طراحی و ساخت RDLI بویلر های نیروگاه برق

                                             فهرست مطالب
عنوان مطالب                                                                                                   شماره صفحه                          
فهرست.................................................................................................................................................................................د
چکیده................................................................................................................................................................................. 1
 مقدمه .................................................................................................................................................................................3

فصل بندی مطالب:
فصل اول: بیان مسله و تشریح کلی موضوع:.................................................................................................................5
 فصل دوم:  نیروگاه ها و بویلر ها.....................................................................................................................................9
فصل سوم: طراحی و پارامترهای مورد نیاز:.................................................................................................................29
عکس های محصول طراحی شده
فصل چهارم: کنترل کیفیت بردهای الکترونیکی: .....................................................................................................54
فصل پنجم: مقالات و پروژه های خارجی مرتبط.......................................................................................................58

نتیجه گیری: ...................................................................................................................................................................112
پیوست و  منابع ..............................................................................................................................................................113
در راستای تحقیق و توسعه کشور در زمینه های گوناگون به ویژه صنعت برق ایران بر آن شدیم تا ما نیز درعرصه پیشرفت تکنولوژی مهندسی برق گام های هرچند کوچک و ناچیز اما موثر و منحصر به  فرد در این دریای بزرگ برداشته و بتوانیم گوشه ای از فعل خواستن را در این کشور صرف کرده و امیدوارانه به فردای بهتر و آینده ای روشن برای تمام اقشارجامعه مان باشیم ،بویژه نگاهی عمیق و دلسوزانه به این اقیانوس بیکران قدم نهیم.
قدرت علم و فناوری روز به روز به سوی پیشرفت  و ترقی گام  بر می دارد و مسیر پیشرفت انسان را هموار می کند. همان طوری که گذشتگان ما در این راه تلاش های بسیاری انجام داده اند و بشر را از تاریکی و ظلمات ناشی از فقدان علم به سوی کمال  سوق داده اند ، ما نیز باید  به سهم خود در این اقیانوس بی کران سهمی هر چند کوچک را ایفا کنیم.
گروه شرکت های سامان انرزی و فلات صنعت ایده با افقی باز و چشمی گشوده به سوی پروژه های گوناگون صنعتی سوق داده شده و با شرایط بد اقتصادی موجود و تحریم های کمر شکن با اتکا و ایمان به خدا گام در این راه نهاده است و با قدرت هر چه تمام در سازندگی و پروژه های صنعتی  مختلف ، بار ها و بارها تحریم ها را زیر پا نهاده وبه سوی اینده ایرانی بهتر گام بر میدارد.
پروژه ای که بنده و هم کارانم با زحمت و سعی و تلاش فراوان به ثمر نشسته و جز یکی از افتخارات ملی و ایرانی محسوب میگردد.محصولی که باد مهندسی معکوس نمونه خارجی ان و ایده وتفکر کارشناسان زبده این مرز بوم به شکوفایی و خودکفایی رسیده است.تا جایی مورد تشویق و ستایش گروه شرکت های نیروگاهی (مپنا) قرار گرفته است.
این محصول تماما داخلی هرچند سهم کوچکی در صنعت برق ایفا می کند ولی می توان به یقین گفت که مشابه داخلی نداشته و اساس کار که از طراحی و ساخت و مونتاژ و نصب آن در نیروگاه می باشد و زحمات شبانه روزی صرف شده و مدت زمان پروژه ساخت آن 1 سال به طول انجامیده است.در آخر این کلام لازم است که از راهنمای های جناب آقای مهندس البرزی که همیشه راهنما و مشوق بنده بوده و سهم بسزایی در پیشرفت این افتخار ملی را دارد کمال تشکر و قدر دانی را داشته باشم.
شاید این سوال مهم در آغاز سخن پیش آید که واژه     RDLI چیست و چرا این نام برای این پروژه نامگذاری شده است.
RDLI بترتیب مخفف  REMOTE DRUM LEVEL INDICATOR   میباشد که همان نمایشگر اتوماتیک سطح مخزن  بویلر معنی شده است.
     توضیح بیشتر اینکه این پروژه به عنوان یک نمایشگر سطح آب و بخار در داخل مخزن های بویلر نیروگاه های کشور مورد استفاده قرار می گیرد. نحوه اتصال و چگونه طراحی و ساخت آن  در صفحات بعدی به تفسیر و موشکافانه پرداخته می شود.
لازم به ذکر است که توضیحات در این مورد به همراه عکس های از آن برای درک و فهم بیشتر مخاطب ارائه می گردد .یکی از افتخارات بنده این است که از شروع پروژه گام به گام با این محصول و قدم به قدم در تمام مراحل طراحی و ساخت  و تست و نصب آن مشارکت داشته و به کلیه جزییات آن و عملکرد آن واقف می باشم بهتراست که بدانیم تنها کاربرد این محصول صنعتی بوده و قابل استفاده در تمامی نیروگاه های کشور می باشد و می تواند مورد استفاده قرار گرفته و حتی جایگزین نمونه خارجی آن نیز  گردد.مزیت این کار این است که اگر در آینده مشکلی برای آن به وجود آید ما آن را گارانتی کرده و می توان گفت که دیگر نگران تعمیر و نگهداری این محصول نباشیم و مشکلات احتمالی آن را در آینده به آسانی مرتفع سازیم.
قرار گرفتن در لیست گروه شرکت های تولید نیروگاهی کشور (مپنا)خود نشان از مسیر درست و روند پیشرفت پروژه را در سال های اخیر گواهی می دهد.چرا که قرا گرفتن در این لیست شرایط خاصی میخواهد که ما توانستیم انها را محقق کرده و به اصطلاح وندور مپنا قرار بگیریم.  
این پروژه در این مقال به 5 فصل مجزا تقسیم بندی شده تا خواننده بتواند با درکی عمیق و موشکافانه مسله را دنبال کند. چرا که ثقل سخن باعث کج فهمی شده و مخاطب را از مسیر اصلی تحقیق منحرف میکند.تمام سعی بنده این بوده که این محصول را تمام و کمال و با شرح جزییات تشریح کرده تا بتوانم از نظر فنی و مهندسی و از نظر صرفه اقتصادی و تجاری ان توجیح پذری و حتی ارجح بودن ان را نسبت به موارد خارجی محصول تشریح کنم. باشد که با این ارائه  پایان نامه  قسمتی از خستگی مرتفع گردیده  و کوشش های کشیده در این محصول به امیدی دیگر برای پروژه های بیشتر ثوق پیدا کند.


باشرح کلی در مورد این که چرا و به چه دلیل ما این محصول را نیاز داریم و به سوالاتی از قبیل پرسش های زیر رسیده ،تا بتوانیم پاسخ های منطقی و از نظر مهندسی و قابل تامل پیدا کنیم.
1-این محصول چه کارایی دارد؟
2-موارد استفاده آن کجاست؟
3-تفاوت ان با نمونه خارجی چیست؟
4- ایا از نظر اقتصادی و تجاری به صرفه بوده و قابل رقابت با نمونه خارجی هست یا نه؟
5-ایا می توان به به عنوان 1 محصول صنعتی تکیه کرد و جایگزین مناسبی خواهد بود؟
6- و ....
با سوالات مطرح شده در بالا میخواهیم تک تک و مورد به مورد درباره ان بحث کرده تا بتوانیم نتیجه گیری کلی در این باره انجام دهیم.
مسله1- همان طور که می دانیم نیروگاههای بخار و به خصوص سیکل ترکیبی برای راه اندازی توربین های خود به بخار اب احتیاج دارند،تا بتوانند توسط چرخش توربین های قدرتمند آن محور ژنراتورهای تولید برق را به حرکت در بیاورند و به اصطلاح معروف برق تولیدی نیروگاه و شبکه سراسری برق را تامین کنند.
با این توصیفات ما باید بتوانیم اب و بخار مورد نیاز توربین را تامین کنیم.برای این منظور باید با استفاده از اب خالص دمین بخار اب راتامین کرده و به توربین برسانیم.محل ذخیره این اب در 3 مخزن اصلی ذخیره می شود. این مخازن در یک سیکل گردشی اب و بخار را به یکدیگر تبدیل می کنندازن انجایی که داخل مخازن دیده نمی شود و اپراتور نمی تواند داخل ان را مشاهده کند تا به درک دقیقی از مقدار سطح اب یا بخار در ان دست یابد.
بدین منظور باید به وسیله یک نشان گر از این شرایط اطلاعات مورد نیاز خود را بدست اورد. بدین منظور ستون های در روی این 3 مخزن اصلی به طور عمودی نصب می شوند تا همانند  1 لول گیج سطح اب یا بخار را به وسیله سنسور های تعبیه شده روی ان به تابلو محلی و یا اتاق کنترل اطلاعات خود را ارسال نمایند.

مسله2- حال میخواهیم به موارد استفاده از این محصول بپردازیم. ادامه توضیحات قبلی باید عرض کنم که این  ستون اب روی مخازن بویلر نیروگاه متصل میشودو همانند یک دماسنج مقدار اب یا بخار داخل مخازن رابه طور دقیق نمایش داده و اندازه گیری میکند.چون سنسورهای تعبیه شده در روی ستون اب به مقدار مقاومت اب و بخار حساس هست .پس فقط میتوان از ان برای اندازه گیری سطح اب یا بخار مخزن بویلرها استفاده نمود.
به طور معمول هر واحد به 1 مجموعه سه تایی به همراه نشان گر اتاق کنترل احتیاج دارنداین 3 باکس محلی هستند و در کنار مخازن نصب میشوند.و دایم اطلاعات را به اطلاق کنترل مخابره میکنند تا بهره بردار درک درستی از سطح اب و مخازن تحت کنترل خود جمع اوری کند.

مسله3- از مقایسه محصول داخلی تولید خودمان با نمونه خارجی به نتایج جالب زیر دست       می یابیم که : محصول داخلی تماما اجزای تشکیل دهنده ان در داخل کشور تولید میشود و مزیت ان این است که اگر در اینده مشکلی برای هر یک از قطعات پیش اید ما به راحتی میتوانیم بدون واسطه ان را تامین کرده یا عیب یابی  و یا تعویض کنیم.
نیروگاه های سیکل ترکیبی
               

در توربین گاز جهت کنترل درجه حرارت در اتاق احتراق ضروری است که احتراق با هوای بسیار زیاد صورت پذیرد .دود خروجی از اگزوز توربین گاز ، علاوه بر اینکه دارای درجه حرارت بالایی است ، اکسیژن کافی نیز جهت احتراق دارد ولی در نیروگاههای سیکل ترکیبی از انرژی گاز خروجی از اگزوز به روش های مختلفی جهت تولید بخار استفاده می شود که در بخش های آتی به آن اشاره خواهیم کرد .
بر اساس نحوه استفاده از گاز خروجی ، نیروگاههای سیکل ترکیبی به سه دسته 
 تقسیم بندی می شوند :

1- نیروگاههای سیکل ترکیبی بدون مشعل
در این نوع ، دود خروجی از اگزوز توربین گاز که حجم بالا و دمای زیادی ( دمای گاز خروجی در بار اسمی در حدود 500 درجه سانتی گراد است ) دارد به بویلری هدایت می شود و به جای مشعل و سوخت در واحدهای بخاری ، جهت تولید حرارت به کار می رود. بخار تولید شده نیز توربین بخار را به چرخش در می آورد. این امر باعث بالا رفتن راندمان مجموعه نیروگاهی می گردد ، ضمن آنکه هزینه های سرمایه گذاری به ازای هر کیلو وات تا حد قابل ملاحظه ای کاهش پیدا می کند . این مجموعه برای تولید برق پایه استفاده می شود و کارآیی آن در صورتی که فقط برای تولید برق به کار رود تا 50 درصد هم بالا می رود .
در مناطق سردسیر با بکارگیری توربین بخار با فشارخروجی زیاد به جای کندانسور و برج خنک کن در تامین آب گرم و بخار مصرفی گرمایش مناطق شهری و صنعتی نیز استفاده می شود که در این صورت راندمان تا 80 درصد هم افزایش می یابد.
2- نیروگاههای سیکل ترکیبی با سوخت اضافی ( مشعل )در نیروگاههای سیلک ترکیبی بدون مشعل ، کارکرد بخش بخار وابستگی کامل به کارکرد توربین گاز دارد . در مواردی که نیاز به کارکرد دائمی بخش بخار وجود دارد با تعبیه مشعل در بویلر ، به گونه ای که در صورت توقف بخش گاز کارکرد قسمت بخار با اشکال مواجه نگردد ، عملکرد مستقل این دو بخش تامین می شود و بدین ترتیب ، این نوع نیروگاههای سیکل ترکیبی شکل گرفته اند .این نوع سیکل ترکیبی عموماٌ به منظور بالا بردن قدرت و جلوگیری از نوسانات قدرت توربین بخار با تغییر بار توربین گاز به کار گرفته می شود . امکان کارکرد واحد بخار در نقطه کار مناسب تر با تعبیه مشعل ساده ، به کارگیری سوخت مناسب و استفاده از گاز داغ خروجی توربین گاز به عنوان هوای دم عملی است . قدرت واحد گاز و واحد بخار در حداکثر بار سیستم مساوی است . راندمان این نوع سیکل ترکیبی از واحد بخاری ساده بیشتر و از سیکل ترکیبی بدون مشعل کمتر می باشد . این نوع واحد ها غالباً در مواردی که علاوه بر تامین انرژی الکتریکی ، تامین آب مصرفی و یا بخار مورد نیاز واحدهای صنعتی نیز مد نظر باشد ، به کار می رود .

3- نیروگاههای سیکل ترکیبی جهت تامین هوای دم کوره بویلر این نوع سیکل ترکیبی مشابهت زیادی با توربین بخار معمولی دارد با این تفاوت که در نیروگاه بخاری ساده از سیستم پیش گرم کن هوا و فن تامین کننده هوای دم که خود مصرف کننده انرژی است استفاده می گردد . لیکن در این گونه سیکل ترکیبی،سیستم گرمایش و فن دمنده هوای احتراق کوره را توربین گاز بر عهده گرفته است . بدین ترتیب راندمان واحد بخاری ساده با جانشین کردن سیستم تامین هوای دم با توربین گاز ، بطور نسبس بهبود  می یابد              
معمولاٍ این نوع سیکل ترکیبی در نیروگاههای بخاری بزرگ که سوخت آن ذغال سنگ و یا مازوت می باشد ، به کار می رود . قدرت تولیدی توربین گاز در این نوع سیکل حداکثر 20 درصد قدرت تولید کل نیروگاه است .
 
 
 
 
بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی
کاربرد گونه های مختلف سیکل های ترکیبی متفاوت می باشد ولی از آنجایی که سیکل های ترکیبی بدون مشعل در ارتباط با تولید بار پایه و میانی از اولویت بیشتری برخوردار است. ( هزینه سرمایه گذاری کمتر، مدت زمان نصب و راه اندازی کمتر ، راندمان بالاتر و قابلیت انعطاف بیشتر )، ذیلاً به تشریح این نوع چرخه ها می پردازیم :
 

سیکل های ترکیبی بدون مشعل


هدف اصلی در این نوع سیکل های ترکیبی ، استفاده مجدد از حرارت تلف شده اگزوز توربین گاز به منظور بالا بردن بهره وری سوخت می باشد .
جهت حصول به هدف فوق و به حداقل رساندن هزینه ها ، سه رویه اجرایی در ابتدا مد نظر قرار گرفت و بر اساس آن سازندگان مختلف و تولید کنند گان انرژی الکتریکی نسبت به نصب هر سه گونه سیکل اقدام نمودند که ذیلاٌ معرفی و تشریح می شوند :
1
- چند توربین گاز ، چند بویلر و یک توربین بخار
این دسته خود به دو زیر دسته به صورت زیر تقسیم می گردد:
2- یک توربین گاز ، یک بویلر و یک توربین بخار آرایش این گونه سیکل های ترکیبی بر پایه تقلیل هزینه سرمایه گذاری اولیه می باشد و حاصل تجارب اولیه در زمینه کاربرد چند توربین گاز با یک ژنراتور می باشد .
در این روش محور توربین گاز و محور توربین بخار و محور ژنراتور مشترک بوده و بصورت مجموعه واحد عمل می کند .
طرز کار کلی سیستم به این صورت است که گاز حاصل از احتراق توربین گاز ، قسمتی از انرژی مکانیکی خود را جهت به چرخش در آوردن توربین گاز مصرف می کند . گاز داغ خروجی از توربین گاز ، ضمن عبور از بویلر و تولید بخار وارد اتمسفر می گردد. بخار تولیدی در بویلر ، در توربین بخار منبسط شده و قسمتی دیگر از نیروی مکانیکی لازم جهت تولید انرژی الکتریکی در ژنراتور را تامین می کند .

در این روش به سبب اینکه غالباٌ ضریب قابلیت بهره برداری توربین گاز از بویلر و توربین بخار کمتر می باشد ، اگزوز کمکی برای توربین گاز بکار نمی رود و قابلیت بهره برداری کل مجموعه معادل توربین گاز خواهد بود و انجام بازدیدها و تعمیرات بویلر و توربین بخار منطبق با برنامه تعمیرات توربین گاز می باشد

. به سبب عدم کاربرد اگزوز کمکی ونیز استفاده از ژنراتور مشترک ، هزینه سرمایه گذاری پایین است . ضمناٌ در مواردی که تامین آب گرم مصرفی و یا گرمایش شهر ی مورد نظر باشد معمولاٌ ژنراتور مستقل برای واحد بخار ملحوظ می شود.


بطور کلی محاسن و معایب این گونه سیستم ها به صورت زیر است :
 


الف – محاسن :
1- هزینه سرمایه گذاری کمتر
2- سادگی زیاد و معالاٌ تجهیزات بهره برداری کمتر
3- هزینه تعمیرات و بهره برداری کمتر
4- تلفات کمتر
5- زمان نصب سریعتر
 
ب – معایب :
1- عدم امکان بهره برداری از توربین گاز در صورت وجود عیب بر روی تجهیزات بخار ( عدم قابلیت انعطاف)
2- وجود تلفات زیاد انرژی در نیم بار بدین ترتیب معمولاٌٍ این گونه آرایش در سیکل ترکیبی به کار می رود که هدف از احداث آن تولید و تامین بار پایه باشد .
3- دو یا چند توربین گاز ، دو یا چند بویلر و یک توربین بخار بجز حالات استثنا ، متداول ترین گونه در این نحوه آرایش ، دو توربین گاز با بویلر های مربوطه و یک توربین بخار می باشند.