک موتور الکتریکی 15کیلووات با دور rpm1460 استفاده شده است و برای مواقع اضطراری یک موتور کمکی 5/5 کیلو وات و دورrpm 720 در نظر گرفته شده است .
برای جلوگیری از نشتی هوا از سیل های radia – axial & radial – by pass و از سیستم air gap استفاده شده است و برای روانکاری یاتاقان های گاید و تراست هرکدام یک ایستگاه روانکاری در نظر گرفته شده است . و هر GAH شامل یک سوت بلاور ، تجهیزات شستشو ، نشان دهنده های آتش و اطفاء حریق می باشد .از جمله تجهیزات دیگر بکاررفته در بویلر که برای حفاظت بویلر از خوردگی و تمیزسازی سطوح سوپرهیترها هواو جهت تمیزکاری کوره می باشد می توان از سوت بلاورها استفاده نمود که به تعداد 48 عدد در طبقات مختلف بویلر و در دو سمت right و left قرار گرفته اند و با استفاده از بخار آب سطوح لوله ها را تمیز می نمایند.
هوا پس از خروج از فن جهت گرمایش و جلوگیری از خوردگی اسیدی GAH در هنگام مازوت سوز بودن به SAH ثانویه فرستاده می شود . مطابق مطالعات انجام شده میزان دمای قسمت COLD END ELEMENTمربوط به GAH برای جلوگیری از شکل گیری اسید سولفوریک باید بالا باشد .
(SO2 با H2O در درجه حرارت 115 درجه سانتیگراد میانگین هوای ورودی به GAH و دود خروجی از آن واکنش نشان می دهد ) میزان SO2 در سوخت گازوئیل و مازوت به ترتیب %1 و% 26/3 می باشد لذا در سوخت مازوت بایستی دمای قسمت COLD GAH از 115 درجه سانتیگراد بالاتر باشد .
بخار گرمایش SAH ثانویه از هدر HP بوده و کندانس آن به تانک SAH می ریزد و مجدداً به دی اریتور پمپ می گردد و در سوخت گاز SAH ثانویه باید از مدار خارج گردد .
سپس هوا از SAH ثانویه وارد GAH می شود که قبلا به آن اشاره شد .
دود داغ عبوری از اکونومایزر از بالا به سمت پایین حرکت کرده و GAH را گرم می کند و وقتی که HEATING ELEMENTS به سمت هوا چرخید ، هوا که از سمت پایین به سمت بالا و از روی GAH می گذرد با برخورد پره های داغ گرم می شود . پس از گرم شدن هوا در GAH ها (دمای هوای خروجی از GAH در بار حداکثر 260 درجه سانتیگراد می باشد) این هوا به سرمشعلها فرستاده می شود و هر مشعل دارای یک دمپر SHUT OFF می باشد و هوا به سه مسیر برای تغذیه دمپرهای اولیه ، ثانویه وثالثیه تقسیم می گردد که در بخش قبلی به آن اشاره شده است . .
باید توجه کرد که تا لحظه ای که دمای دود خروجی در ورود به hot end به کمتر از 150 درجه سانتیگراد نرسیده در هنگام خروج واحد GAH باید در مدار قرار گیرد
در نیروگاه حرارتی معمولاسه سوخت مازت ، گاز طبیعی و گازوئیل مورد مصرف قرار می گیرد که آنالیز شیمیایی این سوختها به شرح زیر می باشد :
گازوئیل
-specific gravity at 60/65 C 0.82
plash point 130c.
sulpur 1 %
viscosity 2 5.5 c.s.t at loof.
Calorific value 10200 kcal/kg
سوخت مازت (برحسب درصد وزنی)
carbon 89.26% byvol
hydrogen 10.42 % byvol
oxygen + nitrogcn nill
sul phur 3.26% vol
ash 0.05 % vol
moisture 0.08 % vol
calorific value (low heat value) 10200 kcal/hg
kinematic viscosity at 99. 25 c.s.t at 100c.
specific gravity 0.97
flash point 144c.
vanadium 93.6 ppm
sodium 45.3 ppm
nickel 29.7 ppm
گاز طبیعی (بر اساس درصد حجمی)
= 0.05
N2
= 0.002
Co2
= 0.88
CH4
= 0.045
C2H6
= 0.0148
C3H8
= 0.0024
ایزوبوتانC4H10
= 0.0035
نئوبوتانC4H10
= 0.007
C5H12نئوپنتان
= 0.0011
C5H12ایزوپنتان
= 0.005
C6H14
محاسبه هوای احتراق برای سوخت گاز
گاز مصرفی برحسب m3 اندازه گیری می شود و هوا نیز بر همین معیار سنجیده می شود :
5-1- واکنشهای احتراق سوخت گاز
1) 2CO + O2 2CO2
2M3 +1M3 2M3
2) 2H2 + O2 2H2O
2M3 + 1M3 2M3
3) CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
1M3 + 2M3 1M3 + 2M3
4) C2H6 + 7/2O2 2CO2 + 3H2O
1M3 + 7/2M3 2M3 + 3M3
5) C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O
1M3 + 5M3 3M3 + 4M3
6) CH5H12 + 8O2 5CO2 + 6H2O
1M3 + 8M3 5M3 + 6M3
7) C4H10 + 13/2O2 4CO2 + 5H2O
1M3 + 13/2M3 4M3 + SH2O
8) N2 + 2O2 2NO2
1M3 + 2M3 2M3
7) C6H14 + 19/2O2 6CO2 + 7H2O
1M3 + 19/2M3 6M3 + 7H2O
محاسبه اکسیژن لازم برای احتراق گاز عبارت است از :
(2N2 + 2CH4 + 7/2C2H6 + 5C3H8 + 13/2C4 H10 + 5C5H12+19/2C6H16-CO2)100/21*
لذا کل هوای تئوری مورد نیاز برای احترا ق گاز در بویلر در بار %100 عبارست از:
100/21*(2*( 0.5 +.88) + 7/2 * 0.045 + 13/2 * (.0024+.0035) + 5 * .0148+ 8 * (0.0011 + .0007) + 19/2 * .0005-.002= 10.22m3/S
حال هوای مورد نیاز احتراق 1N m3/S گاز طبیعی بار با %5 هوای اضافی برابر است با :
REQUIRED AIR = 10.22 * 1.05 = 10.731 m3/S
برای حالت Full Load بویلر به میزان 18.75 m3/S گاز مورد نیاز می باشد .
18.75 m3/S = 18.75 * 228/273 = 19.78 m3/S فلوی گاز واقعی در دمای گاز 15 درجه
لذا هوای مورد نیاز احتراق گاز در Full Load برابر است با :
TOTAL AIR = 19.78 * 10.731m3 = 212.26m3/S At Stp
حال در دمای هوای 260 0C هوای مورد نیاز کوره عبارت است از :
396.43M3/S=
T2
*
P1V1
V2 =
P2
T1
P1=.82+.061=.881 و P2=.82+.053=.873, T1=288K,T2=533K,V1=19.78M3/S
خوردگی شیمیایی ناشی از محصولات احتراق وبرسی آلاینده های زیست محیطی
خوردگی ناشی از وجود سولفور، سدیم و وانادیم در نیروگاه ها
خوردگی ناشی از وجود سولفور بالا در مازوت :
سولفور مورد استفاده در مازوت در حدود %3.26 می باشد که ترکیب So2 و H2O در بویلر باعث ایجاد اسید سولفوریک در درجه حرارت پایین تر از نقطه شبنم گاز می گردد .
هنگامی که دود از بویلر عبور می کند و از مسیرهای اکونومایزر و GAH می گذرد . دمای دود در اکونومایزر حدود 340 درجه سانتیگراد در حداکثر بار می باشد و دمای دود در Cold End Element – GAH برابر 160 درجه سانتیگراد می باشد در هنگام راه اندازی در بارهای کم دمای دود در قسمت یاد شده به کمتر از 80 درجه سانتیگراد نیز میرسد و اگر به هوای سرد اجازه داده شود تا از قسمت Cold End Element عبور کند h2o , so2 با یکدیگر ترکیب شده و تولید اسید سولفوریک نموده و قسمت Cold End Element دچار خوردگی می گردد . برای جلوگیری از خوردگی توسط اسید سولفوریک ، میانگین دمای هوای ورودی به GAH و دود خروجی از آن باید در حد بیش از 120 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شود .
در هنگام استارت بویلر از سوخت گازوئیل که دارای سولفور کمتر از 1% می باشد استفاده می گردد و در هنگام راه اندازی باید دقت گردد هرگاه دمای دود در Cold End Element- GAH به بالای 100 درجه سانتیگراد رسید آنگاه از مشعل مازوت سوز استفاده گردد .
خوردگی ناشی از سدیم و وانادیم :
سدیم با اکسیژن ترکیب شده و به فرم اکسید سدیم تبدیل می گردد و وانادیم نیز با اکسیژن ترکیب شده و به فرم پنتااکسید وانادیم در می آید و پنتااکسید و انادیم و اکسید سدیم می توانند موجب تولید نقاط خوردگی Low Melting Point شده (در دمای c 538 درجه سانتیگراد) و باعث خوردگی تیوب ها شوند .
در فرآینده احتراق ، سولفات های سدیم و وانادیم در بویلر فرم گرفته و به صورت نمک مذاب شکل می گیرند (در دمای بالای 566) برای جلوگیری از این موضوع معمولاً باید متریال مشعلها از Grade بالا بوده و دمای نزدیک شعله (مشعل) باید زیر 550 درجه سانتیگراد نگه داشته شود .
محصولات احتراق و اثرات سوء محصولات احتراق به محیط زیست
به منظور کنترل و پایش پارامترهای دود خروجی از دود کش نیروگاه ، کنترل های خاصی بر روی محصولات احتراق انجام می گردد که همگی سعی در کاهش این آلاینده های زیست محیطی دارد .
کمیتهای زیست محیطی احتراق که بایستی مورد توجه قرار گیرند : عبارتند از :
So2- NOX – Co – C02 وهیدروکربونهای نسوخته
در بخش زیر به توضیح در مورد اثرات سوء موارد فوق الذکر پرداخته می شود :
Co2 :
اثرات سوء افزایش Co2 در جو عبارتند از :
افزایش گازهای گلخانه ای و گرمایش زمین
آب شدن کوه های یخ
باران های اسیدی حاصل از ترکیب Co2 با قطرات باران
تخرب لایه اوزن که در کنار cfc ها و گازهای متان منشا این تخریب می باشد .
تغییر چرخه طبیعی در فصول مختلف سال به سبب عوارض فوق الذکر
تخریب جنگلها و مراتع و ایجاد بیابان و باران اسیدی
میزان Co2 محصولات احتراق را می توان با کنترل میزان سوخت و هوای مشعلها تنظیم نمود .
Co :
میل ترکیبی Co با هموگلوبین خون انسان ، تقریباً 200 برابر بیشتر از اکسیژن است بنابراین به آسانی اکسیژن را از مولکولهای هموگلوبین جدا کرده و جانشین آنها می شود و بزرگترین عارضه انتشار Co مشکلات تنفسی می باشد .
در نیروگاه ها با تنظیم دمپرهای اولیه مشعلها و تنظیم هوای احتراق می توان میزان Co را کنترل نمود که مطابق استاندارد زیست محیطی ایران Co در دود خروجی از دود کش باید کمتر از ppm150 باشد .
So2 :
به دلیل وجود سولفور در ساخت های فسیلی سنگین So2 از احتراق این نوع سوختها حاصل می گردد ولی در سوختهای گازی این محصول بسیار ناچیز می باشد
در صنعت دو روش برای حذف So2 وجود دارد :
یک روش اول: حذف گوگرد از خود سوخت
روش دوم : حذف So2 از گاز خروجی از دودکش
که روش اول در خود پالایشگاه قابل انجام خواهد بود و برای روش دوم یکی از راکارها استفاده از جاذب Na2So3 می باشد . (جذب) 2NaHSo3 Na2So3 + H2O+ So2
(بازسازی) + H2O 2NaHSo3 Na2So3 + So2 از روش های دیگر کاهش So2 افزودن اکسید منیزیم به مازوت می باشد که در اروپا این واحدها طراحی
شده اند .
از بزرگترین مشکلات So2 می توان به ایجاد باران های اسیدی و مسائل تنفسی اشاره نمود در نیروگاه برای کاهش So2 فعالیت خاصی را به جز تنظیم هوای احتراق نمی توان انجام داد .
میزان So2 مجاز در محصولات احتراق مطابق با استاندارد ایران ppm 850 < می باشد .
NOX :
اکسیدهای ازت حفره هایی را در لایه اوزن ایجاد می کنند و عامل اصلی بروز سرطانهای پوستی ناشی از ، از بین رفتن لایه اوزن می باشد .
در نیروگاه ها تنظیم احتراق و تنظیم دمپرهای مشعلها (از جمله دمپر ثالثیه) بهترین روش برای کنترل میزان NOX محصولات احتراق می باشد .
میزان NOX مجاز در محصولات احتراق مطابق با استاندارد ایران ppm 350< می باشد .
از جمله راهکارهای کاهش میزان NOX می توان با استفاده از مشعلهای دارای Diffuser با دمپرهای اولیه ، ثانویه و ثالثیه اشاره نمود .
1) کندانسـور
* کندانسور در نیروگاه وظیفه دارد تا بخار خروجی از توربین LP را به مایع تبدیل کند چراکه پمپهای موجود در نیروگاه جهت بالا بردن فشار آب و برقراری سیکل بسته نیروگاه قادر به پمپ کردن بخار نیستند و حتماً باید در ورودی پمپها مایع موجود باشد و جهت مایع کردن بخار حجم بسیار زیادی آب سرد برروی بخار پاشیده می شود و آن را به مایع تبدیل می کند,کندانسور نیروگاه شازند از نوع کندانسور تماس مستقیم می باشد و آب خنک کاری توسط دو عدد پمپ به نام C.W.P واردبرج خنک کن اصلی می گردد.
2) بـرج خنـک کن اصلـی
* همانگونه که در بخش کندانسور اشاره شدجهت تبدیل به مایع نمودن بخار آب مقدار زیادی آب در داخل کندانسور برروی بخار پاشیده می شود مه دمای این آب پس از پاشش برروی بخار مقداری افزایش می یابد که جهت خنک کردن این آب آن را از طریق دو پمپ به نامهایC.W.P به داخل برج خنک کن اصلی انتقال می دهندودر داخل برج خنک کن اصلی آب داغ وارد رادیاتورهایی که دور تا دور برج قرارگرفته اند می شود و جریان هوا پس از عبور از بین این رادیاتورها از قسمت پائین برج وارد شده و از قسمت بالای آن خارج می گردد که ساختمان هزلولی شکل برج و اختلاف فشار بین قسمت پائین و بالای برج باعث ایجاد مکش هوا در برج خنک کن اصلی می گردد,برج خنک کن اصلی نیروگاه شازند از نوع برج خشک هلر می باشد که آب با جریان هوا خنک می شود.
3) تجهیـزات سیـکل آب از کندانسـور تا بویـلر
* بخار خروجی از توربین LP پس از اینکه درکندانسور به مایع تبدیل شدتوسط تعدادی پمپ به سمت بویلرهدایت می گردد که مهمترین پمپهای این مسیر به نام بویلر فیدپمپ معروف می باشند که فشار آب را تا 174Bar افزایش می دهند و در نیروگاه 4هیتر فشار ضعیف و1 هیتر باز و 3 هیتر فشار قوی وجود دارد که دمای آب تغذیه را افزایش می دهند.
4) تصفیـه خـانه آب نیـروگاه
* آب مورد نیاز نیروگاه از طریق سه حلقه چاه عمیق که در8 کیلومتری خارج نیروگاه قرار دارند تامین می شود این آب پس از ورود به نیروگاه در تصفیه خانه مورد تصفیه شیمیایی قرار می گیرد تا از نظر شیمیایی شرایط لازم برای ورود به واحد را داشته باشد و موجب بروز خوردگی و رسوب در قسمتهای مختلف بویلر و توربین نگردد.
5) ژنراتـور و ترانسـهای نیـروگاه
* ژنراتور تجهیزی است که به توربین متصل شده و همزمان با چرخش آن می چرخد و تحت تاثیر سیم پیچهای درون آن انرژی الکتریکی تولید می گردد و در مقیاس خیلی کوچکتر ژنراتور مانند دینام دوچرخه می باشد,ولتاژ خروج از ژنراتور 20KV می باشد.
* ترانسها وظیفه تغییرولتاژوجریان برق را به عهده دارند که در نیروگاه ها معمولا ترانسها به چند دسته اصلی تقسیم می شوند:
* ترانس اصلی که ولتاژ خروجی ژنراتور (20KV )را به ولتاژ شبکه(230KV )تبدیل می کند.
* ترانس استیشن که ولتاژ شبکه را به ولتاژ6.6KV جهت مصرف داخلی برخی تجهیزات تبدیل می کند.
* ترانس یونیت که ولتاژ خروج ژنراتور را به ولتاژ 6.6KV جهت مصرف داخلی تجهیزات تبدیل می کند.
* ترانسهای کمکی که ولتاژ خروجی ترانس یونیت را به ولتاژ 400V تبدیل می نماید.
آشنایی با استاندارد ASME
مقدمه ای بر Div.1 ، Section VIll, ASME, :
محدوده کاربرد استاندارد ASME بسیار گسترده می باشد ودارای 12 بخش مختلف می باشد که
محدوده وسیعی از اطلاعات صنعتی را در بر می گیرد در زیر بخش های مختلف آن ذکر می شود:
1) Section I Power Boiler
2) Section II Materials
3) Section IID Properties
4) Section III Nuclear Power Plant Components
5) Section IV Heating Boilers
6) Section V Non Destructive Examination
7) Section VI Heating Boilers
8) Section VII Power Boilers
9) Section VIII Pressure Vessels
10) Section IX Welding and Brazing Procedures
11) Section X Fiber – Rein Farced Plastic pressure Vessels
12) Section XI Power plant Components
– Code Cases : Boiler Pressure Vessels
– Code Cases : Nuclear
– Interpretation
– ASME Referenced Standards
طراحی تجهیزات تحت فشار بر اساس استاندارد ( ASME . Section VIII . Div. 1) در این جزوه مورد بررسی قرار گرفته است که نگاهی اجمالی با مفاهیم اساسی را در پی دارد. در این جزوه محاسبه ضخامت انواع پوستهها اعم از استوانهای، مخروطی و کروی تحت فشار داخلی و خارجی و نیز بررسی تنشها در این پوستهها و محاسبه ضخامت انواع کلگیهای تحت فشار داخلی و خارجی و تاثیر ایجاد سوراخ جهت نازلها و خروجیها در پوستهها آورده شده است.
استاندارد ASME برای تجهیزات تحت فشار در سال 1925 میلادی به صورت مشترک به شکل
(API-ASME) تدوین شده و تا سال 1961 نیز به صورت مشترک منتشر میگشت، در سال 1968 این استاندارد بخش جدایی برای برجها و مخازن تحت فشار به نامهای زیر اختصاص داد.
1) ASME Sec. V III DIV 1 (Rules for constraction of pressure vessel)
2) ASME Sec. V III DIV 2 ( Alternative Rules)
3) ASME Sec. V III DIV 3 (Rules fir high pressure vessel Alternative Rules)
و بالاخره آخرین نوشتار این بخش با نام ASME code , Sec. V III . DIVI در آخر July سال 2002 منتشر شد.
به علت کشفیات جدید و تجربیات تازه، انجمن مهندسان مکانیک آمریکا تصمیم گرفت که هر سال یک بار ، تغییرات لازمه را به صورت بخشی با نام اضافات (Addenda) در نظر بگیرد که با تغییر رنگ صفحات، اضافه شده در هر سال همراه بود. از طرفی تفسیرهای لازم در مواردی که خود انجمن ASME نیاز میدانست به صورت بخشی به نام Inter Pretation در استاندارد در نظر گرفته شد، در مواردی نیز که قوانین جدید در کد لازم میبود، این قوانین نیز بلافاصله در اختیار مشترکین قرار میگرفت که بخشی تحت عنوان (code cases) را در استاندارد به خود اختصاص داده است، توجه به این نکته نیز لازم است که موارد بالا بیشتر به صورت سوال و جواب در کد میباشد.
در دنیای صنعتی امروز استانداردهای مختلفی با مشخصات خاص خود موجود میباشد که با توجه به استانداردهای صنعتی و شرایط خاص اقلیمی و پژوهشی هر کشور صاحب استاندارد تدوین و مورد استفاده قرار گرفته است. در زیر نموداری را که ضخامت محاسبه شده برای مخازن و برجها بر اساس استانداردهای معتبر دنیا نمایش داده شده در نظر میگیریم بطوریکه جایگاه استاندارد ASME مشخصتر جلوه نماید.
شکل 1-1 نمودار تغییر ضخامت با فشار در مقایسه با استانداردهای دیگر
-1 U : محدوده -1 U SCOPE INTRODUCTION
ـ محدوده مجاز استفاده از استاندارد :ASME . SEC V III Div 1.
1) این مجموعه شامل ظروف تحت فشاری میباشد که فشار آنها ممکن است داخلی و یاخارجی باشد، همچنین ممکن است که این فشار از یک منبع خارجی و یا توسط حرارت که از یک منبع مستقیم یا غیر مستقیم ناشی میشود باشد.
2) این مجموعه شامل بخشهای زیر میباشد که ذکر خواهند شد.
1. 998 ASME CODE SECTION V III Div .1
Introduction
Sub Section A , General Requrement
Sub Section B , Method of fabrication
Sub Section C , Classes of Material
Mandatory Appendices (1-13)
Non – Mandatory Appendices (A , B , …)
مهمترین قسمتهای بالا که مورد نیاز جهت طراحی میباشد عبارتند از:
– بخش A که شامل قسمتهای (Unfird pressure vessels General) UG است که نیازهای کلی عملی تمام تجهیزات تحت فشار را شامل میشود.
– بخش B روشهای متفاوت ساخت تجهیزات تحت فشار را شامل میشود که حاوی قسمتهای UW ، UF و UB میباشد که مسائل جوشکاری و آهنگری درز جوش را معرفی میکند.
– بخش C نیز معرفی نوع موادی است که در ساخت تجهیزات تحت فشار استفاده میشود.این بخش شامل قسمتهای: UNF , UCS , UET , ULW , UCD , UCI و UHA میباشد. بخش C همچنین شامل جداول مقدار ماکزیمم تنش مجاز برای هر نوع از مواد میباشد.
3) توجه شود که گروه مخازن زیر در این مجموعه در نظر گرفته نمیشود:
الف: مواردی که مستقیماً به منابع دیگر ارجاع داده شده است.
ب: پروسسهایی که شامل هیترهای لولهای همراه با آتش هستند.
ج: ظرفهای تحت فشاری که دارای اجزای دورانی و رفت و برگشتی مکانیکی هستند مانند پمپها، کمپرسورها، توربینها، ژنراتورها و سیلندرهای هیدرولیک یا پنوماتیک.
د: به جز مواردی که در U-1(f) میباشد، سازههایی که مایع را از یک مکان به مکان دیگر انتقال میدهند مانند سیستم لوله.
ه: اجزاء سیستم لوله مانند: لولهها، فلنچها، واشرها، شیرها، اتصالات انبساطی، فیتینگها و اجزاء تحت فشار دیگر نظیر مخلوطکنندهها، جداکنندهها، پخشکنندهها و کنترلهای جریان.
ط: تجهیزات حاوی آب تحت فشار و همچنین تجهیزات تحت فشار هوا که در آن فشار هوا فقط به عنوان یک بالش عمل میکند، به شرطی که هیچ یک از محدودیتهای زیر اضافه نگردد، قابل طراحی توسط کد نمیباشد.
ظ: مخازن ذخیره آب گرم که توسط بخار و یا هر وسیله غیر مستقیم دیگر گرم شده باشد به شرطی که هیچ یک از محدودیتهای زیر اضافه نگردد، قابل استفاده توسط کد نمیباشد.
– انرژی حرارتی ورودی 200000
– درجه حرارت آب 210^ F
– ظرفیت اسمی آب برابر 120 گالن
چ: برجهایی که دارای فشار کارکرد داخلی یا خارجی کمتر از 15 Psi میباشند.
خ: برجهایی که قطر داخلی، پهنا، ارتفاع یا قطر سطح مقطع (بیضی شکل) کمتر از 6 in بدون داشتن محدودیت طول.
ص: تجهیزات تحت فشاری که انسان در داخل آنها باشد. این تجهیزات طبق کد
(ANSI – ASME- FVHO – 1) طراحی میشوند.
UG-19 ترکیبهای ویژه SPECIAL CONSTRUCTION
) واحدهای مرکب: وقتی یک واحد مخزن تحت فشار شامل بیش از یک محفظه تحت فشار مستقل که در دما و فشار یکسان یا متفاوت کار میکنند باشد هر محفظه یا مخزن تحت فشار باید طوری طراحی و ساخته شود که در برابر سخترین شرایط دما و فشار مصادف که در سرویس عادی پیش بینی شده است مقاومت کند.
فقط اجزاء محفظه هایی که در محدوده این کد (U-1) هستند باید بر طبق مقرراتشان ساخته شوند, در ضمن برای مخازن دارای پوشش (Jacket) به q-1(c) مراجعه کنید.
(b) شکلهای ویژه: مخازن غیر از مخازن استوانه ای و کروی و مخازنی که هیچگونه قانون طراحی در این کد برای آنها ارائه نشده است میتوانند تحت شرایط اعلام شده در U-2 طراحی شوند.
(c) وقتی هیچ قانونی برای طراحی داده نشده است و مقاومت و استحکام مخزن و اجزاء آنرا نمیتوان با دقت رضایتبخش مطمئنی محاسبه کرد, ماکزیمم فشار کاری مجاز مخزن تکمیل شده باید بر طبق مقررات UG-101 تعیین شود.
2. مقدمات دودکش :
دودکش ها برای تخلیه گازها در هوای آزاد و ارتفاعی که از نظر حفاظت محیط زیست مجاز است و همچنین کمک به نیروی کششی در دود, بکار می روند. در این حالت گازها را با سرعتی بیش از10m/s وگاهی نیز 30m/s ویا بیشتر به جریان می اندازد.
قطر دودکش براساس سرعت فرضی گاز محاسبه میشود و ارتفاع موردنظر، به نوع و محل کاربرد مربوط است که ممکن است پخش و تعلیق اجزای سمی گاز و یا ایجاد مکش باشد.
در حالت اول گازها باید در ارتفاعی وارد هوای آزاد شوند که پس از پخش و سقوط در منطقه تنفسی یعنی در ارتفاع حدود 1.4 متری سطح زمین، غلظت آلودگی پائینتر از ماگزییم غلظت مجاز, MAC, (mg/m3) باشد. لازم به یادآوری است که این عدد توسط سازمان محیط زیست کشور تعیین میگردد.
غلظت مجاز برحسب (mg/m3),Cm، در شرایط نامناسب احتراق در نزدیکی سطح زمین بوسیله فرمول زیر محاسبه می شود:
یا
که در آن:
M : مقدار ماده سمی (گاز های حاصل از احتراق )که وارد هوای آزاد می شود (g/s)
A : ضریبی است که به شیب منحنی دمای هوا بستگی دارد و پخش مواد سمی را به طور افقی و عمودی در هوا نشان می دهد. ضریب A را می توان در مناطق سردسیر و خشک برابر 2 و در مناطق سرد و مرطوب مانند کردستان و آذربایجان برابر 160 در مناطق مرطوب و نسبتا معتدل مانند سواحل دریایی مازندران و سواحل جنوبی کشور برابر 120 در نظر گرفت. در سایر مناطق دیگر میتوان آب و هوای منطقه موردنظر را با مناطق فوق مقایسه کرد و مقداری برای ضریب A در نظر گرفت.
N : تعداد دودکشها
H : ارتفاع دودکش از سطح زمین,(m)
V: حجم مخلوط گاز و هوای خروجی(m3/Sec.)
F: ضریب بدون بعدی که سرعت ته نشینی مواد سمی موجود در هوا را منظور می کند، در مورد SO2 و مواد سمی دیگری که سرعت ته نشینی آنها عملا” برابر واحد است و در مورد ذرات غبار و دوده و مقدار F بین دو مقدار2.5 – 2 خواهد بود.
m: ضریبی بدون بعد است که امکان تخلیهٌ گازها را از محل خروجی (دودکش) نشان میدهد. مفدار این ضریب را باید با توجه به نمودار ذیل تابعی از عامل زیر فرض نمود:
که در آن:
w : سرعت متوسط گاز خروجی در دهانه دودکش(m/s)
D : قطر دهانه دودکش(m)
T: اختلاف بین دمای گاز خروجی و هوای محیط
نمودار رابطه بین ضریب m و عامل ƒ
بایستی توجه داشت که رابطه قبل در مورد طول دودکش فقط در مورد مقادیر <6 صدق میکند.
هرگاه گاز خروجی شامل چند ماده سمی باشد (محصولات احتراق چندین نوع مختلف باشد) ارتفاع ماگزیمم مقداری است که در چند مورد مذکور محاسبه شده است.
اگر در محلی که ماده سمی وارد هوا میشود، مقداری از آن نیز با غلظت اولیه Cb موجود باشد، ارتفاع دودکش باید مطابق قرمول اول مبحث محاسبه شود. فقط بایستی درنظرداشت که غلظت Cb مقدار MAC را کاهش میدهد. در بعضی از موارد، غلظتهای مواد سمی، غظتهای مواد سمی، مثلا” Cl2, SO2, SO3 را با هم جمع آوری می کنند.
بایستی توجه شود که حداکثر غلظت یک ماده سمی در نزدیکی سطح زمین، که از دودکشی به ارتفاع H خارج می شود، تقریبا” در مسافتی برابر با 20H از پایه دودکش دیده می شود.
گاهی برای خارج کردن گازها از دودکش استفاده می کنند. علت اینکه گازها در اثر ارتفاع دودکش به بیرون رانده می شوند این است که دمای گازهائی که در لوله عمودی دودکش حرکت می کنند، از دمای هوای بیرون بالاتر است و در نتیجه چگالی این گازها از چگالی هوای بیرون پائینتر است. حداکثر مکشی که بوسیله دودکش ایجاد می شود، برابراست با:
در اینجا:
H : ارتفاع دودکش(m)
g , a : به ترتیب چگالی هوای آزاد و گاز داخل دودکش (Kg/m3)
در این شرایط قطر دودکش بترتیبی انتخاب میشود که سرعت متوسط جریان گاز در آن به 3-4m/s برسد، سرعتهای بالاتر باعث ایجاد مقاومت بیشتری در مقابل جریان گاز میشود، و در سرعت 2m/s ، هوای سرد از دهانه دودکش به داخل میوزد، مکش دودکش از بین میرود و دودکش میترکد. پدیده اخیر، در هوای طوفانی و مواقعی که مقادیر جزئی گاز از یک دودکش قطور خارج میشود، بدفعات اتفاق افتاده است.
هرگاه چگالی گازهای داخلی دودکش ،در شرایط استاندارد, با چگالی هوا برابر شود، یعنی به 1.293kg/m3 برسد ،حداکثر مکشی که توسط دودکش ایجاد میشود، بطور تقریبی برابر است با:
و یا
که در آن
B =فشار هوای آزاد محلی بر حسب(mmH2O)،
Ta و Tg = به ترتیب دمای مطلق هوای محل و گاز داخل دودکش برحسب ºK.
بعنوان مثال اگر B=750mmHg به دمای هوای 10ºC ، دمای متوسط گاز داخل دودکش 300ºC باشد, هر متر ارتفاع دودکش. مکشی برابر با:
ایجاد می کند.
بدین ترتیب دیده میشود که دودکش در بیشتر حالات نمی تواند مکش زیادی ایجاد کند و صرفا” موقعی مورد استفاده قرار میگیرد، که مقاومت سیستم در مقابل جریان گاز، ناچیز باشد. قاعدتا”، برای تکمیل مکشی که بوسیله دمنده های تخلیه گازهای خروجی و یا بوسیله دهنده های هوای تازه دیگ ایجاد میشود، دودکش بکار میرود. همواره بایستی بخاطر داشت که گرچه ایجاد مکش بوسیله دودکشها مستلزم صرف هیچگونه هزینه جاری قابل بهره برداری نیست ولی هزینه ساخت و سرمایه گذاری آن به ویژه در دودکشهای عظیم، قابل ملاحظه است، و هزینه استهلاک آن ، صرفه جویی در انتخاب دمنده کم قدرت تر را ، تحت الشعاع قرار می دهد.
3. رویه های عمومی
روش متعاقب انتخاب دودکش (استاک) برای استفاده در زمانی است که واحد موردنظر, دارای هر دو فن FD وID ، یا در صورت وجود واحد pressure fired unit با یک فن FD میباشد. همچنین بایستی تاکید شود برای هر واحد یک دودکش درنظر گرفته شده است.
اگر لازم است برای هر دودکش بیش از یک واحد یا برای هر واحد بیش از یک دودکش وجود داشته باشد، این رویه ضرورتا مشابه خواهدبود. اگرچه، بایستی وزن گاز مورد استفاده در محاسبات، وزن گاز هر دودکش باشد. به کلام دیگراگر لازم است هر بویلر دو دودکش داشته باشد، پس باید وزن کلی گاز را تقسیم بر دو نمود. از طرف دیگر اگر لازم است برای هر دودکش دو بویلر موجود باشد، بایستی وزن کل گاز هر دو را، در انتخاب. مورد استفاده قرار داد. در انتخاب دودکش ها سه شرط متفاوت وجود دارد که میتوانند در انتخاب دودکش تاثیرگذار باشند.
* قطر دودکش داده شده
* ارتفاع دودکش داده شده
* نه قطر و نه ارتفاع داده نشده است.
2-1- با مشخص بودن قطر دودکش
* ارتفاع دودکشی را با استفاده از مقدار 10 الی 25 پا بالاتر از ساختمان فلزی فرض کنید که بسته به سایز واحد است. ارتفاع موثر بایستی بعنوان فاصله از خط مرکزی معبر ورودی تا نوک دودکش گرفته شود.
* با استفاده از نمودار 1-1 و دمای گاز مدخل ورودی، میانگین دمای گاز دودکش را بدست آورید.
* با استفاده از میانگین دمای گاز بدست آمده، مکش (درفت) کلی دودکش برای دودکش اولیه را، با استفاده از نمودار 1-2 انتخاب کنید.
* سپس افت اصطکاک دودکش را با استفاده از نمودار 2-3 پیدا کنید و با مکش بدست آمده در مرحله 1-3 مقایسه کنید.
* اگر افت اصطکاک دودکش از مکش بالاتر باشد، بایستی ارتفاع را آنقدر افزایش داد تا این مقدار با هم برابر شوند.
* اگر مکش از اصطکاک فراتر رود، این سایز قابل قبول است از این رو که نبایستی ارتفاع از ابعاد داده شده در مرحله 1-11 کمتر باشد.
2-2- بامشخص بودن ارتفاع دودکش
* بر اساس نمودار 2-4، قطرهای حداقل و حداکثر دودکش را پیدا کنید. قطر نهایی بایستی بین این دو محدوده باشد.
* با استفاده از نمودار 1-2 و دمای گاز ورودی، میانگین دمای گاز دودکش را بدست آورید.
* با میانگین دمای گاز بدست آمده، مکش کلی دودکش برای دودکش اولیه را با استفاده از نمودار 2-2 پیدا کنید.
* سپس اصطکاک دودکش برای هر دو قطر را با استفاده از نمودار 2-3 پیدا کنید و آنها را با مکش دودکش بدست آمده در مرحله 1-3 مقایسه کنید.
* با تغییر دادن این قطرها، بایستی توازنی بین مکش دودکش و اصطکاک دودکش بدست آورد.
* اگر، با استفاده از حداقل قطر، مکش فوق از اصطکاک دودکش فراتر رود، طرح دودکش مورد قبول است و بایستی از حداقل قطر استفاده شود.
2-3- بدون مشخص بودن ارتفاع و یا قطر
2-4-
* با استفاده از نمودار 2-4، حداقل و حداکثر قطر دودکش را انتخاب نمائید.
* با استفاده از مقادیر 10 الی 25 بالای ساختمان فلزیو بسته به سایز واحد، ارتفاع دودکش را برآورد کنید
* با استفاده از نمودار 2-1 میانگین دمای فلو گاز را پیدا کنید.
* با استفاده از نمودار 2-2 و میانگین دمای فلوگار، مکش کلی دودکش را بدست آورد.
* سپس اصطکاک دودکش را با استفاده از نمودار صفحه 2-3 برای هر دو قطر پیدا کنید و آنها را با مکش دودکش بدست آمده در مرحله 1-34 مقایسه کنید.
* با توجه به مقدار ارتفاع، بایستی به تعادلی دست یافت، که البته نباید از حداقل قطر کمتر شود.
* نمودار شماره 1 – معدل دمای فلو گاز
* نمودار شماره 2- مکش کلی دودکش
* نمودار شماره 3- اصطکاک دودکش
* نمودار شماره 4- قطر دودکش
4.
طراحی
3-1- اصول طراحی
* بایستی دودکش طوری طراحی شود که خودنگهدارنده (SELF-SUPPORTING) و دارای ساختاری تمام جوش باشد.
* حداکثر تنش در شرایط موقتی بایستی در مقایسه با هر لحظه ناشی از نیروی باد و نیروی زلزله تعیین شود.
* خوردگی مجاز 3.0mm است.
3-2- شرایط طراحی
* استاندارد اعمالی، کد و مشخصات JOB
کدها، مشخصات و استاندارد
استاندارد ASTM
C 401 دیرگدازهای قابل ریخته گری
کدهای ASME
بخشII: مشخصات مواد
بخش VIII: مخازن تحت فشار، بخش یک
مشخصات AISC
مشخصات برای طراحی، ساخت و نصب اسکلت های فلزی برای ساختمان
* طراحی تندی باد: 120km/h (سرعت تندباد در سطح بالای 10متر)
* طراحی فشار باد:
ارتفاع (m) طراحی فشار بارگذاری باد (kg/m2)
0~10 100 x C x I = 71
10~20 120 x C x I = 85
20~30 133 x C x I = 94
30 به بالا 150 x C x I = 106
فاکتور شکل C=0.6
فاکتور اضافی I=1.18
* مواد: JIS SS41 (G3101) (معادل با ASTM A-36)
* مواد ورق بایستی مطابق با بخش II کد ASME باشد.
* نباید از آلیاژهایی استفاده شود که نیاز به عملیات حرارتی پس از جوشکاری داشته باشد.
* مواد نسوز قابل ریخته گری بایستی از نوع عایق حرارتی مطابق با ASTM C 401 باشد.
* توری سیمی که برای نگهداری عایق درون دودکش، به آن جوش می شود، بایستی دارای خانه بندی حداقل 2x2in. (50x50mm) الی حداکثر 4x4in. (100x100mm) باشد. سایز سیم بایستی از قطر 0.090 الی0.125in. (2.3 الی 3.2mm) باشد و نبایستی گالوانیزه باشد.
* جزئیات طراحی
* ضخامت ورق، شامل خوردگی مجاز، نبایستی کمتر از 3/16in. برای دودکش هایی با ارتفاع کمتر از 50ft.، و نبایستی ضخامتی کمتر از 1/4in. برای دودکش هایی با ارتفاع 50ft. باشد.
* دمای فلز نبایستی از 900F بیشتر شود.
* انحراف دودکش بر اساس ضخامت زنگ زدگی نبایستی از 6in. در هر 100ft. ارتفاع بیشتر شود.
* خوردگی مجاز بایستی به ضخامت ورق مورد نیاز اضافه شود تا نیازهای ساختاری به شرح ذیل رضایتبخش باشد:
* دودکش هایی که بالاتر از 650F کار میکنند: 1/8in.
* دودکش هایی که پائینتر از 650F کار میکنند: Lined portion: 1/16in.
Unlined portion: 1/8in.
– نیازها
* تمامی دودکش های نصب شده بر روی زمین (ground supported) بایستی مجهز به یک دریچه تمیزکاری با اندازه ای بزرگتر از 2x2ft (600x600mm) باشند. کف این دریچه، در صورت امکان، نبایستی بیش از 3ft (1m) از ته دودکش بالاتر باشد.
* اتصال اسباب و آلات، بایستی بوسیله کوپلینگ انجام شود. سایز، کمیت و موقعیت تعیین خواهد شد.
* نیازهای طراحی و موقعیت دمپرهای دودکش و هرگونه اکسپنشن جوینت اتصالی، به نوع کاربرد بستگی دارد.
* نوع دودکش دودکش فلزی خودنگهدارنده
* ضخامت آستر(lining) 38mm از Gunite از کف تا بالا
3-3- تنش های مجاز
تنش های مجاز برای مواد ساختمانی (AIJ)
مواد
نوع تنش
کششtension
تراکمcompression
خمشbending
شکافshear
SS41 JIS G3101
t ≤ 40
16KN/CM2
16KN/CM2
16KN/CM2
9.2KN/CM2
تنش های مجاز اشاره شده در بالا، برای وضعیت بارگذاری دایم است. مقادیر جدول بالا را بایستی برای بارگذاری موقت در 4/3 ضرب کرد.
– فونداسیون
فونداسیونهای بتنی نبایستی بطور مستقیم در معرض جریان گازهای داغ قرار گیرند. بمنظور کنترل دمای سیمان و کاهش خوردگی، لازم است عایقبندی، منافذ و آبگذرهای مناسبی تعبیه شود.