فهرست مطالب
عنوان صفحه
نیروگاه ( توضیحات کلی ) ............... 1
نیروگاه توس ........................... 8
بویلر.................................. 10
توربین................................. 14
ژنراتور................................ 39
ترانسفورماتور.......................... 50
سیستم سوخت رسانی ...................... 57
کندانسور هوایی......................... 62
آزمایشگاه و تصفیه آب .................. 62
اتاق فرمان............................. 63
منابع.................................. 66
نیروگاه
نیروگاه محل تولید انرژی الکتریکی می باشد .نیروگاه های مدرن بر حسب نوع انرژی مورد مصرف عبارتند از : نیروگاه های حرارتی ، آبی ، هسته ای و نیروگاه هایی که از انرژی باد و یا حرارت درونی زمین استفاده می کنند . در این میان نیروگاه های حرارتی ( TPS ) و آبی ( HEPS ) از معمولترین انواع در صنعت تولید برق می باشند .
نیروگاه حرارتی
نیروگاه حرارتی به کلیه ی نیروگاه هایی اطلاق می شود که در واحدهای آن با احتراق سوخت های جامد ، مایع و یا گاز در بویلر و یا در خود محرک اولیه ( مانند دیزل ها و توربین های گازی ) تولید انرژی حرارتی و سپس الکتریکی صورت می پذیرد . انواع نیروگاه حرارتی بر حسب نوع سوخت عبارتند از : ذغال سوز ( اعم از ذغال به لاشه ای یا پودر شده ) ، گازوئیل سوز ( دیزل ) ، نفت سوز ، گاز سوز و توربین گازی ( که در آن احتراق گاز مستقیما در توربین صورت می گیرد .
قسمت عمدهای از نیروگاه های حرارتی که به عنوان تولید کننده های اصلی انرژی الکتریکی طراحی می شوند از نوع کندانسوردار می باشند . این نیروگاه ها عموما مجهز به واحدهایی با قدرت 200 تا 800 مگا وات بوده و راندمان حرارتی آن ها از میزان 40 تا 42 درصد تجاوز نمی کند ، و معمولا در هر کشور پرقدرت ترین نیروگاه ها را تشکیل می دهند .
نوع دیگری از نیروگاه های حرارتی که به نام ترموالکتریک مشهورند جهت تولید مشترک انرژی حرارتی ( به صورت بخار یا آب داغ ) و انرژی الکتریکی طراحی و نصب می شوند . این تولید مشترک موجب افزایش راندمان حرارتی واحدهای مذکور تا میزان 65 الی 70 درصد می باشند .
نیروگاه آبی
از قدیم استفاده از انرژی ذخیره شده در آب به صورت های مختلف از جمله آسیاب های آبی مرسوم بوده است . با پیدایش صنعت برق کوشش های زیادی در جهت به کارگیری هر چه بیشتر انرژی آبی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی معطوف گردیده و در این راه پیشرفت های زیادی هم حاصل شده است . ارزش نیروگاه های آبی بر این است که از تاسیسات ایجاد شده عمدتا می تواند در جهت اهداف صنعتی و کشاورزی نیز استفاده برد . معمول ترین نوع ذخیره و کنترل آب ، ایجاد سدها و آب بندها می باشد .
گرانی قیمت تاسیسات ذخیره و انتقال آب با مسایل خاص سیاسی و اجتماعی آن ( زیر آب رفتن روستاهای مجاور ، از بین رفتن مقداری از زمین های کشاورزی و ... ) معمولا ایجاد سد صرفا جهت گرفتن انرژی الکتریکی را توجیه اقتصادی نمی نماید . چنانچه مطالعات ایجاد چنین تاسیساتی را توجیه نماید ، ارزش نیروگاه آبی دو چندان می گردد .
نیروگاه های آبی در مقایسه با سایر نیروگاه ها ( حرارتی ، گازی ، دیزلی ) دارای مزایای بسیاری می باشد که از جمله بالا بردن راندمان ، نداشتن هزینه های مربوط به مسایل سوخت ، قرار گرفتن سریع در مدار و نداشتن مسایل آلودگی هوا را می توان نام برد .
در مناطقی که منابع آب امکان خارج ساختن دائمی آب را از سدها را بدهد ، این نیروگاه ها به طور دائم مورد استفاده واقع می شوند وحتی در بعضی موارد به عنوان پایه تولید انرژی الکتریکی به علت داشتن قابلیت اطمینان بالا قرار می گیرد . اما در مواردی که استفاده آب در صنعت و کشاورزی و شرب در اولویت بالاتری نسبت به تولید انرژی الکتریکی باشد برنامه را بر اساس نیاز های آب مشروب و کشاورزی تنظیم می نمایند . بدین معنی که نیازهای آبی در یک پریود مشخص مثلا 24 ساعت را در ظرف چند ساعتی که شبکه به انرژی الکتریکی بیشتری نیازمند است ، از سد اصلی خارج ساخته وارد سد تنظیمی می نمایند یعنی توربین های آبی به کار می افتد . سپس با برنامه ریزی که می شود آب از سد تنظیمی به تدریج جهت دیگر اهداف ( کشاورزی ، صنعت و شرب ) وارد شبکه های انتقال و توزیع با تصفیه خانه های مربوط می گردد .
چنانچه که گفته شد می توان با استفاده از انرژی آب رودخانه ها و آبشارها و احداث سد در مسیر رودخانه توسط توربین های آبی ، ژنراتور را چرخاند و الکتریسیته تولید نمود .
سدهای آبی که ساختمان های مختلفی دارند می توانند در مسیر رودخانه احداث شده و با نصب تجهیزات یک نیروگاه آبی علاوه بر مصارف کشاورزی برای تولید برق استفاده کرد .
آب دریاچه در صورت اضافه شده از قسمت بالای سد سر ریز می کند . به علت آن که مصارف آب کشاورزی و تقاضای برق در زمان های مختلفی صورت می گیرد برای جلوگیری از هدر رفتن آب پس از سد اصلی یک سد کوچک به نام سد تنظیمی استفاده می گردد و در صورت نیاز به آب کشاورزی دریچه های این سد تنظیمی باز می گردد . معمولا تاسیسات نیروگاه داخل ساختمان سد می باشد .
با توجه به دبی آب و ارتفاع آن نوع توربین نصب شده فرق می کند که می توان از انواع پلتون ، فرانسیس یا کاپلان باشد .
راندمان نیروگاه های آبی بالا می باشد ( حدود 80 الی 90 درصد ) و راه اندازی آن ساده ( 14 الی 15 دقیقه ) انجام می گیرد .
نیروگاه اتمی
نیروگاه های هسته ای بخاطر تشابه در نوع انرژی نهایی که همان انرژی حرارتی است عملا در رده ی نیروگاه های حرارتی قرار می گیرند ، ولی به لحاظ ویژگی های خاص سوخت هسته ای آن را نوع جداگانه ای به حساب می آورند . اساس کار نیروگاه اتمی و بخاری یکی است فقط به جای دیگ بخار ، در نیروگاه اتمی از یک رآکتور استفاده شده ، آب را در رآکتور توسط انرژی حاصل واکنش های هسته ای ( فیوژن ) گرم شده وبخار می گردد که این بخار می تواند توربین را بچرخاند و در نتیجه محور ژنراتور به حرکت آمده و الکتریسیته تولید می گردد .
نیروگاه بخار
یکی دیگر از روش های تولید انرژی استفاده از نیروی بخار می باشد که در این نوع نیروگاه بخار تولید شده در بویلر ( دیگ بخار ) به داخل توربین جریان داده می شود و باعث چرخش آن گشته و اگر شافت توربین با یک ژنراتور وصل گردد می توان از نیروی چرخشی آن انرژی الکتریکی تولید کرد . بخار پس از عبور از توربین به کندانسور ( چگالنده ) رفته و توسط آب خنک کن تقطیر و به صورت آب در می آید .
نیروگاه های بخار برای بارهای اصلی ( پایه ) به کار می روند ( چون راه اندازی ساده و آسانی ندارند ) و عمر آن ها نسبت به نیروگاه های گازی بیشتر ( 25 الی 30 سال ) است .
اجزای اصلی یک نیروگاه بخار عبارتند از :
بویلر ( دیگ بخار )
توربین بخار
کندانسور
پمپ تغذیه
نیروگاه دیزلی
در نیروگاه های دیزلی قوه محرکه ژنراتور یک موتور درون سوز دیزلی است .
امروزه کمتر از نیروگاه های دیزلی برای نیروگاه پایه استفاده می کنند و بیشتر برای مواقع اضطراری و احتمالا بار ماکزیمم می باشد . در حال حاضر در مناطقی از ایران که به شبکه سراسری وصل نیست از نیروگاه های دیزلی استفاده می شود . قدرت تولیدی آن ها به طور معمول تا 5000 کیلو وات می باشد .
نیروگاه گازی
هوای آزاد توسط یک کمپرسور فشرده شده و سپس همراه سوخت در اتاق احتراق محترق شده و دارای درجه حرارت بالا می گردد . حال این گاز پر فشار و داغ وارد توربین شده ومحور ژنراتور را می گرداند و سپس از اگزوز ( خروجی ) توربین به بیرون رانده می شود . توان گرفته شده از توربین معمولا به محور ژنراتور و کمپرسور منتقل می گردد . حدود یک سوم این توان تبدیل به انرژی الکتریکی در ژنراتور می گردد و بقیه جهت چرخاندن محور کمپرسور و تامین هوای فشرده جهت توربین نصرف می شود . به همین خاطر راندمان توربین گازی پایین و در حدود 27 درصد می باشد و برای بار پیک در شبکه استفاده می شود .
اصول نیروگاه گازی تقریبا از لحاظ مراحل مانند یک موتور چهار زمانه است یعنی چهار مرحله دارد که عبارتند از :
تراکم توسط کمپرسور
احتراق که در اتاق احتراق انجام می گیرد
مرحله کار یا انبساط در توربین
تخلیه که از دودکش صورت می گیرد
هوا با شرایط محیط کار که عبارتند از دما وفشار سایت محل نصب توربین گاز وارد کمپرسور می شود و در آن جا بر روی هوا کار انجام می شود . فشار و دمای هوای خروجی از کمپرسور بستگی به نوع توربین گاز دارد و معمولا فشار آن بین 9.5 تا 14 برابر ورودی و دمای آن در حدود 300 تا 350 درجه سانتی گراد می باشد . این هوا با این شرایط وارد اتاق احتراق شده و در آن جا طی یک فرآیند فشار ثابت دمای آن افزایش می یابد ( حدود 900 تا 1350 ) محصولات احتراق وارد توربین شده و روی پره های توربین با از دست دادن انرژی خود کار انجام می دهد و در نهایت با دمایی در حدود 450 تا 600 درجه سانتی گراد از توربین خارج می شود و به جو تخلیه می گردد .
نیروگاه توس
نیروگاه توس با 4 واحد بخاری 150 مگاواتی از نیروگاههای ممتاز کشور و یکی از بزرگترین مراکز تولید برق در خراسان میباشد. این نیروگاه در 12 کیلومتری شمال غربی مشهد مقدس در جوار بارگاه ملکوتی حضرت علی ابن موسی الرضا (ع) و دامنه کوههای بینالود در نزدیکی شهر توس مدفن شاعر بلندآوازه ایران زمین حکیم ابوالقاسم فردوسی واقع گردیده و نام نیروگاه توس بدین دلیل روی ریشهای فرهنگی و سابقهای کهن دارد.
قرارداد احداث نیروگاه در مرداد ماه 1357 با شرکت های براون باوری و پاتله منعقد گردید ولی در عمل تا پیروزی انقلاب شکوهمند اسلامی فعالیت قابل ذکری انجام نگرفت تا این که قرارداد شرکت آلمانی براون باوری در سال 1360 بررسی و اصلاح گردید و پروژه در اواخر همان سال فعال شد . همچنین در سال 1361 قرارداد بخش بویلر نیروگاه با شرکت اتریشی واگنربیرو منعقد و عملیات اجرایی آن آغاز گردید.
نخستین واحد نیروگاه در آبان 1364 و دیگر واحدها نیز تا پایان سال 1366 به شبکه سراسری به شبکه سراسری پیوسته و مورد بهره برداری قرار گرفت.
از ویژگی های این نیروگاه استفاده از کندانسور هوایی است که در آن به کارگیری هوا به عنوان عامل خنک کننده (جایگزین آب) از اهمیت بالایی برخوردار است چرا که با توجه به اهمیت جهانی ذخایر آب، این سیستم، از اتلاف آب و کاهش سطح سفرههای آب زیر زمینی پیش گیری مینماید.
بویلر(دیگ بخار)
ظرفیت تولید بخار در بویلر نیروگاه(دیگ بخار)، حداکثر t/h525 می باشد. این بویلر از نوع معلق با گردش طبیعی است و دارای درام با سه مرحله سوپر هیت و دو مرحله رهیت است و در آن 9 مشعل در 3 طبقه بر روی دیوار جلویی نصب و قابل بهره برداری با سوخت مایع و گاز میباشد. آب تغذیه پس از گذر از اکونومایزر وارد درام شده و از آنجا توسط لولههای پائین آورنده وارد دیوارهها و کف بویلر میشود و ضمن گرم شدن و تبخیر به طرف بالا رفته و دوباره وارد درام میگردد. بخار اشباع خروجی از درام به ترتیب وارد لوله های نگهدارنده و مراحل سه گانه سوپر هیت شده و در نهایت بخار زنده با دمایC 538ْ و فشار bar 127 وارد توربین فشار قوی میشود که پس از خروج از آن برای بازیافت گرمایی و افزایش بازده دوباره به بویلر وارد شده و پس از انجام مراحل رهیت با درجه حرارت بخار زنده و فشارbar 34 وارد توربین فشار متوسط میشود.
بویلر نیروگاه توس از نوع گردش طبیعی با دیوارهای لوله ای و تناژ بخار 525 تن در ساعت بوده و خروجی بخار سوپر هیت آن در بار کامل دارای حرارت 540 درجه سانتی گراد و فشار 135 اتمسفر می باشد .
بویلر شامل دو قسمت می باشد که توسط دیواره های لوله ای از هم جدا می شوند . قسمت اول شامل مشعل ها ، سوپر هیترهای یک ، دو و سه و رهیتر دو و قسمتی از رهیتر یک است و قسمت دوم شامل دو اکونومایزر و قسمتی از رهیتر یک می باشد .
کنترل درجه حرارت توسط دو آبزن صورت می گیرد که دو آبزن مربوط به سوپرهیت و دو آبزن دیگر مربوط به رهیت است . اتاق احتراق به صورت آویزان به اسکلت فلزی طراحی شده است تا در مقابل انبساط حرارتی به راحتی حرکت کند . و فضای داخل کوره دارای دوربین فلزی برای مشاهده وضعیت شعله ها می باشد .
هوای لازم جهت احتراق توسط دو F.D.FAN از دو طرف کوره تامین می شود . همچنین بویلر دارای دو فن سیرکولاسیون می باشد که قسمتی از دود خروجی را در داخل بویلر به گردش در می آورد .
آب مصرفی بویلرها توسط سه پمپ اصلی به نام Boiler Feed Pump تامین می گردد که هر یک از پمپ ها توانایی تامین 60 % آب بویلر را دارد یعنی 324 تن آب را در طول یک ساعت از تانک تغذیه به سمت درام پمپ می کند . این آب باید فاقد گاز و حداقل درجه حرارت 168 درجه سانتی گراد باشد . آب تغذیه این پمپ ها از یک منبع تغذیه مرتفع به نام Feed Water Tank گرفته شده و بعد از گرم شدن توسط گرم کن های فشارقوی یا HP Heater به بویلرر وارد می گردد .
سیکل گردش آب در بویلر
آب ورودی به بویلر از تانک آب تغذیه و توسط فید پمپ ها تامین می شود . آب خروجی از فید تانک ابتدا به اکونومایزر که در مسیر دود خروجی قرار گرفته ، وارد می شود تا دمای آن افزایش یابد . اکونومایزر شامل یک سری لوله است که در مسیر دود خروجی و در گذر دوم بویلر واقع شده است . پس از آن که دمای آب در اکونومایزر افزایش یافت ، آب به سمت درام هدایت می شود . درام یک تانک بزرگ است که در بالاترین نقطه بویلر واقع شده و در آن بخار از آب جدا می شود . آب پس از ورود به درام بویلر توسط لوله های پایین آورنده به سمت کف بویلر هدایت شده و مجددا توسط لوله های بسیار زیادی که در دیواره بویلر قرار دارند به سمت درام حرکت می کنند . در طول مسیری که از کف بویلر تا درام طی می کند ، لوله های حاوی آب از مقابل برنرها که در سه ردیف سه تایی واقع اند عبور می کند . برنرها به ترتیب در ارتفاع هفت متر ، ده و نیم متر و چهارده متر قرار گرفته اند و توسط سه سوخت گاز، گازوئیل و مازوت قابل بهره برداری می باشند . پس از آن که آب مجددا وارد درام شد دارای حرارت 340 درجه سانتی گراد و فشار 146 اتمسفر می باشد . در داخل درام آب از بخار جدا می شود و بخار بخار اشباع به سمت سوپرهیترهای 1 ، 2 و 3 هدایت می شود تا رطوبت آن کاملا گرفته شده و بخار خشک با درجه حرارت 540 درجه سانتی گراد و فشار 125 اتمسفر به سمت توربین فشار قوی هدایت شود . بخار خروجی از توربین فشار قوی که دارای حرارت 350 درجه سانتی گراد و فشار 33 اتمسفر است ، برای افزایش درجه حرارت و بالا بردن راندمان ، به رهیترهای 1 و 2 وارد شده و درجه حرارت آن مجددا تا 540 درجه سانتی گراد افزایش می یابد اما فشار آن در 33 اتمسفر ثابت باقی خواهد ماند . بخار خروجی از رهیترها به سمت توربین فشار متوسط و سپس توربین فشار ضعیف هدایت می شود و بخار خروجی از توربین فشار ضعیف که دارای فشار 0.3 اتمسفر و حرارت 60 درجه سانتی گراد است جهت تقطیر به سمت کندانسور هوایی هدایت می شود و از آنجا به تانک کندانسور می ریزد . سپس آب موجود در تانک کندانسور توسط دو الکترو پمپ به نام Condensate Pump به سمت تانک آب تغذیه هدایت می شود و بدین شکل سیکل گردش آب کامل می گردد . تلفات آب در داخل تانک کندانسور و با توجه به سطح آب ، مشخص شده و کمبود آب توسط تانک های رزرو جبران می شود .
توربین
مجموعه توربین ها شامل سه توربین هم محور است . توربین فشار قوی با یک زیر کش، توربین فشار متوسط سه زیر کش و توربین فشار ضعیف دارای یک زیر کش میباشد.
بخار پس از توریبین فشار قوی و پیش از ورود به توربین فشار متوسط در بویلر دوباره گرم میشود . مجموعه توربین ها دارای یک مسیر کنار گذر شامل والوهای بایپاس فشار قوی و فشار ضعیف است که می تواند بخار خروجی بویلر را بدون گذر ار توربین ها مستقیما به کندانسور هوایی هدایت نماید.
سیستم تحریک ، ژنراتور و توربین ها، در یک راستا قرار داشته و همگی بر روی یک میز بتنی، بر پایه های فولادی استوار است. در فاصله میان میز و پایه نیز فنرهای مخصوصی ارزش های دستگاه را دفع میکند.
توربین فشار قوی :
توریبن فشار قوی دارای ساختمانی یا پوسته تکی که شامل پوسته خارجی با قطعه ای برای حمل کننده پره های راهنما و پوسته بالانس پیستون است .
فضای بین پوسته خارجی و حمل کننده پره های راهنما و پوسته خارجی و بالانس پیستون ، تحت فشار خروجی توربین HP است.فشار خروجی توربین HP به وسیله انواع لابیردهای قابل تنظیم بین پوسته خارجی و روتور HP با فشار اتمسفر آب بندی شده است .
پوسته خارجی توربین HP
پوسته خارجی از چدن فولادی با آلیاژی از 0.17% کربن، کرم، مولیبدن و وامادیوم ساخته شده است و به طور افقی در بالای محور توربین به یکدیگر فلانچ شده است ( با استفاده از پیچ و مهره های مخصوصی که طبق دستور محکم می شوند).
هر دو انتهای قسمت بالایی پوسته خارجی با دو تکیه گاه نصب شده است که این تکیه گاهها در روی پدستال یاتاقان تکیه داده شده اند.
محرکها ورودی پوسته توربین عمل می کند و از طریق لوله کشی و تکیه گاه و گوه های نگه دارنده به پدستال یاتاقان منتقل می شوند.
در طی راه اندازی ، تعمیرات درجه حرارت روی حالت عمودی پوسته توربین HP تاثیر ندارد چون تکیه گاهها پوسته را در مرز خط روتور نگه داشته اند.
پوسته توربین HP در قسمت و ورود بخار به توربین در روی پدستال یاتاقان تراست و در طرف خروج بخار در روی یاتاقان جلویی تکیه داده است.
تکیه گاههای عقبی پوسته توربین HP به وسیله گوه های قابل تنظیم روی پدستال یاتاقان تراست نصب شده است . به هنگام زیاد گرم شدن توربین فشار متوسط ، پدستال یاتاقان تراست در روی صفحه پایه می خورد و به طرف کنترل راه انداز می رود تکیه گاههای عقبی یا قطعات مخصوصی نصب شده است که اجازه می دهد سر خوردن روی پدستال یاتاقان انجام می گردد.
دو سر پائین پوسته خارجی HP با دو تکیه گاه نصب شده است که شامل یک وسیله ایمنی برای جلوگیری از بلند شدن پوسته توربین HP نیز هست. در ضمن این تکیه گاهها برای مونتاژ و دمونتاژ پوسته توربین HP نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
در طی مونتاژ، قسمت پائینی پوسته توربین HP می تواند به کمک پیچ های تنظیم ، تنظیم شود و روی پدستال یاتاقان های نگه داشته می شود.
در مجموع برای استفاده در طی مونتاژ و دمونتاژ ، سوراخ های رزوه داری در دو طرف انتهای تکیه گاهها تهیه شده است به انضمام یک و میله سر خورنده که به حرکت محوری پوسته در طی مونتاژ اجازه می دهد.
پوسته خارجی در جهت محوری ، به وسیله گوه های عمودی هدایت می شود.
راهنماها در هر دو انتهای قسمت پائینی پوسته خارجی در سطح صاف عمودی محورهای توربین واقع شده اند.
گوه ها که به پدستالهای یاتاقان پیچ شده اند در داخل راهنماها جا داده می شوند تلرانس طولی کافی برای پوسته HP در انبساط نامحدود تهیه شده است.
در قسمت بالائی توربین HP دو اتصال فلانچی برای لوله های ورودی ، یک فلانچ برای نصب آزمایش کننده درجه حرارت ، در جای جوشکاری شده در جعبه های نازل و یک خط متعادل کننده نصب میشود. در مجموع امکاناتی نی برای به ترتیب محکم کردن ترموکوپل ها تهیه شده است .
دو سوراخ برای قرار دادن وزنه های بالانس در روتور توربین HP تهیه شده است. در قسمت پائینی پوسته توربین HP دو اتصال فلانچی برای محفظه های والو دو محل جوشکاری شدده در جعبه های نازل ، یک انتهایی خروجی برای بالانس پیستون، یک انتها برای لوله ریهیت سرد، یک لوله پائینی روی قسمت بطوریکه روی قسمت عقب برای بخار نشتی ، بخار آب بندی و مسیرهای خروجی آب بندی و یک اتصال تخلیه برای محفظه ضربه تهیه شده است.
در مجموع امکانات نیز برای به ترتیب محکم کردن ترموکوپل ها تهیه شده است.
بعلاوه در یک اتصال برای بخار زنده و فشار خروجی فلانچ گرم کن به هر طرف فلانچهای جدا کننده در داخل بخش ورودی تهیه شده است.
سوراخهایی برای پیچهای تنظیم جهت نگه ئاشتن حمل کننده پره های راهنما و پوسته بالانس پیستون در قست مرکز محور تهیه شده است.
