فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:206
پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک
تبدیل انرژی
عنوان : طراحی بهینه بویلربازیاب حرارتی دو فشاره و آنالیز 3E سیکل ترکیبی با تزریق بخار به اتاق احتراق در توربین های گاز کلاس V94.2-LM6000-PG9351FA
فهرست مطالب:
نشانه ها ظ
زیرنویس ها ظ
بالا نویس غ
فصل1 . مقدمه 1
1-1. مقدمه ای بر اگزرژی، اگزرژی اقتصادی 2
1-1-1. مقدمه ای بر بهینه سازی سیکل نیروگاهی و بویلر بازیاب حرارتی (HRSG) 3
1-1-2. بویلر بازیاب حرارتی (HRSG) 3
1-2. مقدمه ای بر اثرات زیست محیطی و کاهش CO2 و NOx 5
1-3. مقدمه ای بر تزریق بخار به داخل اتاق احتراق 6
فصل2 . مدل سازی هوا، انواع سوخت ها، احتراق سوخت گاز و مایع 8
2-1. مقدمه 8
2-2. فشار محیط 8
2-3. مدل سازی هوای محیط 9
2-3-2. خواص ترمودینامیکی و فیزیکی هوا 9
2-3-2-1. ظرفیت گرمایی 9
2-3-2-2. ویسکوزیته 10
2-3-2-2-2. مدل سادرلند با دو ثابت 11
2-3-2-2-3. قانون سادرلند با سه ثابت 11
2-3-2-2-4. قانون توانی 11
2-3-2-3. هدایت حرارتی 12
2-3-2-4. چگالی هوا 13
2-4. سوخت های مایع و مدل سازی آن ها 13
2-5. سوختهای گازی و مدل سازی آن ها 15
2-5-1. خواص فیزیکی شیمی سوخت های گازی 16
2-5-1-1. حجم مخصوص 16
2-5-1-2. ارزش حرارتی 16
2-5-1-3. حدود اشتعال پذیری 18
2-5-1-4. منیمم انرژی جرقه 20
2-6. واکنش احتراق 20
2-6-1. معادلهی احتراق برای سوخت گاز 20
2-6-2. انتخاب بهترین سناریو برای معادلهی احتراق در سوخت های مایع 21
2-6-2-1. سناریو اول 21
2-6-2-2. سناریو دوم 21
2-6-3. مدل سازی احتراق 21
2-6-3-1. سناریو احتراق 21
2-6-3-1-2. افت فشار در اتاقک احتراق 22
2-6-4. محاسبه ی دمای آدیاباتیک شعله 22
2-6-5. مقایسه نتایج احتراق گاز طبیعی و نفت کوره 23
فصل3 . مقدمه ای بر آنالیز اگزرژی 25
3-1. مقدمه 25
3-2. کار در دسترس از دست رفته 25
3-3. سیکل 31
3-3-2. سیکل موتورهای حرارتی 32
3-3-3. چرخه یخچال 34
3-3-4. چرخه های پمپ حرارتی 36
3-4. پروسه های پایدار 38
3-5. محاسبه ی اگزرژی 41
3-5-2. تخریب اگزرژی و تلفات اگزرژی 45
3-5-3. بازده اگزرژی 45
فصل4 . آنالیز انرژی و اگزرژی اجزاء سیکل و بویلر بازیاب حرارتی (HRSG) 47
4-2. آنالیز انرژی هر یک از اجزاء سیکل 48
4-2-1. مشخصات توربین گازی 48
4-2-2. کمپرسور 48
4-2-3. محفظه احتراق با تزریق بخار 50
4-2-4. توربین گاز 52
4-2-5. داکت برنر 53
4-2-6. بویلر بازیاب حرارتی(Heat Recovery Steam Generator) 53
4-2-6-1. سوپر هیتر فشار بالا(HP HT Superheater) 53
4-2-6-2. سوپر هیتر فشار پایین(HP LT Superheater) 54
4-2-6-3. اواپراتور فشار بالا(HP 2st Evaporator) 54
4-2-6-4. اواپراتور فشار پایین (HP 1st Evaporator) 54
4-2-6-5. اکونومایزر فشار بالا(HP 2st Economizer) 54
4-2-6-6. اکونومایزر فشار پایین(HP 1st Economizer) 54
4-2-6-7. سوپر هیتر فشار پایین(HP LT Superheater) 54
4-2-6-8. دی اریتور(FW Storage tank) 55
4-2-6-9. هیترCondensate perheoter 55
4-2-7. توربین بخار 55
4-2-8. کندانسور 55
4-2-9. پمپ(Boiler feed Pump) 55
4-2-10. پمپ (Condensate Pump) 56
4-3. آنالیز اگزرژی 56
4-4. آنالیز اگزرژی برای سیکل ترکیبی 56
4-4-1. مقدمه 56
4-4-2. محاسبات اتلافات اگزرژی در کل سیکل 57
4-4-2-1. محاسبات بازگشت ناپذیری ها در سیکل گاز 57
4-4-2-1-1. اتلاف اگزرژی در کمپرسور 57
4-4-2-1-2. اتلاف اگزرژی در اتاقک احتراق بدون تزیرق بخار 58
4-4-2-1-3. اتلاف اگزرژی در توربین گاز 58
4-4-3. اتلافات مربوط به سیکل بخار 58
4-4-3-1-1. اتلاف اگزرژی در داکت برنر 58
4-4-3-1-2. اتلافات اگزرژی مربوط به بویلر بازیاب حرارتی HRSG 58
4-4-3-1-3. اتلافات اگزرژی مربوط به توربین بخار 62
4-4-3-1-4. اتلافات اگزرژی مربوط به کندانسور 62
4-4-3-1-5. اتلاف سیستم خنک کن 63
4-4-3-1-6. اتلافات دودکش 63
4-4-3-1-7. اتلافات در پمپCEP وBFP 63
4-4-4. تأثیر دمای محیط بر راندمان اگزرژیکی HRSG 65
4-4-5. بحث در مورد نتایج 66
4-4-6. مقایسه اتلاف کلی در حالت Fired و UnFired 66
فصل5 . آنالیز اگزرژی اقتصادی 71
5-1. هزینه سرمایه گذاری کلی(TCI) 71
5-1-1. هزینه خرید تجهیزات(PEC) 72
5-1-1-1. استفاده از نمودارهای تخمین قیمت 74
5-1-1-2. تأثیر اندازه قطعات بر قیمت تجهیزات 76
5-1-1-3. شاخص قیمت 76
5-1-2. هزینه نصب تجهیزات 77
5-1-2-1. هزینه لوله کشی 77
5-1-2-2. هزینه تنظیمات و کنترل 77
5-1-2-3. هزینه تجهیزات و مواد الکترونیکی 77
5-1-2-4. هزینه خرید و یا اجاره زمین 78
5-1-2-5. هزینه های مربوط به امور عمرانی، ساختمانی و معماری 78
5-1-3. هزینه های مربوط به تجهیزات کمکی 78
5-1-4. هزینه های مربوط به امور مهندسی و نظارت و سرپرستی 78
5-1-5. هزینه احداث بنا با منظور کردن اجرت پیمانکار 79
5-1-6. هزینه ناشی از حوادث احتمالی 79
5-1-7. هزینه راه اندازی سیستم 79
5-1-8. هزینه کارکرد سیستم 79
5-1-9. هزینه کسب مجوز و هزینه بخش تحقیق و توسعه 79
5-1-9-1. هزینه ناشی از کمبود بودجه تخمین زده شده در طول ساخت و ساز 80
5-2. روابط ساده شده مربوط به سرمایه گذاری اولیه طرح 80
5-3. بالانس قیمت 82
5-3-2. محاسبه ی نرخ قیمت استهلاک تجهیزات 82
5-4. قیمت گذاری اگزرژی 84
5-4-1. جریان های ورودی و خروجی 84
5-4-2. توان 84
5-4-3. انتقال حرارت 84
5-5. نرخ های قیمت سوخت و محصول 85
5-6. قیمت انهدام اگزرژی 86
5-6-2. فاکتور فنی اقتصادی 87
5-7. محاسبه ی قیمت خرید تجهیزات 88
فصل6 . اثرات زیست محیطی 89
6-1. اگزرژی و اثرات زیستمحیطی 89
6-1-2. آنالیز اگزرژی زیستمحیطی 89
6-1-2-2. منوکسید کربن(Carbon Monoxide) 91
6-1-2-2-2. تأثیر فشار 92
6-1-2-2-3. تأثیر دمای هوای محیط 92
6-1-2-2-4. تأثیر دیوار خنک کننده با هوا 93
6-1-2-2-5. تأثیر اتمیزه کردن سوخت 93
6-1-2-2-6. هیدرو کربنهای نسوخته(Unburned Hydrocarbons) 93
6-1-2-2-7. دود 93
6-1-2-2-8. تأثیر اتمیزه کردن سوخت 94
6-1-2-3. اکسید نیتروژن 95
6-1-2-3-2. تأثیر درجه حرارت هوای ورودی 96
6-1-2-3-3. تأثیر زمان اقامت 97
6-1-2-3-4. تأثیر فشار بر روی تشکیل اکسیدهای نیتروژن 98
6-1-2-3-5. تأثیر اتمیزه کردن سوخت در میزان تولید اکسیدهای نیتروژن 99
6-1-2-4. اکسید نیتروژن 100
6-1-2-5. تزریق آب 100
6-1-2-6. انتخاب کاتالیزور 101
6-1-3. کاهش مواد آلاینده در اتاقک احتراق متعارف 101
6-2. مدل کردن و روابط مربوط به اکسید نیتروژن و کربن منواکسید 101
6-2-1. رابطه تولید اکسید نیتروژن و منو اکسید کربن 102
6-3. مقایسه انتشار گازهای Co2تولیدی سیکل توربین گاز و سیکل ترکیبی 104
6-4. مقایسه انتشار گازهای Co2تولیدی سیکل ترکیبی در حالت Fired و UnFired 105
6-4-2. بحث و نتیجه گیری 106
فصل7 . طراحی بویلربازیاب حرارتی 107
7-1. مقدمه 107
7-2. محاسبه ضریب انتقال حرارت داخل لوله ها(hi) 107
7-3. آرایش لوله ها 110
7-4. محاسبه ضریب انتقال حرارت گاز(ho) 111
7-5. ضریب انتقال حرارت تشعشعی(hr) 111
7-6. ضریب انتقال حرارت جابجایی(hc) 116
7-7. افت فشار گاز 118
7-8. سطوح حرارتی گسترده 118
7-9. محاسبه ضرایب انتقال حرارت و افت فشار در سطوح فین دار 119
7-10. محاسبه راندمان فین و کارایی سطوح فین دار 121
7-11. محاسبه دمای پایه فین و دمای نوک فین 122
7-11-2. بحث روی Pinch Point و Approach Point 123
7-11-3. نکات قابل توجه در طراحی بویلرهای بازیاب 126
7-11-4. تعیین مشخصه های ترمودینامیکی بویلربازیاب 127
7-12. بررسی بویلر های بازیاب از جنبه های مختلف 128
7-12-1. افزایش راندمان بویلر بازیاب 128
7-12-2. بررسی دبی های مختلف جریان بخار در بویلر بازیاب 128
7-12-3. برسی چیدمان های مختلف اجزای بویلربازیاب 129
7-12-4. مقایسه پارامترهای بویلر و بویلرهای بازیاب در بارهای مختلف 129
فصل8 . بهینه سازی چند هدفه با الگوریتم ژنتیک 131
8-1. الگوریتم ژنتیک 131
8-1-1. تابع تناسب 131
8-1-1-1. بهینهسازی کل سیکل ترکیبی 131
8-1-1-1-1. راندمان اگزرژی سیکل ترکیبی 132
8-1-1-1-2. نرخ تابع هزینه 132
8-1-1-1-3. تابع مربوط به انتشار گاز Co2 132
8-1. متغیرهای تصمیم گیری 132
8-2. مطالعه ی موردی 134
فصل9 . نتیجه گیری و پیشنهادات 137
9-1. بررسی عملکرد سیکل ترکیبی با تغییر سوخت 137
9-1-2. نتایج حاصل از بهینه سازی 141
9-2. نتایج حاصل از تزریق بخار به داخل اتاق احتراق 144
9-3. آنالیز حساسیت 151
9-3-1. آنالیز حساسیت بر روی پارامترهای اصلی سیکل ترکیبی همراه با تزریق بخار 151
9-3-2. آنالیز حساسیت بر روی پارامترهای طراحی بویلربازیاب حرارتی 157
9-3-2-1. پارامترهای سیکل بخار 157
9-3-2-2. تأثیر پارامترهای بویلربازیاب بر روی تلفات توان 158
9-3-2-2-2. چگالی فین 158
9-3-2-2-3. گام لوله ها 159
9-3-2-2-4. ارتفاع فین 161
9-3-2-2-5. ضخامت فین 162
9-3-2-2-6. طول لوله 164
9-4. بحث بر روی انتخاب توابع هدف 164
9-5. بررسی عملکرد سیکل ترکیبی در حالت بار نسبی (Part Load) 167
9-6. نتیجه گیری 172
9-7. پیشنهادات 174
مراجع 196
ضمیمه1 جداول 184
ضمیمه2 قیمت اجزاء سیکل ترکیبی 189
ضمیمه3 طراحی بویلربازیاب حرارتی در بارهای نسبی Error! Bookmark not defined.
مراجع 196
فهرست اشکال
شکل1-1. بلوک دیاگرام توربین گاز مورد بررسی مرجع [39] 6
شکل3-1. سیستم باز با اتمسفر 26
شکل3-2. W و Wrev میتوان مثبت و یا منفی باشد و تنها Wloss میتواند تنها مثبت باشد 28
شکل3-3. بالانس اگزرژی در سیستم باز بیان شده در شکل 3-1 30
شکل3-4. بالانس بین تخریب اگزرژی ها و جریان اگزرژی های ورودی و خروجی 31
شکل3-5. رابطه بین کار منتقل شده و یا کار اگزرژی 31
شکل3-6. دیاگرام دما- انرژی (T-E) برای یک سیکل موتور حرارتی 32
شکل3-7. نمایش مقایسه ای از راندمان قانون اول و دوم 34
شکل3-8. دیاگرام دما- انرژی برای یک یخچال 35
شکل3-9. شماتیکی از کار تحویل داده شده به یخچال و کار از دست رفته چرخه ناشی از بازگشت ناپذیری چرخه 36
شکل3-10. شماتیکی از کار تحویل داده شده به پمپ حرارتی و کار از دست رفته چرخه ناشی از بازگشت ناپذیری چرخه 37
شکل3-11. خلاصه ای را از قانون اول و دوم برای موتورحرارتی، یخچال ها و پمپ های حرارتی 38
شکل3-12. پیوند چهار جزئه جریان پایدار در سیکل کلاسیک رانکین 41
شکل4-1. سیکل ترکیبی به همراه بویلر بازیاب دو فشاره 47
شکل4-2. شماتیکی از اتاق احتراق همراه با تزریق بخار 50
شکل4-3. حجم کنترل در نظر گرفته شده برای اتاق احتراق به همراه تزریق بخار 51
شکل4-4. شماتبکی از کندانسور 62
شکل4-5. نحوه تغییرات اتلاف اگزرژی در اجزاء HRSG با تغییرات دمای محیطی در حالت Fired 65
شکل4-6. نحوه تغییرات اتلاف اگزرژی در اجزاء HRSG با تغییرات دمای محیطی در حالت UnFired 66
شکل4-7. مقایسه اتلاف اگزرژی در HRSG برای Fired و Unfired 67
شکل4-8. میزان انتقال حرارت منتقل شده در هر جزء از HRSG در دماهای مختلف 68
شکل4-9. تخریب اگزرژی ویژه در اجزاء HRSG در دماهای مختلف 69
شکل5-1. نمونه ای از نمودار های موجود برای برآورد قیمت بویلر بخار [44] 75
شکل6-1. ارتباط بین آنالیز اگزرژی اقتصادی و اگزرژی زیستمحیطی 89
شکل6-2. ویژگیهای انتشار گازهای گلخانهای از توربین گاز [45] 91
شکل6-3. تأثیر فشار و نسبت هم ارزی در تولید CO [48] 92
شکل6-4. تاثیر قطر سوخت در میزان تولید دوده [50] 94
شکل6-5. تشکیل NOx به عنوان تابعی از زمان و درجه حرارت؛P=1 MPa [45] 95
شکل6-6. وابستگی NOx به درجه حرارت شعله برای سوخت مایع و گاز [51] 96
شکل6-7. تأثیر درجه حرارت ورودی هوا در تشکیل NOx [53] 96
شکل6-8. تأثیر زمان اقامت در تولید Nox در یک پیش مخلوط کن هوا و سوخت [56] 97
شکل6-9. تأثیر اثر فشار بر تشکیل NOx [53] 98
شکل6-10. تأثیر اتمیزه کردن سوخت در تولید NO [52] 99
شکل6-11. ناحیه ی ورودی در داخل اتاقک احتراق[25] 102
شکل6-12. نمودار دمای آدیاباتیک ورودی محفظه احتراق بر حسب P و σ برای θ>2 104
شکل6-13. میزان انتشار گاز Co2 در سیکل ترکیبی و سیکل توربین گاز 104
شکل6-14. میزان انتشار گاز Co2 در حالت Fired و UnFired در دمای های مختلف در بار100% 105
شکل6-15. میزان انتشار گاز Co2 در حالتGas Cycle و CCPP در بارهای مختلف 106
شکل7-1. آرایش لوله ها در بویلر های بخار بازیاب حرارتی [7] 110
شکل7-2. ضریب صدور گازدی اکسید کربن(εc) بر حسب درجه حرارت مطلق گاز [7] 113
شکل7-3. ضریب صدور بخار آب(εw) بر حسب درجه حرارت مطلق گاز [7] 114
شکل7-4. فاکتور تصحیح مربوط به ضریب صدور بخار آب [7] 115
شکل7-5. فاکتور تصحیح مربوط به وجود بخار و دی اکسید کربن در گاز (61) 116
شکل7-6. نمونه ای از رسوب در داخل و خارج از لوله ها 126
شکل7-7. منحنی تغییرات ضریب رسوب در یک دیگ بخار بازیاب حرارتی با زمان (61) 127
شکل7-8. پروفیل دمای دیگ بخار بازیافت حرات (61) 130
شکل7-9. تغییرات درجه حرارت گاز خروجی از توربین بر حسب بار 132
شکل7-10. دیاگرام دمایی بویلر بازیاب برای دبی های مختلف 133
شکل7-11. چیدمان های مختلف اجزای بویلر بازیاب 134
شکل7-12. مقایسه عملکرد بویلر و بویلر بازیاب حرارت در بارهای متفاوت 135
شکل8-1. اساس کار حل الگوریتم ژنتیک 137
شکل8-2. تشکیل رشته ی Crossover Mask به روش single-point crossover 139
شکل8-3. تشکیل رشته ی Crossover Mask به روش Two-point crossover 139
شکل8-4. تشکیل رشته ی Crossover Mask به روش Uniform crossover 139
شکل8-5. شماتیک عملکرد اواپراتور Mutation 139
شکل9-1. تغییر فشار کندانسور بر روی راندمان اگزرژی در سوخت های با API متفاوت 147
شکل9-2. برررسی تغییرات نسبت فشار کمپرسور بر روی هزینه های سیکل ترکیبی در API متفاوت 147
شکل9-3. بررسی تغییرات میزان تولید Co2 نرمال شده با تغییر API در دماهای ورودی سوخت متفاوت 148
شکل9-4. مقایسه تخریب اگزرژی بین اجزای سیکل ترکیبی با تغییر نوع سوخت از گاز طبیعی به سوخت مایع با API=32 149
شکل9-5. راندمان قانون اول و دوم با تغییر نوع سوخت از گاز طبیعی به مایع با API=32 149
شکل9-6. میزان انتشار گاز گلخانه ای Co2نرمال شده در دو حالت سیکل توربین گاز و سیکل ترکیبی با تغییر سوخت 150
شکل9-7. مقایسه منحنی پرتو در API متفاوت بر حسب راندمان اگزرژی کل سیکل و قیمت برق تولیدی 151
شکل9-8. منحنی پرتو با API متغییر بر حسب راندمان اگزرژی کل سیکل و قیمت برق تولیدی 151
شکل9-9. مقایسه منحنی پرتو گاز طبیعی و سوخت مایع بر حسب راندمان اگزرژی و قیمت برق 152
شکل9-10. قیمت سوخت بر اساس قیمت های جهانی 152
شکل9-11. (A نتایج شبیه سازی (B نتایج ارائه شده در مرجع[36] 157
شکل9-12. تغییر پارامتر SFC بر حسب تغییرات نسبت فشار کمپرسور در تزریق های متفاوت بخار 157
شکل9-13. روند تغییرات NOx و CO با نغییر X=s/f 159
شکل9-14. تغییرات تلفات توان بر روی توربین گاز(GT) و توذربین بخار (ST) با افزایش دبی بخار تزریقی به اتاق احتراق 161
شکل9-15. افزایش و کاهش تولید توان در هر بخش از توربین بخار با تزریق بخار به اتاق احتراق 162
شکل9-16. شماتیکی از تأثیر پارامترهای HRSG و GT بر روی تلافات توان توربین گاز 163
شکل9-17. روند تغییرات راندمان حرارتی (Thermal) و راندمان اگزرژی (Exergy) بر اساس پارامتر X 164
شکل9-18. روند تغییرات هزینه ی اثرات زیست محیطی با تغییر پارامتر X 165
شکل9-19. روند تغییرات قیمت یکسان شده HRSG در طول 20 سال دوره ی مفید نیروگاه با i=10% با تغییر پارامتر X 166
شکل9-20. درصد افت فشار هر جزء از مبدلهای حرارتی بویلربازیاب 167
شکل9-21. مقایسه کار تلف شده در توربین گاز به واسطه ی تغییر چگالی فین در مبدل های بویلربازیاب 168
شکل9-22. مقایسه تغییرات افت فشار در توربین گاز با تغییر گام لوله های مبدل های بویلربازیاب 169
شکل9-23. مقایسه افزایش مساحت کل HRSG در مبدلهای حرارتی بویلربازیاب با تغییرگام لوله ها در آرایش مثلثی 170
شکل9-24. مقایسه تلفات توان در مبدلهای حرارتی بویلربازیاب در ارتفاع فینهای مختلف 171
شکل9-25. تغییرات تلفات توان با تغییر ضخامت فین 172
شکل9-26. تغییرات افت فشار با تغییر ضخامت فین 172
شکل9-27. مقایسه تلفات توان در مبدلهای حرارتی بویلربازیاب در طول لوله های مختلف 173
شکل9-28. منجنی پرتو حاصل از بهینه سازی با توابع هدف تعیین شده به همراه تزریق بخار به داخل اتاق احتراق 174
شکل9-29. تغییر توان خالص سیکل ترکیبی در حالت های بهینه ی یافت شده برای بویلربازیاب حرارتی از منحنی پرتو و حالت طراحی به همراه تغییرات تزریق بخار 176
شکل9-30. میزان تغییرات راندمان اگزرژی و حرارتی سالیانه بر حسب مورد های مطالعاتی جدول9-8 178
شکل9-31. پارامترهای بهینه سازی سیکل ترکیبی به همراه تزریق بخار در بارهای نسبی 178
شکل9-32. منحنی پرتو افزایش مگاوات خالص سالیانه (Obj1) و کاهش هزینه ها با ضرایب وزنی راندمان حرارتی و اگزرژی سالیانه (Obj2) 180
شکل9-33. فلوچارت بهینه سازی سیکل ترکیبی در بارهای نسبی 182
فهرست جداول
جدول2-1. درصد ترکیبات مولی هوا [8] 9
جدول2-2. ضرایب برای محاسبه ی گرمای ویژ ه ی گازهای ایده آل 10
جدول2-3. رابطه بین سوخت مایع در رنج های مختلف API 13
جدول2-4. مقدار F در رابطه (2-18) 14
جدول2-5. مدار تنش سطحی سوخت بر حسب RD آنها 15
جدول2-6. ترکیبات سوخت 17
جدول2-7. ارزش حرارتی پایین گازهای مختلف 17
جدول2-8. جرم مولی ترکیبات سوخت 18
جدول2-9. حدود اشتعال پذیری و دمای اشتعال خود به خود 19
جدول2-10. تلفات حرارتی دودکش به صورت درصد ارزش حرارتی سوخت مربوطه[39] 24
جدول4-1. مشخصات توربین های گازی مورد نظر 48
جدول4-2. در صد مولی گازهای خروجی بعد از داکت برنر 53
جدول4-3. آنالیز اگزرژی اجزاء بویلر بازیاب در بار 100%-F2 59
جدول4-4. در بار 100% در دمای محیط 16.6 درجه سانتی گراد-U2-(Steam Properties) 60
جدول4-5. در بار 100% در دمای محیط 16.6 درجه سانتی گراد-U2-(Gas Properties) 60
جدول4-6. آنالیز اگزرژی اجزاء بویلر بازیاب در بار 100% بدون Duct Burner-U2- 61
جدول4-7. مقایسه میزان تخریب اگزرژی و درصد تخریب اگزرژی در دو حالت Fired و UnFired در بار 100% 62
جدول4-8. نرخ تخریب اگزرژی و راندمان اگزرژی سیکل ترکیبی 63
جدول4-9. درصد اتلاف اگزرژی برای کل سیکل در حالت Fired 64
جدول4-10. محاسبه میزان سوخت، تولید و راندمان اگزرژی اجزاء سیکل ترکیبی نیروگاه دماوند 69
جدول5-1. هزینه های مربوط به امورعمرانی، ساختمانی و معماری به صورت درصدی از هزینه خرید تجهیزات [44] 78
جدول6-1. آلایندههای اصلی منتشر شده توسط توربین های گازی [45] 90
جدول7-1. ضریب C در معادله7-7برای اکونومایزر 109
جدول7-2. ضریب C در معادله 7-7 برای سوپر هیتر 109
جدول7-3. مقایسه آرایش مربعی و مثلثی برای لوله های ساده [39] 111
جدول7-4. ضریب تصحیح مربوط به زاویه در حمله 117
جدول7-5. ضرایب C1 و C2 به کار رفته در روابط (5-24) و (5-29) برای فین های داندانه دار (61) 120
جدول7-6. ضرایب C1 و C6 به کار رفته در روابط (5-24) و (5-29) برای فین های داندانه دار (61) 120
جدول7-7. مقادیر توابع اصلاح شده بسل نوع اول و دوم برای آرگومان های مختلف (60) 123
جدول7-8. مقادیر مناسب برای Pinch Point و Approach Point (61) 128
جدول8-1. محدوده ی متغیرهای تصمیم گیری [38] ، [14] ، [70] [71] [24] 142
جدول8-2. محدوده ی متغیرهای تصمیم گیری [38] ، [14] ، [70] [71] [24] 142
جدول8-3. نمایش نتایج بین داده ها و کد شبیه سازی برای سیکل گاز 143
جدول8-4. نمایش نتایج بین داده ها و کد شبیه سازی برای سیکل بخار 144
جدول9-1. پارامترهای ورودی طراحی بویلر بازیاب حرارتی 153
جدول9-2. نتایج حاصل از کد شبیه سازی با نتایج نیروگاه 154
جدول9-3. مقایسه ی بین نتایج طراحی بویلربازیاب حرارتی در شرایط یکسان طراحی در حالت ایزو و سایت 155
جدول9-4. نتایج کیفی و کمی تزریق بخار در شرایط سایت نسبت به حالت عدم تزریق بخار 156
جدول9-5. آنالیز حساسیت مقدار بخار تزریقی بر روی پارامترهای سیکل ترکیبی 157
جدول9-6. تغییرات تلفات توان با تغییرات فشار کندانسور 167
جدول9-7. نتایج حاص از بهینه سازی بر روی پارامترهای سیکل ترکیبی و مقایسه آن با حالت طراحی همراه با تزریق بخار در شرایط سایت 175
جدول9-8. نتایج حاصل از تزریق بخارX=2.5% در بار های نسبی با کارکرد متفاوت در سال برای هر مورد 177
جدول9-9. بررسی تزریق متفاوت بخار در بارهای مختلف 178
جدول9-10. پارامترهای بهینه ی یافت شده بر اساس نقطه ی B منحنی پرتو با نیروگاه دماوند 180
جدول9-11. نتایج حاصل از تزریق بخاردر بار های نسبی با حالت بهینه در نقطه ی B منحنی پرتو 181
جدول9-12. مقایسه بین حالت های طراحی و بهینه برای کلاس های مختلف توربین گاز 181
چکیده
در سال¬های اخیر با توجه به اهمیت یافتن انرژی، گرم شدن کره¬ی زمین و آلودگی محیط زیست و منابع تولید آن و رشد روز افزون نیاز صنایع مختلف به شکل¬های گوناگون انرژی و همچنین حجم گسترده مصرف کنندگان آن در سراسر دنیا نیاز به ارائه الگوهایی جهت بهینه نمودن مصرف و تولید انرژی احساس شد.
با استفاده از آنالیز اگزرژی، اگزرژی اقتصادی و محاسبه¬ی میزان تولید Nox و Co سیکل ترکیبی مورد ارزایابی قرارگرفت. که نتایج نشان می¬دهند اتاقک احتراق بیشترین تخریب اگزرژی(MW 145) و بویلربازیاب حراراتی پس از آن بیشترین هزینه تخریب اگزرژی را به سیکل وارد می¬کند. در بررسی اثرات محیط زیست که با کارکرد نیروگاه سیکل ترکیبی در بارهای جزئی میزان تولید این آلاینده¬ها افزایش می¬یابد. با افزایش دمای محیط نیز میزان تولید Nox افزایش ولی میزان تولید Co کاهش خواهد یافت. در بررسی¬های مربوط به اثرات تولید Co2 نتایج نشان دادند که استفاده از سیکل ترکیبی نقش بسزایی در کاهش گرمایش زمین دارد. در این قسمت نیز با تغییر سوخت حساسیت تولید گازهای گلخانه¬ای به همراه به بهینه¬سازی کل سیکل ترکیبی صورت پذیرفت.
همچنین در این کار ابتدا با توجه به تأثیر شرایط محیطی بر روی توربین گاز در سیکل ترکیبی به بررسی نتایج طراحی بویلربازیاب حرارتی در حالت ایزو و شرایط نیروگاه دماوند در نزدیکی تهران پرداخته و طراحی بویلربازیاب با نتایج این نیروگاه در این منطقه اعتبار سنجی شد. که نتایج نشاندهنده¬ی کاهش شدید توان خالص از 237 به 207 مگاوات در نیروگاه سیکل ترکیبی است. در نتیجه با توجه به اینکه یکی از مشکلات اساسی در سیکل¬های ترکیبی عدم توانایی تولید ماکسیمم در شرایط سایت و عدم آمادگی در تولید توان برای شبکه¬ی قدرت می¬باشد. در نتیجه با توجه به مشکلات پیش رو در این کار افزایش توان در سیکل پایین دست با کاهش افت فشار سمت گاز بر روی توربین گاز و افزایش توان به واسطه¬ی تزریق بخار به داخل اتاق احتراق و در سیکل بالا دست با افزایش تولید بخار با توجه به تغییر دمای پینچ و اپروچ بدون عدم تزریق سوخت اضافی در سیکل ترکیبی مد نظر می¬باشد. در تابع هزینه¬ی موجود علاوه بر هزینه¬ی تولید اثرات زیست محیطی هزینه¬ی ساخت HRSG تخریب اگزرژی آن در نظر گرفته شده است. بهینه¬سازی با توابع هدف که ضرایب وزنی دو تابع هزینه¬ی قیمت، معکوس راندمان-های اگزرژی و حرارتی کل سیکل در نظر گرفته شده است نشان می¬دهد که توان به میزان حداکثر 2 مگاوات توان خالص تولید را به گونه-ای افزایش دهد که هزینه¬ها به شدت کاهش یابد. همچنین سیکل ترکیبی در بارهای نسبی نیز بهینه¬سازی شد و مقدار پاشش و پارامترهای سیکل بهینه برای بارهای100%، 75% و 50% نیز محاسبه شدند که به ترتیب مقدار بهینه¬ی پارامتر X=s/f (نسبت بخار به سنبت سوخت)برابر 20%، 21% و 19% است.
کلمات کلیدی: سیکل ترکیبی، بویلربازیاب حرارتی، آنالیز اگزرژی، اثرات محیط زیست، بهینه¬سازی، تزریق بخار.
