بخشی از مقاله
بررسی عملکرد سیکل حرارتی و بویلر نیروگاه توس با استفاده از بسته نرم افزاري TOUSS
چکیده
در این مقاله نتایج کلی و قابلیتهاي بسته نرم افزاري Touss، جهت بررسی عملکرد سیکل حرارتی و بویلر نیروگاه توس در شرایط کارکرد مختلف ارائه شده است. نرمافزار تجزیه و تحلیل سیکل توس بصورت On-Line از قابلیت مناسبی جهت مونیتورینگ و بررسی عملکرد سیکل حرارتی و بویلر نیروگاه در شرایط واقعی و براساس دادههاي دریافتی از دستگاههاي اندازهگیري نیروگاه برخوردار میباشد. همچنین با استفاده از برنامههاي تجزیه و تحلیل سیکل و بویلر نیروگاه توس بصورت Off-Line میتوان با دقت مناسبی (بالاتر از 95 درصد) مشخصات ترمودینامیکی سیکل و بویلر در شرایط کارکرد مختلف را پیشبینی و تأثیر تغییر پارامترهاي مختلف سیکل را برروي عملکرد کلی تجهیزات بررسی نمود. لذا با بکارگیري این بسته نرمافزاري میتوان کارآیی و راندمان کلی نیروگاه را بصورت قابل ملاحظهاي افزایش داد.
1ـ مقدمه در نیروگاههاي بخار همواره سعی برآن است که با بررسی عملکرد سیکل حرارتی و تجهیزات مختلف به بالاترین راندمان
حرارتی در شرایط کارکرد مختلف دست یافت. با توجه به اینکه این امر مستلزم انجام یک سري محاسبات فراوان و دقیق ترمودینامیکی میباشد، امروزه انجام آن توسط نرمافزارهاي کامپیوتري مربوطه صورت میپذیرد. مقاله حاضر خلاصهاي از نتایج پروژه ”تهیه بسته نرمافزاري جهت بررسی ترمودینامیکی سیکل نیروگاه توس به منظور تعیین نقطه کارکرد و راندمان واحد بصورت “On-Line میباشد که به منظور دستیابی به اهداف فوق طراحی و تهیه گردیده است. بسته نرمافزاري تهیه شده (Software Touss) حاوي سه برنامه جداگانه میباشد که قابلیتهاي مختلفی را براي کاربر در تحلیل و بررسی عملکرد سیکل حرارتی و بویلر نیروگاه توس در شرایط کارکرد مختلف فراهم میسازد. مشخصات کلی این بسته نرمافزاري به شرح زیر است:
ـ قابلیت تجزیه و تحلیل سیکل حرارتی و بویلر در شرایط واقعی بصورت On-Line
ـ قابلیت تغییر مشخصات اجزاء سیکل و بررسی اثرات این تغییر بر کارکرد نیروگاه
ـ قابلیت تهیه گزارشهاي دقیقهاي، ساعتی، روزانه، هفتگی و ماهانه بصورت جدول و نمودار
ـ در دسترس بودن راندمان واحد در هر زمان و قابلیت تهیه گزارشهاي مقایسهاي
ـ قابلیت بررسی شرایط کارکرد بویلر و مشخصات ترموهیدرولیکی آن در بارهاي مختلف بصورت Off-Line
ـ قابلیت بررسی نحوه توزیع دما و فلاکسهاي حرارتی در داخل کوره در بارهاي نامی و غیرنامی
این قابلینتها با استفاده از سه کد کامپیوتري بدست میآیند که در ادامه مقاله مشخصات هر یک به تفکیک ارائه میشود.
2ـ برنامه تجزیه و تحلیل سیکل نیروگاه توس بصورت [1] On-Line
این برنامه جهت بررسی ترمودینامیکی نیروگاه توس به منظور تعیین نقطه کارکرد و راندمان واحد به شکل On-Line
براساس کد استاندارد [2] ASME برنامهنویسی شده است (شکل .(2 اجراي این برنامه، نیازمند دسترسی داشتن به دادههاي
آماده شده توسط سیستم جمعآوري انتقال اطلاعات است که توسط خود برنامه به راحتی فراخوانی میشوند. این سیستم شامل اجزاء زیر میباشد (شکل :(1
1ـ مبدلها1
2ـ حالت دهندة سیگنال2
3ـ سختافزار جمعآوري اطلاعات3
4ـ کامپیوتر شخصی
5ـ نرمافزار جمعآوري اطلاعات پارامترهاي مورد نظر جهت بررسی ترمودینامیکی و نمایش منحنیهاي مورد نیاز کاربران، براي نیروگاه توس حدود 98 پارامتر
برآورد شدند که 70 پارامتر مربوط به سیکل آب و بخار و عمدتاً از سه نوع دما، فشار و دبی میباشند و 28 پارامتر نیز در رابطه با دیگ بخار هستند که علاوه بر سه نوع پارامتر مذکور شامل پارامترهاي دیگري (از جمله رطوبت نسبی محیط، سرعت باد و...) نیز میباشند.
مبدلها این پارامترهاي فیزیکی مختلف را حس نموده و سیگنالهاي الکتریکی متناسب با کمیت مورد اندازهگیري که قابل اتصال به کارتهاي سختافزاري جمعآوري اطلاعات باشند را فراهم می سازند. سیگنالهاي الکتریکی تولید شده توسط مبدلها بوسیله حالتدهندة سیگنال بصورت قابل استفاده درکارتهاي سختافزاري جمعآوري اطلاعات درآورده میشوند. برخی از جنبههاي تطبیق سیگنال عبارتند از: تقویت، تضعیف، خطیسازي، عایق سازي، تفکیک، تبدیل سیگنال جریان به ولتاژ.
کمیتهاي مورد نظر جهت اندازهگیري پساز تبدیل به سیگنال الکتریکی توسط مبدلها و پردازش آنها، قابل اتصال به ورودیهاي سختافزار سیستم جمعآوري اطلاعات خواهند بود. شکل استاندارد سیگنال الکتریکی متناظر با کمیت مورد اندازهگیري، بصورت ولتاژ یا جریان مستقیم (DC) میباشد. شکل جریانی سیگنال که بدلیل عدم نویزپذیري، جهت انتقال به راه دور متناسبتر است، در محدوده هاي 20 Maـ4 تعریف میشود. جریان خروجی مبدل معمولاً رابطه خطی با اندازة کمیت ورودي دارد و بعنوان مثال یک مبدل فشار در محدودة ورودي 0-20bar، خروجی 4-20mA خواهد داشت.
شکل (2) صفحه اصلی برنامه را نشان میدهد. از قابلیتهاي این برنامه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
گزارشگیري متناوب: این قابلیت، براي اپراتور این امکان را بوجود میآورد که در هر زمان ازوضعیت کلی سیستم اطلاع یابد.
عملکرد این نوع گزارشگیري بصورت ساعتی، شیفتی، روزانه و یا جامع واحد می تواند انجام گیرد.
گزارشگیري از وضعیت تجهیزات: با این قابلیت، اپراتور میتواند در هر لحظه دما، فشار، دبی و سایر خواص سیال را در ورودي و خروجی هاي هر یک از تجهیزات مشاهده کرده و از وضعیت کارکرد آن اطلاع حاصل نماید.
روند تغییرات پارامترها: با این قابلیت، اپراتور میتواند تغییرات مقادیر برخی نقاط تعریف شده در گروه هاي مختلف نظیر سوخت گاز، آب و بخار دیگ بخار و غیره را دریک فاصله زمانی مشخص بصورت عددي مشاهده نماید.
نمایش منحنی تغییرات پارامترها: با این قابلیت می توان روند تغییرات کمیتهاي مورد نظر را در زمان مورد نظر بصورت گرافیکی مشاهده کرد و به بررسی رفتار تجهیزات مختلف پرداخت. (شکل (3
نمایش وضعیت فرآیند: با این قابلیت میتوان بصورت گرافیکی با فشردن کلید ماوس روي ناحیه مورد نظر به مشخصات ترمودینامیکی سیال در آن ناحیه دسترسی پیدا کرد. (شکل (4
بررسی رفتار سیستم: این عملکرد به اپراتور امکان می دهد که نرخ حرارتی و بازده تجهیزات را محاسبه نموده و عملکرد آنها را مورد بررسی قرار دهد.
تنظیم محدوده مجاز مقادیر اندازهگیري: با این قابلیت می توان محدوده مجاز را براي برخی نقاط کلیدي سیکل تعیین کرد و در صورتیکه یک مقدار اندازهگیري شده به صورت On-Line، از این محدوده خارج شد، با تغییر رنگ به اپراتور هشدار داده میشود. (شکل (5
3ـ برنامه تجزیه و تحلیل سیکل نیروگاه توس بصورت [3,4] Off-Line
این برنامه با استفاده از روش محاسباتی مدولار تهیه شده است که بوسیله آن میتوان کلیه مشخصات ترمودینامیکی سیکل حرارتی نیروگاه توس را در بارهاي نامی و غیرنامی با سرعت و دقت بسیار بالایی محاسبه نمود. با استفاده از این برنامه میتوان نحوه عملکرد کلیه اجزاء سیکل حرارتی را در شرایط کارکرد مختلف از جمله تغییر شرایط بخار در خطوط اصلی، ريهیت یا نقاط دیگر نسبت به شرایط طراحی و یا از مدار خارج شدن هریک از هیترهاي فشار قوي مورد بررسی قرار داد و از آن جهت تجزیه و تحلیل سیکل نیروگاه بصورت Off-Line به منظور بهبود کارایی اجزاء و کل سیکل بهره گرفت. منظور از محاسبه ترمودینامیکی یک سیکل حرارتی براي تولید یک قدرت مشخص، تعیین گذر جرمی، فشار، دما و آنتالپی ویژة سیال گردشی (آب و بخار) در نقاط مختلف آن می باشد، بنحوي که کلیه اجزاي تشکیل دهندة سیکل از نظر حرارتی و جرمی در تعادل قرار داشته باشند. این محاسبات معمولاً با روش سعی و خطا انجام میگیرد. ابتدا با مشخص بودن برخی از پارامترهاي اصلی سیکل، شرایط سیال گردشی در کلیه نقاط (شامل دما، فشار و آنتالپی ویژه) محاسبه و یا تخمین زده میشود. پس از آن گذر جرمی بخار مورد نیاز سیکل با فرض نبودن گرمکنها محاسبه می شود. مقدار این بخار بعنوان اولین تخمین گذر جرمی بخار مورد نیاز سیکل واقعی (با در نظر گرفتن گرمکنهاي آب تغذیه) محسوب میشود که معمولاً تخمین مناسب و نزدیکی براي گذر جرمی بخار تولیدي توسط بویلر میباشد. سپس اجزاي سیکل یکی پس از دیگري در جهت جریان سیال عامل سیکل مورد محاسبه قرار گرفته و تعادل حرارتی و جرمی در کلیه نقاط آنها برقرار میشود. پس از خاتمه محاسبات ترمودینامیکی و برقراري تعادل حرارتی و جرمی در کلیه اجزاء سیکل، مقدار قدرت خالص کل تولیدي محاسبه شده و با مقدار درخواستی مقایسه می گردد. چنانچه مقدار قدرت محاسبه شده با قدرت درخواستی اختلاف داشته باشد، مقدار بخار به تناسب تغییر داده شده و محاسبات مذکور تا هنگامی دنبال می گردند که اختلاف مذکور به مقدار بسیار ناچیزي برسد. شکل
(7) روند نماي محاسبات را بطور خلاصه نمایش میدهد. با فشردن دکمه ”اجراي برنامه در بار نامی“، برنامه با در نظر گرفتن وروديهاي پیش گزیده مربوط به شرایط طراحی اجرا می شود و مشخصات کامل سیکل را در شرایط طراحی نمایش خواهد داد. با فشردن دکمه”اجراي برنامه در بار غیرنامی“، فرمی مطابق شکل (6) نمایش داده می شود که امکان اجراي برنامه در بارهاي مختلف و پارامترهاي ورودي مورد نظر را فراهم میسازد. همچنین با استفاده بخش ویرایش می توان پارامترهاي ترمودینامیکی سیکل در حالت طراحی را تغییر و تأثیر آنرا برروي عملکرد کلی تجهیزات مختلف و سیکل بررسی نمود. شکل
(8) صفحه اصلی مربوط به وضعیت فرآیند سیکل را نمایش میدهد که کاربر میتواند با فشردن کلید ماوس در نقاط مختلف سیکل برروي آن، به مشخصات ترمودینامیکی مربوط به کلیه اجزاء ازجمله دما، فشار، دبی و آنتالپی دست پیدا کند. شکل (9)
یک نمونه از نتایج برنامه را براي توربین IP و در بارنامی نمایش میدهد.
پس از نصب برنامه در نیروگاه توس، پارامترهایی که در نقاط مختلف سیکل نیروگاه قابل جمع آوري بودند توسط اپراتورها جمعآوري شده و در جدولی بطور کامل کنار هم آورده شدهاند. جدول (1) بطور نمونه تعدادي از پارامترهاي مهم را نمایش می دهد. مراجعه به نتایج این جدول نشان میدهد که خطاي نسبی بین مقدار خوانده شدة پارامترها در نیروگاه با خروجیهاي برنامه در حد قابل قبول بوده و حداکثر مقدار آن 5 درصد خواهد بود.
4ـ برنامه تجزیه و تحلیل بویلر بصورت Off-Line
در این برنامه با استفاده از قوانین بقاي جرم و انرژي براي سطوح حرارتی بویلر، عملکرد بویلر نیروگاه توس در بارهاي نامی و غیرنامی بصورت Off-Line مدلسازي شده است که با استفاده از آن می توان کلیه پارامترهاي مورد نظر در نقاط مختلف بویلر نظیر فشار، دبی دود و آب/ بخار در شرایط کارکرد مختلف را تعیین نمود. شکل (10) فلوچارت کلی محاسبات را در برنامه بویلر نشان میدهد. در شکل (11) پارامترهاي ورودي قابل تنظیم نشان داده شده است. همانطور که ملاحظه میشود این برنامه قابلیت مدلسازي کوره را به دو روش تجربی [5] و ناحیهبندي [6,7,8] دارا میباشد.
در شکل (12) فرم مربوط به وضعیت فرآیند بویلر نمایش داده شده است. شکل (13) نیز فرم نمایش نتایج براي قسمت سوپرهیتر 2 بویلر را بطور نمونه نشان میدهد که با فشردن کلید ماوس در ناحیه مورد نظر میتوان به این اطلاعات یا اطلاعات نواحی دیگر بویلر دست یافت. مشابه با برنامه Off-Line دادههاي خروجی برنامه با دادههاي قابل برداشت بویلر در نیروگاه مقایسه شدند که بعنوان نمونه تعدادي از آنها در جدول (2) ارائه شدهاند.
