الشرح السابق:تعرف على القسم الكيميائي في محطات توليد الكهرباء البخارية.
مكونات القسم الميكانيكي فى المحطات البخارية.
الهدف الرئيسي من هذا القسم هو تحويل الطاقة الحرارية الكامنة في الوقود إلى طاقة حركية.
وتتحول هذه الطاقة الحركية بعد ذلك إلى طاقة كهربائية .
ملحوظة هامة جدا:
الأرقام الواردة فى شرر الأجزاء التالية مأخوذة من محطات حقيقية ، وهى
بمثابة مثال فقط وليس بالضرورة أن تكون كل المحطات لها نفس القيم ، فأرجو ملاحظة ذلك.
و المكونات الأساسية للقسم الميكانيكي تشمل :
• الغلالية وملحقاتها
• التربينة البخارية بملحقاتها
• المكثف
• مساعدات المحطة Auxiliaries
وسنبدأ بعرض العناصر الأساسية يليها الملحقات المتصلة بها.
1- الغلاية (BOILER) :
الغبلاية عبارة عن مبنى معزول حراريا يتكون من عدة (ثلاث) طوابق كما فى الشــــــــــــكل أسفله وهو أكبر مبنى بـالمحطـة ، ويتميز بوجود مـداخن عـاليـة لخروج عوادم الاحتراق . و تعمـل الغلايـة على
توليد البخار ذو الضغط العالي ، عن طريق حرق الوقود .
و يختلف شـكل الغلاية باختلاف الوقود المستخدم ، و يكون البخار الناتج عند درجة 540 درجة
مئوية تقريبا و يكون ضغطه فى حدود 160 بار . تعمل على توليد البخار ذو الضــغط
العالي ، عن طريق حرق الوقود .
وكل وحدة توليد لها غلاية خاصـة بها ، وكل غالية لها مدخنة ، وبالتالي يمكنك معرفة عدد
وحدات التوليد بأى محطة من عدد المداخن العالية بها.
وتتكون الغلاية أساسا من عدد من المهمات (Equipment) نوجزها فيما يلى:
1.1-(Furnace) الفرن :
كل غلاية تحتوي على فرن متعدد الوقود يتم تشغيله إما بالمازوت أو بالغاز الطبيعي.
• درجة حرارة الفرن تصل إلى 1500 درجة مئوية.
• الفرن يحتوي على عدد من الحارقات Burners يصل فى بعض المحطات إلى 18 حارق
مثبتين في جدار الفرن ومقسمين إلى ثلاث مجموعات كل مجموعة في طابق.
• كل حارق يحتوي على أداة إشعال تستخدم لبدء تشغيل الفرن وتستخدم أداة الإشعال السولار
كوقود لبدء التشغيل.
• كل وحدة تحتوي على مروحتين Draft Fans وهما المسئولتان عن إمداد عملية الاحتراق بما
تحتاجه من هواء مضغوط.
• لابد للمحطة من الاحتفاظ بكمية كبيرة من الوقود مخزنة فى خزانات كما فى الشكل أسفله وتكون مواصفات خط تغذية المحطة بالغاز الطبيعى فى حدود قطر 30 بوصة وضغط الغاز 20 بار . وفى الغالب سيكون هناك خط أو خطين اخرين لتوصيل النوع الثانى من الوقود
(مازوت مثال).
1.2- (Drum) الدرم:
وهو عبارة عن وعاء أسطواني ضخم كما فى الصورة أسفله يتم من خلاله فصل قطرات الماء عن
البخار عن طريق إمراره على ألواح مائلة ، ويحتوى الدرم على ست فتحات سفلية من خلالها يتم
سحب المياه إلى أنابيب على جدار الفرن والتي تكون مرتبة بحيث تغطى معظم الجدار الداخلي
للفرن. كما توجد أربعة صمامات للأمان تفتح في حالة زيادة الضغط داخل الدرم كما توجد في الدرم
فتحة دخول للصيانة (man-hole).
1.3-الموفر (Economizer)
الغازات والعادم التي تنتج من الاحتراق داخل الغلاية تكون درجة حرارتها عالية فيقوم الموفر باستخدام هذه الغازات في تسخين المياه تسخينا مبدئيا قبل دخولها إلى الغلاية حتى نقلل من كمية الوقود المستهلكة داخل الغالية .
ويظهر الـــ Drum and Economizer فى الشكل التالي ضمن منظومة
مصغرة للدورة الحرارية.
1.4- المسخنات (Heaters) :
يوجد لدينا نوعان من الـ Heaters ، يمكن من الدورة البخارية الكاملة المرسومة فى الشكل أسفله تمييزهما :
1-(Low Pressure Heaters) وهي ضمن مجموعة المسخنات المبدئية للماء قبل
دخولها إلى الغالية وتستخدم في عملية تسـخين الماء عن طريق استغلال حرارة البخار
المســتنزف (exhausted steam ) وهو البخار الذى خرج من تربينة الضــغط المنخفض
ولايزال يحتفظ ببعض الحرارة ، فنســـتفيد من هذه الحرارة فى تسخين الماء قبل مروره على
الـــ (deaerator) كما فى الشكل أسفله.
2- (High Pressure Re-Heaters) ، وهذه يتم من خلالها تسـخين الماء عن طريق
البخار المستنزف من تربينة الضغط المنخفض وتربينة الضغط العالي.
1.5-وظيفة ال Deaerator :
الدور الأساسى للــ Deaerator ( الشكل التالي )، هو نزع الأكسجين و ثانى أكسيد الكربون وغيرهما
من الغازات الأخرى التى قد تكون مذابة فى الماء الداخل على الغلاية والذى يمكن أن يسبب حدوث
عمليات الصدأ فى المكونات المعدنية. حيث يخفض نسبة الأكسجين إلى حوالي 7ppm .
1.6- المدخنة Chimney :
تكون المدخنة أسـطوانية الشـكل مصنوعة من الطوب الحرارى و مرتفعة جدا كى تعمل على طرد
الـدخـان و الأبخر ة السـامـة إلى الهواء على ارتفـاع عـالي بعيـد ا عن العمـال و البيئـة المحيطـة
بالمحطة .
و نظرا لخروج العادم من الغلاية عند درجة حرارة عالية تصـل إلى 390 درجة مئوية
مما قد يؤدي إلى زيادة التلوث الجوي بالإضافة إلى كونه عادما يحتوي على كميات هائلة من
غاز أول أكســـيد الكربون ، فإننا نلجأ إلى إمرار العادم على Air Pre- heater حيث يســـتفاد من
درجة الحرارة العالية في تســـــخين الهواء قبل دخــوله للغلاية كما ذكرنا حين الحديث عن الموفر
Economizer ، وبعد ذلك نمرر العادم النهائي على مرشـحات Filters لاسـتخلاص الغازات
الضــــارة منه قبل الخروج من المدخنة ذات الارتفاع الشــاهق. و درجة حرار ة العادم فى النهاية تخرج
عند درجة لا تتعدى 100 درجة مئوية ، وإلا فإن الوحدة يمكن أن تخرج من الخدمة بســــبب ارتفاع
حرارة العادم.
وهده صورة لمداخن محطة شـــــــبرا الخيمة ، (أربع وحدات قدرة كل منها 315 ميجا وات).
1.7-الآلات والمعدات المساعدة:
وهذه عبار ة عن عدد كبير من المضـخات Pumps ، والضـواغط Compressors و أجهزة
القياس الميكانيكية مثل أجهزة قياس الضـغط ، و درجة الحرارة في كل مرحلة و بعض الأجهزة
الكهربائية مثل أجهزة قياس فرق الجهد ، و أجهزة قياس التيار ، و قياس القدر ة ، وغيرها.
و هناك عدة أنواع من مضخات المياه بالمحطات فمنها مضـخات سـحب الماء من البحر/النهر ،
ومنها المضـخات التى تقوم برفع ضـــغط الماء إلى قيمة عالية ليتم تســـخينه تحت الضـــغط المرتفع ويتحول إلى بخار وهى طلمبات التغذية Feeding Pumps التى تعمل على ضـغط
180-225 بـار ، وهـذا الضـغط يـدخـل بـه المـاء للغلايـة. وغـالبـا تكون 3 طلمبـات اثنـان منهم
مضخات تعمل بالديزل والثالثة تعمل بالكهرباء كاحتياط.
2- التوربينة (TURBINE):
هى الجزء المسـئول عن دوران عمود المولد عن طريق تمدد البخار الذى يدخل لتدوير
التربينة على ضغط عالي وحرارة عالية. و تتكون من عدد من الريش كما فى (الصورةأسفله) تتحرك
بشـكل دائري حول محورها و موصلة ميكانيكيا بالمولد حيث يدور المولد بنفس سـرعة التربينة ،
لذلك يجب أن تدور التربينة بسـرعة ثابتة حتى يظل التردد ثابت على المولد . و يتم التحكم فى ذلك
عن طريق الـــ Governor الذي سبق الحديث عنه .
وهذه نموذج لمواصفات إحدى التربينات بقدرة 150 ميجاوات :
RATED OUTPUT===➔ 150000 KW
STEAM PRESSURE➔ 88 BAR
STEAM TEMPERATURE=> 799
RATED SPEED====➔ 3000 rpm
MANUFACTURED IN 1975 TOKYO JAPAN
والتربينة مقسمة إلى ثلاثة أقسام:
▪ تربينة الضغط العالي .
▪ تربينة الضغط المتوسط.
▪ تربينة الضغط المنخفض.
وكل قسم فى التربينة يكون عبارة عن عدة دوائر عليها زعانف كما فى الصورة ، و يدخل البخار
المرحلة الأولى بضغط 160 بار ، ودرجة حرارة 540 مئوية ، ويخرج البخار بعد المرحلة الأولى
إلى الغلاية مرة أخرى ليكتسـب مزيدا من الطاقة ، ثم يعود ليدخل المرحلة الثانية على ضـــغط 40
بار ونفس درجة الحرارة . ويدخل على التربينة ما يقرب من 800 طن بخار بالساعة.
2.1 نظام التزييت Lubrication فى التربينة :
يوجد فراغ بين التربينة وجسمها ، ويتم ملئ ذلك الفراغ بالزيت لمنع الاحتكاك وتجنب الحرارة العالية ، والمساعدة على تبريد هذه الأجزاء وكذلك تساعد على سهولة حركة عمود التربينة .
و يوجد نظام خاص بالتزييت يتكون من خزان زيت يحتوى بداخله على الزيت ، ومضخات رئيسية
مركبة على عمود التربينة وتعمل على سحب الزيت من الخزان ودفعه إلى أماكن معينة بالتربينة ،
كما يوجد أيضا مضخات مساعدة تستخدم في بداية التشغيل ويوجد أيضا مضخة الطوارئ التي
تعمل عند انقطاع التيار الكهربائي عن الوحدة حيث تقوم بسحب الزيت من الخزان وتدفعه إلى مجمع
الزيت بعد مروره بمبردات الزيت .
وهذا النظام يعتبر من الأنظمة الحرجة فى المحطة ، وحدوث أى مشكلة فيه يؤدى إلى توقف الوحدة
تماما.
2.2 عملية تدوير Rotation التوربينة:
يجب بقاء عمود إدارة التربينة مستقيما خلال فترات توقف الوحدة عن العمل ، والسبب في ذلك
أنه عند إيقاف عمود دوران التربينة نجد أن النصف السفلى من العمود يبرد بمعدل أسرع من
النصف العلوي وهذا يؤدى إلى حدوث التواء أو أنحناء في عمود دوران التربينة ، ولذلك يتم دوران
عمود التربينة ببطء حتى تتساوى درجة الحرارة على جميع نقاط العمود من أعلى و من أسفل (عملية
إيقاف دوران التربينة تستغرق ساعات).
3- المكثف (CONDENSER) :
وهو المسئول عن تكثيف البخار Condensation الخارج من التربينة قبل أن يضخ مجددا للغلاية
حيث أنها تقوم بخفض ضغطه ودرجة حرارته عن طريق مياه تبريد تسحب من النهر/ البحر.
وفكرة عمل المكثف (شكل -2 11) هو أنه يأخذ المياه الباردة من المحيط أو البحر أو النهر ويمر
البخار المراد تكثيفه فى مواسير تمر عليها هذه الكمية من المياه الباردة - فى مواسير أخرى - وعن
طريق التبادل الحرارى يكتسب الماء البارد الحرارة الموجودة فى البخار حتى يتكثف .
مع ملاحظة
أن دورة التبريد دورة مفتوحة أى أن الماء يتغير بشكل مستمر حتى يطرد الحرارة التى اكتسبها فى
النهر أو البحر ثم ينتقل البخار المكثف إلى المضخة الذي يعيد ضخه للغلاية .
و فى حالة عدم وجود مصدر مائى للتبريد (نهر مثال) يمكن استخدام أبراج التبريد كما فى الشكل اسفله ، حيث يدخل الماء من أعلى على شكل رذاذ Shower ويدخل تيار هواء من أسفل للتبريد
فيتكثف الماء البارد لأسفل.
وبالطبع سنفقد بعضا من الما ء على صورة بخار وهذا هو السبب فى رؤية الدخان الأبيض من هذه
الأبراج كما فى الشكل التالي:
3-الدورة البخارية تفصيليا:
بعد عرض المكونات التفصــيلية للقســم الميكانيكي بالمحطة ، يمكن الآن دراسـة الدورة البخارية
ً بصــورة أكثر تفصـــــيال من خلال الشـــــكل -2 14 .
و أن ســـــوف نعتبر مجازا بداية رحلة الماء داخل المحطة تبدأ داخل الغلاية حيث يدخل الماء بعد مروره على الـــ Economizer إلى (الـــ Drum )
داخل الغلاية والذي يغذي مواســير المياه التي تغطي الســـــطح الداخلي للغلاية ويتم تســـــخين الماء
عن طريق الـــ Burner يدخل إليه الوقود و الهواء الساخن المضغوط بحيث يحقق النسبة النظرية (Air/Fuel).
وبعد ذلك ينتقل البخار من (الدرم) ليمر خلال محمصات Super heaters لزيادة درجة حرارة وضـــغط البخار بمقدار كبير حينئذ يســـمى هذا البخار بالبخار المحمص حيث تصـــل درجة حرارته إلى (542 درجة مئوية) وضغطه إلى (105 كجم/سم 2).
ثم يمر هذا البخار المحمص من خلال صمامات الـ Governor التي تفتح حسب الحمل
المطلوب ليدخل إلى تربينة الضغط العالي ، فيتم تدوير الــ Shaft بواسطة هذا البخار المندفع
، بعد أن يتم البخار عمله داخل تربينة الضغط العالي يخرج البخار في درجة حرارة (320 درجة) ويكون الضغط أيضا قد انخفض إلى (30 كجم/سم2 ).
ثم يمر هـذا البخـار المسـتنزف (الـذى فقـد معظم طـاقتـه) Exhausted مرة أخرى إلى الغلايـة لإعادة تسخينه عن طريق ملفات تسخين Reheater ، حيث يخرج منها البخار في درجة حرارة
عالية ولكن عند ضــغط أقل من تربينة الضــغط العالي ، ويدخل هذا البخار إلى تربينة الضـغط
المتوســط ويعمل على إدارتها. لاحظ أن ريش تربينة المرحلة الثانية أكبر من ريش المرحلة الأولى
بسبب نقص الضغط.
و فى بعض المحطات يدخل البخار من المرحلة الأولى من التربينة مباشـرة إلى المرحلة الثانية مع
التعزيز بكمية أخرى من البخار ، ثم يخرج البخار مباشـرة إلى مرحلة الضغط المنخفض حيث
تكون التربينة قد وصلت إلى أقصـى عزم مرجو منها ويكون الناتج عن مرور البخار بمراحل
التربينة الثالثة هو وصـول سـرعة التربينة إلى 3000 لفة في الدقيقة وهي ســرعة الدوران المطلوبة للحصول على التردد المطلوب (50هرتز) تبعا للقانون:
𝑓 =
𝑝 × 𝑛 /120
وعند هذه السرعة يتم ربط التربينة بالمولد فيؤدي إلى دوران الـــ Rotor ومن ثم توليد الكهرباء.
ينتقل بعد ذلك البخار بعد أن يكون اسـتنفذت تقريبا كل طاقته إلى المكثف حيث يتم تكثيف البخار عن طريق خفض ضـغطه وتبريده بماء بارد يســحب من النهر ويمر خلال مرشـحات Filters.
و يخرج الماء المتكثفCondensed Water إلى مضـــخات ترفع ضـــغطه اســـتعدادا لمروره على مسخنات الضغط المنخفض ومنها إلى الــــــDeviator الذي يعمل على تعويض الفاقد من الماء في
هذه الدورة .
ويخرج الماء في هذه المرحلة عند درجه حرارة 270 درجة ويدخل إلى طلمبة تغذية الغلاية لرفع
ضغط الماء إلى الضــغط المطلوب داخل الغلاية ثم يمر بعد ذلك إلى الموفر (Economizer)
الذي يسـاهم أيضا في رفع درجة حرارة الماء والبخار. ثم يعود الماء إلى داخل الدرم ليقوم بدورة
جديدة.
3.1- تيغر الحمل على الوحدة :
يتم اكتشـــاف أية زيادة أو نقص فى الحمل بســـرعة ، بواســـطة (System Management) الذى
يقوم بإرســـال إشـــارة إلى كل من (Valve Control Water Feed) لدخول كمية مياه أكثر إلى
الغلاية ، كما يتم إرسـال نفس الإشـارة إلى (Fan Draft Forced) وهي مراوح كبس الهواء لزيادة
كمية أكثر من الهواء لاحتراق الوقود ، ومن ثم فإن الــــــ (Valve Governor) يسمح بمرور كمية
أكبر من البخـــار إلى التربينـــة ، ومن ثم يزداد Torque Mechanical حتى يتسـاوى مع
torque Electric فى قيمته الجديدة ويعود المولد إلى الاتزان مرة أخرى.
3.2-فصل الوحدة Shut Dawn:
إذا تم فصل التربينة بسبب حدوث خطأ ما يستدعى الفصل (مثل زيادة سرعة الدوران أو نقصها
بدرجة كبيرة) فإن الغلاية بعد الفصل ستكون لاتزال تولد كمية بخار بدرجة حرارة وضغط عاليين
ولا يوجد تصريف ، وهذا قد يؤدي إلى انفجار الغالية . وللتغلب على ذلك يتم عمل مسار فرعي
يسمى By-pass لإكمال الدورة دون المرور على التربينة ويكون هذا المسار به صمامات مغلقة لا تفتح إلا عند فصل التربينة.
شرح محترم شكرا يا هندسة
إرسال ردحذف