پایان نامه افزایش کارایی نیروگاه گازی توسط خنک سازی
فصل اول
انواع نيروگاهها:
نيروگاههايي كه به منظور توليد انرژي الكتريكي به كار برده مي‌شوند را مي‌توان به انواع زير طبقه‌بندي كرد:
1-1- نيروگاه آبي
2-1- نيروگاه بخاري
3-1- نيروگاه هسته ای
4-1- نيروگاه اضطراری
5-1- نيروگاه گازی
1-1- نيروگاه آبي
تبديل نيروي عظيم آب به نيروي الكتريكي از بدو پيدايش صنعت برق مورد توجه خاص قرار داشته است زيرا علاوه بر اين كه آب رایگان در اختيار نيروگاه و صنعت قرار مي‌گيرد تلف نيز نمي‌شود و از بين نمي‌رود بخصوص موقعي كه بتوان پس از تبديل انرژي جنبشی آب به انرژي الكتريكي، در كشاورزي نيز از آن استفاده كرد ارزش چنين نيروگاهي دو چندان مي‌شود.
آن چيز كه استفاده از نيروي آب را براي توليد انرژي الكتريكي محدود مي‌كند و به آن شرایط خاصي مي‌بخشد گراني قيمت تأسيسات (سد و كانال كشي و غيره) مي‌باشد. از اين جهت است كه در كشورهاي مترقي و پيشرفته و صنعتي با وجود رودخانه‌هاي پر آب و امكانات آب فراوان هنوز قسمت اعظم انرژي الكتريكي توسط نيروگاههاي حرارتي توليد مي‌شود و نيروگاههاي آبي فقط در شرایط خاص مي‌تواند از نظر اقتصادي با نيروگاههاي حرارتي رقابت كند.
اگر براي به حركت در آوردن توربين آبي در هر ثانيه Q متر مكعب آب (QKg/sec * 1000) با ارتفاع ريزش H متر موجود باشد قدرت توليد شده برابر است با:
راندمان ماشين آبي است كه اگر برابر 75/0= فرض شود (اغلب راندمان ماشين‌هاي آبي در حدود %95-85 مي‌باشد) مي‌توان رابطه 1 را به صورت ساده زير نوشت:
چنانچه ديده مي‌شود قدرت توربين‌هاي آبي متناسب با ارتفاع ريزش مؤثر آب مي‌باشد. كه در آن H ارتفاع ريزش آب Q: مقدار ريزش آب و N عده دور توربين است.
استفاده از توربين‌هاي با عده دور مخصوص زياد در ارتفاع ريزش آب زياد بي‌حاصل است زيرا در اثر سرعت زياد سيال، تلفات دستگاه زياد و راندمان آن كم خواهد شد.
لذا نيروگاههاي آبي متناسب با ارتفاع ريزش آب به سه دسته زير تقسيم مي‌شوند:
نيروگاه آبي با فشار كم
نيروگاه آبي با فشار متوسط
نيروگاه آبي با فشار زياد
نيروگاههاي آبی را از نظر نوع آب به دو دسته زير تقسيم میکنند :
الف: نيروگاه آب رونده
ب: نيروگاه انباره‌اي
نيروگاه آب رونده نيروگاهي است كه از همان مقدار آب دائمي موجود در رودخانه و يا آبي كه به درياچه مي‌ريزد بهره مي‌گيرد و بدين جهت بايد دائماً كار كنند و برق پايه شبكه را تأمين كند.
نيروگاه انباره‌اي در مناطق كوهستاني كه مقدار آب رودخانه در فصول مختلف شديداً متغير است احداث شود در اين نيروگاه از مقدار آب جريان‌دار استفاده نمي‌شود. بلكه از
آبي كه در پشت سد به صورت درياچه انباشته شده براي توليد انرژي الكتريكي مصرف مي‌شود. چنين نيروگاهي بيشتر براي تأمين برق پيك بكار برده مي‌شود زيرا در مواقعي كه احتياج به نيروي برق زياد نيست مي‌توان از هرز رفتن آب جلوگيري كرد و آب را براي مواقع ضروري در پشت سد انباشت.
نیروگاههای ابی بسته به نوع توربین بکار رفته در ان به 3 دسته تقسیم میشوند:
1-نیروگاه ابی با توربین فرانسیس
2- نیروگاه ابی با توربین کاپلان
3- نیروگاه ابی با توربین پلتون
که این تقسیم بندی با توجه به ارتفاع ریزش اب صورت گرفته است.
(1) نمونه ای از یک توربین کاپلان
(2) نمونه ای از یک توربین پلتون
2-1– نيروگاه بخاري:
اگر بتوان در تحويلات يك نيروگاه بخار از آن مقدار كالري كه در آخرين مرحله از توربين خارج شده و در كندانسور تبديل به آب مي‌گردد استفاده صنعتي نمود، راندمان حرارتي نيروگاه به مقدار قابل ملاحظه‌اي بالا مي‌رود بدين جهت در تمام جاهائي كه
علاوه بر انرژي الكتريكي احتياج به مقدار زيادي كالري يا انرژي حرارتي باشد از توربين بخاري استفاده مي‌شود كه بتوان پس از انجام كار الكتريكي از حرارت باقي مانده نيز استفاده كرد بعبارت ديگر در اين نوع توربين بخار، بخار خارج شده از آخرين مرحلة توربين توسط لوله‌هايي براي مصارف صنعتي و حرارتي هدايت مي‌شود و بخار پس از تحويل انرژي حرارتي خود تقطير شده و آب مقطر آن مجدداً به ديگ بخار باز مي‌گردد و چنانچه ديده مي‌شود عمل كندانسور را مصرف كننده انرژي حرارتي انجام مي‌دهد.
البته عمل تقطير در اينجا در درجه حرارت بيشتري انجام مي‌گيرد تا در كندانسور كه تقريباً خلاء ايجاد مي‌شود و بدين جهت گوئيم توربين در چنين نيروگاهي با فشار مخالف كار مي‌كند.
يك كارگاه صنعتي بزرگ كه دائماً انرژي حرارتي مصرف مي‌كند بهتر است مصرف الكتريكي خود را نيز خود، تهيه كند. زيرا در اين صورت نيروي برق توليد شده يك نيروي باز يافته است كه در كنار توليد انرژي حرارتي بدست آمده است. بدين جهت است كه در كارخانجات شيميايي، كاغذسازي، بريكت سازي، آب‌جو سازي و غيره اغلب از اين نوع مراكز حرارتي كه در ارتباط با مولد برق مي‌باشد استفاده مي‌شود
قسمتهاي مهم تشکیل دهنده يك نيروگاه بخار:
به طور كلي يك نيروگاه بخار از بخشهاي متعددي تشكيل شده است كه در زير به معرفي هر يك از آنها مي‌پردازيم:
1-بويلر:
به طور كلي بويلر به اسبابي اطلاق مي‌شود كه در آن توليد بخار صورت مي‌گيرد، بويلر يك مولد بخار است. يك بويلر نيروگاهي، شامل قسمتهاي مختلف است كه جهت سرويس، ارتباط و كنترل، بازديد و اطلاع رساني به اتاق كنترل و پرسنل بهره بردار تعبيه شده است. مهمترين اين قسمتها در زير آمده است.
يكي از مهمترين اجزاء يك بويلر نيروگاهي كه زير فشار بحراني كار مي‌كند، درام است. درام در لغت به معني مخزن غربال كننده آمده است و در اينجا نيز به منظور جدا كردن آب از بخار بكار گرفته مي‌شود.
بطوري كه مي‌توان وظايف درام را بصورت زير تعريف كرد:
- جدا سازي بخار از آب
- تصفيه شيميايي آب
- ذخيره سازي آب به منظور تأمين بخار مورد نياز در هنگام تغييرات بار
جدا سازي بخار از آب كه از مهمترين وظايف درام است به سه صورت انجام مي‌شود:
1ـ جدا سازي ثقلي
2ـ جدا سازي به روش مكانيكي
3ـ جدا سازي به روش گريز از مركز
پس از آن كه سيال محرك (آب) در بويلر به صورت مافوق گرم (سوپر هيت) درآمد آن را به سمت توربين هدايت مي‌كنيم و اين سيال باعث به گردش در آمدن توربين و در راستاي آن توليد الكتريسيته مي‌شود.
به دليل اين كه سيال محرك در نيروگاه بخار، آب است و اين سيال پس از انجام كار در توربين بخار به صورت دو فازه مي‌باشد و بايد دوباره به بويلر ـ جهت تكرار سيكل ـ هدايت شود مي‌بايست آن را كاملاً تقطير نماييم. (زيرا اگر آب جديد را جايگزين آن نمائيم و بخار خروجي توربين را هدر بدهيم مقرون به صرفه نخواهد بود) اين فرآيند (تقطير) در سيستم تحت عنوان چگالش آب تغذيه صورت مي‌گيرد.
در حالت كلي سيستم چگالش آب تغذيه از قسمتهاي زير تشكيل شده است:
1ـ دستگاه انتقال گرما (چگالنده) CONDENSER
2ـ گرمكنهاي آب تغذيه (در صورت وجود)
3ـ دستگاه آب جبران MAKE UP WATER
4ـ دستگاه پرداخت آب چگاليده شده
CONDENSATE POLISHING PLANT
همانطور كه مي‌دانيد آب خنك كن پس از آن كه بخار خروج از توربين بخار را تحت فرآيند تقطير به طور كامل به مايع اشباع تبديل كرد، خود گرماي نهان سيال محرك را به صورت همرفت اجباري (اگر كندانسور از نوع تماس غير مستقيم باشد) دريافت مي‌كند، پس بايد به گونه‌اي اين گرما را از آب خنك كن بگيريم، تا امكان استفاده مجدد
آن در چرخه وجود داشته باشد، بدين منظور از سيستم خنك كننده آب چگالنده استفاده مي‌كنيم.
سيستم خنك كننده آب چگالنده
COOLING SYSTEM MAIN
امروزه روشهاي متعددي جهت خنك سازي آب چگالنده (آب خنك كن) وجود دارد، كه استفاده از هر يك بسته به شرايط محيطي و جغرافيائي محل نيروگاه مي‌باشد و ما قصد نداريم تمامي اين روشها را مورد بررسي قرار دهيم، تنها به بررسي متداول‌ترين اين روشها كه امروزه مورد توجه قرار دارد مي‌پردازيم (اين روش در ميان ساير روشها با قوانين و شرايط زيست محيطي تطابق زيادي دارد و همين امر باعث شده است تا مورد توجه قرار گيرد) البته اين روش در ميان روشهاي ديگر داراي كمترين راندمان مي‌باشد.
اساس كار اين سيستم مانند رادياتور در اتومبيل است. آب خنك كن پس از آنكه گرماي نهان سيال محرك را دريافت نمود (اين آب داراي حجم زياد است) توسط پمپ‌هاي پر قدرتي به سمت رادياتورهاي (دلتا) كه بيرون از چگالنده و در محل باز قرار دارند هدايت مي‌شود و گرماي دريافتي را به محيط بيرون پس مي‌دهد.
به منظور جابه‌جايي سريعتر هواي اطراف دلتا از برجهاي بلند كه تنها به منظور تقويت جابه‌جايي هوا بنا شده است بهره مي‌گيرند اين برجها كه در اصلاح برجهاي خنك كننده نام دارند تنها بايد فشار محرك لازم جهت جابه‌جايي مناسب هوا را فراهم آورند.
سيكل ترموديناميكي ايده‌آل براي نيروگاه، بخار، سيكل رانكين (RANKINE) است و روشهاي متعددي جهت افزايش راندمان اين سيكل وجود دارد كه در زير به معرفي آنها مي‌پردازيم.
1ـ سوپر هيت كردن بخار ورودي به توربين
2ـ افزايش فشار بويلر
3ـ كاهش فشار كندانسور
البته به كارگيري اين روشها در يك نيروگاه بخار با محدوديتهايي روبروست، روشهاي ديگري نيز در قالب سيكل رانكين ارائه شده است كه باعث افزايش راندمان نيروگاهي كه در اين سيكل كار مي‌كند مي‌شود اين نوع روشها عبارتند از:
1ـ سيكل گرمايش مجدد ( REAHEAT CYCLE)
2ـ سيكل بازيابي ( REGENERATIVE FEED HEATING)
نمایی کلی ازروند کاری یک نیروگاه بخار
3-1ـ نيروگاه هسته‌اي:
نيروگاه هسته‌اي، نيروگاهي است كه در آن از انرژي هسته‌اي براي توليد انرژي الكتريكي استفاده مي‌شود. نيروگاه حرارتي با سوخت فسيلي بعلت اين كه در سالهاي متمادي تكامل پيدا كرده است امروزه نسبت به نيروگاههاي هسته‌اي كه هنوز مراحل ابتدائي را مي‌گذرانند و در شرف تكميل هستند بسيار اقتصادي‌تر و ارزانتر است و فقط نيروگاه هسته‌اي با قدرت MW600 به بالا مي‌تواند تا حدودي با نيروگاههاي حرارتي نوع ديگر رقابت كند نيروگاه هسته‌اي با قدرت كمتر از M W600 فقط به عنوان يك نيروگاه آزمايشي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
بنا بر فرضيه‌هاي جديد، اتم تشكيل شده است از تعدادي الكترون با بار منفي و يك هسته با بار مثبت الكترون‌ها با سرعتي در حدود M/S1000000= V در فواصل معين و در روي مدارهاي مشخص به دور هسته داخلي اتم كه ساكن مي‌باشد مي‌گردند.
هسته اتم خود از ذرات الكتريسيته مثبت به نام پروتون و ذراتي از نظر الكتريكي خنثي و بدون بار بنام نوترون تشكيل شده است.
مجموع پروتون و نوترون، نوكلئون ناميده مي‌شود. ( NUKLEON) بديهي است چون اتم از نظر الكتريكي خنثي است لذا تعداد پروتون‌هاي هسته برابر تعداد الكترونهاي دوار آن است.
تعداد پروتونها را عدد اتمي عنصر مي‌نامند و تعداد كل پروتون و نوترون‌هاي اتم را عدد جرمي عنصر مي‌نامند. اين تعداد مساوي نزديك‌ترين عدد صحيح به وزن اتمي جسم است. مثلاً آلومينيوم كه وزن اتمي آن 27 است، داراي 14 عدد نوترون و 13 عدد پروتون در هسته و 13 عدد الكترون در خارج هسته مي‌باشد.
به ترتيب براي معرفي عناصر آنجايي كه فعل و انفعال‌هاي مربوط به هسته در ميان باشد هسته عناصر را با دو رقم فوق‌الذكر (عدد جرمي و عدد اتمي) مشخص مي‌كنند.
طبق قوانين فيزيكي بايد پروتونها كه همه داراي بار مثبت هستند و يكديگر را دفع مي‌كنند و چون اين كار انجام نمي‌شود بايد نيرويي قوي موجود باشد كه اينها را به هم متصل نگه مي‌دارد و نمي‌گذارد هسته متلاشي شود. اين نيرو را نيروي جاذبه هسته‌اي يا به اختصار نيروي هسته‌اي يا نيروي اتصالي مي‌ناميم. اين تجمع و ترتيب نوكلئون كاملاً
فهرست
عنوان صفحه
فصل اول – انواع نيروگاهها……………………………………………………….1
نيروگاه آبي……………………………………………………………………………….1
نيروگاه بخاري……………………………………………………………………………5
نيروگاه هسته ای………………………………………………………………………………………………..11
نيروگاه اضطراری……………………………………………………………………………………………..16
نيروگاه گازی……………………………………………………………………………………………………17
فصل دوم- ساختمان توربين گازي………………………………………………25
کمپرسور…………………………………………………………………………………………………………..25
محفظه احتراق……………………………………………………………………………………………………28
توربین………………………………………………………………………………………………………………36
فصل سوم- تعريف مسأله و ضرورت خنك كردن هواي ورودي كمپرسور 39
سیستمهای خنک کننده تبخیری……………………………………………………………………………42
1-سیستم air washer………………………………………………………………………………………43
2-سیستم خنک کننده media……………………………………………………………………………43
3-سیستم فشار قوی fog……………………………………………………………………………………44
سیستمهای خنک کننده برودتی………………………………………………………………………46
1-چیلرهای تراکمی……………………………………………………………………………………..46
2-چیلرهای جذبی………………………………………………………………………………………..47
سیستمهای ذخیره سازی سرما………………………………………………………………………….49
فصل چهارم……………………………………………………………………51
سیستم تماس مستقیم……………………………………………………………………………………..53
سیستم غیر تماسی…………………………………………………………………………………………54
خنک سازی تبخیری به وسیله فاگینگ(مه پاشی)………………………………………………54
تولید fog……………………………………………………………………………………………………61
توزیع اندازه ذرات………………………………………………………………………………………..61
ملاحظات خوردگی در کمپرسورهای توربین گاز……………………………………………..61
نحوه توزیع fog-فاکتور موثر بر تبخیر……………………………………………………………..62
سیستم کنترل………………………………………………………………………………………………..63
مکان نازلها در توربین گازی…………………………………………………………………………..64
کیفیت اب مصرفی……………………………………………………………………………………….65
نمودار رطوبت سنجی پاشش ورودی……………………………………………………………….66
شرایط محیطی و قابلیت کاربرد پاشش fog در ورودی ………………………………………68
اسیب FOD……………………………………………………………………………………………….69
موارد یخ زدگی…………………………………………………………………………………………..70
تحریک کمپرسور………………………………………………………………………………………..70
تغییر شکل حرارتی ورودی…………………………………………………………………………….71
مسایل مربوط به خراب شدن………………………………………………………………………….71
خوردگی در مجرای ورودی…………………………………………………………………………72
فرسودگی روکش کمپرسور………………………………………………………………………….73
انتخاب سیستم مناسب………………………………………………………………………………….74.
بررسی اقتصادی………………………………………………………………………………………….74
خنك سازي هواي دهانة ورودي – ويژگي طراحي و عوامل اقتصادي………………..83
امور اقتصادی و مالی (تأمین بودجه)……………………………………………………………..94
راه حل b/o /o در polar works…………………………………………………………….95
سرمایه گذاری بلند مدت در مقابل سرمایه گذاری کوتاه مدت …………………………101
راهکار POLAR WORKS…………………………………………………………………110
مقایسه تکنولوژی فاگینگ در مقابل سیستم POLAR………………………………….113
ظرفیت و گنجایش اضافی و عوامل اقتصادی و اعتباری آن ……………………………128
ارزيابي بهينه سازي پروژه هاي نيروي جديد با خنك كردن هواي ورودي به توربين گازي……………………………………………………………………………………………………128
سیستم خنک کننده مهی با روش نوری برای توربین گازی……………………………..157
خنک سازی دهانه هوا برای توربینهای گازی با سیستم optiguide…………………..160
تزریق swirl flashبرای بهبود کارکرد نیروگاه……………………………………………167
فصل پنجم………………………………………………………………186
راه هوشمندانه‌اي براي رسيدن به قدرت بيشتر از يك توربين گازي وجود دارد
چکیده مطالب…………………………………………………………………………………………187
خنک سازی ورودی………………………………………………………………………………..190
مه پاشی((fogging………………………………………………………………………………..191
اثر فاگینگ در نیروگاه قم…………………………………………………………………………197
پیوست…………………………………………………………………………………………………235
منابع……………………………………………………………………………………………………241
پایان نامه افزایش کارایی نیروگاه گازی توسط خنک سازی