دانلود مقاله نگرش کلی بر توربین‌های گاز

word قابل ویرایش
80 صفحه
13700 تومان
رایگان – خرید و دانلود

نگرش کلی بر توربین‌های گاز

– نگرش کلی بر توربین‌های گاز
دنیای توربین گاز اگر چه دنیای جوانی است لیکن با وسعت کاربردی که از خود نشان داده، خود را در عرصه‌ی تکنیک مطرح کرده است . زمینه‌های کاربرد توربین‌های گاز در نیروگاه‌ها و به‌خصوص در مواردی که فوریت در نصب و بارگیری مدنظر است می‌باشد. همچنین‌ به عنوان پشتیبان واحد بخار و نیز مواقعی که شبکه سراسری برق از دست می‌رود یعنی در خاموشی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مضافاً این‌که توربوکمپرسورها که از انرژی حاصله روی محور توربین برای تراکم و بالا بردن فشار گاز استفاده می‌شود، در سکوهای دریایی ، هواپیماها و ترن‌ها استفاده می‌شود .
مختصری از سرگذشت توربین‌های گاز از سال ۱۷۹۱ میلادی تا به امروز به‌شرح زیر می‌باشد .
اولین نمونه توربین گاز در سال ۱۷۹۱ توسط Jonh Barber ساخته شد . نمونه بعدی در سال ۱۸۷۲ توسط Stolze ساخته شد که شامل یک کمپرسور جریان محوری چند مرحله‌ای به هم‌راه یک توربین عکس‌العملی چند مرحله‌ای بود که یک اتاق احتراق نیز در آن قرار داشت . اولین نمونه آمریکایی آن در ۲۴ ژوئن ۱۸۹۵ توسط Charles G.Guritis ساخته شد. اما اولین بهره‌برداری و تست واقعی از توربین گاز در سال ۱۹۰۰ م بوسیله Stolz صورت گرفت که راندمان آن بسیار پایین بود .

در همین سال ها در پاریس یک توربین گاز بوسیله برادرانArmangand ساخته شد که دارای نسبت فشار تقریبی ۴ و چرخ کوریتس به ابعاد ۵/۹۳ سانتی‌متر قطر با سرعت rpm 4250 بود که دمای ورودی به توربین حدود ۵۶۰اندازه‌گیری شد و راندمان آن در حدود ۳% بود. H.Holzwarth اولین توربین گاز با بهره اقتصادی بالا را طراحی کرد، که در آن از سیکل احتراق بدون پیش‌تراکم استفاده می‌‌شد و قسمت اصلی یک ماشین دوار با تراکم متناوب بود.

هم‌چنین Stanford سال ۱۹۱۹ یک توربین گاز که دارای سوپر شارژر بود، ساخت که در هواپیما نیز از آن استفاده شد. اولین توربین گازی که برای تولید قدرت مورد استفاده قرار گرفت به‌وسیله Brown Boveri ساخته شد. وی از یک توربین گاز برای راندن هواپیما استفاده کرد. هم‌چنین در سال ۱۹۳۹ م، وی یک توربین گاز با خروجی MW 4 ساخت که بر اساس سیکل ساده طراحی شده بود و کارکرد پایینی داشت. این توربین تنها به مدت ۱۲۰۰ ساعت مورد بهره‌برداری قرارگرفت و عیوب مکانیکی فراوان داشت . از جمله اصلاحات وی برروی توربین ، بالا بردن راندمان آن به میزان ۱۸% بود.

در انگلستان گروهی به سرپرستی Whittle در سال‌‌ ۱۹۳۶ ‌م یک کمپرسور سانتریفوژ‌تک مرحله‌ای با ورودی دوطرفه و یک توربین تک‌ مرحله‌ای کوپل شده به ‌آن را به هم‌‌راه یک اتاق طراحی کردند. اما با تست این موتور نتایج چندان راضی‌کننده‌ای به‌دست نیامد. در سال ۱۹۳۵‌م در آلمان شخصی به‌نام Hans Von یک توربوجت با کمپرسور سانتریفوژ ساخت که از مزایای خوبی نسبت به نمونه‌های قبلی برخوردار بود. در آمریکا کمپانیAlis Chalmers اصلاحات فراوانی برروی راندمان توربین‌های گاز و کمپرسورها انجام داد و راندمان کمپرسور را به ۷۰% – ۶۵% و راندمان توربین را به ۶۵% -۶۰% رسانید.

در سال ۱۹۴۱‌م کمپانی British Wellond یک توربوجت ساخت که در هواپیما مورد استفاده قرار گرفت . این توربوجت با آب خنک‌کاری می‌شد. در سال ۱۹۴۲‌م کمپانی German Jumo یک توربوجت ساخت که در جنگ جهانی دوم نیز از آن استفاده شد. در این سال‌ها استفاده از موتور توربوجت برای هواپیماها رشد فزاینده‌ای به خود گرفت و هواپیماهای جنگی بسیاری در آمریکا، آلمان و

انگلیس ساخته شد. در سال ۱۹۴۱‌م در سوئیس از یک توربین گاز برای راه‌اندازی لوکوموتیو استفاده شد که دارای قدرت ۱۷۰۰ اسب بخار و راندمان ۴/۱۸% به هم‌راه بازیاب حرارتی بود.
در سال ۱۹۵۰‌م کمپانی Rovet Car از توربین گاز در اتومبیل‌ها استفاده کرد که شامل کمپرسور سانتریفوژ، توربین تک‌مرحله‌ای جهت گرداندن کمپرسور و توربین قدرت جداگانه بود که از مبدل حرارتی نیز در آن استفاده شد. در سال ۱۹۶۲‌م کمپانی General Motors یک توربین گاز به هم‌اه بازیاب ساخت که مصرف سوخت آن نسبت به نمونه مشابه ۳۶% کاهش داشت .

در سال ۱۹۷۹‌م با توافق بین سازندگان بزرگ توربین گاز، استانداردی جهت کاهش میزان NOx وCO دود خروجی ازتوربین گاز نوشته شد . در خلال سال‌های بعد تغییرات فراوانی در نوع سوخت، متریال روش‌های خنک‌کاری و کاهش نویز و سر و صدا به‌وسیله شرکت NASA صورت گرفت.
در ۱۵ سال گذشته توربین گاز، خدمات فزآینده‌ای را در صنعت و کاربردهای پتروشیمی در سراسر جهان ارائه داده است. انسجام ، وزن کم و امکان کاربرد سوخت چندگانه موجب استفاده از توربین گاز در سکوهای دریایی نیز شده‌است .

امروزه توربین‌های گازی وجود دارند که با گاز طبیعی ، سوخت دیزل ، نفت ،متان ، گازهای حرارتی ارزش پایین ، نفت گاز تقطیر‌شده و حتی فضولات کار می‌کنند و روز به روز تلاش‌ها در جهت تکمیل و اصلاح عملکرد آن ادامه دارد.

۱-۲- مقایسه نیروگاه گازی با نیروگاه‌های دیگر
شکل (۱-۲) مقایسه میزان حرارت در چهار نمونه سیکل داده شده را نشان می‌دهد.

 

باتوجه به شکل (۱-۲) بدیهی است که هرچه درجه حرارت توربین افزایش می‌یابد میزان حرارت بیش‌تر جلب توجه می‌کند.
بعضی از عوامل قابل ملاحظه در تصمیم‌گیری برای انتخاب نوع نیروگاه که متناسب با نیازهای موجود باشند، عبارتند از:
۱- هزینه سرمایه‌گذاری

۲- زمان لازم از برنامه‌ریزی و طراحل تا اتمام کار هزینه‌های تعمیراتی و هزینه‌های سوخت.
توربین گاز کم‌ترین هزینه تعمیراتی و سرمایه‌گذاری را دارد. هم‌چنین سریع‌تر از هر نوع نیروگاه دیگری اتمام می‌یابد و به مرحله بهره‌برداری می‌رسد.

از معایب آن می‌توان به اتلاف حرارتی زیاد اشاره کرد
طراحی هر توربین گاز باید در برگیرنده معیارهای اساسی براساس ملاحظات بهره‌برداری باشد. بعضی از معیارهای عمده عبارتند از :
۱- راندمان بالا
۲- قابلیت اطمینان بالا و در نتیجه قابلیت دسترسی بالا
۳- سهولت سرویس

۴- سهولت نصب و تست
۵- تطابق با استانداردهای مربوط به شرایط محیط
۶- ترکیب سیستم‌های کمکی و کنترل که در نتیجه درجه قابلیت اطمینان بالایی را به‌دست می‌دهند.
۷- قابلیت انعطاف در تطابق با سرویس‌ها و نیز سوخت‌های مختلف
نگاهی به هریک از این ملاک‌ها مصرف‌کننده را قادر خواهد ساخت که درک بهتری از هر یک از لوازم پیدا بنماید.

۱-۳ – فرآیند توربین‌های گاز
توربین گاز قدرت را از طریق به‌کار بردن انرژی گازهای سوخته و هوا که دما و فشار زیادی دارند، با منبسط‌کردن آن در چندین طبقه از پره‌های ثابت و متحرک، تولید می‌کند. برای تولید فشار زیاد ( از ۴ تا ۱۳ اتمسفر) در سیال عامل کار، که برای تراکم لازم می‌باشد، از کمپرسور استفاده می‌شود. برای تولید قدرت زیاد، به‌جریان زیادی از سیال و سرعت زیاد آن نیاز می‌شود که برای این کار از کمپرسور گریز از مرکز یا کمپرسور جریان محوری استفاده می‌شود. کمپرسور توسط توربین به حرکت در می‌آید و روی همین اصل محور آن‌ها به‌هم متصل می‌گردد. اگر پس از عمل تراکم روی سیال عامل کار، سیال فوق در توربین منبسط گردد، با فرض نبودن تلفات در کمپرسور و توربین همان مقدار کار که صرف تراکم شده است، توسط توربین به‌دست می‌آید و در نتیجه کار خالص صفر خواهد بود. ولی کار تولیدی توربین را می‌توان با اضافه‌کردن حجم سیال عامل کار در فشار ثابت، یا افزایش فشار آن در حجم ثابت، افزایش داد. هر یک از از دو روش فوق را می‌توان با بالا بردن دمای سیال عامل کار، پس از متراکم ساختن آن به‌کار برد. برای بالا بردن دمای سیال عامل کار، یک اتاق احتراق لازم است که در آن هوا و سوخت محترق گردند تا موجب افزایش دمای سیال عمل کار بشود.

به این‌ترتیب، یک سیکل ساده توربین گاز شامل کمپرسور، اتاق احتراق و توربین می‌باشد. نظر به این‌که محور کمپرسور به توربین متصل شده است، کمپرسور مقداری از کار تولید شده توسط توربین را جذب می‌کند، و بازده را پایین می‌آورد. بنابراین کار خالص، اختلاف بین کارتوربین و کار لازم برای گرداندن کمپرسور خواهد بود.
سوخت عمومی توربین گاز، گاز طبیعی، گازوئیل، نفت و مازوت می‌‌باشد. توربین گاز براساس فرآیند احتراق به انواع زیر طبقه‌بندی می‌شود:

۱ – احتراق پیوسته یا نوع فشار ثابت، این نوع سیکل را سیکل ژول یا سیکل برایتون نامند.
۲- انفجاری یا نوع حجم ثابت، این نوع سیکل را سیکل آتکینسون می‌نامند.
توربین‌های گاز را از روی مسیر سیال عامل کار نیز طبقه‌بندی می‌کنند که عبارتند از:
۱- توربین‌های گاز با سیکل باز (سیال عامل کار از هوای بی

۲- توربین گاز با سیکل نیمه بسته ( مقداری از سیال عامل کار در داخل دستگاه گردش می‌کند و مقدار دیگر به داخل هوای محیط تخلیه می‌گردد).
۱-۳- سیکل استاندارد هوایی (برایتون)
این سیکل که سیکل ژول نیز نامید می‌شود برای مولد قدرت توربین گاز ساده، مطلوب می‌باشد. شکل‌های (۱-۳) و (۱-۴) طرح ساده توربین به همراه اجزاء آن و شکل (۱-۵) تجهیزات گوناگون یک توربین گاز از نوع GELM350 را نشان می‌دهد.

هوای محیط در داخل کمپرسور از فشار ۱ P تا ۲ P متراکم می‌گردد و بعد به اتاق احتراق فرستاده می‌شود که در آنجا سوخت پاشیده شده محترق می‌گردد. فرآیند احتراق در فشار ثابت صورت می‌گیرد. در اثر احتراق، دمای سیال عامل کار زیاد می‌شود و از ۲T و۳ T می‌رسد. محصولات احتراق از اتاق احتراق خارج می‌شود و در داخل توربین از ۳ P تا فشار جو منبسط می‌گردد و به داخل هوای محیط تخلیه می‌شود. توربین و کمپرسور به طور مکانیکی به‌ هم متصل شده‌اند،

بنابراین، کار خالص برابر است با اختلاف بین کار انجام شده توسط توربین و کار مصرف شده به‌وسیله کمپرسور . برای آغاز کار کمپرسور ، یک راه‌انداز لازم خواهد بود. وقتی توربین شروع به کار کرد، راه انداز قطع می‌شود.
فرآیند ۲-۱ تراکم ایزنتروپیک در کمپرسور می‌باشد.
فرآیند ۳-۲ افزودن حرارت در فشار ثابت در اتاق احتراق است.
فرآیند۴-۳ انبساط ایزنتروپیک در توربین می‌باشد.
فرآیند ۱-۴ پس دادن حرارت در فشار ثابت می‌باشد.
با توجه به شکل‌های (۱-۶) و (۱-۷)، حرارت افزوده شده به سیکل برابر است۱ با ]۱[
۱)
که در صورتی صحیح است که مقدار Cp در فرآیند ۳-۲ ثابت باشد.
حرارت پس داده شده برابر است با :
۲)
که در صورتی صحیح است که مقدار Cp در فرآیند ۱-۴ ثابت باشد.
کار خالص سیکل برابر است با:
۳)
این مقدار کار را می‌توان از راه محاسبه کار توربین و کمپرسور نیز به‌دست آورد:
۴)
۵)
۶)
بنابراین کار خالص برابر است با

۷)

۸)
راندمان حرارتی سیکل برابر است با نسبت کار خالص سیکل به حرارت افزوده شده به سیکل :

۹)

۱۰)

۱۱)
می‌دانیم که در فرآیند ایزنتروپیک بیان فشار، دما و حجم گاز رابطه (۱-۱۲) برقرار می‌باشد:

۱۲)

۱۳)
نظر به این‌که و می توان نوشت:
۱۴)

۱۵)
با قرار دادن از معادله (۱-۱۵) در معادله (۱-۱۱) می توان نوشت:
۱۶)
نسبت فشار با نمایش داده می شود:
۱۷)

۱۸)
بنابراین ، راندمان حرارتی برابر است با :
۱۹)
باید توجه داشت که در محاسبه کار توربین و کمپرسور از تغییرات انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل صرف‌نظر شده است. ضمناً فرض شده که گرمای ویژه در فشار ثابت (Cp ) در طول سیکل ثابت بماند. هم‌چنین از جرم سوخت به علت کم بودن آن نسبت به جرم هوا صرف‌نظر شده است. در شکل (۱-۸) منحنی تغییرات راندمان حرارتی بر حسب تغییرات نسبت فشار نشان داده شده است. از روی این منحنی مشاهده می‌شود که راندمان حرارتی به طور پیوسته با افزایش مقدار نسبت فشار زیاد می‌شود.

۱-۴-نسبت فشار برای حداکثر کار خالص ویژه سیکل نظری
هنگامی که دو حد دما در سیکل ایده‌آل برایتون مشخص باشد، برای تغییر قدرت خروجی‌، تنها عامل متغیر نسبت فشار می‌باشد. حداقل مقدار نسبت فشار‌، واحد می‌باشد که به ازاء آن قدرت خروجی صفر می‌شود. در این صورت:
۲۰)
اگر دمای خروجی کمپرسور به ۳ T یعنی حداکثر دمای قابل قبول توربین برسد، حرارت افزوده شده در اتاق احتراق صفر خواهد بود. در نتیجه مقدار کار کمپرسور و توربین با هم برابر می‌شود وکار خالص خروجی صفر خواهد شد. این نسبت فشار ماکزیمم برابر است با:
۲۱)
بنابراین هیچکدام از دو نسبت فشار ماکزیمم و مینیمم عملی نیست و یک نسبت فشار میانی وجود دارد که به ازای آن قدرت خروجی یا راندمان حداکثر شود. ماکزیمم کار خالص هنگامی اتفاق می‌افتد که :
۲۲)
نسبت فشار میانی به ازای ماکزیمم کار خالص برابر است با:

۲۳)
در به ازای مقادیر مختلف نسبت گرمای ۴/۱ ، ۳۵/۱ و ۳/۱ منحنی فشار اپتیموم بر حسب نسبت رسم شده است.
تغییرات کار خالص با نسبت فشار را برای یک توربین با مشخصات زیر نشان می‌دهد.
cْ۱۵ = دمای ورودی به کمپرسور
cْ۱۱۲۷ = دمای ورودی به توربین
شکل (۱-۱۰) دیاگرام تغییرات کار خالص نسبت فشار با ثابت آدیاباتیک۴/۱=
این نمودار نشان می‌دهد که کار خالص با افزایش نسبت فشار افزایش می‌یابد ولی بعد از این‌که به نسبت فشار اپتیموم رسید مقدار آن تقریباً ثابت می‌ماند.

۱-۴- سیکل عملی برایتون
سیکل عملی ( واقعی ) توربین گاز از نقطه‌نظرهای زیر با سیکل ایده‌آل تفاوت دارد:
۱- به علت وجود تلفات اصطکاکی در کمپرسور توربین، فرآیند تراکم و انبساط بدون اصطکاک نیست و با مقداری افزایش در انتروپی هم‌راه می‌باشد. ( این فرآیندها آدیاباتیک برگشت ناپذیر می‌باشند.) در حالت ایده‌آل، بازده کمپرسور و توربین ۱۰۰ درصد می‌باشد ولی در عمل از ۱۰۰ درصد کمتر است.
۲- در اتاق احتراق افت فشار مختصری وجود دارد. این افت فشار بسیار کم است و معمولاً از آن صرفنظر می‌شود.
۳- جرم گازی که از داخل توربین عبور میکند، ((۱ + fبرابر جرم هوایی است که از داخل کمپرسور عبور می‌کند، که f نشان‌دهنده‌ی نسبت جرم سوخت به جرم هوا می‌باشد .
۴- گرمای ویژه گازهای حاصل از احتراق، کمی بیش‌تر از گرمای ویژه هوا می‌باشد. البته این فزونی به قدری کم است که گرمای ویژه گازهای حاصل از احتراق را می‌توان برای ساده شدن مسأله هر جا که لازم باشد، با گرمای ویژه هوا مساوی فرض کرددیا گرام T- S

فرآیند َ۲-۱ عبارتست از تراکم ایزنتروپیک
فرآیند ۲-۱ عبارتست از تراکم واقعی
فرآیند َ ۴ -۳ عبارتست از انبساط ایزنتروپیک
فرآیند ۴-۳ عبارتست از انبساط واقعی
بازده کمپرسور برابر است با:

۲۴)

۲۵)

۲۶)
بازده توربین عبارتست از :

۲۷)
کار توربین واقعی برابر است با:

۲۸)
اگر گرمای ویژه گازهای حاصل از احتراق( (Cpgو هوا با هم برابر فرض شوند، خواهیم داشت
۲۹) کار واقعی توربین
۳۰)
بنابراین راندمان توربین برابر است با:
۳۱)

۳۲)

راندمان حرارتی سیکل به صورت زیر محاسبه می‌شود.
(۱-۳۳)کار مصرفی کمپرسور-کار واقعی توربین=W neta = کار خالص واقعی
۳۴)
که در آن f نسبت سوخت به هوا است. ضمناً این مقدار کار به ازاء kg 1 هوای مصرف شده در کمپرسور به‌دست می‌آید.
حرارت افزوده شده به سیکل عملی برابر است با:
۳۵)
بنابراین راندمان حرارتی سیکل برابر است با:
۳۶)

۳۷)

که در آن C pg گرمای ویژه گازهای حاصل از احتراق و C pa گرمای ویژه هوا می‌باشد. اگر از جرم سوخت در مقایسه با جرم هوای مصرف شده صرفنظر شود، خواهیم داشت:
۳۸)
و اگر گرمای ویژه گاز حاصل از احتراق و هوا با هم برابر باشد، می‌تواند نوشت:
۳۹)

۴۰)
اگر به‌جای ۱T -2 T و ۲T -3 T مقدار آنها را از معادله (۱-۲۶) و (۱-۳۲) را در معادله (۱-۴۰) قرار دهیم خواهیم داشت:
۴۱)
و با توجه به تصحیح معادله‌ی (۱-۱۴) خواهیم داشت:

۱-۴۲)
و با توجه به معادله‌ی (۱-۲۶) داریم:

۱-۴۳)
و با فرض این‌که:
۱-۴۴)
و نتیجتاً خواهیم داشت:
۱-۴۵)
۱-۶-نسبت فشار برای حداکثر کار خروجی در سیکل عملی توربین گاز
با توجه به می‌توان نوشت:

۱-۴۶)
کار واقعی کمپرسور برابر است با:

۱-۴۷)
کار واقعی توربین برابر است با:

۱-۴۸)
بنابراین کار خالص خروجی برابر است با:

۱-۴۹)

۱-۵۰)
بنابراین نسبت فشار برای حداکثر کار خروجی برابر است با:

۱-۵۱)
۱-۱۰- نسبت فشار برای حداکثر راندمان حرارتی سیکل عملی
حرارت افزوده شده به سیکل برابر است با:
۱-۵۲)
با توجه به معادله‌ی (۱-۴۱) راندمان حرارتی واقعی سیکل برابر است با:

۱-۵۳)
بنابراین نسبت فشار اپتیموم برای حداکثر راندمان حرارتی برابر است با:

۱-۵۴)

دیاگرام تغییرات r p ) opt ) برای ماکزیمم شدن راندمان حرارتی سیکل عملی برایتون بر حست حداکثر دمای سیکل به ازای مقادیر مختلف راندمان کمپرسور و توربین را با فرضیات زیر نشان می‌دهد:

شکل (۱-۱۲): تغییرات برای ماکزیمم شدن راندمان حرارتی سیکل عملی برایتون برحسب دمای حداکثر سیکل به ازای مقادیر مختلف راندمان کمپرسور و توربین

با توجه به، با بالا رفتن حداکثر دمای سیکل و بالا رفتن راندمان کمپرسور و توربین، rp ) opt ) هم افزایش می‌یابد. با زیاد شدن این نسبت فشار‌‌‌، حداکثر راندمان حرارتی سیکل نیز طبق معادله راندمان سیکل عملی افزایش می‌یابد.
نیز تغییرات راندمان حرارتی سیکل ساده توربین گاز برحسب تغییرات نسب فشار برای دماهای مختلف ورودی به توربین را با فرضیات زیر
نشان می‌دهد:

تغییرات رانمان حرارتی سیکل ساده توربین گاز برحسب تغییرات نسبت فشار برای دماهای مختلف ورودی توربین
نشان می‌دهد که یک نسبت فشار اپتیموم وجود دارد که راندمان حرارتی در آن حداکثر می شود.
تغییرات راندمان حرارتی سیکل بر حسب نسبت فشار برای مقادیر مختلف راندمان توربین و کمپرسور با فرضیات زیر را نشان داده است.

تغییرات (۱-۱۴): تغییرات راندمان حرارتی سیکل برحسب نسبت فشار برای مقادیر مختلف راندمان کمپرسور و توربین
نشان می‌دهد که داندمان حرارتی در برابر تغییرات راندمان کمپرسور و توربین بسیار حساس است. منحنی خط‌چین راندمان حرارتی سیکل ساده ایده‌آل را نشان می‌دهد. وقتی راندمان توربین و کمپرسور زیاد شود راندمان حرارتی سیکل نیز زیاد می‌شود. به ازاء هر راندمان توربین و کمپرسور ، یک نسبت فشار اپتیموم وجود دارد که به ازاء آن راندمان حرارتی سیکل حداکثر می‌شود. تغییرات راندمان حرارتی بر حسب نسبت فشار برای دماهای مختلف ورودی کمپرسور با فرضیات زیر را نشان می‌دهد.
دمای۱T بر حسب درجه کلوین روی هر منحنی نوشته شده است.

نشان می‌دهد که با کاهش دمای هوای ورودی به کمپرسور، راندمان سیکل افزایش می‌یابد. هرچه انحناء منحنی‌ها کمتر شود، حد وسیع‌تر برای به‌ترین نسبت فشار وجود خواهد داشت.
فصل دوم
با توجه به احتیاج روزافزون برق، لازم می آید که به بررسی راهنمای افزایش قدرت خروجی توربینهای گاز بپردازیم.
مهمترین این روشها عبارتند از :
از بین روشهای ذکر شده برای افزایش قدرت خروجی توربینهای گازی ما به راهنمای ازدیاد این پارامتر به وسیله خنک ‌کردن هوای ورودی به کمپرسور خواهیم پرداخت:
۱- سیستم ذخیره سازی سرما Thermal Energy Storage ))
2- سیستم‌های خنک‌کننده تبخیری( E vaporative Cooling )
3- سیستم‌های خنک‌کننده برودتی Refrigerated Coling))

۱-سیستم‌های ذخیره‌سازی سرما
یکی از روش‌های خنک کردن هوای ورودی توربین گاز، استفاده از یخ جهت ذخیره‌سازی سرما می‌باشد. این سیستم‌ها به صورت پریودیک استفاده می‌شوند. بدین شکل که سرما ( یخ ) در ساعات غیر پیک ساخته می‌شود و در ساعات گرم روز که عموماً مقارن با پیک مصرف برق می‌باشد، برای خنک‌کردن هوای ورودی و در نتیجه افزایش ظرفیت توربین، از این سرمای ذخیره شده استفاده می‌شود.

در این روش، از تانک‌های یخ ( ice tank) که درجه حرارت آب خنک شده خروجی آن‌را می‌توان در حدود ۴۵ تا ۵۰ درجه فارن‌هایت نگه داشت، استفاده می‌شود. آب خنک شده، در حین عبور از کویل‌ها ، هوای ورودی توربین را سرد و خود حدود ۱۰ درجه فارن‌هایت گرم می‌شود. البته مقدار دقیق این درجه حرارت، به وضعیت و تعداد کویل‌هایی بستگی دارد که در مسیر هوا قرار گرفته‌اند.
هزینه اولیه ذخیره سرما زیاد است اما مزایای عمده دیگر آن باعث شده است که استفاده از آن علاوه بر خنک کردن هوای ورودی توربین‌های گازی ، در سیستم‌های تهویه منازل نیز رواج یابد.

در روش ذخیره سرما، از چیلرهای کمپرسوری استفاده می‌شود که قادرند سرمای زیر صفر ایجاد کنند و یخ تولید نمایند. به علت مصرف برق زیاد، این چیلرها در ساعات غیر پیک شبکه برق به‌کار گرفته شده ، یخ تولید می‌نمایند و در ساعات پیک شبکه، سرمای تولیدی این یخ‌ها برای خنک‌کردن هوای ورودی توربین گازها استفاده می‌شود.
مزایا :
– استفاده از کل ظرفیت توربین در تمامی ساعات
– امکان استفاده‌ی مجدد از آب استفاده شده برای تولید یخ
– از بین بردن قلّه پیک و داشتن ظرفیت کافی در هنگام پیک
– خلوص آب مصرفی برای تولید یخ مهم نمی‌باشد و از آب با سختی زیاد نیز می‌توان استفاده کرد، زیرا آب به علت داشتن سختی زیاد و عناصر محلول در درجه‌ی حرارت پایین‌تری یخ می‌زند که این امر باعث افزایش قابلیت سرد سازی می‌شود.

معایب :
– حجم تانک ذخیره‌ی یخ بسیار بزرگ می‌باشد.
– هزینه‌ی اولیه‌ی زیاد سیستم
– هزینه‌های راه‌بری و نگه‌داری مناسب سیستم
– سیستم برای استفاده از یخ در خنک‌سازی هوای ورودی به کمپرسور بسیار حجیم است.
۲- سیستم‌های خنک‌کننده تبخیری :
در کلیه روش‌های تبخیری، از تبخیر آب که یک فرآیند طبیعی است برای خنک‌کردن استفاده می‌شود. هنگامی که آب می‌خواهد تغییر فاز دهد ( تبخیر شود )، از محیط اطرافش گرما می‌گیرد. به عنوان مثال هنگامی که یک پوند آب می‌خواهد تبخیر شود، حدود ۱۱۶۰ BTU گرما لازم دارد.
در سیستم‌های تبخیری ، آب مورد نیاز جهت خنک‌کردن هوا، به طرق مختلفی در معرض تماس با هوا قرار گرفته ، انرژی مورد نیاز جهت تبخیر را از هوای ورودی توربین می‌گیرد و آن را خنک می‌سازد.
قبل از تشریح بیش‌تر سیستم تبخیری ، لازم است تا اصطلاحاتی را در این زمینه توضیح دهیم:
۱- دمای خشک Dry Bulb : درجه حرارتی است که توسط دماسنج و به روش معمول اندازه‌گیری می‌شود.
۲- دمای تر Wet Bulb : درجه حرارتی است که با توجه به میزان رطوبت نسبی هوا و در نتیجه قدرت تبخیرکنندگی آن اندازه‌گیری می‌شود.

۳- رطوبت نسبی Relative Humidity : نسبت وزن آب موجود در هوا به وزن آبی که هوا را در درجه حرارت ثابت، از نظر رطوبت اشباع کند را درصد رطوبت نسبی می‌گویند.
۴- راندمان اشباع Sat . eff : راندمان سیستم خنک‌کننده در نزدیک کردن درجه حرارت خشک به درجه حرارت تر محیط را راندمان اشباع می‌گویند. به عنوان مثال اگر بتوان توسط یک سیستم خنک‌کننده ، درجه حرارت خشک محیط را به درجه حرارت تر تقلیل داد، راندمان اشباع ۱۰۰% است.
سیستم‌های تبخیری جهت خنک کردن هوای ورودی توربین‌ها خود به سه دسته تقسیم می‌شوند که به تفصیل مورد بررسی قرار خواهند گرفت،

۲-۱- سیستم Air Washer
در این روش حجم زیادی آب توسط پمپ‌های با دبی بالا، از طریق یک سری نازل‌هایی که در یک شبکه منظم درون اتاق Air Washerقرار گرفته‌اند، به روی هوای ورودی پاشیده می‌شوند و در نتیجه به‌واسطه خاصیت تبخیر آب (که یک فرآیند گرماگیر است )هوای ورودی را خنک می‌کنند. شماتیک ساده یک Air Washer که جهت خنک کردن هوای ورودی یک توربین گاز استفاده شده است، در شکل (۲) نمایش داده شده است .

این روش آب با کیفیت بسیار بالا نیاز ندارد، بلکه تنها باید ذرات ریز را از آب در گردش سیستم حذف کرد تا احتمال گرفتن نازل‌ها از بین برود.
عملکرد این سیستم به رطوبت هوای محیط وابسته است به‌طوری‌که هر چه محیط خشک‌تر باشد، قابلیت خنک‌کنندگی آن که بستگی به تفاوت درجه حرارت
WB و DBدارد، بیش‌تر می‌گردد. در هر حال معمولاً رطوبت نسبی تا حدود ۹۵% می‌تواند افزایش یابد و نه بیش‌تر .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 13700 تومان در 80 صفحه
رایگان – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد