بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحلیل انرژي و اگزرژي یک واحد توربین گاز در ایستگاه تقویت فشار گاز پاتاوه
چکیده
در این مقاله انالیز انرژي و اگزرژي براي یک واحد توربین گاز ایستگاه تقویت فشار گاز پاتاوه انجام شده است.
موازنه انرژي و اگزرژي را براي اجزاء نوشته شده، سپس راندمان قانون اول و راندمان اگزرژي را براي تک تک اجزاي سیکل برایتون (توربین گاز) بدست آمده است. نتایج نشان میدهد در سیکل برایتون ایستگاه تقویت فشار گاز پاتاوه، محفظه احتراق بالاترین سهم در تولید آنتروپی و اتلاف اگزرژي سیکل را دارا می باشد، لذا بهینه سازي محفظه احتراق ایستگاه ضروري به نظر می رسد. همچنین در سیکل مذبور تولید آنتروپی و اتلاف اگزرژي توربین بیش از کمپرسور است لذا در شرایط یکسان بهینه سازي توربین ضروري تر به نظر می رسد.بیشترین حساسیت نسبت به تغییر دماي محیط، مربوط به کمپرسور هوا است. به طوري که به ازاي هر 10 خنک کاري کار کمپرسور 0/47 کاهش می یابد. لذا خنک کاري هواي ورودي به توربین گاز کاري مفید خواهد بود. لذا خنک کاري هواي ورودي توربین گاز کاري مفید خواهد بود. در نسبت فشار 10راندمان قانون دوم و کار خالص خروجی توربین گاز به حداکثر مقدار خود می رسد. لذا نسبت فشار 10، نسبت فشار بهینه براي سیکل توربین گاز موجود در ایستگاه می باشد.
واژه هاي کلیدي: انرژي – اگزرژي - ایستگاه تقویت فشار گاز
-1 مقدمه
آنالیز اگزرژي در یک سیستم بر پایه قانون دوم ترمودینامیک انجام می شود.اگزرژي در یک سیستم ممکن اسـت نـابود شـود,
نابودي اگزرژي در واقع یک معیار براي برگشت پذیري سیستم می باشد, بنابراین با انجام آنالیز اگزرژي میزان نابودي اگـزرزي
و محل آن در سیستم مشخص می شود, بدین ترتیب می توان با دید گاه مناسبی به بهینه سازي سیسـتم پرداخـتروش.[1]
تحلیل اگزرژي توسط کوتاس براي آنالیز حرارتی, شیمیایی و متالوژیک نیروگاهها به کار رفته است. مباحث اقتصـاد گرمـایی و بهینه سازي اقتصادي سیستم هاي ترمودینامیکی نیز توسط کوتاس مطرح شده است.همچنین از بین محققان مـی تـوان بـه فیاسپی اشاره کرد که آنالیز اگزرژي براي یک واحد سیکل ترکیبی را انجام داد و نتیجه گرفت که بیشترین تلفـات در داخـل محفظهي احتراق به وقوع می پیوندد و آن به دلیل اختلاف دماي بالاي بین شعله و سیال عامـل اسـت. وي همچنـین نتیجـه گرفت که آنالیز اگزرژي یک مفهوم مفید براي مقایسهي عملکرد سیکل توربین گاز می باشد. در این مقاله سعی شده است که آنالیز اگزرژي مربوط به سیکل توربین گاز ایستگاه تقویت فشار گاز پاتاوه انجام گیرد. قانون هاي بقاي جرم و انرزي براي همـه اجزاء نوشته شده است. همچنین هر جزء از نظر بالانس اگزرژي دقیقا مورد بررسی قرار گرفته است. نظر به اینکه ایستگاههاي تقویت فشار بعضا داراي ساختار متفاوت و در شرایط آب و هوایی مختلف قرار دارند. تحلیل اگزرژي آنهـا بـه طـور جداگانـه و بهینه سازي مصرف انرژي در آنها از اهمیت خاصی برخوردار است.[2]
توربین گاز در ایستگاه شامل(کمپرسور هوا، محفظه احتراق و توربین می باشد. شکل((1 نمایی شماتیکی از توربین گاز موجود در ایستگاه است. که دماها و فشار هاي مربوط به هر نقطه در آن در جدول((1 مشخص و همچنین دبی هواي ورودي به کمپرسور 85/65kg/sونرخ جریان سوخت 2/062kg/sمی باشد.
در تمامی فرآیند هاي موجود حالت تمام جریان ها، پایدار فرض و از انرژي جنبشی و پتانسیل به دلیل ناچیز بودن صرف نظر شده است. سوخت گازي در دماي 38 درجه سانتیگراد و فشار273psiوارد محفظه احتراق می شود. شرایط ورودي به کمپرسور هوا، شرایط محیط می باشد. توربین و کمپرسور را آدیاباتیک در نظر می گیریم. این توربو ماشین ها بواسطه حضور برگشت ناپذیري، داراي بازده آیزنتروپیک هستند. در این مقاله مباحث مربوط به آلودگی محیط زیست و نیز مسایل اقتصادي در نظر گرفته نمی شود. به دلیل اصطکاك یاتاقانها مقداري از کار مصرفی کمپرسور تلف می شود، در اینجا اصطکاك را در نظر می گیریم. هوا، گازهاي ناشی از احتراق را گازهاي ایده آل فرض کرده و از روابط مربوط به آنها استفاده می کنیم.
-2 معادلات بالانس اگزرژي
معادلات اگزرژي براي یک سیستم به صورت زیر بیان شده است. جریان اگزرژي ترمو مکانیکی(فیزیکی) به جزهـاي دمـایی و مکانیکی تقسیم می شود.[3]
جایی که زیر نویسهاي i و o به ترتیب مربوط به جریانهاي اگزرژي ورودي و خروجی می باشـد.جزهـاي مکـانیکی و حرارتـی مربوط به جریان اگزرزي براي گاز ایدهال با ظرفیت گرمایی ثابت به صورت زیر نوشته می شود.
اگزرژي کل, حاصل جمع اگزرزي شیمیایی و فیزیکی می باشدکه اگزرژي فیزیکی خود از دو ترم اگزرژي حرارتی و اگزرژي مکانیکی تشکیل شده است. بنابراین معادله کلی بالانس اگزرژي به صورت زیر بیان می گردد.[3]
در اینجا نرخ جریان اگزرژي سوخت درایستگاه، نرخ اگزرژي فیزیکی به حجم کنترل،که خود از دو ترم اگزرژي حرارتی و مکانیکی تشکیل شده است. : QCV عکس العمل بین اجزا و محیط می باشد.
-3 معادله بالانس اگزرژي براي توربین گاز ایستگاه
معادله بالانس اگزرژي براي هرجزء از توربین گاز را می توان از معادله اصلی((5 بدست آورد. بدین ترتیب معادله بالانس براي هر یک از اجزاء توربین به صورت زیر است.[1]
کمپرسور هوا
محفظه احتراق
توربین
راندمان قانون دوم براي کمپرسور هوا ، محفظه احتراق و توربین از روابط زیر بدست می آیند. [4]
-4 اثر تغییر پارامتر هاي مهم بر سیکل
اثر افزایش دماي محیط بر راندمان قانون اول و دوم سیکل برایتون ایستگاه در شکل((2 نشان داده شده است. با توجه به شکل با افزایش دماي محیط درصد راندمان قانون اول و دوم با تلفات مکانیکی و بدون تلفات مکانیکی کاهش می یابد.
