بهينه­ سازي آب­ بندهاي ایرهیترهای نيروگاه با روش برسي

بهينه­ سازي آب­ بندهاي ایرهیترهای نيروگاه با روش برسي

 

یکی از اساسی ­ترین قسمت­ هاي بویلر با سوخت فسیلی، پیش­گرم­ کن هواست که ارزیابی و بهینه­ کردن عملکرد آن، در بهر­ه وري بویلر نقش اساسی دارد. کاهش نشتی ­هاي داخل با استفاده از سیستم ­هاي آب ­بندي مدرن، در کیفیت هواي احتراق، راندمان احتراق و عملکرد مناسب فن هوا مؤثر است. وجود ژونگستروم در یک بویلر بزرگ تا 10% در راندمان آن تأثیر دارد. عملکرد ژونگستروم به قدري حیاتی است که اگر دماي گاز خروجی تا c6 تغییر کند، صدها تا هزاران دلار در سال در قیمت سوخت مصرفی بویلر تأثیر می­گذارد. مزیت اساسی ژونگستروم، قیمت پایین آن نسبت به سایر هیترهاست. نشتی­ هاي داخل ژونگستروم بیشترین تأثیر را در عملکرد آن دارد. خوردگی و رسوب­گرفتگی ژونگستروم، تشکیل ترکیبات شیمیایی مانند سولفات آلومینیوم و… نیز علاوه­بر افزایش مصرف انرژي، در افزایش اختلاف فشار دوطرف آن مؤثر بوده و همچنین هواي موردنیاز بویلر را محدود می­کند.

تاریخچه ایرپریهیترها (ایرهیتر)

دستگاه پیش­گرم­کن هوا براي استفاده بویلرها در سال 1925 میلادی توسط فردریک ژانگسترم سوئدی اختراع شد. اولین کاربرد صنعتی طرح فردریک، کاهش 25 درصدی مصرف سوخت بویلر بود. امروزه پیش­گرم­ کن­ ها حدود 20% نرخ انتقال حرارت را انجام می­دهند.

موثرترين کارکردهای بويلر

• هوای اضافه؛
• کربن سوخته­ نشده؛
• رطوبت موجود در سوخت؛
• دمای گاز دودکس؛
• راندمان بویلر.

دمای گاز دودکش و راندمان بویلر با عملکرد ایرهیتر ارتباط دارد. در ساخت یک بویلر، ایرهیتر تنها 2% سهم سرمایه­ گزاري داشته، ولی بالغ بر 12% در راندمان آن تأثیر دارد.

قانون کلی: هر 20 درجه کاهش دمای گاز خروجی از ایرپریهیتر، 1% راندمان بویلر را افزایش داده و باعث کاهش مصرف سوخت می­شود.

 

نتایج عملکرد مناسب یک APH

• بهبود عملکرد FDF و IDF؛
• احتراق كامل و عملكرد مناسب مشعل­ ها؛
• افزايش ظرفيت توليد بويلر؛
• كاهش مصرف سوخت؛
• كاهش هزينه­ هاي توليد؛
• كاهش آلودگي هوا؛
• كاهش آسيب به سيستم ­هاي اندازه­ گيري هوا.

مهمترين پارامتر ارزيابي يك ايرهيتر، نرخ نشتي و راندمان حرارتي آن است. نرخ نشتي، به تنظيمات و عملكرد آب­ بندي­ ها و راندمان، به وضعيت بسكت­ هاي آن مربوط است.

نشتی

وقتی هوای ورودی، به سمت دود خروجی از هیتر متمایل می­شود، نشتی اتفاق می­افتد که علت اصلی آن، اختلاف فشار بین هوا در بخش ورودی هیتر با دود خروجی از آن است. یعنی هوا بدون آنکه وارد هیتر شود، با دودکش خارج می­شود.

شاخص نرخ نشتی

این شاخص، تعیین­ کننده میزان درصد خروج هوای ورود به هیتر و نشت آن بوده که پارامتری منفی­ست. براساس استاندارد ASME 4.3PTC  این میزان باید حدود 10-6 درصد باشد و انحراف از این میزان باعث افزایش سوخت مصرفی، کاهش راندمان بویلر و افزایش هزینه­ های تولید می­شود.

به ازاي هر تن زغال­سنگ سوخته­ نشده در هر مگاوات توليدي، 2.86 تن گاز دي­ اكسيدكربن منتشر مي­ شود.

سيستم آب­ بندي برس سيمي قابل انطباق ثبت­ شده توسط شركت Sealeze آمريكا، نوعی آب­بندي قابل انطباق با دوام بيشتر و مؤثرتر و با قيمت پايين نسبت به آب­ بندي­ هاي APH را فراهم کرده است.

سيستم ­هاي مرسوم آب­بندي هوا به گاز مورد استفاده در ایرهیترهاي دوار، نسبت به ساختمان باندهاي فلزي که در اولين آب­بندي ژانگسترم ایرهیتر مربوط به قرن گذشته استفاده می­شدند، كمتر تكميل شده­اند. اين آب­بندهاي باندهاي فلزي، بیشتر براي آب­بندي شعاعي، محوري و پيراموني در معرض گازهاي خوردنده و دماهاي بالاي متناوب، مناسب هستند.

مزیت آب­بندهای برسی به آب­بندهای سیمی، قابلیت انعطاف­ پذیری آنها در مقابل انطباق­ هاست. آب­بندهاي باندهاي فلزی، خم ­نمی ­شوند و به ­طور دائم مي­ شكنند. به همین دلیل، آب­ بند صدمه­ دیده و این مشکل به­ طور بالقوه باعث آسيب ­رساندن به APH و توقف روتور می­ شود.

آب­ بندهاي باند فلزي نشان­ داده ­شده در تصوير سمت چپ، صلب است و سایش در آنها به­ سرعت اتفاق می­افتد. تبديل فضاي آب ­بندي كوچك به بزرگ، باعث نشتي بيش ­ازحد مي شود. آب­بندي برسي جديد در تصویر سمت راست نشان می­دهد كه تنها مقداري از برس ­هاي آب­بندي آن ازبین رفته است. خاصيت انعطاف­ پذيري برس سيمي نشان­ داده­ شده، اجازه مي ­دهد تا آب­بند برای اطمينان از آب­ بندي در فضاهاي بزرگ­تر در ابعاد فضاهاي كوچك، منحرف­ شده و سپس دوباره به وضعيت قبلي خود بازگردد.

آب­بندها و نگه­دارنده برس ­های آب­بندي انطباق­پذير كمپانيSealeze power  از فولاد زنگ ­نزن ساخته ­شده­ اند تا به ­راحتي در مقابل خوردگي دماهاي بالای محيط­ هاي APH  مقاومت کنند. این برس ­ها از تأثيربخشي طولاني پس از خراب­ شدن آب­بندهاي مرسوم يا اساساً ازبين ­رفته نگهداری می­کنند.

تکرار انبساط­ های حرارتی و ساختمان­ های با روتورهای بزرگ (اغلب بالای 20 متر طول در قطر و یا بیشتر) در APHSها عموماً باعث ايجاد فضاهاي آب­بندي نامنظم بزرگ مي­شود. در دماهای بالا ممکن است کارکرد لبه­ های خارجی APHS، به اندازه 3 اینچ با بیشتر از حالت سرد، ضعیف شوند و ازبین بروند. سایش باندهای فلزی (انحراف و یا شکستن) برمبنای کوچک­ترین اندازه­ه فضاهای آب­بندی است. بنابراین، اجازه آب­بندی فضاهای بزرگ را نمی­دهد. نرخ نشتی برای آب­ بندی­ هایی که به­ صورت صحیح طراحی­ و نصب ­شده­ اند باید 10% و یا کمتر باشد. آب­بندهای باندهای فلزی صدمه ­دیده و یا فرسوده می­توانند این نرخ نشتی را 15 تا 20 درصد و یا بیشتر نشان دهند. نرخ­ نشتی در آب­بندهای باند فلزی، تا 30% نیز غیرمعمول نیست.

آب ­بندي­ هاي برسي انطباق­ پذير شامل هزاران رشته برس از يك آب­ بند بي­ نقص هستند که درجه مقاومت با سايش بالايي را به­ وجود مي­ آورند. درجه مقاومت بالا، عمر طولانی و عدم بازگشت خم ­  شدگي، در آب­بندهاي باند فلزي وجود ندارد. هر رشته برس مستقل و انطباق ­پذير، برای مطابقت با هرگونه بي­ نظمي و تغييرات در فضاهاي خالي آب­بندي و بازگشت به وضعيت اوليه، قابل خم ­شدن است. يك آب­بند مؤثرتر نگهداري­ شده، 2 تا 5 برابر نسبت به آب ­بند باند فلزي عمر می­کند؛ یعنی بيشتر از مضرب خروجي سيكل­ هاي آن.

انطباق ­پذيري و هماهنگی آب­بند با سوت­بلاورها کاملاً آشکار است. تأثیر آب­بند برس سیمی انطباق­ پذیر، پس از 135 روز استفاده از سوت­بلاورها با فشار بالای PSI175 در شکل زیر نشان داده شده است.

در سيستم آب­بندي برس سيمي انطباق­ پذير sealeze برای APH دوار، از برس و نگهدارنده با جنس  استنلس استيل (و يا مواد مناسب دیگر) با گزينه ­ها و ویژگی ­های مختلف استفاده می­ شود. طراحی منحصر به ­فرد نگهدارنده کمپانی Sealeze به صنعت گران این امکان را می­دهد تا برس ­های آب­بند را به­ راحتی با نمونه­ های قبلی جایگزین کنند.

 

برس جديد را مي­توان بدون نياز به تنظيم دوباره كليرنس و اندازه ­هاي آب­بندي درون نگهدارنده نصب کرد.

مزیت مهم اين ویژگی، صرفه­ جويي در زمان و امكان حذف نا هم راستايي فضا هاي خالي است.

براي آب­ بندي مسيرهاي نشتي هوا به گاز و گاز به هوا، انواع آب­بندي­ هاي محيطي، محوري، شعاعي و روتور پست در دسترس هستند. آب­بندي­ هاي برسي، انتخابی مناسب برای جايگزيني آب­بندي­ هاي نوار هاي فلزي براي محيطي، شعاعي و محوري هستند. هر برس از هزاران تار (سيم) با فلز مقاوم دربرابر خوردگي و سایش، مقاوم دربرابر حرارت بالا، قابل انعطاف و بازگشت خم ­شدگي تشکیل شده است. هر سيم به­ طور مستقل انحراف مي­كند و با بي ­نظمي­ ها و اختلافات موجود در فضاهاي خالي آب­بندي مطابقت می­كند، سپس به ­حالت اوليه خود برمی­گردد. کشش ذاتي موجود در طراحي برس به­دليل تنش­ هاي تغيير شكل تحت تغيير شكل باعث كاهش ميزان كشيده ­شدن و سايش در آن مي­گردد. این برس از هزاران سيم انعطاف ­پذیر از جنس فولاد زنگ ­نزن كه به ­طور مستقل درون يك غشا هستند، تشکیل شده است. اين عضوهاي انطباق ­پذير، براي انحراف و مطابقت با هرگونه بی نظمي و اختلافات فضاهاي خالي و بازگشت به موقعيت اصلي جهت اطمينان از نگهداري آب­بندي محكم طراحی ­شده­اند. اين اعضا، قدرت آب ­بندي برس را بدون فداكردن انعطاف پذيری آب­بند تا 80% افزايش مي­دهند.

مقايسه باند فلزي با آب­بند برس

مقایسه آب­بندي فرسوده باند فلزي با يك آب­بندي برسي نو نشان می­دهد که آب­بندي برسي، انعطاف ­پذير بوده و با فضاهاي كوچك قابل انطباق است. این نوع آب­ بندی می­ تواند به موقعيت اولیه خود براي فضاهاي بزرگ­تر برگردد. آب­ بند باند فلزي ساده ساييده­ شده، براساس كوچك­ترين فضاهاي آب­بندي و فضاهاي آب­ بندي بزرگ­تر، آب­ بندي نمي­ شود.

استفاده از برس انعطاف­ پذير ساخته ­شده براي فولاد چكش ­خوار آستنيتي (فولاد زنگ­نزن سری 300) جاگرفته­ شده با سيم­ هاي برسي، به مقدار 70 تا80 درصد و بدون فداكردن كلي آب بندي انعطاف­ پذير، نشتی را کاهش می­دهد.

یکی از عوامل طراحي صحيح آب­ بندي، ضرورت نصب آسان آن است. طراحي صورت­ گرفته توسط كمپاني، امكان جايگزيني سريع آب­بندي­ هاي فرسوده با قيمتی كمتر از (Sealeze) آب بندي­ هاي ديگر را می­دهد.

آب­ بند هاي برس سیمی APH کمپانی Sealeze مانند آب­بندهایOEM  از فولاد زنگ ­نزن با فضای کمتر ساخته شده­اند. طراحي كاتريج آب­ بند تعويض ­شونده زمان تعويض آب­ بندها اجازه مي­ دهد كه آنها سريع و راحت جا به ­جا شوند.

قطعا برس آب­ بندی در آینده می­ تواند در نصف زمان موردنیاز نسبت به آب­بند OEM جابه­ جاشده و باعث کاهش هزینه­ ها شود. در اینجا فقط برس جا به­ جا مي­ شود نه نگهدارنده؛ زيرا نگهدارنده باقيمانده در زمان محاسبه­ شده فرآيند هم راستا سازي ازبين مي ­رود. با این سيستم، نگهدارنده برای نصب و قفل ­شدن در محل حاضر است. سيستم سريع قفل ­شونده آب بندي برسي با اطمينان كامل، برس آببندي را هنگام سرويس در جاي خود نگه می­دارد، اما در تريپ­ هايAPH  برس ­ها سریعاً با نمونه نو تعويض مي­شوند بدون آنكه تنظيمات فضاهاي آب بندي ازبين برود. وسايلی مورد نیاز برای جا به­ جايي آب ­بندي برسي، یك پيچ­ گوشتي و يك انبردست است. برای این کار به سنگ­ زني و جوش كاري نیازی نیست.