بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت سیکلهاي تولید توان و از آن جمله سیکل ترکیبی، در سالهاي اخیر مطالعات فراوانی در این زمینه صورت گرفته و محققان بسیاري با استفاده از روشهاي موجود سعی در بهینه کردن این سیکلها داشتهاند. در این تحقیق به بررسی سیکل آب- آمونیاك پرداخته شده است. در سیکل ترکیبی آب- آمونیاك از مخلوط دوگانه آب- آمونیاك به عنوان سیال عامل استفاده میشود. این سیکل قابلیت استفاده از منابعی مانند انرژي اتلافی سیکل قدرت معمولی و یا منبع حرارتی مستقلی که از انرزي خورشیدي و یا زمین گرمایی استفاده می کند را دارد.
هدف از این مقاله بررسی رکوپراتور بر عملکرد ترمودینامیکی سیکل ترکیبی آب- آمونیاك می باشد. در این پژوهش به کمک نرم افزار EES ابتدا سیکل تولید توان آب- آمونیاك مدلسازي شده و سپس به منظور برررسی و مقایسه، سیکل ترکیبی گاز- رانکین شبیه سازي ترمودینامیکی شده و از دیدگاه قانون اول و دوم ترمودینامیک مورد مطالعه قرار گرفتهاند. در نهایت به بررسی تأثیر رکوپراتور برعملکرد ترمودینامیکی شده است.
– 1 مقدمه
توربینهاي گازي موارد کاربرد متعددي دارند که مهمترین کاربردشان در رانش انواع هواپیماها است، هرچند که در صنایع هم از توربینهاي گازي براي راهاندازي وسایل مکانیکینندما پمپها، کمپرسورها و مولدهاي کوچک برق، و مخصوصاً براي تأمین بار قله و بار میانی و بعضاً بار پایه نیز استفاده میشود. همچنین در نیروگاههاي چرخه ترکیبی از توربینهاي گازي به طور فزایندهاي استفاده میشود. این نیروگاهها از ترکیب توربینهاي بخار و گاز ساخته میشوند و بسته به نوع توربینها،دیگهاي بازیافت گرما، و دستگاههاي بازیابی، انواع متعددي دارند. توربینهاي گازي که در نیروگاهها و صنایع مورد استفاده قرار میگیرند مزایاي زیادي دارند.
اندازة نیروگاه توربین گازي، در مقایسه با نیروگاه بخار کوچکتر، سبکتر و هزینه اولیه آن براي تولید هر واحد توان از هزینه مربوط به نیروگاه بخار کمتر است. مدت زمان لازم براي تحویل توربینگازي نسبتاً کوتاه است و توانمی آن را سریعاً نصب کرد و مورد استفاده قرار داد. راهاندازي نیروگاههاي توربینگازي سریع و غالباً از طریق کنترل از دور است. با استفاده از توربینگازي، علاوه بر تولید برق میتوان برخی نیازهاي جانبی را نیز مانند تولید هواي فشرده تأمین کرد.
انواع سوختهاي مایع وگازي از جمله سوختهاي سنتزي جدید مانندگازها با ارزش گرمایی پایین را میتوان در توربینهاي گازي بهکار برد. توربینهاي گازي در مقایسه با سایر دستگاههاي اساسی تولید، محدودیتهاي زیست محیطی کمتري دارند. با به کارگیري توربینهاي گازي در سیکلهاي ترکیبی میتوان پایین بودن بازده آن را برطرف کرد و در نتیجه آن را به عنوان نیروگاه تأمین بار به کار گرفت، در عین حال از مزایاي دیگر آن نیز مانند راهاندازي سریع و انعطافپذیري کارکردي آن در محدودة گستردهاي از بار بهرهمند شد.
توربینهاي گازي ممکن است آرایش تک محوري یا دو محوري داشته باشند - شکل. - 1 در آرایش نوع اخیر از دو محور استفاده میشود که با سرعتهاي مختلفی دوران میکنند. روي یک محور کمپرسور و توربینی که کمپرسور را تغذیه میکند قرار دارند، در حالی که روي محور دیگر توربین قدرت و بار خارجی قرار میگیرند . همچنین ممکن است روي یک محور کمپرسور و توربین فشار بالا، و روي محور دیگر کمپرسور و توربین فشار پایین و بار خارجی قرار گرفته باشند.
در هر آرایشی، به بخشی از سیستم که شامل کمپرسور، اتاق احتراق و توربین فشار بالاست، مولدگاز میگویند. در آرایش دو محوري این امکان وجود دارد که بار سرعت متغیر داشته باشد و این موضوع براي موارد متعددي از کاربردهاي صنعتی مناسب است. گاهی توربینهاي گازي را که براي رانش هواپیما طرح شدهاند، با انجام اصلاحاتی براي کاربردهاي صنعتی مورد استفاده قرار میدهند. در توربینهاي تک محوري، کمپرسور، توربین، و بار روي یک محور قرار میگیرند که با سرعت ثابتی دوران میکند. از این نوع آرایش براي راهاندازي مولدهاي کوچک و همچنین مولدهاي بزرگ برق در نیروگاهها استفاده میشود.
شکل.1 سیکل باز و مستقیم توربین گازي تک محوري
شکل .2 سیکل باز و مستقیم توربین گازي دو محور
-2 شبیه سازي و تحلیل سیکل هاي ترکیبی
براي شبیهسازي سیکلهاي حرارتی باید براي هر جزء بصورت مجزا معادلات نوشته شده و سپس این مادلات با همدیگر و در یک دستگاه حل شده و دما، فشار، دبی و ... در تکتک نقاط بدست آید.
در این پژوهش سیکل ترکیبی گاز- آب آمونیاك - شکل - 3 و نیز جهت مقایسه بهتر سیکل ترکیبی گاز – رانکین - شکل - 4 مورد بررسی قرار گرفته است. لازم به ذکر است که اندیسهاي استفاده شده در روابط این فصل با توجه به اشکال زیر میباشد.
شکل.3 سیکل ترکیبی گاز- آب آمونیاك
شکل.4 سیکل ترکیبی گاز- رانکین
