بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تجزیه و تحلیل انرژي و اکسرژي نیروگاه سیکل ترکیبی شریعتی مشهد
چکیده
روند روبه رشد مصرف انرژي، نیروگاههاي حرارتی را به یکی از جاذبههاي علمی تبدیل کرده است در حالی که بسیاري از نیروگاههاي حرارتی تنها بر اساس بازده انرژي بر پایهي قانون اول ترمودینامیک تحلیل میشوند، و انرژي مفیدي که در چرخه از بین میرود نمیتواند توسط این قانون توجیه گردد . این بدان دلیل است که قانون اول تفاوتی را بین کیفیت و کمیت انرژي قائل نمیشود و باید قانون دوم ترمودینامیک را هم مدنظر قرار داد. از این رو مقاله حاضر در صدد تجزیه و تحلیل انرژي و اکسرژي در واحد هاي گازي و بخار نیروگاه سیکل ترکیبی شریعتی مشهد می باشد، براي این منظور اطلاعات لازم از طریق مطالعات کتابخانه اي و بررسی اسناد و مدارك موجود در نیروگاه شریعتی جمع آوري گردید.
کلمات کلیدي: تحلیل، انرژي، اکسرژي، نیروگاه، سیکل ترکیبی
مقدمه
امروزه نیروگاه هاي سیکل ترکیبی در بسیاري از کشورهاي جهان مورد توجه قرار گرفته اند و جهت تولید توان از آن ها استفاده می شود. از جمله دلایل این موضوع میتوان به راندمان انرژي نسبتا بالا، آلایندگی کم و میزان گازهاي گلخانه اي اندك نام برد. نیروگاه سیکل ترکیبی توربین گاز، بخار یکی از کاربردهاي نیروگاههاي سیکل ترکیبی میباشد که متشکل از چرخهي توربین گاز (سیکل اول) و چرخهي توربین بخار میباشد، که توسط یک مبدل حرارتی که در واقع نقش بویلر سیکل دوم را بازي میکند به یکدیگر مرتبط گشته اند.
براي بهینه کردن راندمان نیروگاه هاي سیکل ترکیبی بایستی تمامی بازگشت ناپذیريها و افتها را درون سیکل شناسایی کنیم. جهت بدست آوردن مقادیر بازگشت ناپذیريها و افتها از تحلیل انرژي و اکسرژي کمک می گیریم تا تلفات ترمودینامیکی را در یک فرایند محاسبه کنیم.
روش معمول بکار رفته براي تحلیل فرآیندها، قانون اول ترمودینامیک میباشد. گرچه افزایش قابل توجهی هم در استفاده از ترکیب قوانین اول و دوم ترمودینامیک شده که موجب بکارگیري مفاهیمی نظیر اکسرژي و تلفات اکسرژي به منظور ارزیابی راندمان قانون اول با راندمان قانون دوم شده است. اکسرژي ابزاري را فراهم میکند که فرق واضح بین تلفات انرژي با بازگشت ناپذیريهاي داخلی و خارجی را در یک فرآیند مشخص می نماید. اکسرژي میزان کار قابل استحصال بوسیلهي فرایندهاي بازگشت پذیر از یک سیستم در یک حالت اولیه نسبت به زمانی که به تعادل ترمودینامیکی با محیط اطراف میرسد میباشد. طی سالهاي اخیر افراد زیادي از تحلیل اکسرژي براي نیروگاهها استفاده نمودهاند.
احیایی و همکارانش [1] به تحلیل از نیروگاه شهید رجایی قزوین پرداخته اند، و تاثیرات سیستم مه زنی (Fog) را بر روي راندمان توربین گاز بررسی کرده اند. احمدي و همکارانش [2] تحقیقاتی راجع به آنالیزهاي اکسرژي و اکسرگواکونومیک در نیروگاههاي سیکل ترکیبی انجام دادند . آمري و احمدي [3] با استفاده از تحلیل اکسرژي منبع تولید حرارت در یک بازیاب حرارتی مولد بخار (HRSG) نشان دادند که در صورت بازگرم کردن گازهاي خروجی از توربین گاز، در حالی که توان خروجی سیکل ترکیبی افزایش می یابد راندمان انرژي و اکسرژي کاهش می یابد. دینسر و همکارش [4] یک نیروگاه بخار یک چرخهي بازیاب گرماي رانکین را بررسی نمودند و تلفات انرژي و اکسرژي را در شرایط کاري مختلف بررسی کردند. روزن و همکارش [5] فرایند هاي صنعتی را که از بخار استفاده می کنند با استفاده از تحلیل اکسرژي بررسی نمودند و به این نتیجه رسیدند که می بایست از تحلیل اکسرژي به عنوان ابزاري کلیدي در بهینه سازي فرایند ها هنگامی که مقادیر زیادي بخار در صنایع مورد استفاده قرار می گیرد بهره جست.
معرفی نیروگاه سیکل ترکیبی شریعتی مشهد
نیروگاه شریعتی در 15 کیلومتري حرم امام رضا در شهر مشهد و در کیلومتر 10 جاده آسیایی مشهد سرخس و در مساحتی بالغ بر 50 هکتار که نیمی از آن به فضاي سبز اختصاص یافته احداث شده است. نیروگاه مذکور از نوع سیکل ترکیبی میباشد. همچنین نیروگاه توسط پست 132 کیلو ولتی شریعتی که در مجاورت آن قرار دارد به شبکه متصل میگردد. این نیروگاه داراي قدرت نامی 500 مگاوات متشکل از 6 واحد توربین گازي هر یک به قدرت 25 مگاوات ساخت شرکت هیتاچی، یک واحد سیکل ترکیبی شامل دو توربین گازي هر یک به قدرت 123/4 مگاوات و یک واحد بخار 100 مگاواتی ساخت شرکت زیمنس آلمان است. آب مورد نیاز نیروگاه نیز توسط دو حلقه چاه عمیق تامین میگردد. نماي شماتیک سیکل ترکیبی نیروگاه در شکل 1 نمایش داده شده است.
تحلیل انرژي
جهت تحلیل انرژي ابتدا هر یک از اجزا اصلی را به صورت واحد در نظر گرفته و سپس به کمک قوانین بقاي جرم و قانون اول ترمودینامک رابطه ي انرژي را موازنه میکنیم.[6]
فشار خروجی محفظهي احتراق با در نظر گرفتن افت فشار در محفظهي احتراق به صورت زیر تعریف می شود.
که افت فشار در محفظه ي احتراق می باشد فرایند احتراق و ضرایب آن را به صورت زیر می توان نوشت
:
مولد بخار بازتاب گرما (HRSG)
با اعمال معادلهي توازن انرژي بین گاز و آب در هر قسمت از اجراء مولد بخار داریم:
کندانسور
براي یک نیروگاه سیکل ترکیبی راندمان انرژي براي سیکل اول (سیکل توربین گاز) و سیکل دوم راندمان کل از طریق روابط زیر بدست می آید.
فرضیات زیر براي ساده تر شدن کار تحلیل در نظر گرفته می شوند. تمامی فرایندها حالت پایدار و جریان پایدار می باشند. می باشند.
