چگونه لوله های پره دار بویلر راندمان انتقال حرارت را در نیروگاه های مدرن افزایش می دهند

یک لوله دیگ بخار ساده سهم قابل اندازه گیری انرژی احتراق را مستقیماً از پشته از دست می دهد. باله ها را به دیواره بیرونی اضافه کنید، و همان لوله می تواند تعویض شود 5 تا 10 برابر حرارت بیشتر با عبور گاز دودکش - بدون افزایش ردپای دیگ. این تغییر هندسی تنها در قلب کارایی نیروگاه مدرن قرار دارد.

چرا مساحت سطح عامل محدود کننده است؟

انتقال حرارت بین جریان گاز داغ و دیواره لوله توسط یک محدودیت مستقیم کنترل می شود: هر چه سطح تماس بزرگتر باشد، انرژی سریعتر در آن حرکت می کند. در یک لوله معمولی با سوراخ صاف، آن سطح با قطر و طول ثابت می شود. لوله های پره دار بویلر این محدودیت را با چسباندن سطوح فلزی دراز - باله ها - به دیواره بیرونی لوله بشکنید و به گاز دودکش ناحیه بسیار بزرگتری بدهید تا گرمای خود را قبل از خروج از سیستم تسلیم کند.

فیزیک در دو مسیر موازی کار می کند. گاز داغ گرما را به صورت همرفتی به سطح باله منتقل می کند. باله آن انرژی را به داخل لوله پایه هدایت می کند. و دیواره لوله آن را به آب تغذیه یا بخار داخل منتقل می کند. هر درجه از دمای گاز که قبل از پشته بازیافت می شود، سوختی است که نیازی به سوزاندن در چرخه بعدی ندارد.

سه نوع باله که وزنه برداری را انجام می دهند

هر نیروگاهی با سوخت یکسان یا با دمای یکسان کار نمی کند، به همین دلیل است که چندین پیکربندی باله در خدمات تجاری وجود دارد.

لوله های باله دار حلزونی (مارپیچ). نیروی کار نیروگاه های گاز سوز و سیکل ترکیبی هستند. یک نوار باله پیوسته در اطراف لوله پایه توسط جوشکاری با مقاومت فرکانس بالا پیچیده می شود و یک اتصال متالورژیکی با مقاومت تماس نزدیک به صفر ایجاد می کند. هنگامی که سطح باله به جای جامد دندانه دار است، هندسه منقطع لایه مرزی گاز را مختل می کند و ضریب انتقال حرارت همرفتی را بهبود می بخشد. 10-20٪ نسبت به باله‌های مارپیچ ساده - یک افزایش معنی‌دار در ماژول‌های HRSG که روزانه میلیون‌ها متر مکعب اگزوز توربین را پردازش می‌کنند.

لوله های پره دار نوع H از پانل های باله مستطیلی که به صورت جفت جوش داده شده اند استفاده کنید و خطوط گاز وسیعی را بین باله ها ایجاد کنید. این هندسه در برابر پل زدن خاکستر در دیگهای تاسیساتی با سوخت زغال سنگ مقاومت می کند و در هر جایی که رسوب یک محدودیت طراحی اولیه باشد مشخص می شود. زمین وسیع‌تر مقداری از سطح را برای دسترسی بهتر دوده‌زا و فواصل تمیز کردن طولانی‌تر تغییر می‌دهد.

لوله های گل میخی باله های پیوسته را با پین های جوش داده شده جداگانه جایگزین کنید. گل میخ ها در بویلرهای زیست توده و انرژی زائد که در آن محتوای بالای کلر یا قلیایی در گاز دودکش باعث تسریع خوردگی لبه های پره های در معرض دید می شود، فلز کمتری را به جریان گاز تهاجمی نشان می دهند و در عین حال سطح موثر را گسترش می دهند.

جایی که لوله های پره دار در یک نیروگاه ظاهر می شوند

لوله های پره دار به یک جزء محدود نمی شوند - آنها در کل زنجیره بازیابی گرما ظاهر می شوند.

در اکونومایزرهای دیگ بخار لوله‌های پره‌دار مارپیچ فولاد کربنی، گرمای باقی‌مانده گاز دودکش را جذب می‌کنند و آن را به آب تغذیه ورودی منتقل می‌کنند و معمولاً مصرف سوخت را 2 تا 5 درصد در هر نصب کاهش می‌دهند. در سوپرهیترها و بخاری‌ها، فولاد آلیاژی یا پره‌های ضد زنگ در دمای بالاتر از 550 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند و قبل از برخورد بخار به توربین، آنتالپی اضافی را به بخار فشار می‌دهند. در مولد بخار بازیابی حرارت (HRSG) - جزء تعیین کننده قدرت سیکل ترکیبی - کل دیگ اساساً مجموعه ای از بسته های لوله پره دار است که به صورت سری مرتب شده اند تا حداکثر انرژی را از اگزوز توربین گاز در سطوح دمایی به تدریج پایین تر استخراج کنند.

انتخاب های هندسه که مهندسان بهینه می کنند

چهار متغیر کنترل می کنند که یک لوله پره دار واقعاً چه مقدار در سرویس ارائه می دهد:

• ارتفاع باله (معمولاً 6-25 میلی متر در برنامه های کاربردی) تعیین می کند که چه مقدار مساحت اضافی به هر متر لوله اضافه می شود.
• پیچ باله عرض خط گاز را تنظیم می کند. جریان گاز تمیز می تواند 200-300 باله در هر متر حمل کند. سوخت های با خاکستر بالا به 80 تا 120 پره در هر متر برای جلوگیری از مسدود شدن نیاز دارند.
• ضخامت باله (معمولاً 2 تا 4 میلی متر برای پره های فولادی جوش داده شده) عملکرد رسانا را در برابر وزن و هزینه مواد متعادل می کند.
• کارایی باله - نسبتی که شار حرارتی واقعی از باله را به حداکثر تئوری مقایسه می‌کند - باید از 0.85 برای سطح توسعه یافته تجاوز کند تا هزینه آن را توجیه کند.

اشتباه گرفتن این پارامترها در هر جهت هزینه دارد. پره زدن بیش از حد یک بسته لوله در محیطی با خاکستر بالا، رسوب زدگی را تسریع می کند و باعث قطعی های برنامه ریزی نشده می شود. زیر پره عملکرد حرارتی را روی میز باقی می گذارد و دمای پشته را بالاتر از حد مجاز افزایش می دهد.

رسوب: نشت کارایی که هیچ کس نادیده نمی گیرد

یک لوله پره دار که با یک لایه خاکستر 1 میلی متری روی سطح خود کار می کند، از دست می دهد 8-15٪ اثربخشی انتقال حرارت آن در مقیاس، این به طور مستقیم به افزایش صورت‌حساب سوخت و افزایش دمای خروجی گاز دودکش تبدیل می‌شود. اپراتورها رسوب را از طریق ترکیبی از دمنده های دوده در حین کار، پاک کننده های صوتی برای رسوبات خشک سبک و شستشوی آب در طول خاموشی های برنامه ریزی شده مدیریت می کنند. گام باله مشخص شده در مرحله طراحی، اولین خط دفاعی است - تطبیق عرض خط گاز با بارگذاری خاکستر پیش بینی شده سوخت، از ایجاد بدترین تجمع در وهله اول جلوگیری می کند.

با انتخاب مواد مناسب و برنامه تعمیر و نگهداری منظم، لوله های پره دار مارپیچی جوش داده شده در سرویس گاز تمیز به طور معمول بیش از 20 سال . در محیط های تهاجمی احتراق زباله های شهری، جایگزینی برنامه ریزی شده پس از 8 تا 12 سال انتظار واقعی تر است.

انتخاب مواد در سرویس با دمای بالا

لوله پایه و باله باید در معرض قرار گرفتن مداوم در برابر دماهای بالا، فشار چرخشی و ترکیبات خورنده دودکش-گاز به طور همزمان مدیریت کنند. فولاد کربنی (SA-179، SA-192) اکثر وظایف اکونومایزر را تا حدود 450 درجه سانتیگراد پوشش می دهد. فولادهای آلیاژی مانند T11 و T22 محدوده را تا حدود 580 درجه سانتیگراد برای سرویس سوپرهیتر افزایش می دهند. کارخانه های فوق بحرانی که در شرایط بخار بالای 600 درجه سانتیگراد / 300 بار کار می کنند به درجه های آستنیتی مانند TP347H یا Super 304H متکی هستند، در حالی که محیط های با کلر یا گوگرد بالا ممکن است به آلیاژهای نیکل مانند Inconel 625 برای جلوگیری از هدر رفتن سریع لوله نیاز داشته باشند.

یک رویکرد عملی صرفه جویی در هزینه در انتخاب لوله پره دار دیگ بخار دو فلزی ناهماهنگ است: یک لوله پایه فولادی کربنی که با باله های فولادی ضد زنگ جفت شده است. باله ها در برابر خوردگی نقطه شبنم در سطح بیرونی مقاومت می کنند - یک حالت شکست معمول در اکونومایزرهایی که سوخت های حاوی گوگرد را می سوزانند - در حالی که لوله فولادی کربنی فشار داخلی را با کسری از هزینه یک مجموعه کاملا آستنیتی کنترل می کند.

اثر خالص بر اقتصاد نیروگاهی

هر درصد از راندمان حرارتی بازیابی شده توسط تبادل حرارتی لوله پره دار مصرف سوخت را به طور متناسب کاهش می دهد. برای یک واحد 500 مگاواتی زغال‌سنگ که تقریباً 150 تن زغال‌سنگ در ساعت می‌سوزاند، بهبود بازده 3 نقطه‌ای هزینه‌های سوخت سالانه را میلیون‌ها دلار کاهش می‌دهد و تولید CO2 را با حاشیه‌ای مشابه کاهش می‌دهد. کارخانه های سیکل ترکیبی که از HRSG های لوله پره دار استفاده می کنند، در حال حاضر بازده کلی بالای 60 درصد را به دست می آورند - تقریباً دو برابر آنچه که توربین های گازی تک چرخه اولیه مدیریت می کردند - دقیقاً به این دلیل که فناوری لوله پره ای اجازه می دهد تقریباً تمام انرژی خروجی توربین به عنوان بخار مفید جذب شود.

مورد مهندسی برای لوله‌های پره‌دار در تولید برق پیچیده نیست: مساحت سطح بیشتر به معنای گرمای بازیابی بیشتر، سوخت کمتر و هزینه‌های عملیاتی کمتر در طول عمر چند دهه کارخانه است. چالش عملی در انتخاب هندسه، مواد و روش ساخت مناسب باله برای هر مجموعه خاص از شرایط عملیاتی نهفته است - تصمیماتی که تعیین می کند آیا یک بسته لوله پره دار به وعده حرارتی خود عمل می کند یا تبدیل به یک تعهد تعمیر و نگهداری می شود.