سوپر هیتر در بویلر

تعداد بازدید: 5138
شنبه 15 فروردين 1394

سوپرهیتر (superheater) مبدلی است که بخار خشک تولید می کند، وظیفه سوپر هیتر تولید بخار خشک از بخار اشباع می باشد. این مبدل می تواند قسمت ثانویه ای در داخل بوده و یا به صورت سوپر هیت جداگانه باشد. همچنین سیال گرم کن می تواند گاز های خروجی مشعل بوده و یا اینکه مشعل جداگانه ای تعبیه شود. سوپر هیتر راندمان کلی سیکل را برای ممانعت از کندانس شدن در آخرین مرحله توربین که باعث جلوگیری از خوردگی پره ها می شود بالا می برد.

سوپر هیتر

 

تاثیر سوپر هیت کردن در سیکل رانکین

در این روش گرمای گازهای احتراق در کوره برای حذف رطوبت در بخار و فوق گرم شدن بخار مورد استفاده قرار می گیرد. سوپر هیتر عموما تعداد زیادی لوله موازی در مدار گردش خود دارند که با یک سری لوله اگزاست در تماس هستند. بخار با دریافت گرمای گازها با 3 روش جا به جایی، تشعشعی و یا ترکیبی از این دو فوق گرم می شوند که البته از بین این سه روش، روش انتقال حرارت ترکیبی نسبت به روش های دیگربه دلیل حفظ درجه حرارت ثابت در رنج های مختلف بار، نتیجه مطلوبتری را دارا می باشد.

نمودار انواع روش های تبادل حرارت سوپر هیتر بسته به نرخ بخار ورودی و دما خروجی

 

سوپر هیتر تشعشعی و جابجایی
سوپر هیتر تشعشعی و جابجایی

یکی از روش های دسته بندی سوپر هیتر ها بر اساس روش سوپر هیت شدن آن هاست که به شکل زیر می باشد:

در واقع سوپر هیتر ها خود به دو دسته کلی تقسیم میشوند، سوپر هیتر هایی که با جریان گاز های احتراقی بویلر فرآیند سوپر هیت شدن را انجام می دهند و دسته دیگر سوپر هیتر هایی می باشند که عمل سوپر هیت شدن را مستقل از بویلر انجام می دهند.

سوپر هیتر ها از لحاظ نحوه انتقال حرارت به انواع: جابه جایی،تشعشعی و یا ترکیبی از این دو دسته بندی می شوند.

در سوپر هیتر های جابه جایی سوپر هیتر در مسیر گازهای داغ و در بالا و یا پایین محفظه آب قرار می گیرد تا از برخورد مستقیم با شعله در آن ها جلوگیری شود . عواملی که در این نوع از سوپر هیتر ها موجب افزایش انتقال حرارت می شود: 1. افزایش جریان سوخت و هوا که در نتیجه موجب افزایش گاز های حاصل از احتراق می شود. 2. افزایش نرخ دبی جرمی بخار

*سوپر هیتر های جابه جایی برای محدوده های دمایی پایین و بار بالا مورد استفاده قرار می گیرند.

 نوع تشعشعی آن مسقیم در محفظه احتراق و در تماس با کوره قرار داده می شود و نوع فلز آن می بایست فلز دما بالا باشد. در مدل تشعشعی انتقال حرارت با   Tf4-Tw4   ارتباط مستقیم دارد  که در  آن Tw  دمای مطلق دیواره لوله و Tf دمای مطلق شعله می باشد . دمای شعله از دمای دیواره لوله بیشتر بوده و در نتیجه میزان انتقال حررات مستقیم به دمای شعله بستگی دارد. به هر میزان که دبی بخار افزایش یابد دمای دیواره بالا رفته و دمای خروجی کاهش می یابد. در نوع تشعشعی سطح حرارتی کمتری مورد نیاز می باشد .

*این مدل از سوپر هیتر ها در دماهای بالا و بار های کم مورد استفاده قرار می گیرند.

سوپر هیتر ها ترکیبی به دلیل ثابت بودن دما در نرخ های مختلف جریان بخار از لحاظ راندمان کاری بهره وری بالاتری را به همین دلیل دارا می باشند. به سوپر هیتر های ترکیبی چند مرحله ای نیز گفته می شود و دمای ثابت در نج های مختلف بار را تضمین می کند.

عوامل تاثیر گذار در روند کاری سوپر هیتر ها:

تعدادی از پارامترهای خاص در کنار هم قرار می گیرند و موجب می شوند که یک سوپر هیتر به درستی عمل کرده و عمر قابل قبولی داشته باشد.

  • سطح حرارتی مناسب
  • انتخاب جنس مناسب
  • کنترل دمای فلز و تنظیم سطح حرارتی برای محافظت از خوردگی آن
  • کنترل رسوب گیری یا همان لحاظ کردن ضریب فائولینگ

شرایط کاری سوپرهیتر ها و مواد مورد استفاده در آن ها:

فشار کاری در واحد های صنعتی تولید همزمان و واحد های صنعتی ترکیبی رنج معمولی از 10 تا 100 بار و رنج دمایی از دمای اشباع در حدود 1000درجه فارنهایت را دارا می باشند.

لوله های آلیاژی بدون درز از قطر 1.25 تا 2.5 اینچ با جنس های آمده در جدول در ساختمان سوپر هیتر ها استفاده می شود. میزان تنش به دمای دیواره لوله ها بستگی دارد و ضخامت لوله ها بر اساس فرمول های آمده در  استاندارد ASME SEC.1 & 8  محاسبه می شود.رنج سرعت در لوله های سوپر هیتر ها در حدود 50 تا 140 fps بسته به فشار کاری، افت فشار و کاهش بار می باشد.

به طور کلی افت فشار در کاربری های صنعتی در رنج 10 تا 70psi  بسته سایز ، فشار و کاهش با کاری می باشد. البته افت فشار بسته به تعداد مراحل سوپر یت شدن می توان مقادیری بیش از این مقدرا بوده و تا 150-200psi بالا  رود.

روش های مختلفی برای محاسبه سوپر هیتر ها وجود دارد که به پارامتر های گاز و بخار و شرایط واحد مربوطه بستگی دارد.

لوپ لوله های مورد استفاده در ساخت سوپر هیتر انواع مختلف دارد که یکی از آن ها نوع وارون است که در پکیج بویلر ها به فراوانی استفاده می شود حال آنکه نوع قائم پره دار آن ها نیز در سیستم های HRSG معمول می باشد. طراح نوع افقی این لوله ها با کلهگی  افقی در هر دو نوع HRSG و پکیج بویلر ها استفاده می شود. میله مفتولی ها به طور معمول در پکیج های تولید بخار که دما آن ها در رنج 1500 -2200 درجه فارنهایت هستند و یا در شرایطیی که دمای میله برای مهم است مورد استفاده می شود. اگر چه که در سیکل های HRSG که رنج دمای پاین بوده (در حدود 900-1400 درجه فانهایت) و سطح حرارتی بالاتری مورد نیاز است از این تیپ لوله ها استفاده می شود. موارد استفاده این لوله ها موجب خلاصه شدن کاربری های آن ها  شده است.

انواع لوپ سوپر هیتر

 

مواد مورد استفاده در سوپر هیتر بسته به دما

روش سایز زنی سوپر هیتر:

دو روش محاسباتی با هر سطح حرارتی برای سوپر هیتر ها وجود دارد، یکی از آن ها محاسبه و طراحی با هدف رسیدن به سطح حرارتی، طرح لوله و افت فشار سمت گاز و بخار و انتخاب مواد اولیه است. روش off-design به ما همان سطح حرارتی در یک طرف گاز و یا بخار می دهد.

با استفاده از معادله انرژی، انرژی کل جذب شده توسط سوپر هیتر بدین شکل تعریف می شود:

محاسبه سطح حرارتی مبدل های حرارتی و ضرب انتقال حرارت آن ها:

    Q =UAΔT
 w hΔhh=wcΔ hc   
A=ft2سطح حرارتی به
W=دبی جریان ، lb/h
h=( h= hot و  c=cold) تغیرات آنتالپی
T =اختلاف دمای لگاریتمب تصحیح شده ، ° f
U= ضریب انتقال حرارت کلی،btu/ft2h°f
1U =AthiAi+ffi *AtAi+ffo+AtAw*d24Km*lnddi+1ηho
At= سطح حرارتی لوله پره دارft2/ft
Ai=πdi/12سطح داخلی لولهft2/ft
Aw=سطح متوسط حرارتیπ(d+di)/12,ft2/ft
Km=رسانش گرمایی دیواره لولهbtu/ft.h.°f
d,d i=قطر داخلی و خارجی لوله،in
ffi,ffo=ضریب فائولینگ داخل و خارج لوله
ho,hi= آنتالپی سمت گاز و آبbtu/ft.h.°f
Z= اثر بخشی پره

در صورت استفاده از لوله یکنواخت مساحت به جای بالا به این شکل می شود:

A t = π d / 12

حالت ساده شده معادله به این شکل می باشد:

1 U=dhidi+ffi*ddi+ffo+d2 4km*lnddi+1hi
η = 1
f f o = 0 . 0001
f f o = 0 . 0005 - 0 . 001
ho=ضریب انتقال حرارت جابه جایی جداره خارجی
hi=ضریب انتقال حرارت جابه جایی جداره داخلی
T=FT*Tmax-TminlnTmaxTmin

      

FTضریب تصحیح جریان، که برای جریان مخالف برابر 1 و برای سایر جریان ها در کتاب های مختلف رنجی بین 0.6 تا 0.95 متغیر می باشد . که درسوپر هیتر ها و اکونومایزر ها این عدد می تواند 1 فرض شود.
 
  T m a x , T m i n اختلاف دمای بیشینه و کمینه محل می باشد.

محاسبه h  i

hi=2.44w0.8*c/d1.8i

محاسبه فاکتور C برای جریان های مختلف هوا و گاز بر حسب دما در جدول زیر موجود است.

 

.همچنین فاکتورcبرای بخار بر حسب فشار و دما از جدول زیر قابل برداشت می باشد
 


.در نتیجه با فاکتور های در دست می توان ضریب  را برای هر دو سمت گاز و بخار محاسبه نمود
.که البته در سوپر هتر سمت لوله بخار بوده و این مقدار تنها در محاسبه بخار مورد استفاده می باشد
:حال لازم است تا ضریب انتقال حرارت سمت گاز را محاسبه نماییم

ho=hc+hN

 

در این دو مقدارhcضریب انتقال حررات جا به جایی وhN ضریب انتقال حررات جریان نا ارام می باشد که این مقادیر بسته به اثر گذاری پره ها می بایست تصحیح شود،در این دو مقدار hNدر دمای زیر°F800  قا بل صرف نظر می باشد 

محاسبه مقدار ضریب انتقال حرارت جا به جایی:

hc=0.9G0.6*Fd0.4

 

 

G=12*wgNw*L(sT-d)


:سرعت جرمی گاز می باشد که با فرمول بالا قابل محاسبه است G

Nwتعداد لوله ها

sTفاصله عرضی لوله ها

L طول لوله

wgدبی گاز

 

dir="rtl" style="text-align: justify;">عوامل مانند اندازه لوله، تعداد جریانهای حامل جریان بخار، فاصله لوله، سرعت توده گاز و غیره، بر اساس تجربه انتخاب می شود که البته این مقدار بستگی مستقیم به تعداد لوله ها و شرایط هندسی مسئله دارد و ما در مرحله اول به دلیل عدم دسترسی به جزئیات طراحی و هدف از رسییدن به این مهم، با تکیه بر مقادیر قید شده در منابع معتبر این عدد در حدود 3 تا 10 w/m2.kبرای سوپر هیتر آمده است

 


افت فشار سمت لوله:

p=3.36x10-6*fw2lev/d5i

 


اگر سوپر هیتر با این روند طراح شود (طراحی لوله های وارون) برای محاسبه تعادل باید برای هر المان به طور جداگانه انجام شود.
در صورت بالا بودن دما و عدم صرف نظر کردن از   روند زیر می بایست انجام شود .


:Qتبادل خالص تابش بین گازها و محیط اطراف

 

 

QA=σεg(T4g-T4o)=hN(Tg-To)
hN=σεgT4g-T4oTg-To
L=1.08*STSL-0.785d2f
εg=εc+ηεw-Δε
Tg  انتشار گاز در دمایεg
    T ضریب جذب درαg

 

 
Tg:  دمای مطلق گاز °R
Toدمای مطلق سطح لوله °R
ضریب تصحیح فشار آبη 
کاهش انتشار بر اثر فشار بخار آب و کربن دی اکسیدΔε

  

افت فشار معمول در سورپرهیتر ها در حدود 8درصد فشار خروجی آن ها می باشد .

سایز لوله های مورد استفاده در سوپر هیتر ها
لوله های ساده مورد استفاده در سوپر هیتر ها در رنج های معمول با قطر داخلی 38.1-44.5-50.8-63.5 هستند و سایز های mm 70 و 31.8 نیز در این زمینه وجود دارند که البته کمتر رایجند.لوله ها با سایز های بالا در رنج های جریان بخار بالا مورد استفاده قرار می گیرند. البته لوله ها با قطر پایین انتقال حرارت بهتری دارند اما به دلیل ضعم در ساختار مکانیکی کمتر مورد استفاده نمی باشند. عموما سایز های 50.8 و 63.5 در بویلر های قدرت و سایز های 38.1-44.5 و 50.8 در کاربرد های صنعتی مورد استفاده می باشد. کمترین ضخامت برای مقابله با خم شدگی mm 3.5 بوده و برای کاربری هایی که از زغال سنگ استفاده می شود این ضخانت نی بایست در حدود 3.66 بوده و مقادیر ضخامت لوله ها بسته به فشار و دمای کاری تغییر می کند.برای لوله های پره دار در سیکل های HRSG  در حدود 2.65/2.9  در نظر گرفته می شود.در این لوله ها ضخامت های پایین مورد استفاده بوده که این ضخامت ها به دلیل وجود پره ها و مقاومت آن ها قابل استفاده است.


Fuel

Gas

 

Oil

Pulverized Fuel Low/Soft Ash

Pulverized Fuel Abrasive Ash

Spreader

Stokers

Distillate Residual

Coal

Bagasse/
Biomass

         

Maximum gas velocity (m/s)

30

30

18

15-18

12-14

18

15-18

Maximum gas velocity (ft/s)

100

100

60

50-60

40-45

60

50-60

Clear spacing front (mm)

50

50

100-150

200

250-400

100-150

175

Clear spacing rear (mm)

50

50

50

75-150

100-150

50

63.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دمای کاری سوپر هیتر ها

Permissible Metal Temperature Limits for Various Tube Materials


Tube Material

Composition

Maximum Temperature (°C)

Carbon steel

Carbon <0.25%

455-480

Alloy steel

0.5% Mo

510

Alloy steel

1.25% Cr + 0.5% Mo

565-595

Alloy steel

2.25% Cr + 1.0% Mo

575-595

Alloy steel

9% Cr + 1% Mo

595

Stainless steel

18% Cr + 8% Ni

~650

 منابع و پیونده

گرداوری شده توسط دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن

مجله علمی ویکی پی جی

صفحه مهندسی مکانیک

سوپر هیتر بویلر بخار
superheater
سوپر هیتر چیست
محاسبه سوپر هیتر
خرید سوپر هیتر
فروش سوپر هیتر
بخار سوپر هیت
برچسب ها: بویلر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1396
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
گزارش اولین روز برگزاری هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران-مرداد 96
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران  با حضور تعداد زیادی از شرکت ...بیشتر
افتتاح کارخانه ایران خودرو با بویلر های شرکت پاکمن
کارخانه خودروسازی "ایران خودرو" کرمانشاه با حضور معاون اول رییس جمهور ...بیشتر
انتخابات هیأت مدیره و بازرسین انجمن صنعت تاسیسات ایران
به نقل از انجمن صنعت تاسیسات، در مجمع عمومی عادی سالانه انجمن صنعت تأسیسات که در ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان هفدهمین دوره- مرداد 96
         عنوان نمایشگاه: هفدهمین نمایشگا ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان، معماری و عمران، صنایع سرمایشی گرمایشی مشهد-تیر 96
عنوان : بیستمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان، معماری و عمران، صنایع سرمایشی ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اربیل عراق 2017
عنوان:نمايشگاه بين المللی ساختمان شهر: اربيل-عراق سال برگزاری: 96 ...بیشتر
یازدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان قزوین-بهمن 96
عنوان : نمایشگاه صنعت ساختمان قزوین 96 یازدهمین دوره شهر : قزوین س ...بیشتر
نمایشگاه تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی گرمایشی قزوین-شهریورماه 96
عنوان : نمایشگاه تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی گرمایشی قزوین شهر : ...بیشتر
سیزدهمین نمایشگاه آب، تاسیسات آب و فاضلاب شیراز- دیماه 96
عنوان : سیزدهمین نمایشگاه آب، تاسیسات آب و فاضلاب شیراز  96 شه ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت شیراز -آبان ماه 96
عنوان : نمایشگاه بین المللی صنعت شیراز 96 هفتمین دوره شهر : شیراز ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر