بخشی از مقاله
چکیده
مبدل بازیاب حرارتی - رکوپراتور - با بهره گیري از حرارت دود خروجی از توربین، هواي ورودي به محفظه احتراق را گرم نموده و موجب کاهش مصرف سوخت در محفظه احتراق می گردد. این کاهش مصرف با ثابت ماندن دماي شعله در محفظه و نیز ثابت بودن کار خروجی توربین انجام شده و در نتیجه موجب افزایش راندمان کلی سیکل می گردد. به کارگیري مبدل بازیاب حرارت در سیکل توربین گازي در مقایسه با سیکل بدون مبدل بازیاب، موجب کاهش 10 درصدي مصرف سوخت شده و علاوه بر افزایش راندمان سیکل، موجب کاهش آلایندگی هاي زیست محیطی می گردد.
-1 مقدمه
مبدل بازیاب حرارت - Recuperator - به منظور بازیابی حرارتی و کاهش اتلافات انرژي در سیکل توربین گازي به کار برده می شود. سیستم بازیاب حرارتی از انواع مبدل هاي بازیافت کننده حرارت است که از اتلافات گرمایی خروجی از توربین گاز استفاده کرده و هواي ورودي به محفظه احتراق را پیشگرم کرده و علاوه بر اینکه موجب کاهش اتلافات ناشی از خروج گازهاي داغ از توربین در سیکل توربین گازي می شوند موجب کاهش مصرف سوخت و در نتیجه کاهش آلودگی هاي زیست محیطی می گردنند.
رکوپراتورها که از انواع مبدل هاي بازیاب کننده حرارت هستند، امروزه به عنوان یکی از راهکارهاي مناسب و متداول جهت اصلاح سیکل توربین گازي با هدف افزایش تولید توان شناخته می شوند .[1] در این مقاله به بررسی نقش رکوپراتورها در سیکل توربین گازي در ایستگاههاي تقویت فشار گاز پرداخته و نشان داده شده که صرفه جویی هاي حاصل از به کارگیري این سیستم ها با توجه به مصرف بالاي انرژي هاي فسیلی در کشور و با عنایت به لزوم بهینه سازي مصرف انرژي در کشور، موجب افزایش راندمان سیکل توربین گازي و در نتیجه کاهش مصرف سوخت می گردد.
در این تحقیق ابتدا شبیه سازي ترمودینامیکی سیکل توربین گازي با کمک نرم افزار EES انجام شده و محاسبات حرارتی و دماي کارکرد نقاط مختلف تعیین می شود . در ادامه با کمک نرم افزار MATLAB طراحی مبدل با توجه به روابط و استانداردهاي موجود در مراجع انجام شده است .[2] این طراحی شامل طراحی حرارتی بازیاب شامل پارامترهاي ترمودینامیکی از قبیل ضرائب انتقال حرارت، میزان شار گرمایی منتقل شده، حداکثر میزان افت فشار در هر دو مسیر سیال و غیره بوده و در ادامه نیز طراحی مکانیکی مشتمل بر اندازه و ابعاد بازیاب و دیگر ویژگی هاي آن انجام شده است.
ایستگاههاي تقویت فشار گاز به منظور جبران اتلافات ناشی از مسیر گاز طبیعی از محل تولید در پالایشگاهها تا محل مصرف از توربوکمپرسورهاي تقویت فشار خط لوله بهره می برند. افزایش راندمان سیکل توربین هاي گازي در ایستگاهها، موجب کاهش مصرف سوخت در مسیر انتقال و در نتیجه کاهش هزینه هاي انتقال و توزیع انرژي گاز در کشور می گردد.
افزایش فشار خطوط لوله انتقال گاز به منظور تامین فشار مورد نیاز گاز در مسیر خط لوله توسط مجموعه توربو کمپرسور انجام می شود. توربین گازي وظیفه ایجاد نیروي محرك براي کمپرسور را به عهده داشته و کمپرسور انرژي مورد نیاز گاز را در خط لوله تامین نموده و به عبارت دیگر فشار گاز در خط لوله را افزایش داده و موجب انتقال آن در مسیر خط می گردد. مبدل بازیاب حرارت موسوم به رکوپراتور، از انواع مبدل هاي حرارتی بازیاب کننده انرژي حرارتی بوده و با انجام بازیابی انرژي حرارتی گازهاي داغ خروجی از توربین گازي که در حالت عادي به اتمسفر تخلیه می گردنند، موجب افزایش راندمان سیکل توربین گازي می شوند.
این افزایش راندمان بدین صورت است که انرژي حرارتی گازهاي خروجی با کمک مبدل حرارتی بازیاب به هواي ورودي خروجی از کمپرسور و ورودي به محفظه احتراق داده شده و بدین ترتیب با افزایش دماي هواي ورودي در محفظه، میزان سوخت مصرفی براي تامین دماي مورد نیاز در محفظه کاهش می یابد. این کاهش مصرف سوخت به معنی کاهش انرژي مصرف شده سیکل با ثابت ماندن کار خروجی توربین و در نتیجه افزایش راندمان مجموعه توربین گازي است. شماي سیکل توربین گازي که از یک مبدل حرارتی بازیاب - رکوپراتور - بهره می گیرد در شکل زیر نمایش داده شده است.
انتخاب رکوپراتور از لحاظ ساختار و نوع رژیم جریان سیال می بایست با عنایت به محدودیت ها و شرایط ویژه عملکرد این نوع مبدل ها، انتخاب گردد. نکته قابل توجه در انتخاب رکوپراتور توجه به مقوله افت فشار است. با توجه به حساسیت افت فشار هواي ورودي به محفظه احتراق می بایستی در انتخاب نوع مبدل حرارتی و نیز طراحی مبدل دقت کافی صورت پذیرد.
نکته دیگر در انتخاب و طراحی رکوپراتورها، مقوله کارآیی حرارتی مبدل است. با توجه به اینکه رکوپراتور از لحاظ نوع سیال کاري نوع گاز – گاز می باشد، با توجه به ضریب انتقال حرارت نسبتا پایین تر گاز ها در مقایسه با سیالات مایع، باید نوع مبدل از لحاظ ساختار به گونه اي انتخاب شود تا اندازه تا حد امکان حجم کمی اشغال کرده و همچنین به لحاظ اقتصادي هزینه بالایی در بر نداشته باشد.
