جدول (۱-۴) مشخصات ترمودینامیکی توربین گازی نیروگاه شماره ۲ پالایشگاه آبادان
طبق اطلاعات ارائه شده در مدارک توربین گازی پالیشگاه آبادان ، میزان هوای ورودی به کمپرسور در دور ۳۰۰۰ RPM ، ۲۳۱٫۶ m3/s می باشد . که این عدد در شبیه سازهای آتی مورد استفاده قرار خواهد گرفت .در این توربینها، کمپرسور دارای نسبت فشار ۸ است . این واحد دارای یک اتاق احــتراق می باشد که دمای محصولا ت احـتراق خروجی از آن (ورودی توربیــن ) در شرایـط پایه (Based Load)، حدودا ً ۹۰۰ می باشد . توربین از نو ع محوری (Axial) می باشد .در سیکل در نظر گرفته شده برای توربین بدون سیستم خنک کن ، هوای خشک با دمای T1 وارد کمپرسوربا نسبت فشار۸ = = Prc می شود . هوا در گذر از کمپرسور ، متراکم شده ودمای آن طی یک فرایند پلی تروپیک تا T2 افزایش می یابد . در خروج از کمپرسور وطی فرایند احتراق با یک افت فشار جزیی ، دمای هوا تا T3 افزایش می یابد . محصولات احتراق با گذر از توربین تا فشار جو ، انبساط یافته وبا دمای T4 وارد محیط می گردند. دبی حجمی هوای عبوری از مجموعه ثابت ودر ورودی کمپرسور برابر ۲۳۱٫۶ m3/s در نظر گرفته شده است . نوع سوخت ، گاز طبیعی وفشار اتمسفر متغیر با دما در نظر گرفته شده است . در بار پایه ، دمای ورودی توربین (خروجی محفظه احتراق ) حدود ۹۰۰می باشد که تحت این شرایط ، دمای خروجی توربین در دمای حدود ۴۹۵ تا ۵۱۲ درجه سانتیگراد کنترل می گردد. از طرف دیگر ، کنترل توان توربینهای گازی با تنظیم دمـای خروجی توربینها ی گازی که به نوعــی به تنظیم گاورنر سوخـت ارتباط پیدا می کند ، صورت می گیرد . لذا در مواقعی که نیاز به برق تولیدی نیروگاه کاهش پیدا می کند ، با تنظیم دمای خروجی توربین روی دماهای پایین ،می توان میزان توان تولیدی نیروگاه را کنترل نمود . با مطالعاتی که روی لاگ شیت های اخیر نیروگاه صورت گرفته است ، بندرت می توان شرایط بار پایه را در عملکرد آنها پیدا نمود . از این رو ، در این تحقیق ، حالتها وشرایط مختلف ذیل مورد ارزیابی قرار گرفته است ، بدین ترتیب می توان رفتار توربین گازی را در حالتهای استفاده و عدم استفاده از سیستمهای خنک کن هوای ورودی پیش بینی نمود .
( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
الف – شرایط بار پایه (دمای خروجی توربین بین دمای T4 = ۴۹۵ تا T4 =۵۱۲ )
ب – دمای خروجی توربین برابر با ۲۹۰ T4 =
بدیهی است دمای ورودی توربین از روی خروجی آن T4 محاسبه می شود . حد نهایی دمای اگزوز توربین حدود ۵۶۰ درجه سانتیگراد می باشد .
توان تولیدی توربین توسط رابطه (۱-۴) و توان مصرفی کمپرسور توسط رابطه (۲-۴) محاسبه می گردد .
(۱-۴)
(۲-۴)
یادآور میشویم که در روابط فوق(T) ضریب اتمسیته مخلوط ،(T)Cp گرمای ویژه مخلوط وh(T) آنتالپی مخلوط وp فشار ، T دما وm دبی جرمی می باشد . h و Cp و همگی تابع دما می باشند .
واکنش احتراق در محفظه احتراق ، تحت فشار ثابت بوده وفرض شده است که در اثر احتراق ، گونه های, CO , H2O, O2 , N2 ,NO2 CO2 تولیدگردند. با این فرضیات ، واکنش احتراق بصورت رابطه (۳-۴) خواهد بود .
(۳-۴)
با بهره گرفتن از بالا نس جرمی وتعادل شیمیائی مابین گونه ها واستفاده از سینتیک احتراق وفرض آدیاباتیک بودن محفظه احتراق یا فرض درصدی معقول برای انتقال حرارت از محفظه احتراق ، می توان ضرایب مجهول در رابطه (۳-۴) ودمای احتراق را پیدا نمود . با حل دسته معادلات حاکم بر احتراق ، مخلوط آب وهوا در قسمت ورودی وروابط حاکم بر مجموعه توربین گازی ، پارامترهای مجهول سیکل بدست می آیند .
فصل پنجم
۵- اثرات استفاده از سیستم های خنک کن روی شرایط هوای ورودی به توربین گازی
منحنی (۱-۵) نمایش دهنده دمای ورودی کمپرسور در مقابل تغییرات دمای خشک ورطوبت نسبی های مختلف برای سیستم خنک کن تبخیری ومنحنی (۲-۵) متعلق به سیستم خنک کن نوع کویلی در دوحالت مختـلف می باشند. DBT دمـای خشک محـیط وCIT دمای ورودی کمپرسور می باشند .حداقل دمای در نظر گرفته شده برای سیستم تبخیری ۸ و برای سیستم کویلی دوحالت ۸و ۱۵ می باشد . این منحنی ها ، دمای ورودی کمپرسور را در شرایط آب وهوایی مختلف ودر هنگام استفاده از سیستمهای خنک کن نشان می دهند . منحنی (۳-۵) میزان خنک کنندگی حاصله را به ازای دماهای خشک مختلف با راندمان ۹۵% در رطوبت نسبی های مختلف برای سیستم خنک کن تبخیری ومنحنی (۴-۵) میزان خنک کنندگی سیستم کویلی را برای دو حالت ذکر شده نشان می دهد . بعباری دیگر ، این منحنی ها حاکی از این هستند که تحت یک دما و رطوبت نسبی مشخص ، چند درجه می توانیم هوای ورودی به کمپرسور را با سیستمهای مختلف خنک کنیم .
شکل (۱-۵) دمای ورودی کمپرسور پس از استفاده از سیستم خنک کن تبخیری در دماهای مختلف محیط
ودر رطوبت نسبی های مختلف
شکل (۲-۵) کاهش دمای هوای ورودی کمپرسور پس از استفاده ازسیستم های خنک کن کویلی
درشرایط آب وهوایی مختلف
شکل (۳-۵) میزان خنک کنندگی حاصل پس از استفاده از سیستم خنک کن تبخیری در شرایط آب وهوایی مختلف
شکل (۴-۵) میزان خنک کنندگی حاصل پس از استفاده ازسیستم های خنک کن کویلی درشرایط آب وهوایی مختلف
با تحقیقاتی که صورت گرفت ، مشخص گردید که توربینهای این نیروگاه ، با افزایش دمای محیط در بار پایه ، قادر به تولید توان مطلوب نیست . لذا به نظر می رسد که با ایجاد شرایط زمستانی مصنوعی برای توربین ، بتوان توان از دست رفته توربین را به شبکه برق پالا یشگاه برگرداند. در بخشهای بعدی با بهره گرفتن از سیستم خنک کن کویلی ، عملکرد ترمودینامیکی توربین مورد بررسی قرار خواهد گرفت .
۱- ۵ – اثرات استفاده از سیسستم خنک کن کویلی هوای ورودی به توربیــن گازی روی عملکرد ترمودینامیکی توربین گاز در شرایط بار پایه (دمای هدف در ورودی کمپرسور ۱۵)
همانگونه که در بخش قبلی اشاره شد ، منحنی (۵-۵) میزان تولید توان واحد در قبل از خنک کردن هوای ورودی به کمپرسور را در شرایط مختلف آب وهوایی نشان می دهد . با خنک کردن هوای ورودی به کمپرسور توسط سیستمهای کویلی ، دمای هوای ورودی به کمپرسور ، از منحنی (۲-۵) تبعیت خواهد کرد . منحنی (۶-۵) ، رطوبت نسبی هوای ورودی به کمپرسور را پس از خنک کردن هوای محیط بوسیله سیستم کویلی نشان می دهد . بعنوان مثال این شکل نشان می دهد که چنانچه رطوبت نسبی محیط ۱۰% باشد ، در صورت کاهش دمای محیط به ۱۵ توسط سیستم کویلی ، هیچگاه رطوبت نسبی هوا پس از خنک کردن هوا به ۱۰۰% نخواهد رسید . تحلیلهای مشابهی را نیز در خصوص شرایط دیگر هوا روی این منحنی می توان داشت .
توان تولیدی نیروگاه پس از خنک کردن هوای ورودی به روش کویلی از منحنی (۷-۵) پیـروی می کند . منحنی (۸-۵) نیز میزان افزایش توان در حین استفاده از خنک کن هوا را نسبت به قبل از خنک کردن نشان می دهد . ملاحظه می شود که بیشترین افزایش توان ، مربوط به دماهای بالا با رطوبت نسبی های بالا می باشد . این نتیجه گیری کاملا ً بر خلاف نتیجه گیریهای مربوط به سیستمهای تبخیری است . دلیل این مسئله را باید در میزان آب موجود در هوا در شرایط یکسان جستجو کرد . درصد افزایش توان نیز در منحنی (۹-۵) آورده شده است . بعنوان مثال ، در ۴۵ و رطوبت نسبی ۱۰% ، حدود ۱۰٫۸ MW معادل ۲۵% افزایش توان نسبت به قبل از خنک کردن بروش کویلی خواهیم داشت .
منحنی های (۲۱-۵) و (۱۰-۵) بترتیب میزان دبی جرمی عبوری از کمپرسور در قبل و بعد از خنک کردن ومنحنی (۱۱-۵) میزان افزایش دبی جرمی عبوری از کمپرسور بواسطه خنک کردن هوای ورودی با بهره گرفتن از سیستم کویلی را نشان می دهد . منحنی (۱۰-۵) نشان می دهد که در یک دمای ثابت ، با افزایش رطوبت نسبی ، جرم هوای ورودی کاهش پیدا می کند . اما میزان افزایش جرم هوای ورودی طبق منحنی (۱۱-۵) پس از خنک کردن هوای ورودی به روش کویلی ، در رطوبت نسبی های بالا بیشتر است . همانطور که توضیح داده شد ، دلیل این مسئله را باید در کاهش میزان آب موجود در هوا در اثر چگالش آن روی کویلها ی سرمایشی وافزایش جرم مولکولی وچگالی هوای مرطوب باید جستجو نمود .
منحنی (۱۲-۵) میزان برودت مورد نیاز در سیستم کویلی را نشان می دهد . این منحنی نشان می دهد که ظرفیت برودتی کویلها در شرایط آب وهوایی با رطوبت نسبی بالا ، بسیار از شرایط آب وهوایی با رطوبت پایین است . بدیهی است که در شرایط رطوبت نسبی بالا ، سهم بزرگی از ظرفیت برودتی صرف چگالش آب روی کویلهای سرمایشی می گردد.
در صورتیکه اگر فرض شود ، ازیک چیلر جذبی برای تأمین برودت بصورت Online استفاده شود، منحنی (۱۳-۵) میزان مصرف آب نرم توسط برجهای خنک کن این نوع چیلر را نشان می دهد . در گزارشات آتی ، روش های برودت وانتخاب بهترین سیستم چیلری مورد مطالعه قرار خواهد گرفت .
در برخی شرایط آب وهوایی ، ممکن است بدلا یل بالا بودن دمای نقطه شبنم هوای اتمسفری وپایین بودن دمای سطح کویلهای سرمایشی ، رطوبت هوا روی کویلها ی سرمایشی چگالش پیدا نماید . منحنی (۱۴-۵) میزان رطوبت کندانس شده روی کویلها را در شرایط مختلف آب وهوایی نشان می دهد .
از آنجا که در زمان استفاده از سیستم خنک کن نوع کویلی ، دمای هوای ورودی به کمپرسور تحت هر شرایطی در ۱۵ ثابت نگاه داشته می شود ، لذا انتظار می رود که دما وهمچنین فشار هوا در خروجی از کمپرسور نیز ثابت بماند . منحنی های (۱۵-۵) و(۱۶-۵) که بخشـــی از نتایج شبیه سازی توربین گازی مورد نظر می باشد ، این موضـوع را کاملا ً تایید می نمایند .
در اثر خنک کردن هوای ورودی به کمپرسور ، دمای هوای خروجی از کمپرسور که همان هوای ورودی به محفظه احتراق نیز می باشد ، افت پیدا می کند . به همین دلیل ، چنانچه مقدار سوخت افزایش نیابد ، دمای محصولات احتراق ورودی به توربین ومتعاقب آن دمای محصولات احتراق خروجی از توربین نیز کاهش می یابد . بهمین دلیل ، جهت ثابت نگاه داشتن دمای خروجی (اگزوز) در دمای بار پایه ، می بایستی مقدار سوخت توسط اپراتور یا سیستم کنترل افزایش یابد . منحنی (۱۷-۵) میزان مصرف سوخت را پس از خنک کردن هوای ورودی وثابت نگه داشتن دمای هوای ورودی در ۱۵ نشان می دهد . از آنجا که دمای ورودی هوای ورودی به کمپرسور تحت هر شرایطی ثابت وبه تبع آن دمای هوای خروجی از کمپرسور نیز ثابت می ماند ، انتظار می رود که میزان مصرف سوخت روی یک عدد ثابت بماند . منحنی اخیر این موضوع را نشان می دهد . مقایسه این منحنی با منحنی (۲۲-۵) ، نشان می دهد که مصرف سوخت در محفظه احتراق ، پس از خنک کردن هوای ورودی کمپرسور ، افزایش قابل توجهی دارد . منحنی (۱۸-۵) درصد افزایش میزان مصرف سوخت را نسبت به قبل از خنک کردن نشان می دهـــد . با توجه به اینکه مصرف سوخت نیز متـــناسب با افزایش مگاوات زیاد می شود، مطالعه تغییرات راندمان توربین گاز نیز مفید به نظر می رسد . منحنی های (۲۳-۵) ، (۱۹-۵) و(۲۰-۵) بترتیب مقادیر راندمان واحد در قبل از خنک کردن ، بعد از خنک کردن و میزان درصدافزایش راندمان را تحت شرایط مختلف آب و هوایی نشان می دهند . ملا حظه می شود که با وجود افزایش در مصرف سوخت ، میزان راندمان در همه شرایط آب وهوایی افزایش پیـدا می کند . میزان افزایش کارآیی سیکل توربین گازی در صورت استفاده از سیستمهای کویلی ، بمراتب بیشتر از میزان افزایش راندمان در زمان استفاده از سیستمهای خنک کن تبخیری است . مقایسه منحنی های (۲۴-۵) و(۲۰-۵) این موضوع را کاملا ً تایید می کند .
در برخی شرایط آب وهوایی ، ممکن است بدلا یل بالا بودن دمای نقطه شبنم هوای اتمسفری و پایین بودن دمای سطح کویلهای سرمایشی ، رطوبت هوا روی کویلهای سرمایشی چگالش پیدا نماید. منحنی (۱۴-۵) میزان رطوبت کندانس شده روی کویلها را در شرایط مختلف آب وهوایی نشان می دهد .
از آنجا که در زمان استفاده از سیستم خنک کن نوع کویلی ، دمای هوای ورودی به کمپرسور تحت هر شرایطی در ۱۵ ثابت نگاه داشته می شود ، لذا انتظار می رود که دما وهمچنین فشار هوا درخروجی از کمپرسور نیز ثابت بماند . منحنی های (۱۵-۵) و(۱۶-۵) که بخشی از نتاج شبیه سازی توربین گازی مورد نظر می باشد ، این موضوع را کاملا ً تایید می نمایند .
در اثر خنک کردن هوای ورودی به کمپرسور ، دمای هوای خروجی از کمپرسور که همان هوای ورودی به محفظه احتراق نیز می باشد ، افت پیدا می کند . به همین دلیل ، چنانچه مقدار سوخت افزایش نیابد ، دمای محصولا ت احتراق ورودی به توربین ومتعاقب آن دمای محصولا ت احتراق خروجی از توربین نیز کاهش می یابد . بهمین دلیل ، جهت ثابت نگاه داشتن دمای خروجی (اگزوز) در دمای بار پایه ، می بایستی مقدار سوخت توسط اپراتور یا سیستم کنترل افزایش یابد. منحنی (۱۷-۵) میزان مصرف سوخت را پس از خنک کردن هوا ی ورودی وثابت نگه داشتن دمای هوای ورودی در۱۵ نشان می دهد . از آنجا که دمای ورودی هوای ورودی به کمپرسور تحت هر شرایطی ثابت وبه تبع آن دمای هوای خروجی از کمپرسور نیز ثابت می ماند ، انتظار می رود که میزان مصرف سوخت روی یک عدد ثابت بماند . منحنی اخیر این موضوع را نشان می دهد . مقایسه این منحنی با منحنی (۲۲-۵) ، نشان می دهد که مصرف سوخت در محفظه احتراق ، پس از خنک کردن هوای ورودی به کمپرسور ، افزایش قابل توجهی دارد . منحنی (۱۸-۵) درصد افزایش میزان مصرف سوخت را نسبت به قبل از خنک کردن نشان می دهد . با توجه به اینکه مصرف سوخت نیز متنا سب با افزایش مگاوات زیاد می شود ، مطالعه تغییرات راندمان توربین گاز نیز مفید به نظر می رسد . منحنی های (۲۳-۵) ، (۱۹-۵) و(۲۰-۵) بترتیب مقادیر راندمان واحد در قبل از خنک کردن ، بعد از خنک کردن و میزان درصد افزایش راندمان را تحت شرایط مختلف آب وهوایی نشان می دهند . ملا حظه می شود که با وجود افزایش در مصرف سوخت ، میزان راندمان در همه شرایط آب وهوایی افزایش پیدا می کند . میزان افزایش کارآیی سیکل توربین گازی در صورت استفاده از سیستمهای کویلی ، بمراتب بیشتر از میزان افزایش راندمان در زمان استفاده از سیستمهای خنک کن تبخیری است . مقایسه منحنی های (۲۴-۵) و(۲۰-۵) این موضوع را کاملا ً تایید می کند .
منحنی (۵-۵)
منحنی (۶-۵)
شکل (۷-۵)
شکل (۸-۵)
شکل (۹-۵)
شکل (۱۰-۵)
شکل (۱۱-۵)
شکل (۱۲-۵)
شکل (۱۳-۵)
شکل (۱۴-۵)
شکل (۱۵-۵)
شکل (۱۶-۵)
شکل (۱۷-۵)
