توربین گازی چیست؟
توربین گازی و موتورهای گازی سوخت را سوزانده و از آن انرژی تولید می کنند. بازده آنها تقریبا مشابه نیروگاه ها است. واحدهای بویلر صنعتی متعددی وجود دارند که دارای بویلرهای گرمای اتلافی هستند که بیش از سی سال سابقه کار دارند. پس توربین گازی آن طور که برخی فکر می کنند چندان هم جدید نیستند آنچه تازه است نحوه قرار دادن تجهیزات در کنار هم است و HRSG نمونه آن است. در ادامه تمامی مباحثی که مربوط به توربین گازی و موتورها است را مورد بررسی قرار میدهیم.
عملکرد و اجزای توربین گازی
توربین گازی شامل سه بخش اصلی است. کمپرسور، محفظه احتراق و توربین. کمپرسو هوای جو را مکیده و متراکم می کند تا وارد محفظه احتراق شود. در اینجا مشعل سوخت و هوا را مخلوط کرده و آن را روشن می کند. محفظه احتراق توسط صفحات هادی که با هوای فشرده خنک می شوند در برابر حرارت محافظت می شوند. محصولات احتراق و هوای خنک کن مخلوط می شوند تا دمای مواد ورودی به توربین گازی خیلی زیاد نباشد و در توربین عکس العملی با دریافت انرژی حرارتی، شفت چرخیده و کمپرسور را به حرکت درمی آورد که بخش بزرگی از بار توربین گازی را به خود اختصاص می دهد.
نیروگاه های سیکل ترکیبی از ترکیب توربین گازی و اHRSG ساخته میشوند. HRSG (مولد بخار با بازیافت گرما) را میتوان بویلر صنعتی گرمای اتلافی هم نامید اما در واقع خیلی بیشتر از آن است. چنین واحد بویلر صنعتی بخار شامل تمام اجزای موجود در یک واحد مدرن است و با دقتی که در ایجاد تطابق بین آنها اعمال شده راندمان دیگ بخار بهتری دارند (حدود .%۵۰) اما با این حال با مقادیر مطلوب، فاصله زیاد است. آرایش اساسی واحد سیکل ترکیبی، HRSG به دنبال توربین گازی است که در آن بخار تولید میشود تا توربین بخار را به حرکت در آورده و ژنراتور متصل به هر دو توربین برق تولید کند.
کاربرد توربین گازی
توربین گازی حداقل ۶۰ سال قدمت دارند. هواپیماهای جت هم به این توربین ها مجهز هستند. اولین کشتی هم که مجهز به چنین توربین گازی شد، «آدمیرال کالاهان» نام داشت. این دو توربین، توربين محرک ملخ های کشتی را می چرخاند. نیاز روز افزون اي راندمان موجب بهبود کیفیت آنها شده است.
تقاوت توربین گازی و موتور
تفاوت اصلی بین موتورها و توربین گازی این است که موتورها به صورت غنی از سوخت میسوزند و توربین ها غنی از هوا. روی خودروی شما یک مبدل کاتالتیک (دستگاهی که دود مضر را به مواد بی ضرر تبدیل می کند) نصب می شود چون سوخت اگر کامل بسوزد موتور بسیار گرم میشود. محصولات احتراق غنی از سوخت خنک تر است و در این صورت موتور آن ده هزار Btu انرژی بیشتر را از سوختن کامل کربن جذب نمی کند. مبدل کاتالتيک هوا را به دود اضافه می کند تا مونواکسید کربن را از بین ببرد.
کاتالتیک فقط احتراق مخلوط هوا و دود دما پایین ایجاد می کند تا احتراق را کامل تر کند. این کار کاملی نیست چون کمی CO پنهان میشود ولی در کل قابل قبول است. شما این مبدل را در برخی واحدهای تولید مشترک هم می بینید که بیشتر برای کاستن مقدار No است تا CO.
از طرف دیگر، توربین گازی هوای اضافی بیشتری برای جذب گرمای احتراق و کم کردن دمای کاری مصرف می کنند تا پره های توربین گازی ذوب نشوند. حجم زیاد هوای اضافی کامل شدن احتراق را مشکل می کند اما تامین آب خنک کن برای پره های آن تقریبا غیرممکن است. فن آوری های جدید، شکل توربین گازی را تغییر داده تا هوای اضافی کمتری وارد شود. طرحی که هم اکنون استفاده میشود تزریق هوا یا بخار در سوراخ های پره های ردیف اول برای خنک کاری است. طرح های توربین گازی توان به سرعت در حال تغییرند و باید برای اطلاعات بیشتر، نوآوری های آنها را به طور مداوم دنبال کنید.
موتور بویلر صنعتی
حتما نحوه کارکرد اتومبیل خود را میدانید. شاید این را هم بدانید که تکنولوژی مدرن کار کردن روی آن را به فردی با کامپیوترها محدود کرده است که میتواند در خودرو با کامپیوتر صحبت کند اما معنی آن، فرق کردن فرآیند احتراق نیست. اکثر موتورهای تولید برق به طور مشابه و تحت سیکل های اتو یا دیزل کار می کنند تا انرژی سوخت را به برق تبدیل کنند. اتو فردی است که موتورهای چهارزمانه را ساخت(نیکلاوس اتو)؛ همان طرح مکش، تراکم، احتراق و تخلیه سیکل دیزل می تواند دوزمانه یا چهارزمانه باشد. در طرح اتو احتراق توسط جرقه زنی شمع انجام می شود. درطرح دیزل سوخت درست قبل از جرقه زنی وارد سیلندر شده و بلافاصله در هوای فشرده داغ آتش می گیرد.
پوشش آبی موجود در اطراف سیلندر گرمای چندانی را در مقایسه با دیگ بخار بویلر صنعتی بخار جذب نمی کند بنابراین انرژی چندانی بازیافت نمی شود. عده ای آن را تجهیزات تولید مشترک می نامند. در برخی واحدهای بویلر صنعتی از گرمای پوشش آبی سیلندر برای گرمایش ساختمان یا سایر مصارف استفاده می کنند اما اکثر انرژی در دود قرار دارد. واحدهای تولید مشترکی که از موتور استفاده می کنند، بویلر گرمای اتلافی دارند که انرژی دود را جذب می کند. غالبا یک مشعل اضطراری هم در آنها نصب می شود تا در صورت نیاز روشن شود. این مشعل متداول در بویلر صنعتی بخار نیست.
چنین کاربردی در مشعل معمولی که ورودی آن با یک فن دیگر تجهیز شده وجود دارد تا فشار استاتیکی با فشار خروجی موتور مطابقت کند و بر افت فشار در بویلر صنعتی، اکونومایزر و دودکش فایق آید. در ادامه تفاوت توربین گازی و موتور بویلر صنعتی را بررسی میکنیم
بویلر HRSG چیست؟ و تفاوت آن با بویلر گرمای اتلافی چیست؟
HRSG ترکیبی از چیزهایی با رایج ترین آرایش است که متصل به خروجی توربین گازی بوده و متشکل از مشعل یکپارچه داکتی، سوپرهیتر، ری هیتر، بویلر فشار قوی، اکونومایزر، بویلر فشار ضعیف برای دیراتور و اکونومایزر در فشار ضعیف می باشد. HRSG طوری طراحی می شود که حداکثر حرارت ممکن را در هر بخش دریافت کرده و کمترین انرژی از آن خارج شود. با سرد شدن دود در طول مسیر در برخی نقاط، دمای دود به دمای اشباع بویلر صنعتی یا دمای ورودی مبدل نزدیک می شود.
اکثر مشعل های داکتی فقط سوخت وارد می کنند چون توربین گازی هوای اضافی زیادی می گیرند پس نیازی به وارد کردن هوا توسط مشعل دیگ بخار نیست. این مساله برای اکثر ما اپراتورهای قدیمی مفهوم غیرعادی و ناملموسی است.
میکروتوربین چیست؟ کاربرد میکروتوربین
میکروتوربین ها مولدهای توربین گازی خیلی کوچکی هستند که تفاوت های خاصی دارند. اکثر ژنراتورها محدود به سرعت ۳۶۰۰rpm هستند که می توانند برق با فرکانس ۶۰Hz تولید کنند. این محدوده در اروپا ۳۰۰۰rpm و ۵۰Hz است. راندمان توربین گازی در سرعت های بالا بهینه است. برق تولید میکروتوربین ها AC است و توسط مبدل هایی آنها را به DC تبدیل می کنند. با این کار ارتباط بین سرعت و فرکانس قطع می شود، بنابراین توربین میتواند با بهینه ترین سرعت کار کند.
سازنده های این نیروگاه های مستقل که اندازه بعضی از آنها به بزرگی یک میز است اطلاعات محدودی درباره آن منتشر می کنند. آنها جای گیر نبوده و سروصدای کمی دارند میکروتوربین ها محصول خط تولید بوده و اندازه های معمول آنها ۶۰kw و ۳۰ است و بزرگترین سایز آن ۲۵۰kw است. دود اگزوز آنها هم بسیار گرم بوده و می تواند وارد بویلر گرمای اتلافی شود اما اکثر آنها به عنوان ژنراتور اضطراری بوده و بازیافت حرارت اتلافی ندارند.
پاسخ دهید