بخشی از مقاله
تحلیل اکسرژی نیروگاه حرارتی توس مشهد توسط نرم افزار EES
چکیده
در این مقاله مدلسازی و شبیه سازی سیکل رانکین نیروگاه حرارتی توس مشهد در حالت پایدار انجام شده اسـت. بـرای هـر یک از اجزای سیستم مانند کندانسور ، پمپ بویلر، توربین فشار بالا و توربین فشار پایین مدل ریاضی مناسـب بـا اسـتفاده از اصول ترمودینامیک و انتقال حرارت تعریف و مدل سازی گردیده است؛ مدلسازی کل سیکل بصـورت یکپارچـه انجـام شـده است و شبیه سازی آن توسط نرم افزار EES صورت گرفته است. سپس به محاسبه راندمان حرارتی کـل سیسـتم و میـزان تلفات اکسرژی هر یک از اجزای اصلی نیروگاه پرداخته و با محاسبات دستی مقایسه گردیده است؛ در این مقاله به این نتیجه می رسیم که راندمان حرارتی کل سیستم 41 درصد و بیشترین اتلاف اکسرژی مربوط به بویلر به میزان 62/4 درصد و بعد از آن برج خنک کن (کندانسور) دارای 20/85 درصد می باشند و بصورت نمودار و شکل این مقـادیر ارائـه گردیـده کـه نشـان دهنده پتانسیل بالای بویلر برای تعریف راهکارهای مناسب و موثر جهت بهینه سازی و استفاده مفیـد از ایـن میـزان اتـلاف اکسرژی می باشد که می توان با طراحی سیستم های جدید تولید همزمان و بازیاب مقدار اتلاف اکسـرژی را کـاهش داده و بطور هدفمند استفاده نمود همچنین راندمان حرارتی کل سیکل را به میزان قابل توجهی افزایش داد.
×
کلمات کلیدی: سیکل رانکین، نیروگاه حرارتی بخار، اکسرژی، نرم افزار EES
1
.1 مقدمه
در بخش تولید برق، نیروگاههای حرارتی بیش از % 85 انرژی الکتریکی کشور را تامین کرده که این مقدار موید اهمیت و توجه هر چه بیشتر به این دسته از نیروگاهها خواهد بود . در میان نیروگاههای حرارتی، نیروگاههای بخار با تولید بیش از 30 %توان کشور دارای اهمیت قابل ملاحظه ای در بین نیروگاههای حرارتی هستند با توجه به اینکه نیروگاه های حرارتی جز بزرگترین صنایع انرژی بر در دنیا می باشد و درصد بسیار زیادی از منابع انرژی کشورها را جهت تولید انرژی برق صرف می کنند ، بررسی و تحلیل این صنعت جهت تحلیل انرژی و ارایه راهکارهای کاهش مصرف سوخت می تواند نقش مهمی در اقتصاد انرژی کشورها ایفا کند.[1]
در زمینه مدلسازی و شبیه سازی نیروگاه های حرارتی توسط نرم افزار EES در کشورهای اروپایی و آمریکایی فعالیتهای زیادی انجام گردیده که بیشتر آنها در سال های اخیر به مراکز علمی و نشریات بین المللی ارائه گردیده است. سیال عامل را با توجه به شیب منحنی بخار اشباع آن در نمودار دما- آنتروپی به سه دسته مایع خشک، مایع مرطوب و مایع آیزنتروپیک طبقه بندی کرد. مایع مرطوب (مانند آب)که دارای شیب منفی است و مایع خشک (مانند ان-پنتان) دارای شیب مثبت است، در حالی که مایع ایزنتروپیک (به عنوان مثال (R123 دارای شیب بینهایت بزرگ است. سوپرهیت کردن سیالات مرطوب مفید است (مثل سیال آب) ، اما سوپرهیت کردن سیالات خشک (مثل (R123 مفید نیست .[ 4]
البته در کاربردهای عملی، سوپرهیت کردن می تواند تضمین کند که تنها بخار، نه مخلوط بخار و مایع، وارد توربین می شود. مخلوط بخار و مایع می تواند به پره های توربین صدمه بزند و باعث کوتاه شدن عمر عملیاتی توربین شود.[5]
مدلسازی و شبیه سازی سیکل رانکین و سیکل گاز توسط نرم افزار توسط محققان داخلی و خارجی متعددی انجام گرفته است. وانگ و همکاران [7] سیکل رانکین دو مرحله ای با منبع حرارتی ناپیوسته ای را با استفاده از سیالات مختلف توسط نرم افزار های Matlab و Refprop شبیه سازی کرده است. لیو و همکاران [6] و [8] بر روی سیکل رانکین دو مرحله ای با بازیاب کار کردند و به ازای دماهای مختلف هوا و Step های مختلف میزان بازده بهینه نیروگاه را بدست آورده اند. میراحمدی و کلته [2] در مقاله ای به بررسی راندمان قانون اول و اگزرژی یک سیکل رانکین آلی دو مرحله ای با بازیاب با سیال عامل R 600 توسط نرم افزار EES پرداخته و به نتایجی قابل توجه رسیده اند.
حیدری[3] در مقاله ای یک سیکل گازی را توسط نرم افزار EES شبیه سازی و مدلسازی نموده و برحسب دمای هوای ورودی، نسبت تراکم کمپرسور، میزان سوخت مصرفی و راندمان بازیاب حرارتی، یک رابطه از مرتبه دوم برای کار خالص خروجی بدست آورده است. همانطور که توضیح داده شد بیشتر مطالب کار شده در این زمینه مربوط به بررسی و تحلیل راندمان قانون اول ترمودینامیک بوده است. در این تحقیق به بررسی و محاسبه اتلاف اگزرژی اجزای سیکل و راندمان حرارتی یک نیروگاه حرارتی سیکل بخار توسط نرم افزار EES به صورت اختصاصی پرداخته شده که از جمله تفاوت های این پژوهش با کارهای دیگر است. این نرم افزار در سال 1992 توسط یک محقق امریکایی به نام S.A. Kleinو تحت پوشش شرکتFCHART نوشته شد .[9]
.2 مواد و روش ها
نیروگاه حرارتی توس واقع در 22 کیلومتری شمال غربی شهر مشهد واقع می باشد که دارای 1 توربین فشار بالا و 1 توربین فشار متوسط و 1 توربین فشار پایین و یک بویلر با ظرفیت 525 تن در ساعت از نوع معلق، گردش طبیعی، درام دار و یک کندانسور و 2 پمپ بعنوان اجزاء اصلی می باشد که نمای شماتیک و نمودار T-S آن به ترتیب در شکل های 1 و 2 آمده است.
2
از لحاظ ترمودینامیکی این نیروگاه حرارتی دارای 54 نقطه بوده که نقاط مهم و موثر در تحلیل و محاسبه راندمان حرارتی و اتلاف اکسرژی در نرم افزار EES، خواص دما و فشار و دبی بخار سیال عامل آن بیان گردیده تا نرم افزار با استفاده از این داده ها ، نیروگاه را شبیه سازی و نتایج مهم ترمودینامیکی آنرا بیان نماید.
شکل .1 نمای شماتیک نیروگاه بخار توس مشهد
شکل .2 نمودار T-S نیروگاه بخار توس مشهد
3
