کندانسور در نیروگاه بخار
کندانسور (Condenser) چیست ؟
کندانسور در نیروگاه بخار یک وسیله انتقال حرارت است که در آن بخار خروجی یک توربین با استفاده از آب خنک کننده در فشاری زیر فشار اتمسفر به آب تبدیل می شود.
فرایند کندانس شدن
- کندانس شدن فرآیندی است که در آن بخار با فشاری کمتر از جو به آب متراکم می شود.
- کندانس شدن را می توان با حذف گرما از بخار خروجی با استفاده از آب خنک کننده انجام داد.
- در این حالت سیال عامل فاز خود را از بخار به مایع تبدیل می کند و گرمای نهان خود را دفع می کند.
علل استفاده از کندانسور
- برای کاهش فشار خروجی توربین به منظور افزایش خروجی خاص و در نتیجه افزایش راندمان کارخانه.
- برای متراکم کردن بخار خروجی از توربین و استفاده مجدد از آن به عنوان آب تغذیه در بویلر.
- این امکان حذف هوا و سایر گازهای غیر قابل تراکم را از بخار فراهم می کند. بنابراین سرعت انتقال حرارت را می توان بهبود بخشید.
- بخار تغلیظ شده Condensate نامیده می شود و می توان آن را دوباره به بویلر بازگرداند و این باعث صرفه جویی در هزینه آب می شود.
اصل تراکم
برای رسیدن به حداکثر کار بر اساس اصل کارنو، گرما باید در حداکثر فشار و دما تامین شود و در حداقل فشار و دما دفع شود.
مزایای استفاده از کندانسور
- خروجی کار به ازای هر کیلوگرم بخار عرضه شده به نیروگاه را افزایش می دهد.
- مصرف بخار را کاهش می دهد.
- اندازه نیروگاه با ظرفیت معین را کاهش می دهد.
- راندمان حرارتی نیروگاه را بهبود می بخشد.
- باعث صرفه جویی در هزینه آب برای عرضه به بویلر می شود.
انواع کندانسور
کندانسور جت (Jet Condenser)
بخار خروجی و آب خنک کننده مستقیماً در تماس هستند و در نتیجه بخار متراکم و به آب تبدیل می شود. به این مدل کندانسور تماس مستقیم نیز می گویند.
کندانسور سطحی (Surface Condenser)
آب خنک کننده از طریق شبکه ای از لوله ها جریان می یابد و بخار خروجی از این لوله ها عبور می کند.
بخار به دلیل انتقال حرارت به خنک کننده توسط هدایت و همرفت (conduction and convection) متراکم و به آب تبدیل می شود.
تفاوت های کندانسورهای جت و سطحی (Jet vs Surface) :
انواع کندانسور جت
1.کندانسورهای جت سطح پایین
- نوع counter flow
- نوع parallel flow
2. کندانسورهای جت سطح بالا
3. کندانسورهای جت اجکتوری
کندانسور جت سطح پایین نوع Counter flow
آب خنک کاری از بالای کندانسور و بخار از کنار کندانسور تامین میشود.
آب به سمت پایین از طریق سینی های سوراخ دار جریان پیدا می کند و بخار در تماس با آب به مایع تبدیل می شود.
پمپ های هوا بطور مستمر خلا مورد نیاز کندانسور را تامین می کنند و آب را وادار می کنند تا در کندانسور تا ارتفاع 5.5 متر بالا برود.
آب اضافی کندانس شده از طریق لوله های سرریز از هات ول به سمت حوضچه جریان پیدا می کند.
کندانسور جت سطح پایین نوع Parallel flow
بخار خروجی و آب خنک کننده هر دو در یک جهت جریان دارند
مخلوط میعانات، خنک کننده و هوا با کمک پمپ هوای مرطوب استخراج می شود.
خلاء ایجاد شده در کندانسور نهایتا تا 600 میلی متر جیوه را پوشش میدهد.
کندانسور جت سطح بالا/ کندانسور جت بارومتریک
کندانسورهای بارومتریک برای گرمازدایی و متراکم کردن بخارات ورودی و همچنین خنک کردن گازهای خروجی، با ایجاد کمترین فشار ممکن، استفاده می‌شوند.
این کندانسور ،جت بارومتریک نیز نامیده می شود زیرا در بالای فشار اتمسفر معادل 10.33 متر فشار آب قرار می گیرد.
پمپ استخراج میعانات مورد نیاز نیست زیرا لوله tail به جای آن تعبیه شده است.
شماتیک کندانسور جت سطح پایین و سطح بالا
انواع کندانسور سطحی
1.کندانسورهای سطحی
در این نوع بخار خارج شبکه لوله ها جریان دارد و آب در داخل لوله ها در جریان است.
2. کندانسورهای تبخیری
در این نوع پوسته حذف شده است، بخار داخل لوله ها جریان میابد و در حین حرکت رو به بالای هوا در خارج لوله ها ،آب اسپری میشود.
طبقه بندی کندانسورهای سطحی
1.تعداد مسیرهای آب
- تک گذر
- چند گذر
2. جهت جریان میعانات و آرایش لوله ها
- کندانسور جریان به سمت پایین
- کندانسور جریان به سمت مرکز
کندانسور سطحی بر اساس تعداد مسیرهای آب
کندانسور سطحی جریان به سمت پایین
بخار خروجی وارد پوسته بالایی کندانسور می شود و از طریق لوله ها به سمت پایین جریان می یابد.
لوله های آب دو مسیره هستند.
آب سرد ابتدا در سمت پایین و سپس در سمت بالا در جهت معکوس جریان می یابد که حداکثر انتقال حرارت را ممکن میکند.
کندانسور سطحی جریان به سمت مرکز
بخار به صورت شعاعی به داخل جریان می یابد.
میعانات در پایین پوسته جمع آوری می شود و از آنجا توسط پمپ استخراج میعانات (extraction pump) خارج می شود.
بخار به تمام حاشیه لوله ها دسترسی پیدا می کند و بنابراین سطح بزرگی برای انتقال حرارت در مقایسه با نوع جریان به سمت پایین در دسترس است.
کندانسور تبخیری
بخار خروجی از یک سری لوله های آبشکی به نام کویل کندانسور عبور می کند.لایه نازکی از آب خنک کننده به طور مداوم از نازل های آب روی این لوله ها می ریزد.
در طول متراکم شدن بخار، این لایه نازک آب تبخیر می شود و آب باقیمانده در مخزن آب جمع میشود.میعانات با کمک پمپ هوای مرطوب استخراج می شود.
هوای عبوری از روی لوله ها، آب تبخیر شده را به صورت بخار حمل می کند و با کمک فن القایی نصب شده در بالا، آن را خارج می کند.
معایب و مزایای کندانسورهای سطحی
کندانسورهای هوا خنک
کندانسورهای این نوع از هوا به عنوان سیال خارجی برای دفع گرما از سیستم استفاده می کنند. کندانسورهای هوا خنک معمولاً کویل‌های مسی دارند که مبرد(refrigerant) در آن جریان دارد. اما این تمام ماجرا نیست.
این نوع به دو زیر مجموعه تقسیم می شود:
1. همرفت طبیعی
2. همرفت اجباری
کندانسور همرفت طبیعی هوا خنک
همانطور که از نام آن پیداست حرکت هوا در این نوع کندانسور با همرفت طبیعی است. هوای سرد از روی لوله کندانسور گرم عبور می کند و گرما را از آن جذب می کند.
دمای هوا به آرامی افزایش می یابد و از این رو چگالی هوا کاهش می یابد. سپس هوای گرم سبک تر بالا می رود و در اطراف لوله داغ قرار می گیرد و سپس با هوای سرد تازه جایگزین می شود. این چرخه ادامه می یابد که به عنوان همرفت طبیعی شناخته می شود.
مزیت: عدم نیاز به فن برای جریان هوا.
عیب: همرفت طبیعی یک فرآیند کند است
کاربرد: یخچال خانگی، تهویه مطبوع.
کندانسور همرفت اجباری هوا خنک
در این نوع کندانسور هوای بالای لوله های کندانسور با استفاده از فن جابجا می شود. این فرآیند به سرعت باعث جایگزینی هوای گرم و سپس افزایش ظرفیت کندانسور می شود.
مزیت: افزایش ظرفیت انتقال حرارت.
عیب: نیاز به فن با قدرت بالا برای فشار دادن هوا. مصرف انرژی آن بالا و همچنین پر سر و صدا است.
کاربرد: چگالش بخار در نیروگاه های بزرگ.
با توجه به موقعیت فن، کندانسور هوای خنک کننده جابجایی اجباری خود به دو دسته تقسیم می شود:
الف) کندانسور هوا خنک پایه دار – فن کندانسور روی همان پایه کمپرسور، موتور و سایر قسمت ها نصب می شود.
ب) کندانسور هوا خنک از راه دور – فن کندانسور از پایه دور میباشد. ممکن است داخل یا خارج ساختمان باشد.
خلاء در کندانسور بخار
خلاء در انتهای توربین برای کاهش فشار در خروجی توربین مورد نیاز است. بنابراین می توان بخار را بیشتر به داخل توربین منبسط کرد و حداکثر انرژی بخار را برای افزایش توان خروجی استخراج کرد.
هنگامی که ماده از فاز گاز خود به فاز مایع خود برمی گردد، مولکول ها فضای بسیار کمتری را اشغال می کنند و فشار بسیار کمتری را اعمال می کنند. در واقع، بخار متراکم شده باعث ایجاد خلاء می شود (ناحیه ای با فشار بسیار کمتر از فشار اتمسفر)
در ادامه این مقاله در قالب سوال و جواب، نکاتی را در مورد خلاء در کندانسور نیروگاه بخار را بیان میکنیم :
چرا خلاء در کندانسور کاهش می یابد؟
سیگنال های اصلی کاهش خلاء کندانسور در طول کارکرد توربین عبارتند از: افزایش دما در سیلندر اگزوز. کاهش در وکیوم متر و اختلاف دمای ترمینال کندانسور (TTD).
TTD به عنوان دمای اشباع بخار استخراج شده منهای دمای خروجی آب تغذیه (فیدواتر) تعریف می شود.
تفاوت دمای ترمینال (TTD) یک فیدبک در مورد عملکرد هیترهای فیدواتر نسبت به انتقال حرارت ارائه می دهد.
چرا Shut down اضطراری واحد زمانیکه خلاء در کندانسور به مقدار مشخصی کاهش می یابد مهم است ؟
کاهش خلاء باعث اضافه بارگیری پره ها به دلیل افزایش دبی بخار می شود.
کاهش خلاء همچنین جابجایی محوری را افزایش می دهد و در نتیجه باعث overload شدن بیش از حد و سایش یاتاقان تراست می شود.
این مورد خود می تواند باعث افزایش ویبریشن واحد شود.
با توجه به اینکه سرعت کاهش خلاء در کندانسور متفاوت است، دو نوع کاهش خلاء داریم که عبارتند از :
- کاهش آهسته خلاء
- کاهش ناگهانی خلاء
عوامل اصلی کاهش آهسته خلاء در کندانسور
(1) افزایش دما در ورودی آب در گردش.
(2) افزایش سطح آب بیش از حد در کندانسور.
(3) فشار ناکافی تامین بخار در سیلهای یاتاقان.
(4) بار حرارتی بسیار زیاد در کندانسور
(5) پایین بودن سطح آب مخزن آب کندانس شده.
(6) وجود نشتی کم در سیستم خلاء.
عوامل اصلی کاهش ناگهانی خلاء در کندانسور
(1) توقف یا کمبود آب.
(2) نشتی زیاد در سیستم خلاء.
(3) سطح کامل آب در کندانسور.
(4) توقف تامین بخار از یاتاقان سیل.
(5) خطا در جت پمپ آب.
(6) عملکرد نامناسب در ولو سیستم خلاء.
(7) باز شدن اشتباه vacuum breaking gate
(8) آسیب در دیافراگم سیفتی ولو.
شرایط نگهداری بهینه خلاء در کندانسور
(1) حفظ سطح آب را در سطح نرمال
(2) اطمینان از عدم نشتی آب، نشتی خلاء و سرریز شدن، باز شدن مناسب خروجی هوا و عدم وجود ویبریشن
(3) اطمینان از حفظ خلاء کندانسور در محدوده مشخص شده
(4) جلوگیری از نوسانات زیاد سطح آب و خلاء که بر روی عمل کندانس اثر می گذارد
(5) بازرسی مرتب وکیوم متر داخلی و سطح سنج آب
اگر به یادگیری نیروگاه بخار علاقه دارید این محصول آموزشی را تهیه کنید.
