الأربعاء، 22 أبريل 2020

محطات التوليد دات الاحتراق الداخلي Internal Combustion Engines:محطات توليد الكهرباء الغازية

الشرح السابق:مكونات القسم الميكانيكي فى المحطات البخارية.

محطات التوليد دات الاحتراق الداخلي Internal Combustion Engines:

    محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي هي عبارة عن آلات تســتخدم الوقود الســائل ( Fuel Oil ) حيث يحرق داخل غرف احتراق بعد مزجه بالهواء بنسـب معينة ، فتتولد نواتج الاحتراق وهي عبارة عن غازات على ضـغط مرتفع تسـتطيع تحريك المكبس كما في حالة ماكينات الديزل ، أو تسـتطيع تدوير التوربينات فى حركة دورانية كما في حالة التوربينات الغازية .
    وهى نوعان : 
• النوع الثانى : مولدات الديزل.

1-محطات توليد الكهرباء الغازية :

       تعتبر محطات توليد الكهرباء الغازية حديثة العهد نســبيا ، ويعتبر الشــرق الأوسـط من أكثر البلدان اســتعمالا لها ، وهي ذات ســــــعات مختلفة من 1 ميجاوات إلى 250 ميجاوات (وحدات سيمنس الجديدة تصل إلى 400 ميجاوات) ، و تستعمل عادة عند زيادة الحمل .
      و يعمل التوربين الغازي على أنواع كثيرة من الوقود ، فهو يعمل على الغاز الطبيعي وعلى الديزل والجازولين وحتى على النفط الخام ، و من مزاياه ســرعة التشغيل (عدة دقائق) بعكس التوربين البخاري الذي يحتاج إلى تجهيز وإعداد لعدة ساعات. ومن مزاياها أيضا أنها لا تحتاج لعمالة كثيرة ، وتشغل حيزا أصغر من المحطات البخارية.
     ولكن يعيب هذه المحطات احتياجها لكميات كبيرة من الوقود وانخفاض كفاءتها مالم تكن جزءا من محطة دورة مركبة. إضـــــافة إلى أن عمرها الافتراضى (15 : 25) سـنة ويعتبر صـغيرا نسـبيا مقارنة بالبخارية.

1-مكونات محطات التوليد الغازية :

      الأجزاء الرئيسية التي تتكون منها محطة التوليد الغازية تظهر فى الشـكل أسفله. و فيما يلى سنشرح أجزائها بصورة تفصيلية:


1.1 الكباس الرئيسي للوحدة :

       يعتبر كباس الهواء الرئيسي  Air Compressor  هو المحطة الأولى لدخول الهواء اللازم لإتمام عملية الاحتراق ، حيث يدخل إليه الهواء بضغط 1 بار ويقوم هو بضغط الهواء في مراحل متعددة تصل إلى 16 مرحلة فى بعض الأنواع حتى يصل الضغط  إلى 5.10 بار تقريبا ، ثم يدخل الهواء إلى غرف الاحتراق فى المرحلة الأخيرة ليختلط مع الوقود وتتم عملية الاحتراق كما في الشكل
 .

ملحوظة:  يدخل الهواء أولا إلى الوحدة عن طريق الكباس الرئيسـي من خلال مجموعة من الفلاتر التي تعمل على تنقية الهواء الداخل إلى الكباس لان دخول الأتربة على ريش الكباس سـتتسـبب فى تدمير الريش ، ويوجد أيضا نظام للتنظيف الذاتي يقوم بتنظيف فلاتر الهواء من الأتربة المتراكمة فيها . 

1.2 غرفة  الاحتراق:

      وفيها يختلط الهواء المضغوط الآتي من مكبس الهواء مع الوقود و يحترقان معا بواسطة وسائل خاصة بالاشتعال. وتكون نواتج الاحتراق من الغازات المختلفة على درجات حرارة عالية جدا و ضغط مرتفع. 
     يدخل الهواء إلى غرف الاحتراق الداخلي الموضوعة بشكل حلقى Annular ب حيث يقوم الهواء بعمل وظيفتين :

    • الاختلاط مع الوقود لإتمام عملية الاحتراق .
    • تبريد الجدران المحيطة بالغرفة.

   و الغرفة لها جدار داخلي يتكون من بلاطات مقاومة حراريا ثم مدخل الهواء الخارج من الكباس ثم نظام الوقود ويوجد على الغرفة نظام بادئ الإشعال Ignition system  كما يوجد نظامين للحريق وهما Diffusion و الـــ Premi.
   يقوم محول بادئ الإشعال بإعطاء إشارة الإشعال على المواقد Burners في نفس الوقت التي تقوم فيه المواسير الخاصة بالإشعال بإخراج الغاز إلى أن يتكون الحريق الأساسي Flame Main "
    وفي بداية تشغيل الوحدة يكون نظام الحريق Diffusion وهو عبارة عن لهب طويل ومركز يمر من أعلى نقطة في غرفة الحريق بعد الموقد إلى قرب نهاية الغرفة ليضمن وجود حريق في جميع أنحاء الغرفة .
   وبعد أن تدخل الوحدة على الشبكة عند تردد 50 هرتز RPM 3000 وترتفع الميجاوات للوحدة تزداد درجة الحرارة إلى أن تصل إلى 470 درجة وعندها يتم التحويل من نظام الحريق Diffusion إلى نظام الحريق premix. 

نظام الحريق : Premix:

    هو لهب قصـير وموزع بانتظام على الغرفة و يقوم بعملية الاحتراق دون أن يؤثر على الغرفة كنظام الـــ Diffusion وهو يدخل من بعد درجة حرارة 470 درجة إلى أن تصل الحرارة إلى 500 درجة وهي أقصى درجة حرارة تتحملها الوحدة.
    بعد أن تتم عملية الاحتراق داخل غرفة الاحتراق الداخلي نتيجة خلط الهواء المضغوط بضغط عالي مع الوقود ســــواء كان هذا الوقود وقودا ً غازيا او وقودا ســائلًا تكون نواتج الاحتراق غازات  بدرجة حرارة تصـــــل إلى 1050 درجة مئوية ومضـغوطة بضغط عالي قد يصـــــل إلى 10.5 بار عنـدهـا تـدخـل هـذه الغـازات إلى التربينـة حيـث يحـدث تمـدد لهـا داخـل التربينـة وتبـدأ التربينـة في الدوران .

1.3 التربينة الغازية   Gas Turbine:

     و هي عبارة عن تربينة محورها أفقى (الشكل اسفله) مربوط من ناحية مع محور مكبس الهواء Air compressor  مباشـرة و من ناحي ة أخرى مع المولد الكهربي فتدخل الغازات الناتج ة عن االحتراق في التوربين فتصطدم بريشها الكثير ة العدد من ناحي ة الضغط المنخفض وتخرج إلى الهواء عن طريق المدخن .

    يتصـــل المولد الكهربائي مع التوربين بواســـطة صـــندوق تروس لتخفيف السـرعة لأن ســـرعة التوربين عالية جدا بالنســـبة لســـرعة المولد.
   و المولد الكهربائي يســـتخدم لتحويل الطاقة الميكانيكية الناتجة عن دو ران الـــ shaft بين التوربين و المولد الكهربائي إلى الطاقة الكهربائية. وسنعرض بمزيد من التفصيل للمولد فى الفصل الخاص بالقسم الكهربائى فى المحطات.

1.5 الآلات والمعدات المساعدة للتربينة الغازية:

    تحتاج محطات التوليد الغازية إلى بعض المعدات و الآلات المساعدة مثل: 
1 -مساعد التشغيل الأولى ، وهو إما محرك ديزل أو محرك كهربائي 
2 -وسائل مساعد ة على الاحتراق 
3 -آلات تبريد مياه لتبريد المحطة 
4 -معدات قياس الحرارة والضغط في كل مرحلة من مراحل المحطة 
5 -معدات القياس الكهربائية المختلفة مثل: الأميتر - الفولتميتر – الواتميتر.

1.6 طريقة البدء فى الحمطات الغازية :

     فى المحطات الغازية لا يتم عمل إشعال Fire للغاز الداخل على المولد من الثبات (بمعنى لا يبدأ الاحتراق إذا كانت التربينة لم تبدأ الدوران بعد) ، ولكن يتم تشغيل المولد باستخدام Starting Motor منفصل ، ويبدأ المولد يبدأ العمل كـــموتور ثم بعد الوصول لسرعة 550 لفة فى الدقيقة تقريبا يتم عمل Fire ودخول الغاز على التربينة.

ملحوظة:

   البلاد التى تعتمد على استيراد الغاز لتشـغيل محطات الكهرباء بها يجب أن تتوافر لديها البنية التحتية الخاصة بإعادة تحويل الغاز المسال الى حالته الغازية Regasification ، و هذه البنية الأساسية تشمل إنشاء ميناء ومحطات تخزين (هناك أنواع من السفن تعمل كمصنع متحرك لإسالة الغاز المستورد وتستأجرها بعض الدول لحل أزمة الغاز فى محطات الكهرباء لديها).

1.7 صمامات طرد  الهواء BLOW OFF VALVES:

    لإيقاف الحمل على ضـاغط الهواء Compressor في التربينة الغازية أو لإيقاف التربينة يتم فتح صـمامات تســمى صـمامات طرد (نزف) الهواء والتي بدورها تقوم بطرد الهواء إلى خارج الضــاغط ليكون حمل الضـاغط أقل من %30 . 
   والهدف من ذلك تفادى حدوث surge في الضاغط بســبب اختلاف عزم الضاغط وعزم التربينة ، ويتم تمرير الهواء المطرود إلى مجرى العادم. مع ملاحظة أنه إذا حدث زيادة فى فرق الضغط ما بين فلاتر الكباس و مدخل الكباس فسـيؤدى ذلك إلى وجود ضغط عكسي pressure Back يمكن أن يعمل على تدمير ريش الكباس الرئيسي.


ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق