(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در سال­های اخیر با توجه به اهمیت یافتن انرژی، گرم شدن کره­ی زمین و آلودگی محیط زیست و منابع تولید آن و رشد روز افزون نیاز صنایع مختلف به شکل­های 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 بهره گرفتن از آنالیز اگزرژی، اگزرژی اقتصادی و محاسبه­ی 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 آلاینده­ها افزایش می­یابد. با افزایش دمای محیط نیز میزان تولید Nox افزایش ولی میزان تولید Co کاهش خواهد یافت. در بررسی­های 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 گلخانه­ای به همراه به بهینه­سازی 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 نشاندهنده­ی 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 سیکل­های ترکیبی عدم توانایی تولید ماکسیمم در شرایط سایت و عدم آمادگی در تولید توان برای شبکه­ی قدرت می­باشد. 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 واسطه­ی 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 می­باشد. در تابع هزینه­ موجود علاوه بر هزینه­ تولید اثرات زیست محیطی هزینه­ ساخت HRSG تخریب اگزرژی آن در نظر گرفته شده است. بهینه­سازی با توابع هدف که ضرایب وزنی دو تابع هزینه­ قیمت، معکوس راندمان­های اگزرژی و حرارتی کل سیکل در نظر گرفته شده است نشان می­دهد که توان به میزان حداکثر 2 مگاوات توان خالص تولید را به گونه­ای افزایش دهد که هزینه­ها به شدت کاهش یابد. همچنین سیکل ترکیبی در بارهای نسبی نیز بهینه­سازی شد و مقدار پاشش و پارامترهای سیکل بهینه برای بارهای100%، 75% و 50% نیز محاسبه شدند که به ترتیب مقدار بهینه­ 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، بهینه­سازی، تزریق بخار.

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

 

برای دانلود متن کامل پایان نامه ها اینجا کلیک کنید

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 تولیدی سیکل توربین گاز و سیکل ترکیبی.. 104

6-4. مقایسه انتشار گازهای تولیدی 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. .

مراجع  196

مقدمه
با توجه به مزیت­های سیكل تركیبی، تعداد و توان این نوع نیروگاه­ها در حال پیشی گرفتن از سایر انواع نیروگاه­ها است. در معمول­ترین این سیكل­ها، سیكل توربین گاز برایتون سیكل فوقانی توربین بخار رانكین می­باشد. سیكل تركیبی حاصل بازده­ی حرارتی و توان بالاتری،  نسبت به هر یك از سیكل­هایی كه به تنهایی كار می­كنند، را دارند. سیكل­های رانكین دارای این مزیت هستند كه نسبت كار برگشتی آنها بسیار كمتر از نسبت كار برگشتی در سیكل­های برایتون است. چرا که در نیروگاه­های بخار، مایعی كه پمپ جابه­جا می­كند حجم مخصوص كمی دارد در حالی كه حجم مخصوص بخاری كه در توربین جریان دارد چند برابر بزرگ­تر است. از این­ رو كار خروجی از توربین بخار بسیار بیشتر از كار ورودی به پمپ است و نسبت كار برگشتی بسیار كوچك است، اما در نیروگاه­های گازی،  سیال عامل (معمولاً هوا) در حالت گازی متراكم می­شود كه حجم مخصوص آن بالا است در نتیجه بخش قابل ملاحظه­ای از كار خروجی توربین گاز به وسیله كمپرسور مصرف می­شود و نیروگاه گازی كار كمتری را به اندازه واحد حجم سیالِ عامل تولید می­كند. در مقابل پایین بودن دمای بحرانی آب (كه معمول­ترین سیال عامل در سیكل­های بخار می­باشد) و محدودیت دمای ماكزیمم مجاز متالورژیكی در نیروگاه­های بخار،  سبب شده

موضوعات: بدون موضوع
[جمعه 1398-07-12] [ 05:16:00 ب.ظ ]