فكرة مبسطة عن الغلايات ذات مواسير المياة

الغلاية ) مولد البخار 

تعتبر الجزء الرئيسي في وحدات محطات التوليد البخارية.

حيث تقوم بتحويل الطاقة الموجودة في الوقود إلى بخار يقوم بدوره بتدوير التربينة وبالتالي المولد الكهربائي لإنتاج الطاقة الكهربائية

فهي المصدر الثابت الذي يغذى التربينة بالبخار وتنقسم الغلاية الإشعاعية إلى غرفة الاحتراق وممر الغازات العادمةغرفة الاحتراق تتكون من حوائط مزعنفة متلاصقة تكون جدار غرفة الاحتراق ويركب بغرفة الاحتراق الحوارق (burner) وهى مصدر اللهب أو الاحتراق الناتج من احتراق الوقود والهواء وتنتقل الحرارة إلى الأنابيب بواسطة التوصيل بالإشعاع وتنتقل الحرارة إلى المياه داخل الأنابيب بواسطة التوصيل. 

تصل مياه التغذية من مضخات التغذية إلى الاسطوانة العليا (drum ) الموجود في اعلي الغلاية يخرج من الاسطوانة أنابيب هابطة وهى التي وهى التي تقوم بتوزيع المياه إلى حوائط الغلاية ولأنابيب الهابطة هي الأنابيب المكونة لجدار الممر الثاني أو ممر غازات العادم وتصل المياه المجمعات السفلية ثم تتوزع على الحوائط الجانبية والخلفية والأمامية والأرضية لتتجمع بأعلى مجمع في اعلي غرفة الاحتراق ونظرية عمل الغلاية تعتمد على الدوران الطبيعي للغلاية وهى نتيجة اكتساب مياه التغذية الحرارة تنخفض كثافته وتصعد إلى اعلي لتحل محلها مياه اقل حرارة قادمة من الاسطوانة وبذلك تستمر الدورة وترجع إلى الاسطوانة عن طريق الأنابيب الصاعدة مرة أخرى ليتم فصل البخار عن المياه فيصعد البخار إلى أعلى ليخرج وترجع المياه مرة أخرى إلى الاسطوانة ثم يمر البخار المشبع إلى المحمصات وهى حزم من الأنابيب موضوعة في الممر الثاني فعند عملية الاحتراق يخرج الغاز العادم من غرفة الاحتراق ثم يمر في الممر الثاني الموجودة بة المحمصات لتتم عملية التحميص للبخار حيث يمر البخار عكس مرور الغاز العادم وبذلك نستطيع الاستفادة من الحرارة المتبقية من عملية الاحتراق وقد تزود الغلاية بعدد من المحمصات حسب قدرة الغلاية وهذه العملية تساعد على امتصاص جزء من الحرارة وثم يمر الغاز على الموفر وهى مبادل حراري موجود يقوم برفع درجة حرارة مياه التغذية قبل وصولها إلى الاسطوانة

*الغرض الرئيسي:

إنتاج البخار المطلوب بمعدل سريان معين عند درجة حرارة معينة وضغط معين.

*تصميم الغلاية:

سريان الماء والبخار داخل الغلاية يكون من خلال أنابيب.

مرور الغازات المنبعثة بهذه الأنابيب.

                              *الأجزاء الرئيسية:

الفرن(Furnace) – محمصات البخار(Superheated)- محمص البخار الراجع من التربين (Reheater)-Economizer-Steam Drum-نظام التحكم بدرجة حرارة البخار(Desuperheater).

*الأنظمة الرئيسية:

نظام دورة البخار والماء – نظام الهواء والغازات ونظام الوقود اللازمين للاحتراق.

*الأجزاء المساعدة:

الحارقات- مراوح دفع الهواء- مراوح سحب الغازات-مراوح تدوير الغازات-مسخنات الهواء- المدخنة وغيرها من المعدات الأخرى.

 -تقوم الغلاية بإنتاج البخار steam عند ضغط يصل إلى 100 bar ودرجة حرارة عالية تصل إلى 520 درجة ، في الرسم التالي نوضح الفائدة من وجود غلاية البخار Steam Boiler أو Steam generation في الدائرة 

كما نرى في الرسم أن البخار الخارج من الغلاية يتجه إلى توربينة البخار Steam Turbine ويوجد في الرسم 2 منها أحدها بضغط مرتفع والأخرى بضغط منخفض وكما نعلم أن الفائدة من هذه العملية كلها هو إنتاج وتوليد الطاقة من خلال مولد Generator متصل بالتوربين .

- تحتوي الغلاية من الداخل على مجموعة خلايا من الأنابيب Bank of Tubes مرتبة بطريقة هندسية تضمن انتقال الحرارة بأكبر شكل ممكن ، الحرارة تأتي عبر مدافع تطلق اللهب وتسمى Burners or Flame gun وتصل درجة حرارة هذا اللهب Flame Teamperature إلى 1200 درجة مئوية وتكون هذه المدافع مثبته في جدار الغلاية كما هو موضح في الصورة 

دائما تكون الأنابيب التي بداخل الغلاية معلقة من الأعلى إلى الأسفل لماذا ؟ - 

السبب هو إعطاء الإمكانية لعملية التمدد (تمدد الأنابيب بفعل درجة الحرارة الشديدة) في الاتجاه الطولي لجسم الغلاية. 

ويكون ذلك بفصل وطرد أكبر نسبة ممكنة من الأملاح بالإضافة إلى، - من المهم جدا حماية جدران الغلاية والأنابيب الصدأ)) القيام بطرد الأكسجين للابتعاد عن ظاهرة التآكل 

بكفاءة الغلاية ما يلي: من العوامل المؤثرة والمساعدة في عملية التحكم-

أولا : إنتاج كمية كبيرة من البخار ويكون ذلك بزيادة نسبة انتقال الحرارة عن طريق ا لحمل 

ثانيا : التحكم في اتجاه مدافع اللهب داخل الغلاية من جعلها متحركة لضمان وصول الحرارة إلى بعض الأماكن الصعبة.

والنواحي الأخرى 

- أن أخطر عدو يمكن أن يؤثر في الغلايات هو نسبة الأملاح الموجودة في الماء فكما في محطات توليد الكهرباء من المستحيل أن يأخذوا ماء البحر مباشرة إلى الغلاية خوفا على الغلاية من هذه الأملاح التي تم سحبها من مياه الخام

دون أن يمر الماء بوحدات معالجة 

كما ترون في الرسم السابق أن هناك اثنين من Drum ولكن وظيفتهما مختلفة ، الكرة العلوية تسمى ب Steam Drum و السفلية تسمى Mud Drum وتقوم بعملية blow down .

يتدفق الماء المشبع Saturated water من steam drum إلى Mud drum عبر أنبوب يسمى ب Down comer من جهة اليمين ) ، ثم يصعد مرة أخرى إلى steam drum باختلاف الضغط) عبر أنبوب آخر يسمى ب Riser هو الأنبوب الخارج من يسار (mud drum ) وتكون مدافع اللهب موجهة إليها . 

وهنا نقطة مهمة في عملية التصميم إذ لابد أن يضع المصمم في حسبانه مقدار الضغط المتولد من هذه العملية على جدران الأنابيب خاصة وأنه سوف يتكون في منطقة riser فقاعات وحرارة شديدة وزيادة في التمدد more expansion . 

قد يتبادر في ذهن الكثير لماذا تكون الخلايا بهذا الشكل ولماذا لا يكون هناك تصميم آخر غير التصميم السالف ذكره ؟ 

السبب هو ما لهذا التصميم من فوائد جمة منها :

-عملية إعادة التوزيع Redistribution 

- في هذا التصميم قابلية لتغيير الأنابيب بطريقة سهلة اذا لزم تغيير قطر الأنبوب سواء في down comer أو riser ، أيضا في حالة عطل أحد هذه الانابيب لا يلزم تغيير المجموعة اذ يكفي تغيير الأنبوب المعطل لوحده ( على المصمم التفكير في تصميم يضمن له سهولة عملية الصيانة ولا يعقدها .

- السماحية بزيادة كمية مساندة من الماء في Steam drum والتي عادة تكون اكبر من الكرة الموجودة في الأسفل لهذا السبب ولوجود كمية من البخار فيه. 

بعض الملاحظات التى يجب التعرض لها وهى :

إن من أسباب انهيار أنابيب الغلاية هو (العسرة) إن عسرة الماء تودي إلى تكون طبقات من الكلس على الأنابيب تودي إلى عدم انتقال الحرارة إلى الماء مما يؤدي بدوره إلى ارتفاع درجة حرارة الأنابيب وبالتالي تلف تلك الأنابيب. 

لذلك فان المياه المستخدمة في الغلاية لابد و أن تكون منزوعة الأملاح اى يتم معا لجتها ونزع الأملاح عن طريق 

WATER TREATMENT PLANT بعد إنتاجها من وحدات المعالجة الكيميائية وهذه المعالجة تتم بطريقة المعالجة الأيونية وبذلك نحصل على مياه منزوعة الأملاح ويتم تخزينها في الخزانات ليتم استخدامها 

حيث إن المشكلة الأساسية في أنابيب الغلاية هي جودة المياه المستخدمة في الغلاية ونزع الأكسجين والغازات الغير قابلة للتكثيف سواء في نازع الغازات أو بإضافة المواد الكيمائية مثل الهيدرازين

تعالج المياه وذلك بنزع الأملاح منها عن طريق وحدة المعالجة بنظرية كاتيين ومن ثم تجميعها في خزانات التغذية الاحتياطية وتستخدم كمياه تعويض للوحدات خلال الدورة البخارية ويتم ضخ المياه إلى خزان التغذية عن طريق دورة المتكاثف وهناك يتم طرطشة المياه داخل نازع الغازات فتسقط المياه إلى أسفل والغازات الغير قابلة للتكثيف يتم سحبها خارج المنظومة ويتم تسخين المياه المت****ة إلى خزان التغذية بواسطة التلامس المباشر بين المياه والبخار وكلما زادت درجة حرارة المياه قلة نسبة الأكسجين.

وتحقن مادة الهيدرازين في خزان التغذية للتخلص من الأكسجين ورفع الأس الهيدروجيني إلى 8.2 اى وسط قلوي خفيف وهى مادة خطرة تستخدم بحرص تام 

ويتم ضخ المياه إلى الغلاية وهناك يتم حقن مادة يتم حقن مادة تراى صوديوم فوسفيت في الدرم وذلك للتخلص من الكالسيوم والمغنسيوم ليتم التخلص منها عن طريق خط التصريف المستمر

وخلال سحب المياه في الدائرة البخارية يتم حقن المياه بمادة الهيدرازين وهى تتفاعل عند درجة حرارة 

اعلي من 120 درجة مئوية فينتج عنها الأكسجين الذي يتم التخلص بسحبة من خزان التغذية ويتم أيضا التخلص من الأكسجين عن طريق تذرية المتكاثف في خزان التغذية في جزء علوي يسمى DEARATOR 

أو نازع الغازات الغير قابلة للتكثيف وهى ضارة لمعدن الحديد الذي يتكون منة جدار الغلاية PIPE WALL 

ويتم حفن ثلاثي الفوسفيت لرفع درجة الموصلية في الغلاية إلى 35 والتخلص من نواتج هذا الحقن في الاسطوانة العليا UPPER DRUM بواسطة التصريف المستمر .