بخشی از مقاله
چکیده
مقاله حاضر به تحلیل انرژی و اگزرژی سیکل بخار با استفاده از نرمافزار EES میپردازد. در این تحلیل، مراکز اصلی بازگشت ناپذیری شناسایی گردیده و اثر پارامترهای مختلف بر ارتقای راندمان اگزرژی تجهیزات بررسی میگردد. نتایج نشان میدهد محفظه احتراق بیشترین هدررفت اگزرژی را درمیان تجهیزات دارد - حدوداً - %80 و بعد از آن توربین و کندانسور به ترتیب با %11 و %8 بیشترین هدررفت اگزرژی را در میان سایر تجهیزات دارد. نتایج حاکی از آن است که با افزایش دمای ورودی توربین از 793,15 کلوین به 900 کلوین، راندمان اگزرژی توربین از 74,1 به 85,68 درصد و همچنین راندمان سیکل از 25,05 به 34,37 درصد افزایش مییابد.
همچنین تخریب اگزرژی برای توربین از 19,94 به 12,88 مگاوات و برای سیکل از 160,9 به 140,9 مگاوات کاهش مییابد. در تحلیلی دیگر نشان داده میشود افزایش فشار کندانسور از 0,0272 به 0,9 مگاپاسکال، موجب تخریب اگزرژی کندانسور از 1,681 به 1,73 مگاوات میگردد و با افزایش دمای ورودی به بویلر از 494,2 به 585 کلوین، راندمان اگزرژی بویلر از 43,83 به 36,43 درصد تنزل پیدا میکند.
واژگان کلیدی: تحلیل اگزرژی، تخریب اگزرژی، نیروگاه بخار، بویلر، کندانسور
مقدمه
به منابع تامین انرژی از جمله نفت، گاز، زغال سنگ و ... روز به روز در سرتاسر جهان رو به تمام شدن است. بنابراین توجه به این مهم و اعمال رویکردهایی برای استفاده بهینه از این منابع تجدیدناپذیر لازم و ضروری است. تقریباً هشتاد درصد برق جهان از منابعی با سوخت های فسیلی - زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی - تامین می شود و بیست درصد مابقی آن از منابع مختلفی مانند هستهای، بادی، خورشیدی و زمینگرمایی تامین میشودعموماً. عملکرد نیروگاه های حرارتی با معیارهای انرژی ارزیابی میشوند و تنها با استفاده از قانون اول ترمودینامیک، توان و عملکرد حرارتی آنها محاسبه میشود. در دهه های اخیر عملکرد اگزرژی بر اساس قانون دوم ترمودینامیک ابزار مفیدی در طراحی، ارزیابی، بهینهسازی و بهبود نیروگاههای بخار تلقی شده است. اگرچه تحلیل عملکرد اگزرژی نمیتواند مکان و عوامل بازگشت ناپذیری در نیروگاه را تعیین کند اما برآورد مناسبی از بازدهی هر تجهیز را میتواند در اختیار گذارد.
تحلیل اگزرژی به مثابه کلیدی برای فهم بهتر فرآیندها از نظر کیفیت و کارامدی است و این حقیقت تنها با مشخص کردن کیفیت انرژی در هریک از تجهیزات محقق میگردد. برخی از تحقیقات مطالعاتشان را به بهبود راندمان و تحلیل اگزرژی تجهیزات اختصاص میدهند و برخی دیگر از پژوهشها به تحلیل و طراحی پرداختهاند. مقاله های فراوانی در زمینه عملکرد انرژی و اگزرژی در ارتباط با نیروگاههای حرارتی منتشر شده است.
برای مثال،حسن و همکاران به عوامل ناکارآمدی ترمودینامیکی سیکل حرارتی با سوخت زغالسنگ در ترکیه و مقایسه آن با سایر نیروگاهها پرداختند. گاناپاثی و همکاران به بررسی هدررفت انرژی و اگزرژی تجهیزات نیروگاه حرارتی 50 مگاواتی در هند پرداختند. رودرا و همکاران عملکرد اگزرژی نیروگاه حرارتی 500 مگاواتی بر مبنای سوخت زغال سنگ در شرایط مختلف بخار در حالتهای زیربحرانی، بحرانی و فوق بحرانی را بررسی کردند.
اهداف اصلی این مقاله، تحلیل اگزرژی تجهیزات سیستم به طور جداگانه و مشخص کردن جایگاههایی است که بیشترین هدررفت انرژی و اگزرژی را داشته اند. علاوه بر این، اثر پارامترهای مختلف از جمله دمای ورودی به توربین - TIT - ، دمای ورودی به بویلر و نیز تاثیر فشار کندانسور بر روی راندمان اگزرژی مورد بررسی قرار گرفته شده است. بویلر یکی از منابع اصلی بازگشت ناپذیری در نیروگاه تلقی میشود. در واقع واکنش شیمیایی، بیشترین منبع قابل توجه تخریب اگزرژی در سیستم بویلر است که می توان با استفاده از پیش گرم کردن هوای احتراق و کاهش نسبت هوا به سوخت، آن را کاهش داد.
معرفی سیکل
سیکل مورد مطالعه نیروگاه بخار الحسین اردن با ظرفیت 56 مگاوات را نشان میدهد.[6] مطابق شکل 1، بخار سوپرهیت با دمای 793 کلوین و فشار 9,12 مگاپاسکال از بویلر خارج و به سمت توربین هدایت میشود. بخار مافوق گرم پس از به حرکت درآوردن توربین به شش زیرکش تقسیم میشود. یکی از زیرکشها به سمت کندانسور رفته و از جریان هوای خنک به حالت مایع میرسد. دو زیرکش به سمت مبدل فشار بالا و دو زیرکش به سمت مبدل فشارپایین انتقال یافته و نهایتاً یک زیرکش نیز به سمت دی اراتور هدایت میشود.
تحلیل ترمواگزرژتیک - تحلیل انرژی -
در سیستم های جریان باز سه نوع انتقال انرژی وجود دارد: انتقال کار، انتقال حرارت و انتقال جرم. قانون اول ترمودینامیک یا بقای انرژی برای فرآیندهای جریان پایا برای سیستم باز است. تغییرات انرژی پتانسیل و جنبشی در مقابل سایر ترم ها ناچیز است. اختلاف انرژی ورودی و خروجی، مقدار هدر رفت انرژی را میدهد.از آنجایی که تجهیزاتی مانند بویلر و مبدلهای حرارتی و کندانسور اتلاف قابل توجهی در میان سایر تجهیزات نیروگاهی دارا هستند.
تحلیل اگزرژی
تحلیل اگزرژی که بر اساس قوانین اول و دوم ترمودینامیک است، ابزاری مفید برای تحلیل سیستم های انرژی قلمداد می-شود. درواقع یکی از اهداف آنالیز اگزرژی، تعیین ناکارآمدی تجهیزات است و جایی که بیشترین فقدان اگزرژی و تخریب اگزرژی رخ میدهد را تعیین میکند. در این سطح از تحلیل با ارائه یک روش کلی میتوان نقاط نامطلوب سیکل یعنی نقاطی که بیشترین تخریب اگزرژی در آنها رخ میدهد را شناسایی نمود و به بررسی دلایل وجود آن و ارائه راهکارهایی جهت رفع آن پرداخت.
