new5 free

استفاده از روش هاي تركيبي با ديدگاه آناليز اگزرژي به منظور اصلاح سيكل توربين گازي با توليد همزمان آب شيرين در سيستم تقطير چندمرحله اي و امكان سنجي اقتصادي آن

59.000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

تاسيس 1307
دانشگاه صنعتي خواجه نصير الدين طوسي
دانشكده مهندسي مكانيك
پايان‌نامه براي دريافت درجه کارشناسی ارشد
در رشته مهندسی سيستمهاي انرژي

استفاده از روش هاي تركيبي با ديدگاه آناليز اگزرژي به منظور اصلاح سيكل توربين گازي با توليد همزمان آب شيرين در سيستم تقطير چندمرحله اي و امكان سنجي اقتصادي آن
اساتيد راهنما:
دکتر مجيد عميدپور دکتر مسعود ضياء بشرحق

نگارش:
……………………

بهمن ماه 1388

تشكر و قدرداني:

با تشكر فراوان از زحمات و راهنمايي‌هاي استاد ارجمند جناب آقاي دكتر مجيد عميدپور كه با راهنمايي هاي خود در تهيه و تدوين اين پروژه ياري ام نمودند و از زحمات استاد بزرگوارم آقاي دكتر بشر حق سپاسگزارم.

از زحمات اساتيد محترمي كه بازخواني و داوري اين پايان نامه را به عهده گرفته اند قدرداني مي كنم.

چکیده

در حال حاضر در کشور ايران توربين هاي گازي زيادي در حال توليد انرژي الکتريکي مي باشند که راندمان آنها در حدود 30% تا 40% بسته به شرايط محيطي و عملکردي است، در واقع دو سوم از اين انرژي حاصل از احتراق سوخت از طريق دود خروجي و اتلافات حرارتي هدر مي رود. جهت افزايش راندمان اين توربين هاي گازي و صرفه جويي در مصرف سوخت مي توان از دود خروجي جهت راه اندازي واحدهاي توليد آب شيرين بهره برد. تعداد نسبتا قابل توجهي از اين نيروگاهها در مناطقي از کشور واقع شده که دسترسي به آب شور نيز وجود دارد. در اين راستا مي توان اصلاحاتي را نيز جهت افزايش راندمان سيکل توربين گاز پيشنهاد داد. هدف عمده در اين پايان نامه ، ترکيب واحد توليد آب شيرين با سيکل اصلاح شده در نيروگاه توربين گازي خليج قارس مي باشد که افزايش راندمان بازيافت حرارت و توليد بهينه آب شيرين را نتيجه خواهد داد. ابتدا با استفاده از يک بويلر بازياب دود خروجي توربين گاز جهت توليد بخار مورد نياز واحدهاي آب شيرين کن استفاده مي شود. با توجه به درصد شوري آب مورد استفاده در واحدهاي شيرين سازي آب و شرايط اقليمي وپارامترهاي عملکردي نيروگاهي ميتوان آب شيرين را با درجه خلوص مطلوب توليد کرد. در اين پروژه واحد ابشيرين كن تبخير چندمرحله اي به منطور توليد اب شيرين و استفاده از حرارت بازيافت در نظر گرفته شده است.همچنين امكان سنجي اقتصادي استفاده همزمان از سيستم ابشيرين كن اسمز معكوس بررسي ميشود.نيروگاه خليج فارس يك نيروگاه سيكل تركيبي است كه در حال حاضر به صورت سيكل باز (توربين گاز) بهره برداري ميشود و داراي 6 واحد توربين گاز با قدرت نامي هر واحد 165 مگاوات است.نيروگاه در فاصله 20 كيلومتري دريا قرار دارد و سيستم خنك كن از نوع هوايي است.

واژه های کلیدی: آناليز اگزرژي،توليد همزمان توان و آب شيرين در سيستم تقطير چندمرحله اي،امكان سنجي اقتصادي اسمز معكوس در يك سيستم پيوندي

فهرست مطالب
عنوان صفحه

فصل1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1
1-1. مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….2
فصل2 طراحي ترموديناميكي و تحليل اگزرژي سيكل توربين گازي………………………………………………………………..10
2-1. مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11
2-2.مدل ترموديناميكي سيكل…………………………………………………………………………………………………………………………….11
2-2-1كمپرسور………………………………………………………………………………………………………………………………………………….12
2-2-2 بررسي آناليز اگزرژي توربين گازي…………………………………………………………………………………………………………15
2-2-3 بهبود عملكرد سيكل………………………………………………………………………………………………………………………………..17
2-3 سيستم تبريد جذبي ليتيوم-برومايد……………………………………………………………………………………………………………21
2-4بررسي يك مرحله از واحد آب شيرين كن تبخيري با افت ناگهاني فشار…………………………………………………….24
.2-4-1- مدلسازي رياضي فرايند آب شيرين كن تبخيري با افت ناگهاني فشار………………………………………………..28
فصل3 امكان سنجي توليد آب شيرين نيروگاه خيج فارس………………………………………………………………………………….32
3-1. مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..33
3-2.تعيين محل آب گيري در دريا………………………………………………………………………………………………………………………34
3-2-1. وضعيت امواج……………………………………………………………………………………………………………………………………………34
3-2-2جزر ومد………………………………………………………………………………………………………………………………………………………34
3-2-3 تعيين موقعيت سايت…………………………………………………………………………………………………………………………………34
3-2-4 تعيين روش مناسب آب گيري از دريا……………………………………………………………………………………………………….35
3-2-5 تعيين محاسبات بالانس حرارتي بويلر بازياب……………………………………………………………………………………………36
3-2-6تعيين مشخصه هاي ترموديناميكي بويلر بازياب………………………………………………………………………………………….37
3-2-7استفاده از برق توليدي بويلر بازياب……………………………………………………………………………………………………………38
3-2 فاكتورهاي موثر در هزينه هاي توليد……………………………………………………………………………………………………………38
فصل4 بررسي اقتصاد واحد توليد همزمان برق و آب شيرين………………………………………………………………………………41
4-1. بررسي اقتصاد آب شيرين كنها………………………………………………………………………………………………………………………42
4-1-1 روش MSF……………………………………………………………………………………………………………………………………………..42
4-2.بررسي هزينه هاي سرمايه گذاري در انواع مختلف آب شيرين كنها……………………………………………………………..45
فصل5 روشهاي بهبود عملكرد سيكل توربين گازي با هدف گذاري در نقطه بهينه………………………………………………48
5-1. سيستم تبريد جذبي…………………………………………………………………………………………………………………………………………49
5-1-1. مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………49
5-2-. اثرات تغييردما بر پارامتر هاي عملكردي توربين گازي………………………………………………………………………………..50
5-3 مزايا و معايب……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….52
5-4. طرح فني سيستم سرما ساز…………………………………………………………………………………………………………………………….53
5-5. نتايج حاصل از شبيه سازي درASPEN………………………………………………………………………………………………………56
5-6 محاسبات اگزرژي در واحد توليد توان و آب شيرين……………………………………………………………………………………..60
5-6-1 محاسبات اگزرژي در بويلر احتراق كمكي…………………………………………………………………………………………………..67
5-7 هزينه هاي احداث و نصب بويلر بازياب…………………………………………………………………………………………………………….67
5-8سيستم عملكردي يك واحد تبريد جذبي ليتيوم-برومايد………………………………………………………………………………….68
5-9نتايج حاصل از بهره برداري از دو واحد MSFبا افزايش ظرفيت بار در يك واحد توربين……………………………….71
5-10محاسبه بار سرمايشي…………………………………………………………………………………………………………………………………………78
5-11 بررسي وضعيت آب وهوايي محل استقرار نيروگاه……………………………………………………………………………………82
5-12 آناليز اقتصادي…………………………………………………………………………………………………………………………………………………85
5-13تحليل و ارزيابي ترموديناميكي فرايند خنك كاري لايه اي توربين بر عملكرد سيكل………………………….86
5-14مطالعه فرايند خنك كاري……………………………………………………………………………………………………………………….88
5-15 مدلسازي توربين……………………………………………………………………………………………………………………………90
5-16مدل خنك كاري داخلي………………………………………………………………………………………………………………………………92
5-17 مدل خنك كاري نفوذي……………………………………………………………………………………………………………………………92
5-19 تحليل ترموديناميكي سيكل………………………………………………………………………………………………………………………95
5-20تجزيه وتحليل نتايج……………………………………………………………………………………………………………………………………….98
5-21پارامتر هاي انتخاب سيستمي براي واحدهاي آب شيرين كن……………………………………………………………………109
5-22 مقايسه سيستم اسمز معكوس با سيستم تبخير چند مرحله اي……………………………………………………………..109
5-23 نتيجه گيري…………………………………………………………………………………………………………………………………………113
مرجع ومنابع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………114

فهرست اشکال
عنوان صفحه
فهرست اشكال
شکل 1-1.شماتيك يك واحد تبخير فلش چند مرحله اي. 4
شکل2-1. آب شيرين كن تبخير ناگهاني چند مرحله اي يك بار گذر 4
شکل1- 2. شماتيك يك واحد تزريق بخار به محفظه احتراق 13
. شكل 2-2 انتقال حرارت در بويلر بازياب 17
شكل 3-2شماتيك يك سيكل توربين گازي بابويلر بازياب حرارت 17 شكل 4-2 سيكل توربين گازي با بويلر بازياب حرارت 22
شكل 5-2 سيستم جذب سرمايشي چند مرحله اي 23
شكل 6-2 بررسي يك مرحله از واحد آب شيرين كن تبخيري با افت ناگهاني فشار 24
شكل 7-2. روفايل دما در گرم كننده آب شور و مرحله اول آب شيرين كن MSF. 27
شكل 8-2پروفايل دما در مجموع مراحل آب شيرين كن. 28
شكل 9-2 طرح ساده تاسيسات آب شيرين كن MSF 31
شكل 1-3 تعيين موقعت سايت 35
شكل 2-3 اختلاف دماي پينچ نسبت به توان خروجي 43
شكل 3-3 تغييرات نرخ هواي ورودي به كمپرسور با توان خالص خروجي 44
شكل 4-3 تغييرات نسبت تراكم كمپرسور با توان خروجي 44
شكل 5-3 تابع هزينه كلي نسبت به توان خروجي از سيكل 45
شكل 1-5 مقدار توان خروجي از توربين گازي بر حسب تابعي از دما 58
شكل 2-5 بازده توربين گازي به صورت تابعي از دما 59
شكل 3-5 60
شكل 4-5 شماتيك سيستم شبيه سازي شد ه با نرم افزار ASPEN 62
شكل 5-5 69
شكل 6-5 تغييرات نرخ قدرت خروجي با اعمال سرمايش در هواي ورودي به ازاي توان خروجي از توربين 72
شكل 7-5 بار سرمايشي چيلر 73
شكل 8-5 شماتيك سيكل تبريد جذبي ليتيوم-برومايد 78
شكل 9-5 راندمان اگزرژي 82
شكل 10-5 انهدام اگزرژي 82
شكل 11-5 شماتيك سيستم توليد توان به همراه دو واحد آب شيرين كن 85
شكل12-5 نمودار بار سرمايشي براي ماههاي فروردين. ارديبهشت و خرداد 88
شكل 13-5 5 نمودار بار سرمايشي براي ماههاي تير. مرداد و شهريور 88
شكل 14-55 نمودار بار سرمايشي براي ماههاي مهر. ابان و آذر 89
شكل 15-5 نمودار بار سرمايشي براي ماههاي دي. بهمن و اسفند 89
شكل 16-5 نمودار دماي متوسط در ساعت هاي مختلف در فصل تابستان 1388 92
شكل 17-5 نمودار رطوبت متوسط بندر عباس در هر يك از ساعات شبانه روز 92
شكل18-5 مدل خنك كاري داخلي 101
شكل 19-5 طرح سيكل برايتون با توربين خنك شونده 104
شكل 20-5تغييرات كار خالص ت.ليدي بر حسب دماي ورودي به توربين در سيستم خنك كاري داخلي 108
شكل 21-5 نمودار كار خالص ويژه بر حسب دماي ورودي به توربين در خنك كاري نفوذي 109
شكل 22-5 نمودار تغييرات بازده بر حسب دماي ورودي به تورببين در خنك كاري داخلي 110
شكل 23-5 نمودار تغييرات بازده بر حسب دماي ورودي به توربين در خنك كاري نفوذي 112
شكل 24-5 نسبت جرمي هواي خنك كاري بر حسب دماي ورود به توربين در خنك كاري داخلي 113
شكل 25-5 نسبت جرمي هواي ورودي بر حسب دماي ورود به توربين در خنك كاري نفوذي 114
شكل 26-5 نسبت بازگشت ناپذيري در اثر خنك كاري داخلي بر حسب دماي ورودي به توربين 115
شكل 27-5 نسبت بازگشت ناپذيري در اثر خنك كاري نفوذي بر حسب دماي ورودي به توربين 116
شكل 28-5 نمودار كار ويژه خالص بر حسب بازده در خنك كاري داخلي براي نسبت فشار 10 117
شكل 29-55 نمودار كار ويژه خالص بر حسب بازده در خنك كارينفوذي با نسبت فشار 10 117

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-4 هزينه سرمايه گذاري ثابت 47
جدول 2-4 قيمت مواد شيميايي 48
جدول 3-4 بررسي هزينه هاي سرمايه گذاري آب شيرين كنها 53
جدول 1 -5 شرايط عملكردي نيروگاه 56
جدول 2-5 مشخصه هاي سيستم تبريدي 61
جدول 3-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 62
جدول 3-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 63
جدول 4-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 63
جدول 5-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 63
جدول 6-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 63
جدول 7-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 64
جدول8-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 64
جدول9-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 64
جدول10-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 65
جدول11-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 65
جدول12-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 65
جدول13-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 66
جدول14-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 66
جدول15-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 66
جدول16-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 67
جدول17-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 67
جدول18-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 67
جدول 19-5 محاسبات انتالپي و انتروپي مرجع 69
جدول 20-5 اگزرژي فيزيكي 69
جدول 21-5 قدرت عملي توربين بر حسب دما 70
جدول 22-5 اگزرژي شيميااي مواد مختلف 73
جدول 23-5 اگزرژي كل 75 جدول 24-5 نتايج حاصل از دو واحد MSF 80
جدول 25-5 اگزرژي اجزاي نيروگاه به همراه آب شيرين كن 81
جدول 26-5 راندمان اگزرژي 82
جدول 27-5 نتايج 85
جدول 28-5 بهبود اگزرژي كل 85
جدول 29 -5 دما و رطوبت 90
جدول 30-5 هزينه تجهيزات 92
جدول 31-5 قيمت ارزي تجهيزات 93
جدول 32-5 مقايسه سيستمهاي غشايي و اسمز معكوس 118
جدول 33-5 هزينه هاي اسمز معكوس 118

فهرست علائم اختصاري

فصل1

مقدمه

1-1. مقدمه
توربين گاز مولد نيرويي است كه مقدار زيادي انرژي را نسبت به ابعاد و وزنش توليد ميكند. اين وسيله دربيست سال گذشته خدمات قابل توجهي را در عرصه هاي صنعت و تكنيك ارائه نموده است.
امروزه كاربرد توربين هاي گاز در نيروگاه ها و به عنوان مولد برق بسيار با ارزش وحياتي ميباشد.
علاوه بر ان در صنايع ديگر مانند صنايع پتروشيمي،صنايع فضايي،سكوهاي دريايي،ترن ها و غيره كاربرد گسترده اي پيدا كرده است.در مورد معايب توربين گازي ميتوان به پايين بودن بازدهي و لزوم تعميرات اساسي بعد از تعداد ساعات كاركرد كمتر و تغييرات قدرت و بازدهي ان بر اساس تغييرات جوي اشاره نمود. امارهاي موجود حاكي از ان است كه در حدود 38 درصد از ظرفيت نيروگاه هاي كل كشور از طريق 176 واحد توربين گازي با ظرفيت اسمي 9500 مگاوات تامين ميشود. اما به علت شرايط اب و هوايي كشور خصوصا در مناطق مركزي و جنوب كه عمدتا تابستانهاي گرم و طولاني دارد اين توربينها با افت قدرت و بازدهي مواجهه ميشوند. به طوريكه ميتوان گفت حدود 1900 مگاوات(20 درصد توان اسمي) از ظرفيت توربين گازي در اين فصول كاهش مي يابد.
تئوري توربين هاي گازي خيلي زودتر از زمانيكه امكانات تكنولوژيكي به مهندسين توانايي ساخت آنها را فراهم اورد،مطرح شد.در حال حاضر كاربرد توربين هاي گاز بسيار متنوع و گسترده شده است و آنها را به يك وسيله قابل اعتماد و موثر در ابزار مولد قدرت تبديل كرده است.يكي از اصول اساسي در طراحي، اصل صرفه جويي انرژي و بهينه سازي مصرف است.يكي از روشهاي توليد اب شيرين استفاده از انرژي خروجي اگزوزهاي توربين گازي ميباشد
در اين روش ضمن جلوگيري از اتلاف انرژي ، آلودگي محيط زيست نيز كاهش مي يابد.تا كنون كوششهاي زيادي در جهت افزايش عملكرد توربين هاي گازي انجام شده است و براي بهبود كارايي بيشتر توربين در اجزاء مختلف توربين اصلاحاتي صورت گرفته شده به نظر مي رسد با توجه به وضعيت نيروگاههاي کشور نيروگاههاي گازي بهترين گزينه موجود مي باشند. توربينهاي گازي به دليل مزايايي نظير راندمان بالا، توان توليد نسبتا زياد، قابليت استفاده مستقيم از گاز طبيعي به عنوان سوخت و هزينه سرمايه گذاري نسبتا پايين، امكان استفاده در سيكلهای تركيبي و سيستمهاي توليد همزمان توان و حرارت به عنوان يكي از مهمترين و پر استفاده‌ترين ابزار توليد توان مطرح مي باشند. توربينهاي گازي در موارد بسياري چون نيروگاههاي توليد برق و ايستگاههاي افزايش فشار گاز طبيعي به كار گرفته مي شوند
بر طبق امار ارائه شده در 80 درصد توربين هاي گازي از انواع صنعتي بزرگ كه در سراسر جهان در حال كار هستند در بين سالهاي 1965 تا 1975 راه اندازي و مورد استفاده قرار گرفته اند. اين توربين ها كه تعدادشان نيز قابل توجه است، كانديدهاي مناسب و ايده ال براي اعمال تكنيك هاي جديد هستند. تغييرات و پيشرفت هاي موجود در جهت افزايش راندمان، كاهش آلودگي، توجه به مسائل زيست محيطي واستفاده هر چه بهتر از قابليت كاردهي انرژي موجود ميباشد.
در سالهاي اخير، حجم زيادي از مقالات و پروژه هاي پژوهشي در کشورهاي حاشيه خليج فارس و شمال آفريقا به استفاده از انرژي هاي نو و انرژي هاي بازيافت شده در صنعت براي توليد آب شيرين اختصاص يافته است.
يکي از مهمترين مسائل در طراحي و اجراي اينگونه طرحها توجه به کيفيت آب شور مورد استفاده، شرايط جغرافياي محل اجراي طرح و جانمايي نيروگاه مي باشد. ضمن اينکه ظرفيت توليد آب شيرين که تابعي از توان خروجي نيروگاه وهزينه هاي مستقيم وغير مستقيم مي باشد خود نياز به پژوهش تخصصي را نشان ميدهد.سيستمهاي دو منظوره به طور گسترده اي براي توليد همزمان آب و توان مورد استفاده قرار ميگيرد. در ان سيستمها بخار در دما و فشار بالا در يك توربين گازي منبسط ميشود و توليد توان قبل از شيرين سازي اب صورت ميگيرد. چيدمانهاي مختلف از اين سيستمهاي دو منظوره قابل دسترسي است توليد توان توسط انرژي حرارتي گازهاي احتراقي در توربين راهبري شده و از خروجي به منطور توليد بخار در محدوده فشار كم تا متوسط در ديگ بازيافت استفاده ميشود. انتخاب يك سيستم توليد همزمان نياز به ارزشگذاري فاكتورهاي اقتصادي و ترموديناميكي دارد. نسبت توليد توان به آب شيرين در سيستمهاي دومنظوره تجاري به طراحي واحد بستگي مستقيم دارد.اين نسبت در يك سيستم دو منظوره توربين گازي و ابشيرين كن تبخيري چند مرحله اي از 8 مگاوات به ازاي يك ميليون گالن انگليسي در روز تا حدود 20 مگاوات متغير است
سيكل توربين گازي با هدف توليد همزمان حرارت سبب كاهش مصرف سوخت در مقايسه با سيستمهاي مجزاي توليد توان و آب شيرين ميشود
در سيستمهاي تبخير ناگهاني چند مرحله اي تبخير ناگهاني ناشي از كاهش ناگهاني فشار مايعي است كه قبلا درجه حرارت ان به نزديك نقطه جوش رسيده است.فرايند تبخير ناگهاني چندمرحله اي به صورت تبخير آب دريا و ميعان بخار حاصله به منظور توليد آب خالص ميباشد. سيستم هاي MSF
به طور معمول شامل سه بخش اصلي به صورت زير است:
o بخش دفع حرارتHeat Rejection system))
o بخش بازيافت حرارت(Heat Recovery Section )
o بخش انتقال حرارت(Brine Heater)

شكل (1-1) شماتيك يك واحد تبخير فلش چند مرحله اي

شكل (2-1) آبشيرين كن تبخير ناگهاني چند مرحله اي يكبار گذر
سيستم هاي MSF به صورت يكبار گذر و با گردش مجدد وجود دارند.
در مقام مقايسه به دلايل زير، سيستم با گردش مجدد پساب از سيستم يكبار گذر بهتر است:
1- به خاطر استفاده كمتر از آب دريا،اسيد يا مواد شيميايي مصرفي كمتر است.
2- به دليل استفاده كمتر از آب دريا،گازهاي غيرقابل چگالش كم ميشود وهزينه هاي اجكتور و پمپ خلاء كاهش مي يابد و تامين خلاء آسانتر ميشود.
3- خوردگي در اثر گازهاي غير قابل چگالش مانند دي اكسيد كربن بر روي سطح داخلي محفظه تبخير ناگهاني كاهش مي يابد.
4- راندمان انتقال حرارت به علت وجود كمتر گازهاي غير قابل احتراق در محفظه بهبود مي يابد.
افزايش تعداد مراحل طرح را از نظر مصرف انرژي مقرون به صرفه ميكند. ميتوان از گازهاي خروچي توربين گازي و بخار با فشار پايين به عنوان منبع حرارتي استفاده كرد.
تبخير ناگهاني موجب ميشود دستگاه آب شيرين كن با طول عمر بيشتر و بدون رسوب كار كند بي آنكه ظرفيت آب توليدي كم شود،از طرفي ميزان رسوب گذاري بر ميزان توليد سيستم MSF تاثيري نداشته و اين تاثير در بازدهي حرارتي سيستم ظاهر ميشود.
اهم پارامترهاي تاثير گذار در يك سيستم تبخير ناگهاني شامل ماكزيمم دماي آب شور(TBT) ،دبي آب شور گردشي ،دبي و دماي بخار ورودي به بخش انتقال حرارت ، دبي ورودي آب دريا و دماهاي ورودي و خروجي آب دريا ميباشد.
ماكزيمم دماي آب شور TBT)) مهمترين عامل تعيين كننده عملكرد سيستم MSF است به دليل محدوديت هاي ناشي از خوردگي و رسوب گذاري ،اين مقدار نبايد از حد معيني بيشتر باشد،غلظت و نوع مواد شيميايي موجود در آب تعيين كننده مقدار حداكثر TBT ميباشد در صورت كاهش بيش از حد مقدار TBT،اختلاف فشار لازم در كندانسور خروجي تامين نميشودو دفع گازهاي غير قابل تقطير ميسر نخواهد شد.دماي آب شور در محفظه تابعي از دماي آب خنك كن،شرايط سطوح انتقال حرارت و عملكرد اجكتور ميباشد.
يكي ديگر از پارامترهاي كليدي در طراحي سيستمهايMSF دبي آب شور گردشي ميباشد. افزايش دبي آب شور گردشي موجب افزايش نرخ توليد آب شيرين ميشود.
اما اين امر تاثير معكوس بر روي نسبت عملكرد سيستم خواهد داشت.اين پارامتر به عنوان نسبت آب خالص توليدي به بخار ورودي به بخش انتقال حرارت تعريف ميشود.كاهش بيش از حد دماي آب دريا منجر به كاهش دبي آب ورودي ميشود و اين مساله سرعت رسوب گذاري در سيستم را زياد ميكند. در اينگونه مواقع مقداري از آب شور دفع شده از سيستم را به آب شور ورودي قبل از بخش دفع حرارت پمپ ميكنند كه موجب افزايش دما و سرعت مورد نياز آب شور ورودي به بخش دفع حرارت ميشود
در طراحي پايه ای براي يك سيستم جديد و در بازسازي سيستم‌هاي موجود مي‌بايست دستيابي به اهداف زير تا حد امكان مدنظر قرار گيرد.
1- بيشترين كارايي سيستم
2- كمترين هزينه كلي
3- كمترين ميزان مصرف انرژي
4- كمترين اثرات مخرب زيست محيطي و انساني
5- بالاترين ايمني
6- بالاترين اطمينان از عملكرد مداوم و بدون نقص سيستم
طبيعتا بررسي اثرات پارامترهاي تعيين کننده يك سيستم انرژي بر هر يك از اهداف به صورت مستقل نمي‌تواند ضامن دستيابي به همه اهداف در محدوده‌هاي تعريف شده باشد لذا لازم است همه اهداف مدنظر به صورت همزمان طي يك فرايند بهينه‌سازي چند هدفه كارآمد مورد بررسي قرار گيرند. بهينه سازي يك عبارت كلي است كه به تلاش براي تعيين پارامترهاي اثرگذار يا متغيرهاي تصميم يك سيستم جهت دستيابي به شرايط بهينه عملكرد اطلاق مي شود. منظور از شرايط بهينه شرايطي است كه مقدار يك يا چند پارامتر هدف در سيستم بيشترين يا كمترين ميزان ممكن را داشته باشد در مطالعه حاضر سيكل توربين گازي به همراه سيستم آبشيرين كن تبخيري چند مرحله اي مورد بهينه سازي قرار گرفته است هدفهاي مدنظر در اين بهينه سازي دستيابي به بيشينه راندمان اگزرژتيك ، كمينه هزينه كلي و دسترسي به حداكثر توليد آب شيرين است.
براي انتگراسيون يك واحد توربين گازي با يك واحد فرايند اصلي ترين هدف كاهش هزينه هاي عملياتي سايت است.اين كاهش هزينه هاي عملياتي عمدتا منجر به افزايش راندمان حرارتي در سايت ميشود كه نتيجه آن افزايش توان به ازاي حرارت توليد شده و ذخيره بيشتر سوخت است.افزايش توليد توان در اين سايتها باعث بهبود توان واردات و صادرات الكتريسيته ميشود.در اين سيستمها ضمن افزايش همزمان توان و حرارت با انتگراسيون مناسب ميتوان اثرات زيست محيطي آلاينده هاي سيكل را در جهت بهبود استانداردهاي محيط زيست ارتقاء داد.براي افزايش قابليت كاردهي همزمان با توليد حرارت و كاهش هزينه هاي كلي واحد ابتدا سايز و نوع توربين گازي به عنوان يك متغيركليدي مد نظر قرار ميگيرد. توربين هاي گازي در سايز و ابعاد مختلف و در حدود 100 مدل متفاوت در بازار موجود است .توربين گازي صنعتي در ظرفيت هاي بالا به صورت يك شفت مكانيكي موجود است
در طي انتگراسيون واحد،مجموعه اي از عوامل پيچيده براي يك طراحي موفق مد نطر قرار ميگيرد.توربين هاي صنعتي راندمان پايين تر و هزينه تمام شده كمتر در مقايسه با انواع ديگر توربين ها دارند.از طرفي ميزان اكسيژن خروجي از گازهاي احتراق،كاربري اين توربين ها را محدودتر ميكند.
انتخاب نهايي نوع توربين مبني بر يك موازنه اقتصادي و انرژي درست بين بازدهي فرايند و هزينه هاي ثابت در سايت است
توربينهاي گازي كه به عنوان مولدهاي قدرت ار آنها استفاده ميشود،علاوه بر كوتاه بودن زمان نصب و راه اندازي نسبت به تغيير شرايط محيط بسيار حساس مي باشند و با افزايش هر يك درجه ساتتيگراد دماي ورودي به كمپرسور، 0.7%از قدرت خروجي آنها كاسته ميشود.
رشد فزاينده استفاده از توربين گاز در ايران و واقع شدن اكثر آنها در مناطق گرم باعث شده كه عملا بخش قابل توجهي از قدرت اسمي آنها بدون استفاده بماند. همچنين در مناطقي كه از برق سراسري محرومند در ساعات پيك بار دچار مشكل شوند.
بيش از چهار دهه است كه از توربينهاي گازي به عنوان مولد الكتريسيته استفاده ميشود. كوتاه بودن زمان نصب و راه اندازي اين دستگاه ها ،عامل مهمي جهت انتخاب آنها براي تامين سريع برق است.
هم اكنون در كشور ايران توربينهاي گازي زيادي در حال توليد برق مي باشند كه راندمان آنها حداكثر در حدود 30 درصد است.. البته ميزان راندمان ذكر شده با توجه به شرايط محيط متفاوت خواهد بود.
حساس بودن اين دستگاهها به درجه حرارت سبب شده است كه عملا بخش قابل توجهي از آنها غير قابل استفاده باقي بماند.
راههاي مختلفي جهت افزايش قدرت خروجي از توربين گاز وجود دارد كه براي انتخاب هر يك از آنها بايستي بررسي هاي فني و اقتصادي صورت پذيرد. موقعيت جغرافيايي و آب وهوايي،از عوامل مهم انتخاب مكانيزم افزايش قدرت بهينه است.
براي مناطق گرم و مرطوب شيوه سرمايش هواي ورودي نسبت به نواحي گرم وخشك كاملا متفاوت است. لذا اينگونه مطالعات براي هر منطقه به صورت جداگانه و بسته به نوع،مدل و تيپ توربين مشخص ميشود.
در اين پروژه ابتدا طراحي ترمو ديناميكي و تحليل اگزرژي و معادلات حاكم در شرايط مختلف عملكردي سيستم ارائه شده است و راهكار هاي بهبود عملكرد سيكل با تحليل اگزرژي مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسي سيستم هاي خنك كننده ليتيوم-برومايد و مفاهيم و معادلات حاكم بررسي ومدلسازي رياضي شده و در فصل سوم امكان سنجي بهره برداري از نيروگاه خليج فارس با توجه به موقعيت سايت و آب گيري از دريا هدف مطالعه قرار گرفته و فاكتور هاي موثر در هزينه هاي توليد براورد شده است. در فصل چهارم اقتصاد واحد هاي مختلف آب شيرين كن همزمان با توليد توان آناليز اقتصادي شده و در فصل پنجم روشهاي بهبود عملكرد سيكل با هدف گذاري در نقطه بهينه توسط نرم افزار Matlab بهينه شده و نتايج حاصل از بهينه سازي سيكل تجزيه و تحليل شده است.

فصل2 طراحي ترموديناميكي و تحليل اگزرژي سيكل توربين گازي

2-1. 1-2. مقدمه
2-2. عرضه و تقاضاي انرژي در جوامع بشري به طور مداوم افزايش يافته است. زندگي روزمره مردم ،چه در سطح جهاني و چه در سطح ملي، مشروط به توليد و مصرف انرژي است.
پاشش بخار در محفظه احتراق توربين گازي،باعث افزايش قدرت توليدي ميگردد و لذا مدلسازي و بهينه سازي سيكل نيروگاه گازي با پاشش بخار در محفظه احتراق براي توليد مقدار قدرت خروجي بيشتر مورد توجه بخش صنعت كشورها ميباشد.مدلسازي سيكل توربين گازي شامل بخشهاي كمپرسور،توربين،محفظه احتراق بويلر بازيافت حرارت HRSG به كمك تعريف يك تابع هدف و به دست اوردن پارامترهاي طراحي بهينه براي توليد قدرت مشخص از اهداف اصلي در اين مطالعه است.
2-3. 2-2مدل ترموديناميكي سيكل
نمايي از يك سيكل توربين گازي در شكل 1-2 نشان داده شده است.اجزاي اصلي اين سيستم عبارتند از:توربين گازي(كمپرسور ،محفظه احتراق و توربين) و بويلر بازيابHRSG)).اين بويلر بازياب به صورت تك فشاره بوده و شامل اكونامايزر،اوپراتور و سوپرهيتر ميباشد.كمپرسور و توربين با فرض ادياباتيك با احتساب بازده پلي تروپيك مدل شده است. با محاسبه دماي ورودي هوا به داخل محفظه احتراق و دماي گازهاي خروجي از محفظه احتراق،نرخ جرمي سوخت ميتواند محاسبه شود.

1-2-2 كمپرسور
با در نظر گرفتن هوا به عنوان گاز كامل و با توجه به رابطه پلي تروپيك داريم

1- 2
كه rc نسبت تراكم در كمپرسور ميباشد.گرماي ويژه مخلوط آب و هواي خشك در فشار ثابت را ميتوان از روابط زير بر حسب دما به دست اورد.
2-2

3-2

4-2

شكل 1-2 شماتيك يك واحد تزريق بخار به محفظه احتراق
با جايگذاري گرماي ويژه و با معلوم بودن رطوبت مطلق W1 و با استفاده از روش تكرار نيوتن رافسون،دماي هواي خروجي از كمپرسور به دست مي ايد.با به دست اوردن دما در خروجي كمپرسور كار مصرفي ان برابر خواهد بود با:

5-2 (kj/kg dryair)
بنابراين با تحليل كمپرسور،دما،فشار و آنتالپي و نرخ جرمي هواي خشك و بخار آب،شرايط خروج از كمپرسور به دست مي ايد كه در تحليل محفظه احتراق مورد استفاده قرار ميگيرد.
دما و فشار خروجي و كار مصرفي بر مبناي واحد جريان جرمي كمپرسور از روابط زير به دست مي آيد.
6-2

7 -2
8- 2

براي بررسي و طراحي محفظه احتراق نياز به آناليز گاز داريم.جرم مولكولي و ضريب ثابت گازها نيز،طبق روابط زير قابل محاسبه است
9-2

10-2

11-2

شايان ذكر است فرايند احتراق به صورت تعادلي فرض شده است. 12-2

رابطه ضرايب a,b,c,d,e,f,g با ضرايب a’وb’وc’و’ dو ‘ ‘ eوf و g’ به صورت زير ميباشد.
13-2

14- 2
با در نظر گرفتن معادلات تعادلي زير:

15-2
15-2

16-2

فرايند احتراق در سيستم احتراق به صورت زير در نظر گرفته ميشود

17-2

دماي احتراق و محصولات توليدي با در نظر گرفتن ميزان فشار در خروجي و فشار داخل محفظه و به دست اوردن ضرايب تعادلي به دست مي ايد.فشار داخل محفظه احتراق طبق رابطه زير محاسبه ميگردد.
18-2
دما و فشار خروجي از توربين گازي نيز از رابطه زير بدست ميايد.
19-2

20- 2

كار خروجي توربين بر مبناي واحد جرم:
21-2
3-2بررسي آناليز اگزرژي توربين گازي
اگزرژي در حالت كلي تركيبي از دو قسمت اگزرژي فيزيكي و شيميايي است كه روابط انها به صورت زير است:
22-2
23-2

و اكسرژي كل سيستم به صورت زير است
24-2

با معلوم بودن نرخ جرمي آب ورودي به اكونومايزر (mec) و با موازنه جرم و انرژي براي درام داريم:
25-2
و همچنين موازنه جرم و انرژي براي سوپرهيتر
26-2
نرخ جرمي بخار اواپراتور و سوپرهيتر محاسبه ميشود.از انجايي كه شرايط پايا بوده و نرخ خروجي از سه قسمت بويلر بازياب يكسان است موازنه انرژي براي اواپراتور به صورت زير حاصل ميشود
27-2

معادله فوق نسبت به T2 غير خطي است و به روش نيوتن رافسون حل ميشود. موازنه انرژي براي سوپرهيتر به شرح زير است
28-2

با محاسبه كار خالص توليدي و با در نظر گرفتن ارزش حرارتي سوخت،بازده حرارتي سيكل محاسبه ميگردد.
29-2

شكل 2-2 انتقال حرارت در بويلر بازياب

اولين قدم در هر بهينه سازي تعيين تابع هدف ميباشد و با مينيمم كردن آن ميتوان به شرايط ايده ال موردنظر سيستم دست يافت

شكل 3-2شماتيك يك سيكل توربين گازي با بويلر بازياب حرارت

كار خالص ويژه توليدي سيكل به ازاي هواي ورودي به كمپرسور محاسبه ميشود.
30-2

تابع هزينه به صورت مجموع هزينه هاي سرمايه گذاري اوليه و هزينه سوخت ميباشد

4-2 روشهاي اصلاح وبهبود مشخصه هاي توربين گازي

مراجع و مآخذ
اسناد فني نيروگاه بندر عباس و 1-مدارك
ASPEN20062 -نرم افزار طراحي فرايند و شبيه سازي
[3]- Y., Cengel, M.,A.,Boles, “Thermodynamics: An Engineering
Approach”, McGraw-Hill publication,Fourth edition, ٢٠٠١.
[4]-: A. Bejan, “Advanced,Engineering Thermodynamics”, John
Wiley & Sons, New York, ١٩٨٨
[5]-Robert H. Perry, Don Green,”Perry’s Chemical Engineering Handbook”Sixth Edition,McGraw-Hill,1984.
[6]. Krishna, H. J., “Introduction to Desalination Technologies,” Texas University, pp. 1-7.
[7]. United Nations world water development report,”Water for people water for life”, 2003
8-امكان سنجي فني و اقتصادي استفده از توربين گازي بندر عباس در واحدهاي آب شيرين كن.رامين حقيقي خوشخو.ششمين همايش ملي انرژي
[9]Jones, J.B, and Hawkins, G.A., IZb[, “Engineering Thermodynamics”, John Wiley & Sons, Inc.
[10]Spina, P.R. “Gas Turbine Performance by Using Generalized Performance Curves of Compressor and Turbine Stages”, ASME Turbo Expo 2002.
[11]Cumpsty, N.A. “Compressor aerodynamics”,Longman Scientific & Technical, pp15-17, 1989.
[12]Tribu, M . et . al , Thermodynamic and Economic considerations in the preparation of fresh water from sea water , VCLA Rpt , No . 56 – 16 , 197
[13]A.Valero , MA . lozano and c.torres , “Application at the exergetic cost the to the CGAM problem” , Energy vol . 99 , No . 3 pp.365-381.1994
[14]Dr. Andrew K.Jonws, Opimized Combustion Using Computational Modeling Combustion Unit,A.B.B

[15]-A. bejan, G. tsatsaronis, M. moran, THERMAL DESIGN AND OPTIMIZATION, john wiley &sons,INC

افزايش ظرفيت توربين هاي گازي نيروگاه چابهار.محمد عامري. واح توليد
همزمان برق و 16- ارائه يك روش مناسب روش مناسب افزايش ظرفيت نيروگاه جابهار.محمد عامري واحد توليد همزمان برق و حرارت. دانشگاه صنعت آب وبرق
16- حرارت.دانشكده صنعت آب و برق.

[17]Dr. Osman Ahmed Hamed, Mohammad AK.THERMODYNAMIC ANALYSIS OF AL-JUBAIL POWER WATER CO-GENERATION CYCLES,Saline Water Conversion Corporation

[18]Al-Sofi, M. AK., (1985), MSF Chemical and Fuel Consumption in Dual Purpose Plants,Third Arab Energy Conference, Algiers, Algeria, May, 6, 205 – 240.
[19]Darwish, M. A, Yousuf, F. A. and Al-Najem, N. M., (1997), Energy Consumption and Cost with a Multi-Stage Flash (MSF) Desalting System, Desalination, 109, 285-302.

[20]Wade, N. M. and Fletcher, R. S., (1995), Energy Allocation and Other Factors Influencing Water Costs in Desalination and Dual Purpose Power / Water Plants, Proceeding, of the IDA World Congress on Desalination and Water Sciences, Abu Dhabi, UAE, November
[21] V. Dvornikov, Seawater multi-effect distillation energized by a combustion turbine, Desalination, 127 (2000) 261–269.

[22] M.A. Darwish and A. Alsairafi, Technical comparison between TVC/MEB and MSF, Desalination,170 (2004) 223–239.

[23] G. Kronenberg and F. Kokiec, Low-temperature distillation processes in single- and dual-purpose plants, Desalination, 136 (2001) 189–197.

ا

K.N. Toosi University Technology
Mechanical Engineering Department
Exergy analysis with simultaneous potable water in gas turbine cycle and feasibility study for other kinds of hybrid desalination

By:
Maryam sadat parvandad asadollahi
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Science Degree in
energy system Engineering
Supervisor:
Dr Majid Amidpour
Dr Masoud ziabasharhagh

Febuary 2010

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “استفاده از روش هاي تركيبي با ديدگاه آناليز اگزرژي به منظور اصلاح سيكل توربين گازي با توليد همزمان آب شيرين در سيستم تقطير چندمرحله اي و امكان سنجي اقتصادي آن”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

− 3 = 3