بخشی از مقاله
چکیده
برج های خنک کننده یکی از مهمترین بخش های نیروگاه ها و صنایع است که در مواردی بسیاری از برج های خنک کن تر برای افزایش راندمان برج استفاده می شود. استفاده از برج خنک کن تر، با مصرف حجم زیادی از آب در فرآیند خنک کاری همراه خواهد بود که علت آن در خروج آب به دو شکل بخار و ذرات آب همراه جریان هوا است. در این مقاله کاهش مصرف آب جبرانی مورد نیاز برج های خنک کن بررسی میشود.
با استفاده از نرم افزار cycle tempo به شبیه سازی جهت ارزیابی عملکرد برج خنک کننده هیبریدی در سه حالت کلی و چند حالت متاثر از شرایط محیط، پرداخته شده است. مقایسه حجم آب جبرانی در سیکل خنک کاری در دو سیکل مشابه که تنها برج خنک کن هیبریدی جایگزین برج خنک کن تر شده بود، نشان داد که می توان تا %76 حجم آب مصرفی را در فرآیند خنک کاری با بهره گیری از برج خنک کن هیبریدی کاهش داد.
.1 مقدمه
برج های خنک کننده قابلیت خنک کاری بالایی دارند اما مصرف آب زیاد آنها بدلیل استفاده از سرمایش تبخیری باعث خروج بخار از دهانه برج و دفع آن به جو میشود. مصرف آب برج های خنک کننده تر در نیروگاه ها در روزهای گرم سال بیشتر از m3/h 2000 است.[1] با توجه به مشکل کم آبی در چند سال اخیر، کاهش بارندگی ها، افزایش مصرف آب به دلیل افزایش جمعیت و توسعه صنعت لزوم استفاده از منابع آب اهمیت زیادی پیدا میکند.
سیستم های دوگانه - هیبرید - از ترکیب تکنولوژی سیستم های تر و خشک استفاده میکنند. در این سیستم ها هم المان های مربوط به سیستم تر و هم المان های مربوط به سیستم های خشک وجود دارند که به صورت مجزا و یا هم زمان مورد استفاده قرار میگیرند. طراحی این برجها این امکان را فرآهم میآورد که هوا هم از قسمت خشک و هم از قسمت تر بطور موازی وارد برج شود. دو جریان هوا در درون برج خنک کننده و قبل خروج از آن با هم ترکیب میشوند.
آب ابتدا از قسمت خشک و سپس از قسمت تر عبور خواهد کرد. هوای حرارت داده شده در قسمت خشک با هوای مرطوب خروجی از قسمت تر ترکیب شده که این امر باعث کاهش حجم ابر بخار در خروجی میشود. کاربرد برجهای خنک کننده به قرن نوزدهم و اختراع چگالنده برای استفاده در موتور بخار برمیگردد. با آغاز قرن بیستم قوانین و روشهای فراوانی در زمینه چرخههای دارای برج خنک کننده برای مناطقی که با مشکل کم آبی روبهرو بودند، ارایه شد.
سارکر و همکاران در سال 2008 در مقاله خود به بررسی ویژگیهای عملکردی برجهای خنک کننده هیبریدی با چرخه بسته پرداختند..[2] ظرفیت اسمی برج خنک کننده مورد مطالعه آنها 136 کیلو وات بود. نتایج ارائه شده توسط آنها نشانگر آن است که زمانی که برج در مد عملیاتی خشک میباشد ظرفیت خنک کنندگی و ضریب کلی انتقال حرارت آن با کاهش دمای هوای ورودی به طور چشم گیری افزایش مییابد. در این مد بالا رفتن دمای آب ورودی نیز موجب افزایش این دو پارامتر شده است.
رضایی و همکارانش در سال 2010 در مقالهای به بررسی عملکرد بخش تر و خشک یک برج خنک کننده ترکیبی - هیبریدی - از نقطه نظر میزان آب مصرفی پرداختند.[3] وانچای آسواپاسیتکول و همکارش در مقالهای در سال 2012 به ارزیابی مقایسه ای عملکرد برج خنک کننده های هیبریدی پرداخته است.[4] آنها عملکرد برج خنککننده ترکیبی را با استفاده از شبیه سازی عددی و آزمایشگاهی در طیف گستردهای مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و یک مدل محاسباتی برای پیش بینی رفتار خنک کننده خشک، خنک کننده مرطوب و سیستم خنک کننده ترکیبی مطرح کردند.
تقیان و احمدیکیا در مقاله ای در سال 2016 به بررسی صرفه جویی در مصرف آب در برج خنک کننده تر نیروگاهی توسط تبدیل به برج هیبرید با دو سیستم کنترل دبی هوا پرداختند.[1] آنها با شبیه سازی برج خنک کننده نیروگاه اسلام آباد اصفهان دریافتند که با کنترل دبی هوای ورودی به برج هیبرید سالاته مصرف آب جبرانی برج خنک کننده تر را در حدود 140335 متر مکعب کاهش داد.
در این مقاله سعی می شود با تعیین مقدار بهینه ظرفیت حرراتی کندانسور و تعیین نرخ جریان آب خنک کننده مورد نیاز در کندانسور میزان کاهش مصرف آب برج خنک کننده تر با جایگزین کردن برج خنک کننده هیبریدی بررسی میشود. برای این منظور سه حالت شبیه سازی در نرم افزار cycle tempo پیاده سازی شده است.
.2 مبانی شبیه سازی
به منظور بررسی عملکرد برج خنک کننده هیبریدی در این تحقیق سه حالت شبیه سازی در نرم افزار cycle tempo پیاده سازی شد. حالت اول شامل شبیه سازی نیروگاه سیکل حرارتی بخار آب با توان خروجی 600 است. که هدف از آن به دست آوردن ظرفیت حرراتی کندانسور و تعیین نرخ جریان آب خنک کننده مورد نیاز در کندانسور است. در حالت دوم با داشتن نرخ جریان آب خنک کننده و ظرفیت حرراتی کندانسور که از حالت اول بدست آمد یک برج خنک کننده تر جهت خنک کردن آب خنک کن به نیروگاه اضافه گردید.
در حالت سوم برج خنک کننده تر در سیکل حرراتی کندانسور با یک برج خنک کننده هیبریدی با فرض ثابت بودن شرایط عملکردی کندانسور - همسان با حالت اول - جایگزین گردید. در ادامه توضیح اجمالی در ارتباط با نحوه شبیه سازی هر کدام از حالت های ذکر شده و مفروضات طرح آورده خواهد شد. در ابتدا به اعتبار سنجی نرم افزار cycle tempo میپردازیم.
ازگلی و همکارانش در مقاله ای در سال 2013 با عنوان بهبود بهره وری انرژی و تحلیل با توجه به جنبههای زیست محیطی در رابطه با تبدیل به گاز کردن بایومس در نیروگاه تولید برق پرداختند.[5] جامل و همکارانش در مقاله ای در سال 2013 به شبیه سازی و تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی نیروگاه 200 مگاواتی بصره عراق نیروگاه های بخار گاز سوز به کمک نرم افزار سایکل تمپو پرداختند.[6] راویندار کومار و همکارانش در مقاله ای در سال 2016 سه نیروگاه با ظرفیتت های 500 ، 660 و 800 مگاواتی را با نرم افزار سایکل تمپو شبیه سازی و به بهینه سازی پارامتری چرخه نیروگاه حرارتی پرداختند.[7]
.1,2 شبیه سازی نیروگاه - حالت اول -
سیکل حرارتی آب و بخار یک نیروگاه حرارتی تولید برق با ظرفیت تولید 600 توسط نرم افزار cycle tempo شبیه سازی شد - شکل . - 1 بخار آب با فشار 18000 kpa و دمای 530°C در توربین فشار بالای شماره دو تا فشار 3800 kpa منبسط میگردد. سپس بخار مجدد تا دمای 530°C بازگرمایش مییابد و پس از آن مجدداً در توربین دو مرحلهای فشار متوسط و توربین شش مرحلهای فشار پایین منبسط میشود. شماره توربینها در شکل نشان داده نشده است ولی در تنظیمات ورودی نرم افزار وارد گردیده. سپس بخار در کندانسور شماره شش در فشار 2/7 kpa چگالیده میشود.
