عنوان مقاله:

راهکاری برای بهبود راندمان بویلر بازیاب حرارتی تک فشاره در شرایط بهره‌برداری با آب ورودی اشباع از اکسیژن​

.

نویسنده: بهادر عشقی موحد، کارشناس فناوری بازیابی انرژی، مدیریت امور پژوهش و فناوری

کلمات کلیدی: آب ورودی بویلر، اکسیژن محلول، هوازدایی، راندمان، مبدل حرارتی

چکیده

در این مقاله به بررسی راهکاری پرداخته می‌شود که راندمان بویلر بازیاب حرارتی را در شرایط کارکرد با آب ورودی اشباع از اکسیژن افزایش می‌دهد. اکسیژن از جمله عواملی است که حضور بیش از اندازه آن در آب سیکل‌های حرارتی منجر به خوردگی سطوح داخلی می‌شود از اینرو ورود مستقیم آب اشباع از اکسیژن به بویلر بازیاب حرارتی توصیه نمی‌شود، در چنین شرایطی معمولا آب مستقیما به هوازدا وارد می‌شود تا بلافاصله پس از ورود هوازدایی شده و پس از آن وارد سیکل شود. در این شرایط سطوح داخلی بویلر از خوردگی اشاره شده مصون خواهند ماند، اما ورود مستقیم آب به هوازدا به معنی عدم امکان از سطوح پیش گرم کن و به عبارت دیگر کاهش بازیابی حرارت و راندمان بویلر است که به کاهش راندمان سیکل می انجامد، استفاده از یک مبدل حرارتی که از منابع آب داغ برای پیش گرم کردن آب ورودی به هوازدا استفاده می کند راهکاری است که ضمن حفاظت از سطوح حرارتی بویلر، راندمان سیکل را افزایش می دهد.

مقدمه

در شرایط عادی آب دریافتی از کندانسور حاوی حدود ppb 10~20 اکسیژن است، این مقدار اکسیژن در سطوح حرارتی دما پایین نسبتا قابل پذیرش است بنابراین آب کندانس، وارد سطح حرارتی پیش گرم کن (CPH) می شود و پس از افزایش دما وارد هوازدای بویلر می شود، در این شرایط آب در داخل هوازدا به شرایط اشباع می رسد و با کاهش حلالیت گازها فرایند هوازدایی روی می دهد و الباقی سطوح حرارتی بویلر پایین دست هوازدا از خوردگی ناشی از اکسیژن مصون می مانند.

در شرایطی که آب تحویلی به بویلر بازیاب حرارتی مقدار قابل توجهی اکسیژن محلول داشته باشد امکان ورود آن به سطوح حرارتی پیش گرم کن به دلیل افزایش ریسک خوردگی وجود ندارد از سوی دیگر تغییر متریال مورد استفاده در سطوح حرارتی پیش گرم کن برای افزایش در برابر خوردگی، گزینه ی اقتصادی مناسبی نیست.

در تصویر زیر نمای ساده ای از ورود آب کندانس با مقدار اکسیژن مجاز به سطح حرارتی CPH یک بویلر بازیاب نمایش داده شده است:

شکل 1 ورود آب با میزان اکسیژن مجاز به سطوح حرارتی پیش گرمکن و سپس هوازدا

آب دریافتی معمولا دمای پایینی دارد بنابراین سطح حرارتی پیش گرمکن با جذب انرژی دود عبوری دمای آب را به نزدیکی دمای اشباع در فشار هوازدا می رساند، فشار هوازدا بسته به اینکه یک سطح فشاری مستقل باشد یا با درام کم فشار بویلر ادغام شده باشد متفاوت است اما می توان گفت در هر حال به منظور ایجاد امکان دفع گازهای جداشده حداقل 2 بارمطلق خواهد بود، بنابراین در این شرایط آب ورودی توسط پیش گرمکن تا نزدیکی دمای 120 درجه سلسیوس گرم می شود.

در شرایطی که به دلیل میزان اکسیژن زیاد امکان ورود آن به پیش گرمکن وجود ندارد چیدمان بویلر به شکل زیر خواهد بود:

شکل 2 ورود مستقیم آب اشباع از اکسیژن به هوازدا

در این شرایط دود خروجی از سطح حرارتی کم فشار هم چنان دمای بالایی دارد که از طریق دودکش به بیرون تخلیه می شود، به عبارت دیگر عدم استفاده از انرژی دود منجر به کاهش راندمان بویلر می شود، از سویی دیگر به منظور تامین بخار برای هوازدایی آب سرد ورودی، بخار بیشتری مورد نیاز است که بایستی با افزایش سطح حرارتی اواپراتور جبران شود و با از منبع دیگری مانند درام پرفشار بخار کمکی pegging دریافت کند.

استفاده از مبدل حرارتی

با توجه به توضیحات ارائه شده بهترین راه حل گزینه ایست که بتواند آب ورودی به هوازدا را گرم کند و در عین حال منجر به بازیابی حرارتی بیشتر و کاهش دمای دود خروجی از دودکش شود.

در تصویر زیر نمای ساده ای از چیدمان یک بویلر بازیاب حرارتی نمونه نمایش داده شده است که در آن آب داغ خروجی از هوازدا و مخزن ذخیره به عنوان منبع داغ مبدل مورد استفاده قرار گرفته است از سوی دیگر با جابجایی بخشی از سطوح حرارتی فشار بالا و جانمایی آن ها در انتهای بویلر انرژی دود خروجی همچنان مورد استفاده قرار گرفته است که منجر به کاهش دمای دود خروجی از دودکش و افزایش راندمان می شود:

شکل 3  چیدمان جدید ارائه شده برای شرایطی که آب ورودی از اکسیژن اشباع است

همانطور که در شکل 3 نمایش داده شده است آب ورودی از مبدل حرارتی عبور کرده و سپس وارد هوازدا می شود از سوی دیگر آب خروجی از هوازدا از سمت دیگر مبدل عبور می کند و با دمای پایین تری وارد سطوح حرارتی پرفشار می شود.

کاهش دما در سمت داغ مبدل تا جایی انجام می شود که دمای آب ورودی به سطوح حرارتی اکونومایزر پرفشار، بیشتر از دمای نقطه شبنم آب باشد و بر این اساس مبدل حرارتی طراحی می شود، لازم به ذکر است ورود آب با دمای کم تر به اکونومایزر پرفشار از لحاظ جذب حرارت شرایط بهتری را ایجاد می کند فلذا سطوح حرارتی اکونومایزر پرفشار جابجا شده نقش موثرتری در جذب حرارتی ایفا می کنند و به بهبود راندمان بویلر کمک می کنند.

نوع مبدل حرارتی مورد استفاده به شرایط مختلفی بستگی دارد که از آن جمله فشار و دمای طراحی است، اما به طور کلی مبدل صفحه ای گزینه ی مناسبی به نظر می رسد که علاوه بر ضریب انتقال حرارت بالا، حجم کوچکتری را اشغال می کند، اما مبدل های صفحه ای معمولا محدودیت فشار طراحی دارند و معمولا نمی توان در فشارهای طراحی بیشتر از 20 بار از آن ها استفاده نمود از این رو در شرایطی که فشار طراحی سیستم بالاتر برود استفاده از مبدل حرارتی پوسته لوله جایگزین مناسبی خواهد بود.

پروژه نمونه

جدول زیر اطلاعات عملکردی یک پروژه نمونه را با و بدون استفاده از مبدل حرارتی نمایش می‌دهد که برای تامین بخار از احراق اضافی نیز استفاده می‌کند:

جدول شماره 1

همانطور که مشاهده می شود افزایش راندمان بویلر و کاهش میزان احتراق اضافی برای دستیابی به بخار مورد نیاز قابل توجه است.

نتيجه‌گيری و جمع‌بندي

همانطور که نتایج نشان می دهد استفاده از مبدل حرارتی برای افزایش دمای آب ورودی به هوازدا بر اساس چیدمان جدید ارائه شده، علاوه بر افزایش راندمان بویلر میزان استفاده از احتراق اضافی را حدود 20 درصد کاهش می دهد که این موضوع سوخت مصرفی نیروگاه را در طول سال به طرز چشمگیری کاهش می دهد که در مقایسه با هزینه ی انجام شده برای تامین مبدل حرارتی عدد قابل ملاحظه ای است.

بنابراین در شرایطی که آب تحویلی به بویلر اشباع از اکسیژن باشد استفاده از مبدل حرارتی به منظور افزایش دمای آب ورودی گزینه‌ی مناسبی است.