بخشی از مقاله
شبیه سازی 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 است. برای هر یک از اجزای سیستم مانند کندانسور ، پمپ بویلر، توربین فشار بالا و توربین فشار پـایین مـدل ریاضـی مناسـب بـا اسـتفاده از اصـول ترمودینامیک و انتقال حرارت تعریف و مدل سازی گردیده است؛ مدلسازی کل سیکل بصورت یکپارچه انجام شـده اسـت و شـبیه سازی آن توسط نرم افزار EES صورت گرفته است. سپس به محاسبه راندمان حرارتی کل سیستم و میزان تلفات اکسرژی هر یک از
اجزای اصلی نیروگاه پرداخته و محاسبه نموده . در این مقاله به این نتیجه می رسیم که راندمان حرارتی کـل سیسـتم 41 درصـد 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 مقادیر ارائه گردیده که نشان دهنده پتانسیل بالای بویلر برای تعریف راهکارهای مناسب و موثر جهـت بهینه سازی و استفاده مفید از این میزان اتلاف اکسرژی می باشد که می توان با طراحی بازیاب مقدار اتلاف اگزرژی را کاهش 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، شبیه سازی، نرم افزار EES
-1 مقدمه
این در بخش تولید برق، نیروگاههـای حرارتـی بـیش از % 85 انـرژی الکتریکی کشور را تامین کرده که این مقدار موید اهمیت و توجـه هـر چه بیشتر به این دسته از نیروگاهها خواهد بود . در میان نیروگاههـای حرارتی، نیروگاههای بخار با تولید بـیش از % 30 تـوان کشـور دارای اهمیت قابل ملاحظه ای در بین نیروگاههای حرارتی هستند با توجه به اینکه نیروگاه های حرارتی جز بزرگترین صنایع انرژی بـر در دنیـا مـی 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 مـی توانـد نقـش مهمـی 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 المللـی ارائه گردیده است. سیال عامل را با توجه به شیب منحنی بخـار اشـباع آن در نمودار دما - آنتروپی به سه دسته مایع خشک، مـایع مرطـوب و مایع آیزنتروپیک طبقه بندی کرد. مایع مرطوب (ماننـد آب)کـه دارای شیب منفی است و مایع خشک (مانند ان -پنتان) دارای شـیب مثبـت است، در حالی که مایع ایزنتروپیـک (بـه عنـوان مثـال (R123 دارای شیب بینهایت بزرگ است. سوپرهیت کـردن سـیالات مرطـوب مفیـد است (مثل سیال آب) ، اما سـوپرهیت کـردن سـیالات خشـک (مثـل (R123 مفید نیست .[ 2]
البته در کاربردهای عملی، سوپرهیت کردن می تواند تضمین کند کـه 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 عمـر عملیاتی توربین شود.
مدلسازی و شبیه سازی سیکل رانکین و سیکل گاز توسط نرم افزار توسط محققان داخلی و خارجی متعددی انجام گرفته است. وانگ
و همکاران [3] 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 [4] 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 [5] 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[7] 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. Klein و تحت پوشش شرکت FCHART نوشته شد .[ 8]
-2 نیروگاه حرارتی
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.
از لحاظ ترمودینامیکی این نیروگاه حرارتی دارای 54 نقطه بوده که نقاط مهم و موثر در تحلیل و محاسبه راندمان حرارتی و اتلاف
