وصف وحدات توليد الطاقة

وصف وحدات توليد الطاقة:

تعتبر وحدات توليد البخار هي أهم مصادر الطاقة في المنشآت الصناعية وتتضمن تلك الوحدات خطين رئيسيين، خط الوقود وخط المياه، وهما خطان منفصلان تماما عن بعضهما من حيث انتقال الكتلة (mass transfer)، والعلاقة الوحيدة بين الخطين تتم من خلال انتقال الحرارة الناتجة من حرق الوقود إلى المياه والتي ينتج عنها توليد البخار. ويمكن التفريق بين وحدات توليد البخار المختلفة اعتمادا على ما يلي:

تصنيف الغلايات وفقا لنوع وحدة توليد البخار.
تصنيف الغلايات وفقا للاستخدام.
تصنيف الغلايات وفقا لنوع الوقود.
تقنيات معالجة المياه.
وهناك وحدات أخرى لتوليد الطاقة يتم استخدامها في الصناعة مثل

مولدات الديزل.
التوربينات الغازية.
تصنيف الغلايات وفقا لنوع وحدة توليد البخار:

لا يوجد ارتباط مباشر بين أنواع الغلايات وانبعاث الملوثات في ظروف التشغيل العادية، ومع ذلك فإن الإلمام بكيفية تشغيل كل نوع منها يلقي الضوء على عمليات التحكم في التشغيل لتجنب الأعطال من خلال الصيانة الوقائية.

ويمكن تصنيف الغلايات المستخدمة في الصناعة إلى:

غلايات مواسير اللهب أو غلايات الغلاف الجدارى (Fire tube or Shell).
غلايات مواسير المياه.
الغلايات المركبة (مواسير لهب ومواسير مياه).
وتنقسم أنواع غلايات مواسير المياه وفقا لأسلوب صناعتها إلى

غلايات سابقة التجميع (تجميع المصنع) (shop – as – sembled).
غلايات نسقية (modular)
غلايات تجمع بالمواقع (site as – sembled).
غلايات مواسير اللهب (Fire – tube boiler):

في هذا النوع من الغلايات تتدفق الغازات الساخنة الناتجة عن الاحتراق عبر مسارات (غالبا ما تكون على شكل مواسير) تمر داخل وعاء للماء. كما يحتوى هذا الوعاء أيضا على ماسورة كبيرة (ماسورة اللهب (Flame tube يتم بداخلها حرق الوقود. غالبا ما تستخدم غلايات مواسير اللهب لإغراض التسخين والأغراض التجارية والاستخدامات الصناعية وتؤثر متطلبات انتقال الحرارة على شكل الغلاية وتركيبها بحيث يسمح تصميها باستخلاص ونقل أكبر قدر من الطاقة الحرارية الناتجة عن الاحتراق إلى المياه.

 

 

 

 

 

ويمكن تصنيف غلايات مواسير اللهب إلى: غلايات مواسير اللهب أفقية العائدة (Horizontal- return – tubular)، الغلايات الاقتصادية أو غلايات صندوق الاحتراق ) Fire box)، غلايات القطارات المزودة بصندوق الاحتراق (type locomotive firebox)، غلايات مواسير لهب القائمة، الغلايات القائمة عديمة المواسير، الغلاية البحرية (الغلاية الاسكتلندية) (Sctch ma- rinc) وهذا النوع الأخير من الغلايات شائع الاستخدام للأغراض الصناعية ولأغراض التسخين، وهي غلاية مواسير لهب ذات سعة تصل إلى 20000كجم/ الساعة، أما غلايات مواسير المياه فتستخدم في السعات الأكبر، وحيث أن الغلايات البحرية هي الأكثر استخداما صناعيا وتجاريا فإن كافة غلايات مواسير اللهب الواردة في هذه الدراسة يقصد بها هذا النوع من الغلايات وتستخدم غلايات مواسير اللهب أساسا في الخدمات البحرية إذ يمكن تصميم غلايات منضغطة الحجم من هذا النوع لا تحتل مساحة كبيرة حيث أن الفرن يمثل جزءا أساسيا من تصميم الغلاية.

وتباع غلايات اللهب في صفقات شاملة تتضمن وعاء الضغط (pressure vessel)، الحارق، المنظمات والمكونات الأخرى مجمعة على شكل وحدة يتم اختبارها بالكامل من قبل المصنع قبل شحنها إلى الجهة المطلوبة، ويتم تسليمها كمنتج سابق التركيب ومعد ليحتل مكانه المحدد داخل المنشأة بسرعة بعد توصيله بمصادر الكهرباء وخط إمداد الوقود والمياه وفي بعض الحالات يتضمن سعر الغلاية ثمن أجهزة الإشعال. ويتولى أحد الفنيين المتخصصين من طرف الشركة المنتجة إجراءات بدء تشغيل الغلاية في المنشأة الصناعية وإعادة ضبط مفاتيح التحكم والتأكد من سلامة عمل الغلاية بالإضافة إلى قيامه بتدريب أحد العاملين بالمنشأة على كيفية التعامل مع الأعطال التي قد تطرأ أثناء التشغيل. وحتى وقت قريب في مصر كانت الشركة المنتجة لهذا النوع من الغلايات هي “شركة النصر للمراجل البخارية وأوعية الضغط” والتي أصبح أسمها بعد التخصيص بابكوك وويلكوكس (Babcock & Wilcox) وحاليا تسمى المجموعة العالمية لصناعة الغلايات والمنشآت المعدنية.

وهناك نظامان لحركة غازات العادم الساخنة داخل غلايات مواسير اللهب: غلايات الإرجاع الجاف وغلايات الإرجاع الرطب (wet and dry- back furnace) ويتشابه تصميم النظامان من حيث وجود الجدار الأسطواني الخارجي للغلاية والفرن ومواسير اللهب الأمامية والخلفية وفي نظام الإرجاع الجاف تنطلق غازات العادم الساخنة من ماسورة اللهب (الفرن) حتى تصل إلى المنطقة الخلفية للغلاية فتدخل في غرفة الإرجاع المزودة عند نهايتها بطوب حراري فينعكس مسار الغازات صوب أنابيب اللهب في مقدمة الغلاية حيث تصل إلى صندوق الدخان الأمامي فيعكس اتجاهها للمرة الثانية صوب المنطقة الخلفية للغلاية إلى المدخنة، ويطلق على هذا النوع من الغلايات: غلايات ثلاثية المسار (الممرات) (three – pass boilers). أما في نظام الإرجاع الرطب فإن غرفة الإرجاع الموجودة في المنطقة الخلفية من الغلاية تكون محاطة تماما بالمياه لذلك لا يلزم وجود طوب حراري.

نظرا لكبر مساحة أسطح التسخين في غلايات الإرجاع الجاف فإنها تعد أسرع في إنتاج البخار من غلايات الإرجاع الرطب، وتكون تصميماتها أكثر انضغطا وأسهل في التركيب. وهي قليلة الانتشار في الوقت الحالي.

يتم تصميم أفران غلايات مواسير اللهب بحيث تستطيع تحمل مستويات الضغط المرتفع التي تتعرض لها، وتحتاج الغلايات ذات الأفران الضخمة إلى أحد أساليب التثبيت التالية:

تمويج جدران الفرن (corrugating).
تقسيم الفرن إلى قطاعات تربط بينها كمرات تقوية (stiffening flanges).
استخدام دعامات تقوية ملحومة.
تركيب مسامير تثبيت (stay bolts) بين الفرن والغلاف الخارجي.
يصل قطر غلاف غلاية مواسير اللهب إلى حوالي ثلاثة أمتار، وتكون مساحة مقطع المنطقة العلوية للغلاية كبيرة، لذلك تحتاج هذه المنطقة إلى دعامات تثبيت قطرية يتراوح قطرها بين 2-3 بوصة.