دراسة عن الدورة المركبة لمحطات القدرة للاستاذ المساعد الدكتور عبد الكريم عبد الوهاب

تاريخ النشر: 21/09/2020
عدد المشاهدات: 57
تم نشر الموضوع بواسطة: اعلام قسم هندسة تقنيات التكييف والتبريد
الدورة المركبة في محطات القدرة هي بأستخدام تورباين بخاري Steam turbine الى جانب التورباين الغازي gas turbine وذلك بالأستفادة من الطاقة الحرارية الناتجة من الأحتراق في التورباين الغازي والتي هي أعتياديا تبثق بعد التورباين الغازي الى الجو على شكل غازات حارة , فقبل أن تبثق هذه الغازات الحارة الى الجو , يستفاد منها في تسخين الماء لأنتاج البخار الذي يستخدم في تشغيل التورباين البخاري .
أن المبادل الحراري Heat exchanger والذي يستعمل الغازات الحارة الناتجة من الأحتراق في الكاز تورباين لتسخين الماء لأنتاج البخار , يسمى HRSG))
( Heat Recovery Steam Generator ) , أن أستخدام هذه الدورة Cycle يقلل من التلوث في الجو , بالأضافة الى أنها دورة كفؤة لأنها تضيف قدرة أضافيه للمحطة بواسطة التورباين البخاري Steam turbine وتحسن كفاءة المحطة .
2- المبادل الحراري HRSG :
أن المبادل الحراري HRSG يتألف من ثلاثة مكونا ت , هي :
1- المقتصدة Economizer , 2- المبخر Evaporator , 3- المحمص Superheater , ويتم في هذا المبادل تسخين الماء وتحويله الى بخار محمص , لذلك يتم تنظيم الضغط ودرجة الحرارة وجريان الماء والبخار والغازات الحارة , وأن العامل المهم في تصميم هذا المبادل هو كميه الحرارة التي سوف تسحب من عملية الأحتراق في الكاز تورباين والتي تستخدم في أنتاج بخار محمص لتشغيل التورباين البخاري .

هذا المبادل الحراري HRSG , هو أهم جزء في الدورة المركبة , وأن مكونات هذا المبادل الثلاثة والتي ذكرناها أعلاه , هي عبارة عن ملفات Coils من الأنابيب , والتي يتم في داخلها وحولها عمليات التبادل الحراري في تلك الملفات .
في المقتصدة Economizer يضغط في داخل أنابيبها ماء معالج ومضغوط , وعند مرور الغازات الحارة على هذه الأنابيب , يتم تسخين الماء , وهذا الماء الحار والمضغوط , يدخل في أنابيب المبخر Evaporator , وأيضا تمر الغازات الحارة على أنابيب المبخر , يبدأ الماء بالتبخر , أي يتحول الماء الى بخار مشبع Saturated Vapor , وهذا البخار المشبع , لا يمكن أرساله الى التورباين البخاري , لعدة أسباب , منها أنه يضرر ريش التورباين وأن درجة حرارته المنخفضه نسبيا , لا تعطينا الطاقة الحراريه التي نريدها , أي أن هذا البخار المشبع , يجب رفع درجة حرارته , بعبارة أخرى تحميصه , لذلك ندخل هذا البخار المشبع في المحمص Superheater , وهو أيضا ملف من الأنابيب والتي نعرضها الى الغازات الحارة جدا , لرفع درجة حرارة البخار ( بثبوت الضغط ) , فتزداد الطاقة الحرارية للبخار , ونرسل هذا البخار الى التورباين البخاري .
والشكل رقم (2) يوضح أنتقال الحرارة من الغازات الحارة الى الماء والبخار في المبادلات الحرارية الموجودة في HRSG , ومثلما هو معروف أن الغازات الحارة تفقد الحرارة والماء والبخار يكتسب الحرارة , وفي بعض مراحل HRSG يتم تحويل الماء الى بخار دون رفع درجة حرارته , وهذا ما يحصل في المبخر Evaporator ونوع الحراره المجهزة في هذة الحالة هي الحرارة الكامنة Latent heat , بينما الحرارة المكتسبه من قبل الماء في Economizer تؤدي الى رفع درجة حرارة الماء , والحرارة المكتسبه من قبل البخار المشبع في Superheater تؤدي الى رفع درجة حرارة البخار المشبع , لذلك يتحول الى بخار محمص , درجته عاليه . لذلك فأن الشكل رقم (1) يعبر تعبيرا واضحا عن العلاقات الثرموديناميكيه وعلى طرق أنتقال الحرارة خلال مكونات المبادل الحراري الرئيسي HRSG والذي يضمن نقل الطاقة الحرارية خلالة بكفاءة .
مما تقدم , وعند تطبيق معادلة التوازن الحراري بين مخرج الغازات الحارة وبين المبادل الحراري HRSG :
ṁs ( h1 – h4) = ṁeg Cpeg ( Td - Ta ) ( 1 )

وكميات الحرارة التي يمكن حسابها في مكونات المبادل الحراري الثلاثة , كما يلي :
Economizer , Qec = ṁs ( h5 - h4 ) ( 2 )

Evaporator , Qev = ṁs ( h6 - h5 ) ( 3 )

Superheater , Qsh = ṁs ( h1 - h6 ) ( 4 )

QHRSG = Qes + Qsv + Qsh ( 5 )

من الشكل ( 2 ) يتضح موقع المبادل الحراري HSRG عند مخرج التورباين الغازي , للأستفادة القصوى من الحرارة الموجودة في الغازات الحارة المنبثقة من التورباين الغازي , حيث يتم التبادل الحراري بين الغازات الحارة والماء , الذي يتحول الى بخار محمص , يدفع الى التورباين البخاري لتدويرة , ومن الشكل , هناك الكونديسر Condenser أسفل التورباين البخاري لتكثيف البخار الخارج من المراحل الأخيرة للتورباين البخاري , وتحويله الى ماء مرة أخرى , وأعادة الدورة مرة أخرى .

من ناحية أخرى , أن المعروف أن عمل التورباين الغازي يتم وفق Brayton Cycle , بينما التورباين البخاري يعمل وفق Rankine Cycle , كما موضح في الشكل ( 3 ) .
ومن ملاحظة الشكل ( 3 ) , نرى أن الغازات الحارة تخرج من التورباين الغازي عند النقطة
( 4 ) .
But the Temp. of point ( d ) in the Rankine cycle , less than temp. of point ( 4 ) .
ذلك يعني أن درجة حرارة الغازات الخارجة من التورباين الغازي , أكثر مما نريد أن تكون درجة حرارة البخار المحمص , والذي يدخل الى التورباين البخاري .
أن عدد كبير من محطات القدرة في العالم , أنشأت في مواقع كثيرة تعمل وفق هذا المبدأ
Combined cycle , وفي العراق , هناك محطة بسماية , قرب بغداد تعمل وفق الدورة المركبة والتي شرحناها في هذه الدراسة , وهي محطة أستثماريه , وتنتج 1500 ميكاواط ,
وفي الختام تقبلوا تقديري وأحترامي .