بخشی از مقاله
چكيده
اين تحقيق به تحليل انرژي و اگزرژي نيروگاه گازي با محصول جانبي آبشيرين پرداخته و در آن اگزرژي سيستم، راندمان اگزرژي و ميزان نرخ نابودي اگزرژي را مورد مطالعه قرار داده است. نتايج براساس مدلسازي و كدنويسي با نرم افزار متلب نشان داد با افزايش دماي ورودي به آبشيرينكن، اگزرژي سيستم كاهش يافته و تخريب اگزرژي افزايش مييابد. بازدههاي انرژي و اگزرژي سيكل از حالت عادي ٣٥ و ٣٧ درصد با اضافه كردن آبشيرينكن به ١٣/٤٧ و ٤٣/٣٩ درصد خواهند رسيد. علاوه بر توليد برق، ٤٧٩/١٦مترمكعب در روز، آب شيرين ميتوان توليد نمود.
مقدمه و هدف
با توجه به رو به زوال بودن منابع انرژي فسيلي، مسائل مربوط به بازيافت انرژي در واحدهاي صنعتي و فرايندي در سالهاي اخير محققين بيشماري را متوجه خود كرده است. از آنجا كه توليد آبشيرين همزمان با افزايش جمعيت مناطق مختلف، همواره يكي از مسائل مهم صنعتي بوده، استفاده از تكنولوژي شيرينسازي آب ميتواند يكي از مؤثرترين و مفيدترين روشهاي استفاده از حرارت بازيافتي واحدهاي نيروگاهي باشد. سيستم هاي دو منظوره توليد همزمان آب شيرين و توان شامل دو بخش مهم هستند: نيروگاههاي حرارتي و واحد هاي شيرين سازي آب.
در واقع نيروگاه حرارتي هم وظيفه توليد انرژي الكتريكي مورد نياز معمول و هم وظيفه تآمين انرژي لازم جهت راه اندازي واحد آب شيرين كن را بر عهده دارد. كشور ايران نيز با توجه به نيازمندي به آب شيرين و وجود نيروگاههاي متعدد در مناطق ساحلي پتانسيل بالايي جهت استفاده از اين تكنولوژي را داراست. در اين مقاله سعي شده است با كاربرد يك بويلر بازياب بعد از نيروگاه گازي، از گازهاي اتلافي خروجي توربين براي تأمين بخار مورد نياز آبشيرينكن استفاده شود، همچنين راندمان انرژي و اگزرژي سيكل توربين گاز با اضافه كردن آبشيرينكن بررسي شود.
تئوري و پيشينه تحقيق
در اين مقاله پيشفرض بر اين بوده كه دما و فشار هواي ورودي به كمپرسور و نسبت تراكم كمپرسور معلوم باشد. لذا از روابط ترموديناميكي دماي خروجي از كمپرسور بدست آمده، مشخصات ترموديناميكي تمام نقاط سيكل توربين گازي محاسبه شده]٣[ ،]٤[ ،]٨[، بعد از بدست آوردن دماي گازهاي خروجي از توربين، دماي بخار ورودي به آبشيرينكن محاسبه و فرايند شيرينسازي آب توسط آبشيرينكن مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است. براي انجام مراحل فوق، مدلسازي هر بخش از سيكل صورت گرفته، كد مربوطه توسط نرمافزار متلب١ تهيه و نمودارها و نتايج بدست آمده است.
صدري و همكاران ]١[ در سال ٢٠١٦ مقاله بهينه سازي عملكرد واحد آب شيرينكن جزيره قشم با استفاده از گرماي اتلافي به كمك بويلر بازياب را ارائه كردند، در اين مقاله سيستم آب شيرين كن قشم مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است. بر اساس تحليل ترموهيدروليكي انجام شده، خواص در نقاط مختلف محاسبه شده است. مقايسه نتايج با دادههاي حقيقي نشان دهنده تطابق مناسبي بين دادههاست. دو تابع سطح حرارتي و ضريب عملكرد آب شيرينكن به عنوان توابع هدف بهينه سازي انتخاب شده و بهينه سازي براساس متغيرهاي تصميم انتخابي صورت گرفته است. نتايج حاصله از بهينه سازي دو هدفه بهبود مناسبي در كاهش سطح حرارتي و افزايش ضريب عملكرد را نشان داد.
ابراهيم الموتاز و عرفان وزير ]٢[ درسال ٢٠١٤ در مقاله خود به مدل سازي رياضي آب شيرينكنهاي ٢MEE-TVC پرداختهاند. معادلات موازنه جرم، انرژي و انتقال حرارت مربوط به اجزاي مختلف توسط كد نرم افزاري متلب تهيه شده و نتايج بدست آمدهاند. كتاب طراحي و بهينه سازي آدريان بيژن ]٣[ براي بدست آوردن اگزرژي و تخريب اگزرژي نقاط مختلف سيكل توربين گاز مورد استفاده قرار گرفته است. كتاب ترموديناميك سنجل ]٤[ براي بدست آوردن مشخصات ترموديناميكي نقاط مختلف سيكل توربين گاز مورد استفاده قرار گرفته است. درويش و همكاران]٥[ در ٢٠٠٥ با توجه به كمبود آب شيرين در كشور كويت استفاده از توربينهاي گازي را جهت توليد آب شيرين پيشنهاد دادند.
آنها چندين تركيب مختلف بين سيكل توربين گاز و آب شيرينكنهاي چند مرحلهاي با افت فشار ناگهاني و اسمز معكوس را مورد بررسي قرار دادند. كتاب مبناي آب شيرينكنهاي اِل دسوكي ]٦[ براي مدلسازي قسمتهاي مختلف آب شيرين كن مورد مطالعه قرار گرفته است. كاهرامان و سنجل ]٧[ در سال ٢٠٠٥ تحليل اگزرژي دستگاه آب شيرين كن ٣MSF را انجام دادند. در اين تحليل بالاترين تخريب اگزرژي ٧,٧٧% محاسبه شد كه با افزايش تعداد مراحل مي توان آن را كاهش داد. اگزرژي تخريبي پمپ ها و موتورها حدود ٣,٥%، كه با بالابردن راندمان موتورها و پمپ ها مي توان آن را كاهش داد.
مقصودي و همكاران ]٨[ در سال ٢٠١٤، بهينه سازي اگزرژي در نيروگاه بخار شهيد رجايي با گرمكن آب تغذيه با كاربرد الگوريتم ژنتيك را مورد مطالعه قرار دادند. حساسيت تابع هدف براي تغييرات نرخ خروجي در توربينهاي بخار موجود آناليز و مقدار بهينه نرخ خروجي توسط الگوريتم ژنتيك تعيين شده است. راندمان اگزرژي كل با محاسبه اتلاف اگزرژي و راندمان اگزرژي مربوط به هر قسمت را تعيين نمودند. اعمال تخريب نشان داد با اضافه كردن ٢٥ مگاوات كار توربين راندمانهاي انرژي و اگزرژي تا ٥ درصد افزايش مي يابد. شكيب و همكاران ]٩[ در سال ٢٠١٢ به شبيه سازي و بهينه سازي آب شيرينكن چند مرحلهاي جفت شده با سيكل توربين گاز به همراه بويلر بازيافت پرداختهاند. در اين پژوهش با استفاده از كد محاسباتي توسعه يافته تحليل ترموديناميكي و اگزرژي براي يك سيستم توليد همزمان توان و آب شيرين با تكيه بر مطالعه تأثير پارامترهاي عملكردي بويلر بازياب بر سيستم توليد آب شيرين انجام شد.
روش تحقيق
اجزاء سيستم تركيبي مورد مطالعه داراي ٥ جزء طبق شكل - ١ - است: كمپرسور، محفظه احتراق، توربين، بويلر بازياب و آب شيرينكن. هوا در نقطه ١ وارد كمپرسور شده، به حالت فشرده از نقطه ٢ خارج ميگردد. هواي فشرده وارد محفظه احتراق شده و به همراه مقدار سوختي كه به محفظه احتراق وارد شده، واكنش داده و محصولاتي با دماي بالا توليد ميكند. خروجي محفظه احتراق در نقطه ٣ وارد توربين شده و توليد توان ميكند. سپس در نقطه ٤ وارد بازياب شده و از گاز داغ خروجي از توربين جهت توليد بخار مورد استفاده آب شيرينكن استفاده ميشود.
شكل ١: نمايي از سيكل تركيبي توربين گاز همراه با آب شيرينكن
فرضيات در نظر گرفته شده براي اجزاء سيكل تركيبي توربين گاز با آب شيرين كن شامل: حالت پايدار، جريان پايدار، آدياباتيك بودن كليه اجزاء توربين گاز، صرفنظر كردن از انرژي پتانسيل و جنبشي، ايده آل بودن رفتار تمام گازها ضمناً هواي ورودي به صورت تركيب حجمي زير در نظر گرفته شده است و سوخت مصرفي، متان فرض ميگردد. آب شيرينكن مورد نظر شش مرحلهاي تبخيري با تغذيه موازي بوده و از تعدادي تبخير كننده، اژكتور بخار، جعبههاي فلش و يك چگالنده انتهايي - به منظور چگالش بخار توليد شده در آخرين مرحله - تشكيل شده است. شماتيك آن در شكل - ٢ - نشان داده شده است.
