بررسی علل ترکیدگی لوله های نگهدارنده در بویلرهای نیروگاه توس مشهد

تاکنون پژوهش های زیادی با استفاده از روش های تجربی و عددی به منظور توسعه، بهینه سازی، تخمین عمر و عیب یابی اجزای نیروگاه های حرارتی انجام شده است. در این پایان نامه با انجام مطالعات میدانی بر روی یکی از بویلرهای نیروگاه 600 مگاواتی توس مشهد، اقدام به مدل سازی هندسی بویلر و لوله های نگهدارنده در ابعاد واقعی و همچنین شبیه سازی عددی جریان، انتقال حرارت، احتراق و پدیده های مرتبط با آن در دو حالت کار با سوخت مازوت و گاز طبیعی گردیده است. هدف پژوهش حاضر بررسی علل ترکیدگی لوله های نگهدارنده از طریق شبیه سازی عددی، با استفاده از نرم افزار فلوئنت، و مقایسه این نتایج با مشاهدات و تجربیات موجود در نیروگاه و همچنین نتایج آزمایشگاهی می باشد. بدین منظور پس از تعیین شرایط مرزی مناسب و بررسی استقلال نتایج شبیه سازی از شبکه حل، در ابتدا اثرات پارامترهای مختلف از قبیل میزان چرخش مشعل ها، اندازه قطرات پاشش شده از نازل ها، میزان هوای احتراق و همچنین نوع سوخت مورد استفاده بر عملکرد بویلر بررسی شد. سپس شرایط 9 عدد از لوله های نگهدارنده در وسط بویلر و نزدیک به دیواره های آبی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد که دبی بخار آب گذرنده از لوله ها در ردیف های مختلف یکسان نبوده و با طول لوله رابطه معکوس دارد. لذا به دلیل این اختلاف دبی و همچنین تفاوت مسیر عبور لوله ها در بویلر، حداکثر دمای لوله های ردیف پایین و وسط به حدود 700 درجه سانتیگراد رسیده که بیش از 70 درجه بیشتر از حداکثر دما در لوله های ردیف بالاست. همچنین مشاهده شد که لوله های واقع در وسط بویلر نسبت به لوله های کناری بیشترین شار حرارتی را دریافت کرده و لذا بیشترین احتمال ترکیدگی را دارند. با مقایسه شرایط لوله های کناری نیز مشاهده شد که دیواره آبی و لوله های واقع در سمت راست بویلر، شار حرارتی بیشتری نسبت به سمت چپ دریافت کرده که علت آن جهت چرخش مشعل ها می باشد. همچنین با بررسی شرایط لوله ها در دو حالت کار با سوخت مازوت و گاز طبیعی، مشخص شد که حداکثر دمای لوله ها در حالت کار با مازوت بیش از 100 درجه سانتیگراد بیشتر از حداکثر دمای لوله ها در حالت کار با گاز طبیعی است. مشاهدات و آزمایش های متالوگرافی انجام گرفته بر روی قطعات شکسته شده نیز حاکی از وجود خزش و همچنین تغییر دانه بندی و ساختار فلزی لوله به دلیل دمای بالا (600 تا 700 درجه سانتیگراد) در نواحی شکست است. همچنین مقایسه نقاطی از مدل شبیه سازی شده که بیشترین دما در آنها رخ می دهد با نواحی شکست در فضای واقعی بویلر نیز صحت نتایج عددی را تایید می کند.