بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله قسمتهای اصلی یک سیکل جدید که توسط شرکت نت پاور تولید شده و شامل محفظه احتراق، واحد جداسازی هوا، مبدل حرارتی و برج خنک کننده میباشد، با نرم افزار ترموفلو شبیهسازی شده است. این سیکل بر اساس احتراق با استفاده از اکسیژن خالص به جای هوای محیط، کار میکند. سیال عامل این سیکل دی اکسید کربن است. بر طبق نتایج قسمت بهینهسازی، سیکل با کارآیی نهایی 53/95 درصد، در حالت واقعی، به دست آمده است. نتایج در سه قسمت صحتسنجی، تحلیل پارامترهای سیکل و تحلیل توربین 300 بار، بررسی شده است.
مطابق با نتایج قسمت صحتسنجی شبیهسازی اولیه، بازده سیکل دی اکسید کربن فوق بحرانی با سه مرحله سرمایش در قسمت کمپرس، 0/4 درصد از بازده سیکل بهینه با دو مرحله سرمایش، بیشتر است. در واقع در این حالت، از آنجایی که بازده 0/4 درصد افزایش مییابد، با اضافه شدن سرمایش میانی از 2 به 3، میزان سوخت مصرفی از 1/01 به 1/002 کیلوگرم بر ثانیه و توان مصرفی کل کمپرسورها نیز از 3468 کیلووات به 3235 کیلووات کاهش مییابد. با افزایش دادن تعداد مراحل سرمایش در قسمت تراکم سیکل، دمای دی اکسید کربن خروجی از آخرین مرحله کمپرسورها از 65/39 درجه سانتیگراد به 50/68 درجه سانتی گراد کاهش مییابد.
تأثیر سه پارامتر فشار دی اکسید کربن خروجی از کمپرسور سوم، نسبت فشار توربین، دمای خروجی از محفظه احتراق بر روی عملکرد سیکل بررسی شده است. با کاهش فشار ورودی به پمپ از 75/32 به 73/35 بار، بازده کلی سیکل از 53/91 تا 53/95 افزایش مییابد. با افزایش دمای محفظه احتراق از 850 تا 1150 درجه سانتیگراد، بازده کلی سیکل از 44/64 تا 60/52 افزایش مییابد.
با افزایش نسبت فشار از 2 تا 9/9، بازده سیکل در حالتهای اول - 1150 - ، دوم - 1000 - و سوم - 850 - درجه سانتیگراد به ترتیب 32/85، 32/96 و 32/50 درصد افزایش مییابد. در واقع با بالا رفتن میزان نسبت فشار، تغییر بازده مستقل از دمای محفظه احتراق است. در پایان پارامترهای مربوط به توربین 300 بار که شامل ضریب بارگذاری تیغه، زاویه گاز ورودی به استاتور، زاویه گاز خروجی از استاتور، نسبت واکنش و مساحت حلقه جریان میشود، محاسبه گردیده است.
-1 مقدمه و هدف
با توجه به رشد متوسط سالانه 6 درصد در مصرف برق کشور و ضرورت احداث بیش از سه هزار مگاوات نیروگاه جدید لازم است نوع نیروگاهها بر اساس طیف گستردهای از معیارها اولویت گذاری شود .[1] میزان مصرف انرژی الکتریکی ایران در سال 1391 با رشدی معادل 5/6 درصد نسبت به سال 1390 به 194148 میلیون کیلووات ساعت افزایش یافته است. در ایران تقاضای برق تکیه زیادی بر سوختهای فسیلی داشته و بیشترین ظرفیت نصبشده نیروگاهی در ایران به نیروگاههای گازی، بخاری، سیکل ترکیبی اختصاص دارد که حدود 84 درصد ظرفیت نصبشده نیروگاهی کشور را در اختیاردارند.
در سالیان اخیر، استفاده از سیالاتی مانند هلیم و دی اکسید کربن در سیکلهای توربین گازی متداول شده است. به علت این که این سیالات به اندازه کافی در دسترس بوده و با حداقل فعلوانفعالات شیمیایی و دانسیته بالا، به راحتی قابلیت جذب انرژی گرمایی تا دمای بالاتر از Cœ1000 را دارا میباشند. لذا با پیشرفت در عرصه انرژی هستهای و تولید انرژی حرارتی بسیار بالا، میتوان به جای نیروگاههای سنتی بخار، از سیکل توربین گازی با دی اکسید کربن یا هلیم استفاده نمود. همانند همهی سیکلهای توان، فرآیند تراکم مجدد - استفاده از کمپرسور دوم - و همچنین گرمایش مجدد سیال عامل در چرخه تولید توان، میتواند بازدهی سیکل را تا حدودی افزایش دهد
-2 تئوری و پیشینه تحقیق
در زمینه توربوماشینری سیکل بسته برایتون با سیال عامل دی اکسید کربن و احتراق اکسیژنی کارهای اندکی صورت گرفته است.
ناژانگ و همکارش - 2006 - یک واحد توانی گاز طبیعی مایع جدید پیشنهاد دادند که دارای انتشار اندک دی اکسید کربن و بازدهی بالا است. بر طبق نتایج این تحقیق، بازده های اکسرژی و انرژی خالص به ترتیب بیشتر از 65 و %50 است
رودنی الام و همکارانش - 2010 - ، به معرفی سیکل الام پرداختند و توضیح دادند که نت پاور یک چرخهی توان ترمودینامیکِ اکسیسوخت1 جدید را توسعه دادهاست که از سوختهای هیدروکربنی استفاده میکند و 100 درصد گازهای گلخانهای جوی از جمله دیاکسید کربن را میگیرد، و از لحاظ هزینهی برق با بهترین سیستمهای حاضر که دارای بخش جداسازی و ذخیرهسازی دیاکسید کربن نیستند، به خوبی میتواند رقابت کند. این سیستمِ بخصوص، این نتایج را در حالت حلقه بسته، فشار بالا وسبتن فشار پایینِ چرخهی برایتونِ بهبودیافته که از دی اکسید کربن بحرانی بعنوان سیال عامل استفاده میکند، بدست دادهاست.
رودنی الام و همکارانش - 2014 - در تحقیقی تحت عنوان چرخهی دی اکسید کربن فوقبحرانی الام، احتراق با اکسیژن خالص: توسعههای چرخهای جدید برای تولید برق با هزینهی کمتر از سوخت فسیلی بدون تصاعدات اتمسفری - گازهای گلخانهای - ، ملاحظات طراحی بکار رفته برای توسعهی چرخهی الام و سپس جزئیات این چرخهی جدید و مزایای بالقوهی آن را بررسی میکنند
-2 معرفی سیکل آلام
سیکل الام از دی اکسیدکربن پرفشار 300 - بار - و پیش گرم شده و اکسیژن خالص و سوخت فسیلی در محفظه احتراق استفاده مینماید. فرآیند احتراق استفاده شده در این سیکل بعنوان احتراق اکسی یا احتراق با اکسیژن خالص شناخته میشود و در آن به دلیل استفاده از اکسیژن خالص بجای هوای محیط، نیتروژنی در محفظه احتراق وجود نداشته، و در نتیجه ترکیبات اکسیدهای نیتروژن در محصولات احتراق وجود نخواهد داشت.
مومنتوم سیال پرفشاری که بخش عمده آن را دی اکسید کربن تشکیل میدهد باعث گردش توریبن شده و گاز خروجی از آن با عبور از یک مبدل حرارتی با تقطیر آب موجود در محصولات احتراق، از چرخه حذف میشود و امکان پمپ دی اکسید کربن را ممکن میسازد. شکل - 1 - قسمت های اساسی سیکل آلام با سوخت گاز طبیعی را نشان می دهد. شکل - 2 - نشان دهنده ی نمودار فشار و انتالپی ویژه بر اساس سیال عامل دی اکسید کربن در سیکل آلام است
شکل - 1 - قسمت های اصلی سیکل آلام
شکل - 2 - نمودار فشار- آنتروپی سیکل الام
گاز دی اکسید کربن به عنوان یک سیال غیر سمی و غیر قابل اشتعال برای استفاده در سیکلهای تولید توان جلب توجه میکند. این گاز به عنوان سیال عامل در سیکل های تولید توان دارای مزایای زیادی است، که از آن جمله میتوان به فشار بحرانی به نسبت پایین آن اشاره کرد.
