دانلود پایان نامه : نیروگاه و توربین های گازی

دانلود پایان نامه :  نیروگاه و توربین های گازی

تعداد صفحات: 82

فرمت فایل: word

دسته بندی: -

قیمت: 4800 تومان

تعداد نمایش: 319 نمایش

ارسال توسط:

تاریخ ارسال: 22 آوریل 2016

به روز رسانی در: 22 آوریل 2016

خرید این محصول:

پس از پرداخت لینک دانلود برای شما نمایش داده می شود.

4800 تومان – خرید

دانلود پایان نامه :  نیروگاه و توربین های گازی

 

– نگرش كلي بر توربين‌هاي گاز

دنياي توربين گاز اگر چه دنياي جواني است ليكن با وسعت كاربردي كه از خود نشان داده، خود را در عرصه‌ي تكنيك مطرح كرده است . زمينه‌هاي كاربرد توربين‌هاي گاز در نيروگاه‌ها و به‌خصوص در مواردي كه فوريت در نصب و بارگيري مدنظر است مي‌باشد. همچنين‌ به عنوان پشتيبان واحد بخار و نيز مواقعي كه شبكه سراسري برق از دست مي‌رود يعني در خاموشي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

مضافاً اين‌كه توربوكمپرسورها كه از انرژي حاصله روي محور توربين براي تراكم و بالا بردن فشار گاز استفاده مي‌شود، در سكوهاي دريايي ، هواپيماها و ترن‌ها استفاده مي‌شود .

شكل (1-1) يك توربين گاز معمولي را با مشخص كردن اجزاء نشان مي‌دهد.

 

 

شكل (1-1) : توربين گاز معمولي و اجزاي آن

مختصري از سرگذشت توربين‌هاي گاز از سال 1791 ميلادي تا به امروز به‌شرح زير مي‌باشد .

اولين نمونه توربين گاز در سال 1791 توسط Jonh  Barber ساخته شد . نمونه بعدي در سال 1872 توسط Stolze ساخته شد كه شامل يك كمپرسور جريان محوري چند مرحله‌اي به هم‌راه يك توربين عكس‌العملي چند مرحله‌اي بود كه يك اتاق احتراق نيز در آن قرار داشت . اولين نمونه آمريكايي آن در 24 ژوئن 1895 توسط Charles  G.Guritis  ساخته شد. اما اولين بهره‌برداري و تست واقعي از توربين گاز در سال 1900 م بوسيله Stolz صورت گرفت كه راندمان آن بسيار پايين بود . در همين سال ها در پاريس يك توربين گاز بوسيله برادرانArmangand ساخته شد كه داراي نسبت فشار تقريبي 4 و چرخ كوريتس به ابعاد 5/93 سانتي‌متر قطر با سرعت rpm 4250 بود كه دماي ورودي به توربين حدود 560اندازه‌گيري شد و راندمان آن در حدود 3% بود. H.Holzwarth  اولين توربين گاز با بهره اقتصادي بالا را طراحي كرد، كه در آن از سيكل احتراق بدون پيش‌تراكم استفاده مي‌‌شد و قسمت اصلي يك ماشين دوار با تراكم متناوب بود.

هم‌چنين Stanford  سال 1919 يك توربين گاز كه داراي سوپر شارژر بود، ساخت كه در هواپيما نيز از آن استفاده شد. اولين توربين گازي كه براي توليد قدرت مورد استفاده قرار گرفت به‌وسيله Brown Boveri  ساخته شد. وي از يك توربين گاز براي راندن هواپيما استفاده كرد. هم‌چنين در سال 1939 م، وي يك توربين گاز با خروجي MW 4 ساخت كه بر اساس سيكل ساده طراحي شده بود و كاركرد پاييني داشت. اين توربين تنها به مدت 1200 ساعت مورد بهره‌برداري قرارگرفت و عيوب مكانيكي فراوان داشت . از جمله اصلاحات وي برروي توربين ، بالا بردن راندمان آن به ميزان 18% بود.

در انگلستان گروهي به سرپرستي Whittle در سال‌‌ 1936 ‌م يك كمپرسور سانتريفوژ‌تك مرحله‌اي با ورودي دوطرفه و يك توربين تك‌ مرحله‌اي كوپل شده به ‌آن را به هم‌‌راه يك اتاق طراحي كردند. اما با تست اين موتور نتايج چندان راضي‌كننده‌اي به‌دست نيامد. در سال 1935‌م در آلمان شخصي به‌نام Hans  Von يك توربوجت با كمپرسور سانتريفوژ ساخت كه از مزاياي خوبي نسبت به نمونه‌هاي قبلي برخوردار بود. در آمريكا كمپانيAlis Chalmers اصلاحات فراواني برروي راندمان توربين‌هاي گاز و كمپرسورها انجام داد و راندمان كمپرسور را به 70% – 65% و راندمان توربين را به 65% -60% رسانيد.

در سال 1941‌م كمپاني  British  Wellond يك توربوجت ساخت كه در هواپيما مورد استفاده قرار گرفت . اين توربوجت با آب خنك‌كاري مي‌شد. در سال 1942‌م كمپاني German Jumo يك توربوجت ساخت كه در جنگ جهاني دوم نيز از آن استفاده شد. در اين سال‌ها استفاده از موتور توربوجت براي هواپيماها رشد فزاينده‌اي به خود گرفت و هواپيماهاي جنگي بسياري در آمريكا، آلمان و انگليس ساخته شد. در سال 1941‌م در سوئيس از يك توربين گاز براي راه‌اندازي لوكوموتيو استفاده شد كه داراي قدرت 1700 اسب بخار و راندمان 4/18% به هم‌راه بازياب حرارتي بود.

در سال 1950‌م كمپاني  Rovet Car از توربين گاز در اتومبيل‌ها استفاده كرد كه شامل كمپرسور سانتريفوژ، توربين تك‌مرحله‌اي جهت گرداندن كمپرسور و توربين قدرت جداگانه بود كه از مبدل حرارتي نيز در آن استفاده شد. در سال 1962‌م كمپاني General Motors يك توربين گاز به هم‌اه بازياب ساخت كه مصرف سوخت آن نسبت به نمونه مشابه 36% كاهش داشت .

در سال 1979‌م با توافق بين سازندگان بزرگ توربين گاز، استانداردي جهت كاهش ميزان NOx  وCO دود خروجي ازتوربين گاز نوشته شد . در خلال سال‌هاي بعد تغييرات فراواني در نوع سوخت، متريال[1] روش‌هاي خنك‌كاري و كاهش نويز و سر و صدا به‌وسيله شركت   NASA  صورت گرفت.

در 15 سال گذشته توربين گاز، خدمات فزآينده‌اي را در صنعت و كاربردهاي پتروشيمي در سراسر جهان ارائه داده است. انسجام ، وزن كم و امكان كاربرد سوخت چندگانه موجب استفاده از توربين گاز در سكوهاي دريايي نيز شده‌است .

امروزه توربين‌هاي گازي وجود دارند كه با گاز طبيعي ، سوخت ديزل ، نفت ،متان ، گازهاي حرارتي ارزش پايين ، نفت گاز تقطير‌شده و حتي فضولات كار مي‌كنند و روز به روز تلاش‌ها در جهت تكميل و اصلاح عملكرد آن ادامه دارد.

 

1-2- مقايسه نيروگاه گازي با نيروگاه‌هاي ديگر

شكل (1-2) مقايسه ميزان حرارت در چهار نمونه سيكل داده شده را نشان مي‌دهد.

 

 

باتوجه به شكل (1-2) بديهي است كه هرچه درجه حرارت توربين افزايش مي‌يابد ميزان حرارت بيش‌تر جلب توجه مي‌كند.

بعضي از عوامل قابل ملاحظه در تصميم‌گيري براي انتخاب نوع نيروگاه كه متناسب با نيازهاي موجود باشند، عبارتند از:

  • هزينه سرمايه‌گذاري
  • زمان لازم از برنامه‌ريزي و طراحل تا اتمام كار هزينه‌هاي تعميراتي و هزينه‌هاي سوخت.

توربين گاز كم‌ترين هزينه تعميراتي و سرمايه‌گذاري را دارد. هم‌چنين سريع‌تر از هر نوع نيروگاه ديگري اتمام مي‌يابد و به مرحله بهره‌برداري مي‌رسد.

از معايب آن مي‌توان به اتلاف حرارتي زياد اشاره كرد

طراحي هر توربين گاز بايد در برگيرنده معيارهاي اساسي براساس ملاحظات بهره‌برداري باشد. بعضي از معيارهاي عمده عبارتند از :

  • راندمان بالا
  • قابليت اطمينان بالا و در نتيجه قابليت دسترسي بالا
  • سهولت سرويس
  • سهولت نصب و تست
  • تطابق با استانداردهاي مربوط به شرايط محيط
  • تركيب سيستم‌هاي كمكي و كنترل كه در نتيجه درجه قابليت اطمينان بالايي را به‌دست مي‌دهند.
  • قابليت انعطاف در تطابق با سرويس‌ها و نيز سوخت‌هاي مختلف

نگاهي به هريك از اين ملاك‌ها مصرف‌كننده را قادر خواهد ساخت كه درك بهتري از هر يك از لوازم پيدا بنمايد.

1-3 – فرآيند توربين‌هاي گاز

توربين گاز قدرت را از طريق به‌كار بردن انرژي گازهاي سوخته و هوا كه دما و فشار زيادي دارند، با منبسط‌كردن آن در چندين طبقه از پره‌هاي ثابت و متحرك، توليد مي‌كند. براي توليد فشار زياد ( از 4 تا 13 اتمسفر) در سيال عامل كار، كه براي تراكم لازم مي‌باشد، از كمپرسور استفاده مي‌شود. براي توليد قدرت زياد، به‌جريان زيادي از سيال و سرعت زياد آن نياز مي‌شود كه براي اين كار از كمپرسور گريز از مركز يا كمپرسور جريان محوري استفاده مي‌شود. كمپرسور توسط توربين به حركت در مي‌آيد و روي همين اصل محور آن‌ها به‌هم متصل مي‌گردد. اگر پس از عمل تراكم روي سيال عامل كار، سيال فوق در توربين منبسط گردد، با فرض نبودن تلفات در كمپرسور و توربين همان مقدار كار كه صرف تراكم شده است، توسط توربين به‌دست مي‌آيد و در نتيجه كار خالص صفر خواهد بود. ولي كار توليدي توربين را مي‌توان با اضافه‌كردن حجم سيال عامل كار در فشار ثابت، يا افزايش فشار آن در حجم ثابت، افزايش داد. هر يك از از دو روش فوق را مي‌توان با بالا بردن دماي سيال عامل كار، پس از متراكم ساختن آن به‌كار برد. براي بالا بردن دماي سيال عامل كار، يك اتاق احتراق لازم است كه در آن هوا و سوخت محترق گردند تا موجب افزايش دماي سيال عمل كار بشود.

به اين‌ترتيب، يك سيكل ساده توربين گاز شامل كمپرسور، اتاق احتراق و توربين مي‌باشد. نظر به اين‌كه محور كمپرسور به توربين متصل شده است، كمپرسور مقداري از كار توليد شده توسط توربين را جذب مي‌كند، و بازده را پايين مي‌آورد. بنابراين كار خالص، اختلاف بين كارتوربين و كار لازم براي گرداندن كمپرسور خواهد بود.

سوخت عمومي توربين گاز، گاز طبيعي، گازوئيل، نفت و مازوت مي‌‌باشد. توربين گاز براساس فرآيند احتراق به انواع زير طبقه‌بندي مي‌شود:

1 – احتراق پيوسته يا نوع فشار ثابت، اين نوع سيكل را سيكل ژول يا سيكل برايتون نامند.

2- انفجاري يا نوع حجم ثابت، اين نوع سيكل را سيكل آتكينسون مي‌نامند.

توربين‌هاي گاز را از روي مسير سيال عامل كار نيز طبقه‌بندي مي‌كنند كه عبارتند از:

  • توربين‌هاي گاز با سيكل باز (سيال عامل كار از هواي بيرون موتور وارد مي‌شود و به داخل هواي محيط تخليه مي‌گردد).

توربين گاز با سيكل نيمه بسته ( مقداري از سيال عامل كار در داخل دستگاه گردش مي‌كند و مقدار ديگر به داخل هواي محيط تخليه مي‌گردد

.

.

سيستم ‌هاي خنك كننده‌ي برودتي (چيليري)

در اين سيستم‌هاي از آب سرد ايجاد شده توسط چيلر جهت خنك‌كردن هواي ورودي كمپرسور استفاده مي‌شود. براي اين منظور آب سرد  را از درون كويل‌هاي كه جهت انتقال حرارت، در مسير هواي ورودي قرار گرفته‌اند، عبور مي‌دهند و بدين‌وسيله هوا را خنك مي‌كنند.

سيستم‌هاي چيلري برطبق اين‌كه آب سرد خروجي از آن‌ها چگونه و با چه سيكلي توليد مي‌شود، به دو دسته عمده تقسيم مي‌شوند. كه در ذيل به تفضيل تشريح خواهند شد.

 

 

3 – 1 – چيلرهاي تراكمي

در اين روش با استفاده از كمپرسور و گازهاي مبرد               (refrigerant)

نظير آمونياك و لوازم جانبي ديگر، به كمك يك سيكل ترموديناميكي، سرماي لازم را ايجاد مي‌كنند. شماتيك ساده يك سيستم تراكمي در شكل (5) نمايش داده شده است. كمپرسور، گاز مبرد را فشرده مي‌كند كه در نتيجه اين فشرده سازي، گاز گرم مي‌شود. سپس گاز گرم شده را به چگالنده  )  مي‌فرستند تا در آن‌جا گرمايش گرفته شده و خنك گردد كه در نتيجه اين عمل، به مايع تبديل مي‌شود. آن‌گاه اين مايع مبرد را بطور ناگهاني منبسط مي‌كنند كه در نتيجه، افت فشار خواهيم داشت و مايع مبرد در خلاء نسبي، به سرعت تبخير مي‌شود و گرماي مورد نياز جهت تبخير را از آب در گردش سيستم گرفته، آن‌را خنك مي‌كند.

 

شكل (10) دياگرام سيستم چيلر تراكمي

 

در قسمت چگالنده، گاز مبرد گرم بوسيله آب سرد،  دمايش پائين مي‌آيد و مايع مي‌شود. خود اين آب، بايد در برج خنك‌كن در نتيجه تماس با هوا، مجدداً خنك شود. به همين دليل برج خنك‌كن، يكي از بخش‌هاي مهم اين سيستم مي‌باشد و از نظر هزينه نيز بخش قابل توجهي را به خود اختصاص مي‌دهد.

تبادل حرارت، بين مايع مبرد و آب در گردش سيستم، هنگامي كه مايع مبرد مي‌خواهد تبخير شود، در بخشي بنام  Evapolator صورت مي‌گيرد كه خود انواع مختلف دارد. از معروف‌ترين آن‌ها، سيستم                       مي‌باشد كه در آن يك سري لوله‌هايي  (tubes) درون يك محفظه  (shell) قرا گرفته‌اند. آب را از درون اين لوله‌ها عبور مي‌دهند در حالي كه مايع مبرد از پائين محفظه، وارد آن مي‌شود. به علت فشاركم درون محفظه، مايع مبرد به بخار تبديل مي‌شود كه در نتيجه، گرماي مورد نياز تبخير را از آب عبوري لوله‌ها مي‌گيرد و آن‌ها را خنك مي‌كند، ماده مبرد كه اكنون بصورت بخار درآمده است از دريچه‌اي كه در بالاي محفظه  تعبيه شده است به سمت كمپرسور جريان مي‌يابد.

در قسمت بالاي محفظه و در خارج آن، يك جداكننده قرار مي‌دهند تا آن قسمت از ماده مبرد را كه هنوز بصورت مايع است از بخاري كه به سمت لوله مكش

كمپرسور مي‌رود، جدا كنند.

سيستم‌هاي   معمولاً 4 تا 8 مسير براي عبور آب دارند. هرچه تعداد اين مسيرها بيش‌تر باشد، تلفات اصطكاك آب با بدنه لوله‌ها بيش‌تر بوده و توان الكتريكي بيش‌تري براي پمپ كردن آب از درون لوله‌ها لازم خواهد بود. به‌ همين خاطر مصرف برق اين سيستم نسبتاً زياد است. به‌عنوان يك قاعده تجربي، براي ايجاد هر تن سرما توسط سيستم كمپرسوري، حدود     LKW  برق مورد نياز است و چون عموماً تناژ برودتي براي خنك‌كردن هواي ورودي توربين نسبتاً زياد است، مصرف برق سيستم زياد خواهد بود.

كويل‌هاي خنك‌كننده هواي ورودي را، هم در بيرون اتاقو هم درون آن مي‌توان قرار داد . اگر فضاي كافي درون اتاق فيلتر موجود باشد، عموماً سعي مي‌شود كه اين كويل‌ها، درون اتاق فيلتر و پس از فيلترها قرار گيرد تا گرد و خاك هواي ورودي توسط فيلترها گرفته شده و روي كويل‌ها ننشيند و باعث كثيف شدن و هم‌چنين افزايش افت فشار آن‌ها نگردد.

بعلاوه ميزان افت فشار ايجاد شده توسط سيستم خنك‌كننده مسئله مهمي هنگام طراحي آن مي‌باشد زيرا افت فشار ايجاد شده در هواي ورودي به توربين، باعث افت ظرفت توربين خواهد شد. به‌عنوان يك قاعده تجربي، هر 100 ميلي‌متر آب افت فشار ورودي توربين، حدود 1 % ظرفيت آن‌را تقليل خواهد داد.

از آن‌جا كه سيستم‌هاي چيلري از كويل‌هاي سرمايشي جهت خنك كردن هواي ورودي توربين استفاده مي‌كنند، قرار دادن اين كويل‌ها در جلوي اتاق فيلتر، باعث ايجاد افت فشار مي‌شود. ميزان اين افت فشار را به‌طور تقريبي مي‌توان بصورت زير در نظر گرفت : اگر كويل‌ها را در جلوي اتاق توربين بصورت 4 رديفه در نظر بگيريم، ميزان افت فشار هواي ورودي توربين، بسته به سرعت هواي ورودي، بين 16 تا 23 ميليمتر آب خواهد بود كه ميزان افت ظرفيت توربين در اثر اين افت فشار، بين %16 تا 23 ميلي‌متر آب خواهد بود كه ميزان افت ظرفيت توربين در اثر اين افت فشار، بين %16 . تا 23% .0 خواهد بود.

از پارامترهاي مهم سيستم تراكمي، هزينه بسيار بالاي آن مي‌باشد. زيرا تجهيزات سيستم اغلب گران هستند و لوازم جانبي نسبتاً زيادي مي‌خواهد. به‌عنوان مثال برج خنك كن كه يكي از اجزاي جانبي اما ضروري سيستم است، هزينه زيادي دارد. مصرف برق زياد سيستم نيز زياد سيستمفاكتور مهم ديگري در هنگام انتخاب اين سيستم مي‌باشد.

همان‌طور كه قبلاً گفته شد،‌ در بج خنك كن اين سيستم‌ها، با استفاده از تبخير آب، آب قسمت چگالنده را خنك مي‌كنند. بنابراين مصرف آب سيستم‌هاي چيلري، عمدتاً در برج خنك كن رخ مي‌دهد. براي سايت‌هايي كه مشكل كمبود آب وجود دارد، مي‌توان اين برج خنك كن را از نوع خشك انتخاب كرد تا بتوان مصرف آب را به طور قابل ملاحظه‌اي كاهش داد. در برج‌ها خنك كن خشك، به جاي تبخير آب، آب را از كويلها‌يي عبور مي‌دهند كه عبور هوا از سطوح اين كويلها، باعث خنك كردن آن‌ها مي‌شود. عيب عمده برج‌هاي خنك كن خشك، هزينه بالاتر آن نسبت به نوع مرطوب مي‌باشد.

.

.

.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه خرید که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشد.

پاسخ دهید