گزارش کارآموزی سیستم های تبادل حرارت در نیروگاه

مقدمه :

با توجه به نیاز بخش صنعت به مبدل های حرارتی و نقش بسزای این تجهیزات، امیدوارم که توانسته باشم منبعی مفید و در دسترس برای دانشجویان علاقمند به این رشته فراهم آورده باشم . در اینجا لازم می دانم که از زحمات استاد ارجمند جناب آقای مهندس ................ که در ارائه این پروژه بنده را یاری نمودند صمیمانه تشکر و قدردانی نمایم و همچنین امید است که توانسته باشم گوشه ای از زحمات بی کران اساتید ارجمند که برای شکوفایی استعدادهای ما از جان خویش مایه گذاشتند را جبران کنم .

تجهیزات تبخیری :

در صنعت دو نوع اصلی تجهیزات تبخیری لوله ای وجود دارد : دیگهای بخار و مبدلهای تبخیری . در دیگهای بخار مستقیماً انرژی سوخت تبدیل به حرارت نهان تبخیر می شود . در مبدلهای تبخیری عمل احتراق صورت نمی گیرد و فقط حرارت محسوس یا نهان یک سیال به حرارت نهان تبخیر سیال دیگر تبدیل می شود . اگر یک مبدل تبخیری برای تغلیظ تبخیری آب با یک محلول آبی مورد استفاده قرار می گیرد ، اصطلاحاً آن را تغلیظ کننده تبخیری گویند . اگر از مبدل تبخیری برای تغذیه حرارت مورد نیاز به پایین ستونهای تقطیر استفاده شود ( بخار تشکیل شده چه بخار باشد چه بخار ماده دیگر ) آن را ریبویلر گویند . وقتی مبدل تبخیری برای تولید بخار آب و نیز به عنوان جزئی از فرایند تقطیر استفاده نشده باشد آن را تبخیر کننده می نامند .

زمانیکه به منظور تهیه آب خالص یا هر فرایند تغلیظ کردن دیگر ، یک تغلیظ کننده تبخیری به سیستم های تولید انرژی الکتریکی متصل شود آن را تبخیر کننده نیروگاهی می نامند و وقتی از آن برای تغلیظ یک محلول شیمیایی به روش تغلیظ تبخیری آب موجود در حلال استفاده می شود آن را تغلیظ کننده تبخیری شیمیایی می نامند . بر خلاف تغلیظ کننده های تبخیری در ریبویلر ها هدف تأمین بخشی از حرارت مورد نیاز نقطیر بدون انجام تغلیظ می باشد ، اگرچه معمولاً از وقوع چنین پدیده ای نمی توان جلوگیری کرد . در بسیاری از موارد برای ترکیبی از چند دستگاه گوناگون که هر یک از آنها را می توان تغلیظ کننده تبخیری نامید ، نیز از اصطلاح تغلیظ کننده تبخیری استفاده می شود .

فرآیند های تبخیری در نیروگاه :

در نیروگاهها فرآیندهای تبخیری به چهار گروه تقسیم می شوند :

تبخیر کننده های آب جبرانی برای تغذیه به دیگ بخار

تبخیر کننده های فرآیندی برای تهیه آب خالص

تبخیر کننده برای انتقال حرارت

دستگاه تقطیر آب نمک

1- تبخیر کننده های آب جبرانی :

تبخیر کننده های آب جبرانی ، مقدار آب لازم برای جایگزینی نشت ها و کاستی های که به صورت بخار آب و یا مایع چگالی شده ، از سیستم خارج می شوند را تأمین می کند . این تبخیر کننده ها به مراتب بزرگتر از تبخیر کننده های فرآیندی هستند و معمولاً از نوع یک مرحله ای هستند ، با وجود این بعضی اوقات با توجه به مشخصه های سیکل مایع چگالیده و نیز مقدار آب جبرانی مورد نیاز ، از تبخیر کننده های دو مرحله ای نیز استفاده می شود . امروزه به ندرت می توان نیروگاهی فاقد این تجهیزات پیدا کرد . تبخیر کننده هایی که خودشان کوچک هستند دارای 100 تا  ft2 1000 سطح حرارتی می باشند .

2- تبخیر کننده ها در فرآیندها :

در بسیاری از منابع به صورت مداوم نیاز به مقادیر زیادی آب مقطر می باشد . در این گونه تأسیسات از تبخیر کننده های دو مرحله ای ، سه مرحله ای و یا چهار مرحله ای استفاده می شود . این تبخیر کننده ها حرارت مورد نیاز خود را از بخار آب برداشت شده و یا به طور مستقیم از دیگ بخار دریافت می کنند . انتخاب مراحل بستگی زیادی به ارتباط بین سرمایه گذاری ثابت و ارزش بهره برداری از بخار آب دارد .

در تبخیر کننده های چند مرحله ای که تغذیه آنها به صورت موازی صورت می گیرد ، نیازی نیست که تمام مرحله ها به صورت همزمان کار کند و بنابراین اگر مقدار آب مقطر مورد نیاز تغییر کرد ، می توان تعداد مراحل را تنظیم کرد . معمولاً تبخیر کننده های مورد استفاده برای اینگونه خدمات دارای اندازه متوسط هستند و سطح حرارتی هر یک از پوسته ها مقدار 500 تا  ft2 1000 است .

3- تبخیر کننده های مورد استفاده برای انتقال حرارت :

تبخیر کننده های مورد استفاده در انتقال حرارت ، سیستمهای یک مرحله ای هستند که در آنها یک یا چند پوسته به صورت موازی با یکدیگر قرار دارند و بخار آب را از خروجی یک توربین فشار قوی یا موتور فشار قوی دریافت می کنند . هدف از کاربرد این نوع تبخیر کننده ، چگالش بخار آب تولید شده در دیگ بخار فشار قوی که از درون توربین فشار قوی گذشته می باشد .

سپس مایع چگالیده شده با استفاده از یک چپ افزاینده فشار که مستقیماً به یک دیگ بخار فشار قوی برگردانده می شود و بدین ترتیب مواد فشار قوی به طور مداوم تغذیه می شود ، بدیهی است که محل نصب دیگ بخار و توربین فشار قوی بستگی زیادی به این مدار دارد . با چگالش بخار خروجی از توربین یا موتور فشار قوی ، از حرارت منتقل در تبخیر کننده برای تهیه مقادیر زیادی بخار جهت فرآیندهای گوناگون استفاده می شود . در اینصورت تمامی یا بخشی از مایع چگالیده شده هرگز به سیستم تبخیر کننده باز نخواهد گشت . اگر مایع چگالیده شده باز گردانده نمی شود ، بدین دلیل است که جمع آوری مایع چگالیده شده بسیار مشکل خواهد بود ، یا اینکه ممکن است بخار تولید شده در تبخیر کننده در یک فرآیند شیمیایی یا گرمایشی مصرف شده و یا اینکه به طور مداوم آلوده شود .

4- دستگاه تقطیر آب نمک :

معمولاً یک پوند سوخت می تواند حدود 10 پوند بخار آب تولید کند و این بخار در یک تبخیر کننده دو مرحله ای می تواند از آب دریا 5/12 پوند آب خالص تولید کند ، پس این مطلب کمی عجیب است که معمولاً کشتی ها آب مورد نیازشان را از آب دریا تأمین می کنند . آب دریا حدود سه درصد وزنی و یا  34000 ppm  مواد جامد دارد ، در حالیکه آب تازه حدود 340 ppm مواد جامد دارد . مرسوم است که به جای 90 درصد تبخیر ، فقط یک سوم آب تغذیه تبخیر می شود . باقیمانده آب تغذیه که حدوداً دارای 5 درصد یا 51000 ppm ماده جامد دارد به دریا باز گردانده می شود . چون مقدار زیرکش حیلی زیاد است ، مطلوب تر است که از سیستم هایی با درجه حرارت متغیر پایین استفاده شود . زیرا کم بودن درجه حرارت موجب کمتر شدن نرخ رسوب گیری نیز خواهد شد .