القسم الميكانيكي في المحطات البخارية

الهدف الرئيسي من هذا القسم هو تحويل الطاقة الحرارية الكامنة في البخار إلى طاقة حركية . وتتحول هذه الطاقة الحركية بعد ذلك إلى طاقة كهربية .
المكونات الأساسية للقسم الميكانيكي :-
1/ الغلاية بملاحقاتها
2/ التربينة البخارية بملحقاتها
3/ المكثف ومساعدات المحطة
1/الغلاية ( BOILER ) :-
الغلاية عبارة عن مبنى معزول حراريا يتكون من عدة (ثلاث) طوابق وهو أكبر مبنى بالمحطة ، ويتميز بوجود مداخن عالية لخروج عوادم الاحتراق . وتعمل الغلاية على توليد البخار المحمص ذو الضغط العالي ، عن طريق حرق الوقود .

و يختلف شكل الغلاية باختلاف الوقود المستخدم ، و يكون البخار الناتج عند درجة 540درجة مئوية تقريبا و يكون ضغطه فى حدود 160بار . تعمل على توليد البخار المحمص ذو الضغط العالي ، عن طريق حرق الوقود . ولكل وحدة توليد غلاية خاصة بها ، وبالتالي يمكنك معرفة عدد وحدات التوليد بأى محطة من عدد المداخن العالية بها.

ملحقات الغلاية :-

1/ الفرن (Furnace ) 

2/ الدرم Drum

3/ الموفر Economizer

4/ المسخنات Heaters

5/ Dearator

6/المدخنة Chimney

الفرن Furnace:-

كل غلاية تحتوي على فرن متعدد الوقود يتم تشغيله إما بالمازوت أو بالغاز الطبيعي.
درجة حرارة الفرن تصل إلى 1500درجة مئوية.
الفرن يحتوي على عدد من الحارقات يصل فى بعض المحطات إلى 18حارق مثبتين في جدار الفرن ومقسمين إلى ثلاث مجموعات كل مجموعة في طابق.
كل حارق يحتوي على أداة إشعال تستخدم لبدء تشغيل الفرن وتستخدم أداة الإشعال السولار كوقود لبدء التشغيل.
كل وحدة تحتوي على مروحتين Draft Fansوهما المسئولتان عن إمداد عملية الاحتراق بما تحتاجه من هواء مضغوط .

لابد للمحطة من الاحتفاظ بكمية كبيرة من الوقود مخزنة فى خزانات . وتكون مواصفات خط تغذية المحطة بالغاز الطبيعى فى حدود قطر 30بوصة وضغط الغاز 20بار . وفى الغالب سيكون هناك خط أو خطين آخرين لتوصيل النوع الثانى من الوقود (مازوت مثلا ) 

الدرم Drum :-

وهو عبارة عن وعاء أسطواني ضخم يتم من خلاله فصل قطرات الماء عن البخار عن طريق إمراره على ألواح مائلة ، ويحتوى الدرم على ست فتحات سفلية من خلالها يتم سحب المياه إلى أنابيب على جدار الفرن والتي تكون مرتبة بحيث تغطى معظم الجدار الداخلي للفرن كما توجد أربعة صمامات للأمان تفتح في حالة زيادة الضغط داخل الدرم كما توجد في الدرم فتحة دخول للصيانة

الموفر Economizer :-

الغازات والعادم التي تنتج من الاحتراق داخل الغلاية تكون درجة حرارته عالية فيقوم الموّفر باستخدام هذه الغازات في تسخين المياه تسخيناً مبدئياً قبل دخوله إلى الغلاية حتى نقلل من كمية الوقود المستهلكة داخل الغلاية.

المسخنات Heaters :-

يوجد لدينا نوعان من المسخنات :

 Low Pressure Heaters -1 :-

وهي ضمن مجموعة المسخنات المبدئية للماء قبل دخولها إلى الغلاية وتستخدم في عملية تسخين الماء عن طريق استغلال حرارة البخار المستنزف ( exhausted steam) وهو البخار الذى خرج من تربينة الضغط المنخفض ولايزال يحتفط ببعض الحرارة ، فنستفيد من هذه الحرارة فى تسخين الماء قبل مروره على ال (deaerator) 

 2- High Pressure Re-Heaters:-

وهذه يتم من خلالها يتم تسخين الماء عن طريق البخار المستنزف من تربينة الضغط المنخفض وتربينة الضغط العالي .

Dearator:-

الدور الأساسى لل Dearator هو نزع الأكسجين و ثانى أكسيد الكربون وغيرهما من الغاذات الأخرى ا التى قد تكون مذابة فى الماء الداخل على الغلاية والذى يمكن ان يسبب حدوث عمليات الصدأ فى المكونات المعدنية. 

المدخنه Chimney:-

تكون المدخنة اسطوانية الشكل مصنوعة من الطوب الحراري ومرتفعة جدا كى تعمل على طرد الدخان و الأبخرة السامة إلى الهواء على ارتفاع عالي بعيدا عن العمال و البيئة المحيطة بالمحطة . ونظرا لخروج العادم من الغلاية عند درجة حرارة عالية تصل إلى 390درجة مئوية مما يؤدي إلى زيادة التلوث الجوي بالإضافة إلى كونه عادما يحتوي على كميات هائلة من غاز اول أكسيد الكربون ، فإننا نلجأ إلى إمرار العادم على Air Pre-heaterحيث يستفاد من درجة الحرارة العالية في تسخين الهواء قبل دخوله للغلاية كما ذكرنا حين الحديث عن الموفر ، Economizerوبعد ذلك نمرر العادم النهائي على مرشحات Filtersلاستخلاص الغازات الضارة منه قبل الخروج من المدخنة ذات الارتفاع الشاهق. ودرجة حرارة العادم فى النهاية تخرج عند درجة لا تتعدى 100درجة مئوية ، والا فإن الوحدة يمكن أن تخرج بسبب ارتفاع ححرارة العادم

2/ التربينة البخارية Turbine :-

هى الجزء المسئول عن دوران عمود المولد عن طريق تمدد البخار المحمص الذى يدخل لتدوير التربينة على ضغط عالي وحرارة عالية. وتتكون من عدد من الريش تتحرك بشكل دائري حول محورها و موصلة ميكانيكيا بالمولد حيث يدور المولد بنفس سرعة التربينة ، لذلك يجب أن تدور التربينة بسرعة ثابتة حتى يظل التردد ثابت على المولد .

والتربينة مقسمة إلى ثلاثة أقسام:
تربينة الضغط العالي .
تربينة الضغط المتوسط.
تربينة الضغط المنخفض.
وكل قسم فى التربينة يكون عبارة عن عدة دوائر عليها زعانف  ، و يدخل البخار المرحلة الأولى بضغط 160بار ، ودرجة حرارة 540مئوية ، ويخرج البخار بعد المرحلة الأولى إلى الغلاية مرة أخرى ليكتسب مزيدا من الطاقة ، ثم يعود ليدخل المرحلة الثانية على ضغط 40بار ونفس درجة الحرارة. ويدخل على التربينة ما يقرب من 800طن بخار بالساعة.

نظام التزييت في التربينة :-

يوجد خلوص (فراغ) بين التربينة وجسمها ، ويتم ملأ ذلك الفراغ بالزيت لمنع الاحتكاك وتجنب الحرارة العالية ، والمساعدة على تبريد هذه الأجزاء وكذلك تساعد على سهولة حركة عمود التربينة . ويوجد نظام خاص بالتزييت يتكون من خزان زيت يحتوى بداخله على الزيت ، ومضخات رئيسية مركبة على عمود التربينة وتعمل على سحب الزيت من الخزان ودفعه إلى أماكن معينة بالتربينة ، كما يوجد أيضا مضخات مساعدة تستخدم في بداية التشغيل ويوجد أيضا مضخة الطوارئ التي تعمل عند انقطاع التيار الكهربي عن الوحدة حيث تقوم بسحب الزيت من الخزان وتدفعه إلى مجمع الزيت بعد مروره بمبردات الزيت. وهذا النظام يعتبر من الأنظمة الحرجة فى المحطة ، وحدوث أى مشكلة فيه تؤدى إلى توقف الوحدة تماما.

عملية تدوير التربينة :-

يجب بقاء عمود إدارة التوربين مستقيما خلال فترات توقف الوحدة عن العمل ، والسبب في ذلك أنه عند إيقاف عمود دوران التربينة نجد أن النصف السفلى من العمود يبرد بمعدل أسرع من النصف العلوي وهذا يؤدى إلى حدوث إلتواء أو إنحناء في عمود دوران التربينة ، ولذلك يتم دوران عمود التربينة ببطء حتى تتساوى درجة الحرارة على جميع نقاط العمود من أعلى ومن أسفل.

3/ المكثف و مساعدات المحطة :-

المكثف Condenser :-

وهو المسئول عن تكثيف البخار الخارج من التربينة قبل أن يضخ مجددا للغلاية حيث أنها تقوم بخفض ضغطه ودرجة حرارته عن طريق مياه تبريد تسحب من النهر.

وفكرة عمل المكثف هو أنه يأخذ المياه الباردة من المحيط أو البحر أو النهر ويمر البخار المراد تكثيفه فى مواسير تمر عليها هذه الكمية من المياه الباردة - فى مواسير أخرى - وعن طريق التبادل الحراري يكتسب الماء البارد الحرارة الموجودة فى البخار . دورة التبريد دورة مفتوحة أى أن الماء يتغير بشكل مستمر حتى يطرد الحرارة التى اكتسبها فى النهر أو البحر ثم ينتقل البخار المكثف إلى المضخة الذي يعيد ضخه للغلاية.

 وفى حالة عدم وجود مصدر مائى للتبريد (نهر مثلا ) يمكن استخدام أبراج التبريد .

مساعدات المحطة :-

وهذه عبارة عن عدد كبير من المضخات و الأجهزة الميكانيكية مثل أجهزة قياس الضغط ، و درجة الحرارة في كل مرحلة و بعض الأجهزة الكهربية مثل أجهزة قياس فرق الجهد ، وأجهزة قياس التيار ، وقياس القدرة و غيرها . وهناك عدة أنواع من مضخات المياه بالمحطات فمنها المضخات التى تقوم برفع ضغط الماء إلى قيمة عالية ليتم تسخينه تحت الضغط المرتفع ويتحول إلى بخار محمص ، ومنها مضخات سحب الماء من البحر/النهر ، إلخ . ومنها طلمبات التغذية Feeding Pumpsالتى تعمل على ضغط 225-180بار ، وهذا الضغط يمكن المياه من الوصول للغلاية. وغالبا تكون  3طلمبات اثنان منهم يعملان بالبخار والثالثة تعمل بالكهرباء كاحتياطى.