وبلاگ

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­ شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی موارد فوق از روش TOPSIS در کنار الگوریتم ژنتیک بهره گرفته شده.
بر اساس تحلیل­های انجام شده در پایان نامه­ حاضر نتایج ذیل به دست آمد:

• با افزایش میزان TBT در آب شیرین­کن MED-TVC میزان تولید آب شیرین و نسبت بهره در آب شیرین کن کاهش می­یابد اما میزان هزینه­ های اولیه­ ساخت و نصب و بهره برداری آب شیرین­کن با کاهش روبرو می­باشد.

• با افزایش میزان فشار خروجی توربین با فشار پشت علاوه بر کاهش درآمد کل بازگشت سرمایه با تاخیر روبرو خواهد بود اما میزان تولید آب شیرین در خروجی توربین افزایش خواهد یافت.

• • با افزایش در میزان سوخت ورودی به مشعل کانالی علاوه بر افزایش درآمد کل میزان تخریب اگزرژی کل نیز افزایش خواهد یافت. با توجه به این امر مقدار بهینه­ای برای دبی سوخت ورودی به مشعل کانالی وجود دارد که این مقدار با روش TOPSIS، Kg/s 41/0 به دست می ­آید. میزان دبی سوخت ورودی به مشعل کانالی در نیروگاه نکا در حال حاضر kg/s 8/0 می­باشد.

  (( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

• افزایش فشار در خروجی بخش فشار بالا در بویلر بازیاب علاوه بر افزایش میزان تخریب اگزرژی کل موجب افزایش درآمد کل نیز خواهد شد. این مقدار نیز با روش TOPSIS، Bar 5/148 به دست آمده است درحالی که این میزان در بویلر نیروگاه نکاbar 130 می­باشد. علاوه بر آن مقدار بهینه­ فشار بخش فشار پائین، دبی خروجی از درام بخش فشار پائین، تعداد مراحل آب شیرین­کن و همچنین مرحله­ بهینه­ خروجی بخار مکش شده در آب شیرین کن نیز به دست خواهد آمد.

فصل ۱
کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب
۱-۱ مقدمه
بازدهی یک نیروگاه گازی را می­توان با انتخاب پارامترهایی نظیر نسبت تراکم (که در کمپرسور، محفظه­ی احتراق و توربین تعریف می­ شود) نسبت سوخت به هوا و … بهینه نمود. علاوه بر آن با بهره­ گیری از انرژی موجود در گازهای داغ خروجی از توربین می­توان راندمان کل یک نیروگاه گازی را با تبدیل آن به نیروگاه سیکل ترکیبی بهبود بخشید. برای این امر از بویلرهای بازیاب حرارت استفاده می­ شود.
سیکل ترکیبی از دو یا چند سیکل قدرت تشکیل می­ شود که هدف اصلی از ترکیب سیکل­های متفاوت به دست آوردن سیکلی است که دارای راندمان بالاتری نسبت به راندمان سیکل­های تشکیل دهنده آن باشد.
به منظور تولید برق به صورت صنعتی و تجاری سیکل­های ترکیبی گوناگونی توسط محققان مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. از حدود سال ۱۹۷۰ به بعد نیروگاه­های سیکل ترکیبی که مرکب از سیکل گازی و سیکل بخاری می­باشد که ذکر خواهد شد مورد توجه بسیاری بوده و توسعه قابل ملاحظه­ای یافته­ است.
شیرین­سازی آب دریا یک منبع عظیم تولید آب صنعتی، کشاورزی و آشامیدنی در بسیاری از مناطق جهان است. فرایند شیرین­سازی آب شور به طرق مختلفی صورت می­پذیرد که همگی آن­ها به انرژی احتیاج دارند. این انرژی می ­تواند از طریق گرمایی، مکانیکی و یا الکتریکی تامین شود.
فرایند تبخیر چند مرحله­ ای (MED) که از انرژی گرمایی استفاده می­ کند، اولین فرآیندی است که برای تولید مقادیر قابل توجهی آب خالص از آب دریا مورد استفاده قرار گرفته است. اساس این روش، چگالش بخارات حاصل از تبخیر در خلاء آب دریاست. برای ایجاد خلاء از یک کمپرسور استفاده می­ شود که این کمپرسور می ­تواند به صورت حرارتی (ترموکمپرسور) و یا مکانیکی عمل نماید. مزیت عمده­ی ترموکمپرسور به کمپرسور مکانیکی، هزینه­ های پایین ساخت، نگهداری، تعمیرات و مصرف انرژی پایین است.
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت
۱-۲-۱ انواع نیروگاه­های سیکل ترکیبی
یک نیروگاه سیکل ترکیبی از ترکیب دو یا چند سیکل قدرت متفاوت که با سیال عامل­های مختلف و در دماهای متفاوت کار می­ کنند، تشکیل یافته است، به­ طوری­که هر یک از آنها قادر است در صورت فراهم شدن شرایط مورد نیازش، به­ طور مستقل به فعالیت خود ادامه دهد. در یک سیکل ترکیبی، گرمای دفع شده از سیکل با دمای بالاتر، به سیکل با دمای پایین­تر، جهت تولید قدرت اضافی و درنتیجه دست­یابی به راندمانی بالاتر نسبت به راندمان تک تک سیکل­ها مورد استفاده قرار می­گیرد.
با پیشرفت تکنولوژی مفاهیم جدیدتری از نیروگاه­های سیکل ترکیبی در سال­های اخیر مطرح شده است که از جمله­ آنها می­توان به موارد زیر اشاره کرد:
موتور دیزل – سیکل بخار
موتور دیزل – سیکل با یک سیال عامل آلی
توربین گاز – سیکل بخار
توربین گاز – سیکل با یک سیال عامل آلی
فلزات مایع – سیکل بخار
MHD² – سیکل بخار
توربین گاز – سیکل قدرت دو سیاله (هوا – بخار)
اگرچه امروزه تلاش­ های زیادی جهت توسعه نیروگاه­های سیکل ترکیبی شامل مواد آلی در حال انجام است، ولی نیروگا­ه­های سیکل ترکیبی توربین گاز/ توربین بخار، هنوز به عنوان رایج­ترین سیکل ترکیبی شناخته می­شوند. این نیروگاه­ها بر اساس نیاز در انواع مختلفی ساخته و مورد استفاده قرار می­گیرند به اختصار به بررسی آن­ها پرداخته می­ شود.
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی
اصل بهبود بخشیدن راندمان از طریق افزایش دمای متوسط گرمای ورودی (T_in) و پایین آوردن گرمای متوسط دفع شده (T_out)، کماکان در نیروگاه­های سیکل ترکیبی به کار گرفته می­ شود. در نیروگاه­های سیکل ترکیبی به سیکل با دمای بالاتر، سیکل بالایی و به سیکل با دمای پایین­تر، سیکل پایینی گفته می­ شود. سیکل بالایی می ­تواند در قالب سیکل­های اتو، برایتون و یا رانکین عمل کند در حالی­که تمامی سیکل­های پایینی بر اساس سیکل رانکین عمل می­ کنند. در سیکل­های بالا قسمتی از انرژی سوخت داده شده به سیکل، تبدیل به الکتریسیته و مابقی تبدیل به گرما در فرآهم آوردن قدرت در سیکل پایینی مورد استفاده قرار می­گیرد.
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاه­های سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار
نیروگاه سیکل ترکیبی توربین­گاز/توربین بخار، به نیروگاهی گفته می­ شود که در آن، هم در توربین گاز و هم در توربین بخار قدرت تولید شود. ایده­ سیکل ترکیبی، به منظور بهبود چرخه­ی ساده­ی برایتون، از طریق بهره­ گیری از انرژی اضافی گازهای خروجی توربین گاز مطرح شد.

شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی
همانطور که در شکل (۱-۲) نیز مشاهده می­ شود، با بهره گرفتن از بازگرم­کن نیز می­توان، از جریان گازهای خروجی توربین گاز بازیافت انرژی را انجام داد، به طوری­که بازیافت گرما به این شیوه، انرژی هدر رفته از دودکش را از ۶۰ به ۴۰ درصد انرژی داده شده می­رساند، ولی این روش دارای معایبی است:

• استفاده از بازگرم­کن منحصراً موجب افزایش راندمان می­ شود اما، توان خروجی از توربین گاز را به واسطه­ افزایش یافتن افت فشارها و کاهش دادن نسبت فشار بهینه­ای که موجب بیشینه شدن راندمان می­ شود چند درصدی کاهش می­دهد.

• به دلیل سطح تبادل گرمای زیاد و لوله­های بزرگ هوا و گاز در آن، هزینه­ های سرمایه ­گذاری افزایش یافته که این امر موجب گران­تر شدن نیروگاه می­ شود.

از این رو، یک نیروگاه سیکل ترکیبی توربین گاز/توربین بخار شامل یک واحد توربین گاز به عنوان چرخه­ی بالایی، بویلر بازیاب حرارت و یک توربین بخار به عنوان چرخه­ی پایینی می تواند علاوه بر افزایش راندمان در نیروگاه موجب افزایش کار تولیدی نیز شود. در این نوع نیروگاه­ها بویلر بازیاب حرارت به عنوان رابط بین دو چرخه­ی بالایی و پایینی می­باشد. انرژی زیاد خروجی از واحد توربین گاز در بویلر بازیاب به جریان آب عبوری از مبدل­های حرارتی تعبیه شده در آن منتقل شده، و بدین ترتیب، بخار مورد نیاز جهت تغذیه­ی واحد بخار تأمین می­گردد.
­­­­
۱-۲-۴ طبقه بندی بویلرهای بازیاب

شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت
بویلرهای بازیاب حرارت براساس کاربردهای مختلفی که دارند طبقه ­بندی می­شوند. در شکل (۱-۳) نمونه ­ای از طبقه بندی آن­ها آورده شده است.
در ادامه طبقه ­بندی­های انجام شده بر اساس گردش سیال عامل، سیستم آتش­زایی و سطوح فشار که مهمترین مشخصه­ی طبقه ­بندی می­باشد مورد بررسی قرار می­گیرد.