دانلود پایان نامه

ر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی
تغییرات دمای هوای محیط، بر دبی جریان گاز، دما و آنالیز گازهای داغ خروجی از توربین گاز تأثیر میگذارد که این امر به نوبهی خود، بر میزان کارایی بویلر بازیاب حرارت قرار گرفته شده در پشت توربین گاز و در نهایت کارایی سیکل ترکیبی تأثیر خواهد گذاشت.
بالا بودن دمای هوا از یک طرف، موجب کاهش دانسیتهی هوا و درنتیجه کاهش دبی جریان هوای عبوری از توربین گاز، قدرت خروجی از توربین را 15 تا 25 درصد کاهش میدهد، ولی افزایش دمای گازهای خروجی، دبی بخار تولیدی در بویلر بازیاب حرارت و در نهایت راندمان کلی سیکل ترکیبی را بهبود میبخشد. قدرت خروجی نسبی با افزایش درجه حرارت محیط کاهش مییابد. بدیهی است که کارکرد یک سیکل ترکیبی، به علت تأثیر پذیر بودن توربین گاز و کوندانسور سیکل بخار از شرایط محیط، تأثیر پذیری کمتری از شرایط محیط نسبت به سیکل قدرت سادهی گازی برخوردار است.

1-2-8-2 تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی
به طور کلی توربینهای گازی در بارهای پایین کارایی ضعیفی دارند. بارهای پایین نه تنها کارایی توربین گاز را تحت تأثیر قرار میدهند، بلکه کارایی بویلر بازیاب حرارت و در نهایت سیکل ترکیبی را تحت الشعاع خود قرار میدهند. پایین بودن بار توربین گاز موجب کاهش دمای گازهای خروجی از توربین گاز میشود، که درنتیجهی آن، هم میزان تولید بخار در بویلر بازیاب حرارت کاهش خواهد یافت و هم امکان تشکیل بخار در اکونومایزر فراهم میگردد.

1-2-8-3 تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی
تغییرات زیاد فشار بخار، بر حجم ویژهی بخار تأثیر میگذارد و به دنبال آن افت سرعت و فشار در طول لولههای مبدل حرارتی، شیرها و… افزایش مییابد. از طرف دیگر، تغییرات فشار علاوه بر تغییر دمای اشباع درام، تنشهای حرارتی مولفههای بویلر نظیر درام، مافوقگرمکن، مولد بخار و… را دستخوش تغییرات میکند. شرایط متغیّر فشار، راندمان توربین بخار را در بارهای کم افزایش میدهد، زیرا با متغیّر بودن فشار، هم تلفات هنگام فرآیند اختناق کاهش مییابد و هم هزینههای پمپ آب تغذیه در صورتی که از پمپهای با سرعت متغیّر استفاده گردد کاهش مییابد.

1-2-9 مزایا و معایب سیکلهای ترکیبی
مزایای این نوع نیروگاهها به دلایل زیر میباشد:
به دست آوردن راندمان حرارتی بالا، زیرا دو سیکل فوق الذکر از نظر ترمودینامیکی با یکدیگر سازگاری داشته و گرمایی که از توربین گاز دفع میشود، دارای چنان دمای بالایی است که میتوان به آسانی توسط سیکل بخار مورد استفاده قرار گیرد.
سیالهای عامل هر دو سیکل در طبیعت به وفور یافت میشوند، ارزان و غیر سمی بوده و درنتیجه استفاده از این نیروگاهها آلودگی کمتر محیط زیست را در پی دارد.
تجهیزات مورد نیاز این سیکلها شناخته شده بوده و سازندگان زیادی در ساخت آنها تجربه و تبحّر دارند .
بالا بودن نسبت قدرت تولیدی به فضای اشغال شده توسط تجهیزات.
راه اندازی و شروع به کارسریع: شروع به کار این نیروگاهها از حالت سرد تقریباً دو ساعت و در حالت شروع به کار گرم تقریباً به 30 دقیقه زمان نیاز دارد. در صورتیکه این مدت برای نیروگاههای بخاری مرسوم حدوداً 18-15 ساعت میباشد.
هزینهی اولیّهی نصب و راهاندازی نیروگاههای سیکل ترکیبی در مقایسه با سایر نیروگاهها کم میباشد.
بازدهی کلّی این نیروگاهها بالا بوده و از محدوده 50 درصد تجاوز نموده و به مرز 60 درصد نزدیک شده است.
در مقایسه با نیروگاههای بخاری حجم سیال کاری کمتری (تقریباً نصف) مورد نیاز است که این امر توجیه ضرورت استفاده از این نیروگاهها در مناطق کم آب میباشد.
زمان مورد نیاز برای راه اندازی و هزینهی نصب اولیهی این نیروگاهها اندک میباشد.
توربینهای گازی جدید با ظرفیتهای بالاتری ساخته میشوند که این خود عامل عمدهای در استفاده از آنها در نیروگاههای سیکل ترکیبی با راندمان بالا میباشد.
توربینهای گازی در اندازهها و مدل های مشخّصی استاندارد شده و ساخته میشوند و تولید و توسعه یک مدل جدید که قابل اطمینان بوده و کارا باشد، هزینه سنگینی را برای سازندگان آن در بردارد. به همین جهت توربینهای گازی واحدهای سیکل ترکیبی، معمولاً از واحدهای استاندارد انتخاب میگردند که البته این واحدهای استاندارد با توجه به دانش و تکنولوژی روز، دائماً در دست تکمیل و توسعه میباشد.
اما سیکلهای ترکیبی دارای معایبی نیز میباشند که ازجملهی آن میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
طول عمر کمتر: طول عمر بخش گازی نیروگاههای سیکل ترکیبی به مراتب پایینتر از نیروگاه-های بخار است به طوریکه عمر مفید یک توربین گاز در حدود 15 سال و عمر مفید یک توربین بخار بیش از 30 سال است.
تأثیرگذاری کیفیّت سوخت بر هزینهها: در مواردی که سوخت موجود از کیفیّت پایینی برخوردار باشد جهت استفاده از آن در یک نیروگاه سیکل ترکیبی لازم است که یک سیستم مناسب تصفیهی سوخت نیز در نظر گرفته شود که این امر باعث افزایش قیمت، مخارج اولیه و تعمیرات اضافی خواهد شد.
تأثیرپذیری کارایی با تغییرات شرایط محیطی: در نیروگاههای سیکل ترکیبی کاهش یا افزایش درجه حرارت محیط باعث افزایش یا کاهش راندمان میشود در حالیکه نیروگاههای بخار در مقابل تغییرات درجه حرارت محیط حساسیت کمتری دارند.

مطلب مشابه :  مقاله رایگان دربارهروش TOPSIS

1-2-10 راندمان کلی نیروگاههای سیکل ترکیبی
راندمان کلی یک واحد سیکل ترکیبی، به میزان تلفات حرارتی که بین دو واحد صور
ت میگیرد بستگی دارد. در آرایش سری سیکل ترکیبی با فرض عدم وجود اتلاف حرارتی، کل انرژی حرارتی خروجی از واحد بالایی وارد چرخهی پایینی شده و جهت تولید بخار مورد استفاده قرار میگیرد.
دراین بخش، با فرض عدم وجود اتلاف حرارتی بین دو واحد، به بررسی تأثیر استفاده از سیکل ترکیبی بر رابطهی راندمان کلی نیروگاه پرداخته میشود.

شکل 1-14: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها

برای این منظور یک نیروگاه سیکل ترکیبی غیر مشخص، شامل یک سیکل بالایی و یک سیکل پایینی در نظر گرفته میشود. با فرض ?_1 به عنوان راندمان سیکل بالایی، ?_2 به عنوان راندمان سیکل پایینی و ? به عنوان راندمان کلی سیکل ترکیبی خواهیم داشت:

پس از جایگذاری روابط:

درنتیجه:

یا
(1-1) در نتیجه برای دو سیکل کوپل شده با هم با توجه به رابطهی (1-1) خواهیم داشت:
(1-2)
رابطهی (1-2) نشان میدهد راندمان دو سیکل کوپل شده باهم در حالت سری، برابر است با: مجموع راندمان تکتک سیکلها منهای حاصلضرب راندمان آنها درهم. از این رو با ترکیب دو سیکل مجزا با یکدیگر، به راندمانی دست خواهیم یافت که در صورت مجزا بودن سیکلها، امکان دستیابی به آن میسّر نخواهد بود (راندمانی بالاتر از راندمان سیکلهای مجزا).

1-3 کلیات شیرین سازی آب
1-3-1 تعریف نمکزدایی:
نمکزدایی عبارت است از انجام عملیات روی آب شور، بد مزه یا آلوده، جهت زدودن نمک اضافی و بقیه ی مواد معدنی و آلوده از آن و یا به طور کلی تر نمک زدایی شامل زدودن نمکها و مواد معدنی است. در این فرایند آب به گونه ای به آب شیرین برگردانده میشود که جهت مصرف یا آبیاری مناسب باشد. بعضی از مواقع محصول فرایند نمکزدایی، فراورده نمک خوراکی است که این فرآورده از نظر اقتصادی مورد توجه است.

1-3-2 روشهای آب شیرین کنی
به طور کلی میتوان روشهای آب شیرینکنی را به دو بخش اصلی: گرمایی وغشایی تقسیم نمود. در ایران و جهان روشهایی مانند: اسمز معکوس، تبخیر ناگهانی چند مرحلهای، تقطیر چند مرحلهای، متراکم سازی مکانیکی بخار آب و تقطیر چند مرحله ای-چگالش گرمایی بخار طرفداران فراوانی دارند. در این مقاله با توجه به استقبال گسترده از این روشها، تلاش خواهد شد تا بهترین روش برای معیارهای پیشرو انتخاب گردد.

1-3-2-1 تقطیر چند مرحلهای (MED)
تقطیر چند مرحلهای یکی از روشهای گرمایی آب شیرینکنی میباشد. در مرحله اول این روش تنها بخشی از آب شور ورودی به سلول تبخیر شده و بقیه آب وارد مرحله دوم می شود که این مرحله فشار کمتری نسبت به مرحله قبلی دارد و بوسیله بخار ایجاد شده در مرحله اول، گرما داده میشود تا با این عمل دمای بخارکاهش یافته و به مایع تبدیل شود که این چرخه چندین مرحله ادامه مییابد.

شکل 1-15 : شماتیک یک واحد MED

1-3-2-2 اسمز معکوس (RO)
اسمز معکوس یکی از روشهای غشایی-مکانیکی میباشد. در این روش از غشاهای نیمه تراوا استفاده میشود که مبنای عمل این غشاها جداسازی یونها و ناخالصیهای آب میباشند. آب شور با عبور از داخل این غشاها، نمک خود را باقی گذاشته و آب شیرین بدست میآید.

شکل 1-16: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO

1-3-2-3 متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC)
این روش نمکزدایی یکی از روشهای تک مرحلهای آب شیرینکنی گرمایی- مکانیکی میباشد. در این روش، آبشور مقداری گرما داده میشود سپس بر روی لولههای سلول اسپری شده و مقداری از آن تبخیر میشود. بخار حاصل بوسیلهی لولههای مکش از سلول تخلیه شده و جهت متراکم سازی وارد کمپرسور میشود.

1-3-2-4 تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF)

شکل 1-17: شماتیک یک واحد MSF

این روش نمکزدایی یکی از روشهای گرمایی است که شامل مراحل تقطیر و میعان میباشد. در مرحله گرم کردن، بخار موجود با دادن گرمای خود به آب شور میعان مییابد سپس آب دریای گرم شده وارد مرحله اول میشود (که دارای فشار پایین است). ورود ناگهانی آب داغ به اتاقکی با فشار کم، باعث جوشیدن بسیار سریع آن میشود. این فرآیند چندین مرحله ادامه می یابد و نهایتاً بخار ایجاد شده متراکم و به آب تبدیل میشود.

1-3-2-5 تقطیر چند مرحله ای چگالش- گرمایی بخار(MED-TVC)
این روش بر اساس تبخیر و میعان آب دریا در خلاء که در درون سلولها گنجانده شده، طراحی گردیده است. آب دریا بر غشای نازک لولههایی که در سلول نصب شده است اسپری میشود و به وسیله گرمای حاصل از جریان بخار آب درون لولهها تبخیر میگردد. نهایتاً بخشی از بخار آب تولید شده در مرحله ی آخر بعد از اختلاط با بخار انگیخته به لوله مرحله ی اول باز میگردد و بخش دیگر وارد کندانسور شده و به آب تبدیل میشود.

مطلب مشابه :  مقاله رایگان دربارهدمای، بازیاب، بویلر، خروجی

جدول 1-1: بازهی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرینکنها

1-3-3 ارزیابی معیارها
1-3-3-1 مقدار انرژی مورد نیاز
بدیهی است در پروژههایی مانند آب شیرینکنی که نیاز بسیار بالایی به انرژی دارند باید میزان انرژی مورد نیاز پروژه سنجیده شود و در صورت وجود زیر ساخت اقدام به ساخت پروژه گردد. در غیر این صورت اقدام به ایجاد زیرساختهای مورد نیاز گردد تا پروژه به دلیل کمبود منابع انرژی به چالش کشیده نشود.

1-3-3-2 هزینه تولید
یکی از مهمترین ویژگیها برای یک پروژه هزینه تولید کالا و میزان سودآوری آن است که در صورت عدم تامین سودآوری، پروژه به تعطیلی کشیده
میشود و یا اصلاً سرمایه گذاری برای آن پیدا نشده و پروژه عملی نمیگردد. از سوی دیگر میزان سرمایهگزاری به دلیل برآورد میزان سود و زمان بازگشت بسیار مهم است.

1-3-3-3 محیط زیست
محیط زیست از مهمترین عواملی است که به دلیل توجه کم به آن، خسارات جبران ناپذیر پدیدار شده است. که امروزه بیش از بیش به عنوان خطری برای سلامتی انسان مطرح میشود تا حدی که در شهرهای صنعتی ایران این مشکل رفته رفته به بحران تبدیل میشود.

1-3-3-4 کدورت آب تولیدی
از ابتداییترین عوامل در تعیین کیفیت آب است. کدورت در آب عموماً توسط مواد معلّقی مثل خاک و گل ولای، مواد آلی و معدنی ریز، ترکیبات آلی رنگی محلول و پلانکتونها و سایر میکرو اورگانیسمها ایجاد میشود.

1-3-3-5 نگهداری
یکی از مهمترین عوامل یک پروژه زمانهای تعمیر یا تعویض یا پاکسازی قطعات آن است بهویژه در پروژههای حساس که تعطیلی آن موجب بروز مشکلات عدیده برای مشترکان میگردد. از سوی دیگر نگهداری تاثیر مستقیمی بر سودآوری پروژه دارد.

1-3-4 مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحلهای MED_TVC:
در شکل (1-18) یک مبدل نمکزدای چند مرحلهای نشان داده شده است. بخار اشباع ترک کننده مبدل بازیاب حرارت به سمت مبدل نمک زدا (MED) میرود که در آن، پس از تبخیر آب دریا در افکت اول، کندانس شده و به بویلر بازیاب برمیگردد. آب دریا در این مبدل پس از ورود به کندانسور نهایی و افزایش دما، به دو بخش تقسیم میشود. قسمتی از آن برای حذف گرمای اضافی موجود در سیستم (و صرفاً برای تبدیل کامل بخار اشباع به مایع اشباع) است و به دریا باز میگردد که آب خنک نامیده میشود. قسمت دیگر نیز که آب تغذیه نام دارد به طور موازی وارد همهی افکتها میشود.
پس از تبخیر، آب تغذیهی خود به دو بخش جدا تقسیم میشود. بخش اول بخار فاقد املاح است که پس از تبخیر و تقطیر به آب خالص بدون یون (آب دمین) تبدیل شده و به عنوان محصول نهایی وارد واحد تولید آب معدنی میشود. بخش دیگر نیز پسماند یا آب شور است که دوباره به دریا باز میگردد. آب دمین به هیچ عنوان قابل شرب نیست و آشامیدن چند قطره از آن موجب مرگ انسان میگردد؛ لذا آب محصول MED باید در واحد دیگری با افزودن مواد معدنی به آب آشامیدنی تبدیل شود. این کار در واحد معدنی سازی انجام میگردد.
در حالت کلی، این مبدل از قسمتهای مختلف شامل اواپراتور، رطوبتگیر، نازل اسپری آب دریا، محفظههای تبخیر ناگهانی، خطوط لوله و … تشکیل شده است. کمپرسورهای حرارتی بخار انواع مختلفی اعم از مکانیکی و حرارتی دارند. در پایاننامه صرفا نوع حرارتی آن بررسی شده است.
در اینجا ما ابتدا سه نوع آرایش مختلف را برای نمکزدای چند مرحلهای حرارتی (TVC-MED) معرفی میکنیم. سپس از بین آنها، نوع موازی-متقاطع را در فصل دوم مورد بررسی قرار داده و روابط مدلسازی آنها را بیان میکنیم.

شکل 1-18: شماتیک یک واحد MED-TVC

1-3-4-1 آرایش تغذیهی پیشرو1
این آرایش در شکل (1-19) نشان داده شده است.

شکل 1-19: شماتیک یک واحد آب شیرینکن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F)

همانطور که در شکل نیز مشخص است، در این آرایش، پش از اختلاط بخار احیا با قسمتی از بخار اشباع خارج شده از افکت آخر در کمپرسور حرارتی بخار، این بخار وارد افکت اول میشود. آب اسپری شده از سمت دریا نیز با عبور از کندانسور روی لولههای اواپراتور افکت اول پاشیده میشود. بخشی از آن بخار شده و به افکت بعد رفته و به عنوان سیال


دیدگاهتان را بنویسید