دانلود تحقیق تولید برق از نیروگاه حرارتی

مقدمه نیروگاه حرارتی جهت تولید انرژی الکتریکی بکار می‌رود که در عمل پره‌های توربین بخار توسط فشار زیاد بخار آب ، به حرکت در آمده و ژنراتور را که با توربین کوپل شده است، به چرخش در می‌آورد.

در نتیجه ژنراتور انرژی الکتریکی تولید می‌کند.

نیروگاه حرارتی به مقدار زیادی آب نیاز دارد.

در نتیجه در محلهایی که آب به فراوانی یافت می‌شود، ترجیحا از این نوع نیروگاه استفاده می‌شود.

چون انرژی الکتریکی را به روشهای دیگری ، مثل انرژی آب در پشت سدها (توربین آبی) ، انرژی باد (توربین بادی) ، انرژی سوخت (توربین گازی) و انرژی اتمی هم می‌توان تهیه کرد.

سوخت نیروگاه حرارتی شامل ، فروت و یا گازوئیل طبیعی است.

مشخصات فنی نیروگاه سوخت سوخت اصلی نیروگاه ، سوخت سنگین (مازوت) می‌باشد که توسط تانکرها حمل و از طریق ایستگاه تخلیه سوخت در سه مخزن 33000 متر مکعبی ذخیره می‌گردد.

سوخت راه اندازی ، سوخت سبک (گازوئیل) است که در یک مخزن 430 متر مکعبی نگهداری می‌شود.

آب آب مصرفی نیروگاه ، جهت تولید بخار و مصرف برج خنک کن و سیستم آتش نشانی ، از طریق چاه عمیق تامین می‌گردد.

سیستم خنک کن برج خنک کن نیروگاه از نوع تر می‌باشد و 18 عدد فن (خنک کن) دارد که هر یک دارای الکتروموتوری به قدرت 132kw و سرعت سرعت 141RPM می‌باشد و بوسیله دو عدد پمپ توسط لوله‌ای به قطر 5.2 متر آب مورد نیاز خنک کن تامین می‌گردد.

دمای آب برگشتی در برج خنک کن 29.6 درجه سانتیگراد و دمای آب خروجی از برج 21.6 درجه سانتیگراد می‌باشد.

سیستم تصفیه آب سیستم تصفیه آب جهت برج خنک کن آب لازم جهت برج خنک کن بایستی فاقد املاحی باشد که سریعا در لوله‌های کندانسور رسوب می‌کنند (از قبیل بی‌کربناتها).

این املاح با افزودن کلرورفریک ، آب آهک و آلومینات سدیم گرفته می‌شود و سپس رسوبات جمع شده توسط یک جاروب جمع کننده به بیرون منتقل می‌شوند.

به این آب که بدون سختی بی کربنات باشد، آب نرم می‌گویند.

آب نرم وارد دو استخر ذخیره شده و از آنجا توسط پمپهایی جهت تامین کمبود آب به برج خنک کن فرستاده می‌شود.

برای از بین بردن خزه و جلبک در این استخر ، سیستم تزریق کلر طراحی شده است.

سیستم تصفیه آب جهت تولید بخار چون آب مورد نیاز برای تولید بخار و جبران کمبود سیکل آب و بخار بایستی کیفیت بسیار بالایی داشته باشد، لذا برای این منظور از یک سیستم مشترک برای هر دو واحد استفاده می‌شود.

بعد از اینکه مقداری از سختی آب گرفته شد، وارد سه دستگاه فیلتر شنی می‌شود، سپس به مخزن ذخیره وارد و از آنجا توسط سه عدد پمپ به طرف فیلتر کربنی فعال فرستاده می‌شود، تا کلر موجود در آب بوسیله زغال فعال جذب شود.

بعد از این فیلتر یک مبدل حرارتی در نظر گرفته شده که دمای آب را در 25 درجه سانتیگراد ثابت نگه می‌دارد.

سپس این آب وارد دو دستگاه فیلتر 5 میکرونی شده و ذراتی که قطر آنها بیشتر از 5 میکرون می‌باشند، توسط این فیلترها جذب و وارد دو دستگاه ریورس اسمز می‌گردد.

در این دستگاه 90% املاح محلول در آب گرفته می‌شود.

آب پس از این مرحله وارد مخزن زیرزمینی می‌گردد.

سپس توسط سه پمپ به فیلترهای کاتیونی و آنیونی وارد شده و پس از تنظیم PH و کنترل از نظر شیمیایی به مخازن ذخیره آب وارد و مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بویلر بویلر نیروگاه دارای درام بالائی و پائینی بوده و به صورت گردش اجباری توسط سه عدد پمپ سیرکوله (Boiler Circulation Watepump) و کوره ، تحت فشار می‌باشد.

درام بالایی معمولا به وزن 110 تن در ارتفاع 50.6 متری و ضخامت جداره 11 سانتیمتر می‌باشد.

بویلر دارای 16 مشعل هست که در چهار طبقه و در چهار گوشه با زاویه ثابت قرار گرفته‌اند.

مشعلهای ردیف پائین برای هر دو سوخت مازوت و گازوئیل بکار می‌رود.

توربین نیروگاه از نوع ترکیب متوالی در یک امتداد (Tadem Compound) و دارای سه سیلندر فشار قوی ، فشار متوسط و فشار ضعیف می‌باشد که توربین فشار قوی و فشار متوسط در یک پوسته قرار گرفته و در پوسته دیگر توربینهای فشار ضعیف قرار دارند.

توربین فشار قوی 8 طبقه و توربین فشار متوسط 5 طبقه و توربین فشار ضعیف با دو جریان متقارن و هر یک دارای 5 طبقه است.

بخار از طریق دو عدد شیر اصلی در دو طرف توربین و شش عدد شیر کنترل وارد توربین فشار قوی شده و بعد از انبساط در چندین طبقه از توربین به بویلر بر می‌گردد.

سپس وارد توربین فشار متوسط شده و بعد از انبساط توسط یک لوله مشترک وارد توریبن فشار ضعیف گردیده و به طرف کندانسور می‌رود.

کندانسور کندانسور نیروگاه از نوع سطحی یک عبوری با جعبه آب مجزا می‌باشد که در زیر توریبن فشار ضعیف قرار گرفته است.

برای ایجاد خلا کندانسور از دو نوع سیستم استفاده می‌شود که سیستم اول در موقع راه اندازی و توسط یک مکنده هوا انجام می‌یابد.

در طول بهره برداری خلا لازم توسط دو دستگاه پمپ تامین می‌گردد که این پمپها فشار داخل کندانسور را کاهش می‌دهند.

ژنراتور ژنراتور طوری طراحی شده است که در مقابل اتصال کوتاه و نوسانات ناگهانی بار و احیانا انفجار هیدروژن در داخل ماشین مقاومت کافی داشته باشد.

سیستم تحریک آن شامل یک اکساتیر پیلوت (Pilot exiter) با ظرفیت 45 کیلوولت آمپر می‌باشد و جریان تحریک اکسایتر پیلوت در لحظه Flashing از طریق باطری خانه تامین می‌شود.

ضمنا سیم پیچهای دستگاه توسط هوا خنک کاری می‌شوند.

ترانسفورمرها و تغذیه داخلی نیروگاه ترانس اصلی (Main Ttansformer):این ترانس به صورت سه تک فاز با ظرفیت هر کدام 150 مگا ولت آمپر و فرکانس 50 هرتز و امپرانس ولتاژ 14.2 درصد به عنوان Step Up Tranformer ، جهت بالا بردن ولتاژ خروجی ژنراتور از 20 کیلو ولت تا 230 کیلو ولت بکار رفته است.

در ضمن نسبت تبدیل ، 10.20%±247 کیلو ولت می‌باشد.

ترانس واحد (Unit Transformer):این ترانس با ظرفیت 35/22/22 مگا ولت آمپر و نسبت تبدیل 3/316/516%±20 و فرکانس 50 هرتز و امپدانس ولتاژ 8.5% و تپ چنجر Off- Loud ، ولتاژ 20 کیلو ولت خروجی ژنراتور را تبدیل به 6 کیلو ولت نموده و به منظور تامین مصارف داخلی نیروگاه در حین بهره برداری بکار می‌رود.

ترانس استارتینگ (Start up Trans): این ترانس به تعداد دو عدد ، به نامهای LTB و LTA و با ظرفیت 25/25/25 مگا ولت آمپر و نسبت تبدیل 10%±3/6/10%± کیلو ولت و فرکانس 50 هرتز و امپدانس 10% و تپ چنجر On Lead ، ولتاژ 230 کیلو ولت شبکه را تبدیل به 6 کیلو ولت نموده و شینه‌ها را طبق شکل شماتیک ضمیمه تغذیه می‌نماید.

ترانس تغذیه (Auxiliary Trans): ترانس تغذیه در ظرفیتهای مختلف 630/1600/2500 کیلو ولت آمپر ، ولتاژ 6 کیلو ولت را تبدیل به 400 ولت می‌نماید که جهت تامین مصارف داخلی فشار ضعیف بکار می‌رود ولید برق در یک نیروگاه وقتی وارد یک نیروگاه میشوید در وهله اول احساس ورود به یک شهر بزرگ به شما دست میدهد !

منطفه ای با ساختمانها و سازه های بسیار بلند اینجا در حقیقت همان مبدا تولید انرژی است در کشور ما تقریبا از اکثر نیروگاها استفاده میشود .

به جز نیروگاه اتمی بقیه نیروگاهها همکنون در حال تولید و انتقال انرژی هستند .

یکی از پرکاربرد ترین نیروگاهها در کشور ما نیروگاهای سیکل ترکیبی هستند : این نیروگاه از ترکیب دو نیروگاه حرارتی و گازی تشکیل شده .

نیروگاه سیکل ترکیبی به مراتب دارای راندمانی بالاتر از نیروگاه حرارتی است و یکی دیگر از مشخصه های خوب آن این است که خیلی زود وارد مدار میشود !

نیروگاه نکا در شمال کشور - نیروگاه شهید رجایی قزوین - نیروگاه شازند اراک - نیروگاه قم از این دسته نیروگاهها هستند !

بعد از نیروگاههای سیکل نوبت به نیروگاههای برق - آبی میرسه که به عنوان نیروگاههای استراتژیک هم از اونها یاد میشه !

تولید این نیروگاهها هیچگاه دائمی نیست و فقط بستگی به زمان خروج آب از دهانه سد دارد !

قدرت تولیدی این نیروگاه ا معمولا پایین است و تناه برتری آنها این است که از نظر اقتصادی نیازی به هزینه کردن برای مواد اولیه ندارند !

و عملا با آب کار میکنند .

به خاطر تولید ثابت آنها معمولا برای کنترل فرکانس شبکه از این نیروگاهها زیاد استفاده میشود !

بقیه نیروگاهها نیز کم و بیش در شبکه مورد استفاده قرار میگیرند به عنوان مثال مقداری در حدود 1.2 مگاوات توسط نیروگاههای بادی منجیل به شبکه تزریق میشوند و در آینده این مقدار بالاتر هم خواهد رفت .

این نیروگاه از ترکیب دو نیروگاه حرارتی و گازی تشکیل شده .

قدرت تولیدی این نیروگاهها معمولا پایین است و تناه برتری آنها این است که از نظر اقتصادی نیازی به هزینه کردن برای مواد اولیه ندارند !

اجازه دهید تا با نحوه تولید برق در یک نیروگاه سیکل ترکیبی آشنا شویم : من سعی میکنم نحوه کار نیروگاه رو خیلی ساده برای دوستان تشریح کنم تا درک آن هم راحت تر باشد : مهمترین عنصر در یک نیروگاه آب است .

در حقیقت بخار آب با گردش در میان پره های توربین باعث به حرکت در آوردن توربین ونهایتا چرخش ژنراتور و تولید برق میشود .

نخست آب موجود در بویلر به کمک حرارت که توسط سوختهاز فسیلی مثل مازول ایجاد میشود گرم میشود الابته در نیروگاه سیکل حرارت فرار گاز نیز به سمت بویلر هدایت میشود تا بویلر زودتر گرم شود .

بویلر در حقیقت یک منبع بزرگ آب است که آب درون آن به بخار تبدیل میشود .

حال بخار ایجاد شده توسط لوله های مخصوصی به سمت توربین حرکت میکند .

در طول مسیر قطر لوله انتقال را کوچک میکنند تا فشار بخار بیشتر شود .

نهایتا بخار با فشار بالا به توربین برخورد کرده و باعث چرخش آن میشود .

مکانیزم چرخش توربین بسیار پیچیده است و من از توضیح آن صرف نظر میکنم .

بخار عبور داده شده از روی پره توربین به سمت واحد خنک کننده یا اصطلاحا کندانسور میرود تا در آنجا مجددا به حالت مایع تبدیل شود و نهایتا به اول سیکل بازگردد !

تمامی این مراحل در اتاق کنترل نیروگاه به طور 24 ساعته کنترل میشود .

به وسیله شیرهای الکترونیکی که اصطلاحا به آنها گاورنر گفته میشود میتوان مقدار بخار خروجی را تنظیم کرد که این امر نهایتا منجر به تنظیم سرعت چرخش ژنراتور و نهایتا تنظیم مقدار ولتاژ و فرکانس میشود معمولا یک نیروگاه دارای 300 تا 2000 پرسنل است که این نشاندهنده حجم بالای کار در این واحد تولیدیست !

در کشور ما مدیریت کلیه نیروگاههای کشور بعهده سازمان توانیر میباشد !

لازم به ذکر است که به زودی نیروگاههای خصوصی نیز وارد شبکه سراسری خواهند شد !

دید کلی طی سالهای گذشته اغلب کشورها به استفاده از این نوع انرژی هسته‌ای تمایل داشتند و حتی دولت ایران 15 ‏نیروگاه اتمی به کشورهای آمریکا ، فرانسه و آلمان سفارش داده بود.

ولی خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه ‏مهمتری میل آیلند (Three Mile Island) در 28 مارس 1979 و فاجعه چرنوبیل (Tchernobyl) در روسیه ‏در 26 آوریل 1986، نظر افکار عمومی نسبت به کاربرد اتم برای تولید انرژی تغییر کرد و ترس و وحشت از ‏جنگ اتمی و به خصوص امکان تهیه بمب اتمی در جهان سوم، کشورهای غربی را موقتا مجبور به تجدید نظر در ‏برنامه‌های اتمی خود کرد.

‏ ساختار نیروگاه اتمی نیروگاه اتمی از مواد مختلفی شکل گرفته است که همه آنها نقش اساسی و مهم در تعادل و ادامه حیات آن را دارند.

‏این مواد عبارتند از: ماده سوخت ماده سوخت متشکل از اورانیوم طبیعی ، اورانیوم غنی شده ، اورانیوم و پلوتونیم است.

که سوختن اورانیوم بر ‏اساس واکنش شکافت هسته‌ای صورت می‌گیرد.‏ نرم کننده‌ها ‎‏نرم کننده‌ها موادی هستند که برخورد نوترون های حاصل از شکست با آنها الزامی است و ‏برای کم کردن انرژی این نوترون ها به کار می روند.

زیرا احتمال واکنش شکست پی در پی به ازای ‏نوترون های کم انرژی بیشتر می شود.

آب سنگین (D2O) یا زغال سنگ (گرافیت) به عنوان نرم کننده نوترون ‏بکار برده می‌شوند.‏ میله‌های مهارکننده این میله‌ها از مواد جاذب نوترون درست شده‌اند و وجود آنها در داخل راکتور اتمی ‏الزامی است و مانع افزایش ناگهانی تعداد نوترونها در قلب راکتور می‌شوند.

اگر این میله‌ها کار اصلی خود را ‏انجام ندهند، در زمانی کمتر از چند هزارم ثانیه قدرت راکتور چند برابر شده و حالت انفجاری یا دیورژانس ‏راکتور پیش می‌آید.

این میله ها می توانند از جنس عنصر کادمیم و یا بور باشند.‏ مواد خنک کننده یا انتقال دهنده انرژی حرارتی این مواد انرژی حاصل از شکست اورانیوم را به خارج ‏از راکتور انتقال داده و توربینهای مولد برق را به حرکت در می آورند و پس از خنک شدن مجدداً به داخل ‏راکتور برمی گردند.

البته مواد در مدار بسته و محدودی عمل می کنند و با خارج از محیط رآکتور تماسی ندارند.

‏این مواد می توانند گاز CO2 ، آب ، آب سنگین ، هلیوم گازی و یا سدیم مذاب باشند.‏ طرز کار نیروگاه اتمی عمل سوختن اورانیوم در داخل نیروگاه اتمی متفاوت از سوختن زغال یا هر نوع سوخت فسیلی دیگر است.

در ‏این پدیده با ورود یک نوترون کم انرژی به داخل هسته ایزوتوپ 235U عمل شکست انجام می گیرد و ‏انرژی فراوانی تولید می کند.

بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم ، ناپایداری در هسته به وجود آمده و بعد از ‏لحظه بسیار کوتاهی هسته اتم شکسته شده و تبدیل به دو تکه شکست و تعدادی نوترون می‌شود.

بطور متوسط تعداد نوترونها به ازای هر 100 اتم شکسته شده 247 عدد است و این نوترونها اتمهای ‏دیگر را می‌شکنند و اگر کنترلی در مهار کردن تعداد آنها نباشد واکنش شکست در داخل توده اورانیوم به ‏صورت زنجیره‌ای انجام می‌شود که در زمانی بسیار کوتاه منجر به انفجار شدیدی خواهد شد.

در واقع ورود ‏نوترون به درون هسته اتم اورانیوم و شکسته شدن آن توام با انتشار انرژی معادل با ‏‎ Mev‎‏200 میلیون الکترون ‏ولت است.

این مقدار انرژی در سطح اتمی بسیار ناچیز ولی در مورد یک گرم از اورانیوم در حدود صدها هزار مگاوات ‏است.

که اگر به صورت زنجیره‌ای انجام شود، در کمتر از هزارم ثانیه مشابه بمب اتمی عمل خواهد کرد.

اما ‏اگر تعداد شکستها را در توده اورانیوم و طی زمان محدود کرده به نحوی که به ازای هر شکست ، اتم بعدی ‏شکست حاصل کند شرایط یک نیروگاه اتمی بوجود می‌آید