الغلاية البخارية ذات القاع المميَّعة

ما هو مبدأ عمل غلايات الطبقة المميعة؟

يعتمد مبدأ عمل غلاية البخار ذات الطبقة المميعة على تقنية احتراق متقدمة يتم فيها حرق جزيئات الوقود الصلب وهي معلقة داخل غرفة. لتوفير الأكسجين اللازم للاحتراق، يتم نفخ نفاثات من الهواء عبر طبقة من المواد الجسيمية مثل الرمل والحجر الجيري، مما يخلق طبقة مميعة فقاعية. تدعم هذه العملية المزج السريع والكامل بين الغازات والمواد الصلبة، وتُعزز انتقال الحرارة السريع والتفاعلات الكيميائية الفعالة داخل الطبقة. يمكن لغلايات الطبقة المميعة حرق أنواع مختلفة من الوقود الصلب منخفض الجودة مثل الفحم والخشب والكتلة الحيوية بكفاءة عالية، دون الحاجة إلى تجهيزات وقود مكلفة مثل طحن الفحم. بالإضافة إلى ذلك، فإن النماذج الحديثة من هذه الغلايات أصغر حجمًا من الأفران التقليدية المكافئة، مما يوفر مزايا كبيرة من حيث التكلفة والمرونة التشغيلية. كما تُقلل من كمية الكبريت المنبعثة على شكل ثاني أكسيد الكبريت (SO₂). يُستخدم الحجر الجيري أثناء الاحتراق لترسيب الكبريت، مما يُحسن من انتقال الحرارة إلى الأجهزة (عادةً أنابيب المياه) التي تُستخدم لاستخلاص الطاقة الحرارية من الغلاية. تنتقل الحرارة الناتجة مباشرة إلى الأنابيب عن طريق التوصيل، مما يزيد من الكفاءة العامة.

مزايا غلايات الطبقة المميعة

يُستخدم الحجر الجيري أثناء الاحتراق لترسيب الكبريت، مما يسمح بانتقال أكثر كفاءة للحرارة إلى الأجهزة المستخدمة لاستخلاص الطاقة (عادةً أنابيب مياه). يؤدي الترسيب الساخن الذي يتلامس مباشرة مع الأنابيب (تسخين بالتوصيل) إلى تحسين الكفاءة. ونظرًا لأن هذه الغلايات تعمل عند درجات حرارة احتراق منخفضة، فإنها تقلل من انبعاثات أكسيد النيتروجين (NO₂). ومع ذلك، فإن الاحتراق عند درجات حرارة منخفضة قد يؤدي إلى زيادة انبعاثات الهيدروكربونات. تعمل وحدات الغلايات التجارية ذات الطبقة المميعة بكفاءة عالية، وتكلفتها أقل من الغلايات التقليدية، ولديها انبعاثات منخفضة من SO₂ وNO₂، مما يجعلها واحدة من غلايات البخار الأكثر تفضيلًا.

عيوب غلايات الطبقة المميعة

ومع ذلك، هناك بعض العيوب مثل تآكل الأنابيب داخل الغلاية، التوزيع غير المتساوي لدرجات الحرارة الناتج عن انسداد مدخلات الهواء إلى الطبقة، وأوقات بدء التشغيل الطويلة التي قد تصل إلى 48 ساعة في بعض الحالات.

• تعمل أنظمة الطبقة المميعة عند درجة حرارة احتراق أقل تبلغ 750 درجة مئوية، بينما تعمل الغلايات التقليدية عند 850 درجة مئوية.
• معدل منخفض لعملية التلبد (ذوبان الرماد) في غلايات الطبقة المميعة.
• انخفاض إنتاج NO₂ بسبب درجات الحرارة المنخفضة.
• انخفاض إنتاج SO₂ نتيجة امتصاصه بواسطة الحجر الجيري.
• نقل حرارة أعلى بعشر مرات من العمليات الأخرى بسبب الجزيئات المحترقة، مما يزيد من كفاءة الاحتراق.
• تتطلب مساحة أقل بفضل معامل نقل الحرارة بالحمل العالي.
• يمكن أن تحدث عملية احتراق متساوية الحرارة نظرًا لثبات درجة الحرارة في الطبقة الحرة والنشطة.

ما هي أنواع الغلايات؟

تنقسم غلايات البخار ذات الطبقة المميعة إلى نوعين رئيسيين: أنظمة الضغط الجوي وأنظمة الضغط العالي. وتنقسم أنظمة الضغط العالي بدورها إلى مجموعتين فرعيتين: الغلايات ذات الطبقة المميعة الفقاعية والغلايات ذات الطبقة المميعة الدورانية.

غلاية الطبقة المميعة ذات الضغط الجوي

تستخدم غلايات الطبقة المميعة ذات الضغط الجوي الحجر الجيري أو الدولوميت لالتقاط الكبريت المنبعث أثناء احتراق الفحم. تقوم نفاثات الهواء بتعليق مزيج الممتص والفحم المحترق، وتحويله إلى جسيمات حمراء ساخنة تتصرف مثل السائل. تعمل هذه الغلايات تحت ضغط جوي.

غلاية الطبقة المميعة المضغوطة

تستخدم غلاية الطبقة المميعة المضغوطة الممتص ونفاثات الهواء لتعليق خليط الممتص والفحم المحترق. ومع ذلك، تعمل هذه الأنظمة تحت ضغط عالٍ، وتُنتج تيارًا غازيًا عالي الضغط بدرجات حرارة كافية لتشغيل توربين غازي. يُوجه البخار الناتج عن حرارة الطبقة المميعة إلى توربين بخاري، مما يخلق نظام دورة مركبة عالي الكفاءة.

غلاية الطبقة المميعة المضغوطة المتقدمة

يعمل نظام غلاية الطبقة المميعة المضغوطة المتقدمة من الجيل الجديد على رفع درجة حرارة إشعال التوربين الغازي من خلال استخدام الغاز الطبيعي بالإضافة إلى الهواء المستخدم في الاحتراق من وحدة الطبقة المميعة. يستخدم هذا النظام الغاز الطبيعي الذي يكون غالبًا أكثر تكلفة من الفحم. في الأنظمة المتقدمة من الجيل الثاني، يتم تضمين وحدة تفحيم مضغوطة لتحويل الفحم إلى غاز وقود وفحم الكوك. تقوم غلاية الطبقة المميعة المضغوطة بحرق الفحم لإنتاج البخار اللازم لتشغيل التوربين البخاري وتسخين هواء الاحتراق. يُحرق غاز الوقود الناتج عن وحدة التفحيم في غرفة احتراق متصلة بالتوربين الغازي، مما يرفع درجة حرارة الغازات إلى درجة الاشتعال المطلوبة. تُستعاد الحرارة من غازات العادم الصادرة عن التوربين الغازي لإنتاج البخار المستخدم في تشغيل التوربين البخاري التقليدي، مما يوفر كفاءة أعلى لنظام الدورة المركبة. وتُعرف هذه الأنظمة أيضًا باسم أنظمة الغلايات ذات الطبقة المميعة المضغوطة والدورانية المتقدمة. يعمل نظام الغلاية الدورانية بالكامل باستخدام الفحم. تشمل عملية التغويز وحدة تغويز جزئية مضغوطة بطبقة مميعة دورانية، والتي تُغذي غاز التخليق إلى غرفة الاحتراق الثانوية للتوربين الغازي. ويُستخدم العادم الخارج من التوربين الغازي لتوفير هواء الاحتراق لوحدة الاحتراق الدورانية ذات الضغط الجوي والتي تحرق الفحم الخارج من وحدة التغويز الجزئية.