پایان نامه ارشد: استفاده از روش های ترکیبی با دیدگاه آنالیز اگزرژی به منظور اصلاح سیکل توربین گازی

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مکانیک

گرایش : مهندسی سیستم های انرژی

عنوان : استفاده از روش های ترکیبی با دیدگاه آنالیز اگزرژی به منظور اصلاح سیکل توربین گازی با تولید همزمان آب شیرین در سیستم تقطیر چندمرحله ای و امکان سنجی اقتصادی آن

دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی سیستمهای انرژی

عنوان:

 استفاده از روش های ترکیبی با دیدگاه آنالیز اگزرژی به منظور اصلاح سیکل توربین گازی با تولید همزمان آب شیرین در سیستم تقطیر چندمرحله ای و امکان سنجی اقتصادی آن

اساتید راهنما:

دکتر مجید عمیدپور  

دکتر مسعود ضیاء بشرحق

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(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)فهرست مطالب:فصل1 مقدمه .............................................................................................1  مقدمه.....................................................................................................2فصل2 طراحی ترمودینامیکی و تحلیل اگزرژی سیکل توربین گازی.........................102-1. مقدمه...............................................................................................112-2.مدل ترمودینامیکی سیکل.......................................................................112-2-1کمپرسور.........................................................................................122-2-2 بررسی آنالیز اگزرژی توربین گازی.......................................................152-2-3 بهبود عملکرد سیکل.......................................................................172-3 سیستم تبرید جذبی لیتیوم-بروماید......................................................212-4بررسی یک مرحله از واحد آب شیرین کن تبخیری با افت ناگهانی فشار...........24.2-4-1- مدلسازی ریاضی فرایند آب شیرین کن تبخیری با افت ناگهانی فشار........28فصل3 امکان سنجی تولید آب شیرین نیروگاه خیج فارس...................................323-1. مقدمه................................................................................................333-2.تعیین محل آب گیری در دریا....................................................................343-2-1. وضعیت امواج..................................................................................343-2-2جزر ومد..........................................................................................343-2-3 تعیین موقعیت سایت........................................................................343-2-4 تعیین روش مناسب آب گیری از دریا...................................................353-2-5 تعیین محاسبات بالانس حرارتی بویلر بازیاب.........................................363-2-6تعیین مشخصه های ترمودینامیکی بویلر بازیاب....................................373-2-7استفاده از برق تولیدی بویلر بازیاب.....................................................383-2 فاکتورهای موثر در هزینه های تولید........................................................38فصل4 بررسی اقتصاد واحد تولید همزمان برق و آب شیرین.................................414-1. بررسی اقتصاد آب شیرین کنها...............................................................424-1-1 روش MSF......................................................................................4-2.بررسی هزینه های سرمایه گذاری در انواع مختلف آب شیرین کنها................45فصل5 روشهای بهبود عملکرد سیکل توربین گازی با هدف گذاری در نقطه بهینه.........485-1. سیستم تبرید جذبی...........................................................................495-1-1. مقدمه...........................................................................................495-2-. اثرات تغییردما بر پارامتر های عملکردی توربین گازی..............................505-3 مزایا و معایب....................................................................................525-4. طرح فنی سیستم سرما ساز.............................................................535-5. نتایج حاصل از شبیه سازی درASPEN...................................................5-6 محاسبات اگزرژی در واحد تولید توان و آب شیرین...................................605-6-1 محاسبات اگزرژی در بویلر احتراق کمکی..............................................675-7 هزینه های احداث و نصب بویلر بازیاب.....................................................675-8سیستم عملکردی یک واحد تبرید جذبی لیتیوم-بروماید.............................685-9نتایج حاصل از بهره برداری از دو واحد  MSFبا افزایش ظرفیت بار در یک واحد توربین...715-10محاسبه بار سرمایشی...................................................................785-11 بررسی وضعیت آب وهوایی محل استقرار نیروگاه.................................825-12 آنالیز اقتصادی........................................................................855-13تحلیل و ارزیابی ترمودینامیکی فرایند خنک کاری لایه ای توربین بر عملکرد سیکل..865-14مطالعه فرایند خنک کاری..................................................................885-15 مدلسازی توربین..........................................................................905-16مدل خنک کاری داخلی....................................................................925-17 مدل خنک کاری نفوذی...................................................................925-19 تحلیل ترمودینامیکی سیکل.............................................................955-20تجزیه وتحلیل نتایج.........................................................................985-21پارامتر های انتخاب سیستمی برای واحدهای آب شیرین کن...................1095-22 مقایسه سیستم اسمز معکوس با سیستم تبخیر چند مرحله ای.............1095-23 نتیجه گیری...............................................................................113مرجع ومنابع..............................................................................114چکیده:در حال حاضر در کشور ایران توربین های گازی زیادی در حال تولید انرژی الکتریکی می باشند که راندمان آنها در حدود 30% تا 40%  بسته به شرایط محیطی و عملکردی است، در واقع دو سوم از این انرژی حاصل از احتراق سوخت از طریق دود خروجی و اتلافات حرارتی هدر می رود. جهت افزایش راندمان این توربین های گازی و صرفه جویی در مصرف سوخت می توان از دود خروجی جهت راه اندازی واحدهای تولید آب شیرین بهره برد. تعداد نسبتا قابل توجهی از این نیروگاهها در مناطقی از کشور واقع شده که دسترسی به آب شور نیز وجود دارد. در این راستا می توان اصلاحاتی را نیز جهت افزایش راندمان سیکل توربین گاز پیشنهاد داد. هدف عمده در این پایان نامه ، ترکیب واحد تولید آب شیرین با سیکل اصلاح شده در نیروگاه توربین گازی خلیج قارس می باشد که افزایش راندمان بازیافت حرارت و تولید بهینه آب شیرین را نتیجه خواهد داد. ابتدا با استفاده از یک بویلر بازیاب دود خروجی توربین گاز جهت تولید بخار مورد نیاز واحدهای آب شیرین کن استفاده می شود. با توجه به درصد شوری آب مورد استفاده در واحدهای شیرین سازی آب و شرایط اقلیمی وپارامترهای عملکردی نیروگاهی میتوان آب شیرین را با درجه خلوص مطلوب تولید کرد. در این پروژه واحد ابشیرین کن تبخیر چندمرحله ای به منطور تولید اب شیرین و استفاده از حرارت بازیافت در  نظر گرفته شده است.همچنین امکان سنجی اقتصادی استفاده همزمان از سیستم ابشیرین کن اسمز معکوس بررسی میشود.نیروگاه خلیج فارس یک نیروگاه سیکل ترکیبی است که در حال حاضر به صورت سیکل باز (توربین گاز) بهره برداری میشود و دارای 6 واحد توربین گاز با قدرت نامی هر واحد 165 مگاوات است.نیروگاه در فاصله 20 کیلومتری دریا قرار دارد و سیستم خنک کن از نوع هوایی است. فصل اول: مقدمه1-1- مقدمهتوربین گاز مولد نیرویی است که مقدار زیادی انرژی را نسبت به ابعاد و وزنش تولید میکند. این وسیله دربیست سال گذشته خدمات قابل توجهی را در عرصه های صنعت و تکنیک ارائه نموده است.امروزه کاربرد توربین های گاز در نیروگاه ها و به عنوان مولد برق بسیار با ارزش وحیاتی میباشد.علاوه بر ان در صنایع دیگر مانند صنایع پتروشیمی،صنایع فضایی،سکوهای دریایی،ترن ها و غیره کاربرد گسترده ای پیدا کرده است.در مورد معایب توربین گازی میتوان به پایین بودن بازدهی و لزوم تعمیرات اساسی بعد از تعداد ساعات کارکرد کمتر و تغییرات قدرت و بازدهی ان بر اساس تغییرات جوی اشاره نمود. امارهای موجود حاکی از ان است که در حدود 38 درصد از ظرفیت نیروگاه های کل کشور از طریق  176 واحد توربین گازی با ظرفیت اسمی 9500 مگاوات تامین میشود. اما به علت شرایط اب و هوایی کشور خصوصا در مناطق مرکزی و جنوب که عمدتا تابستانهای گرم و طولانی دارد این توربینها با افت قدرت و بازدهی مواجهه میشوند. به طوریکه میتوان گفت حدود 1900 مگاوات(20 درصد توان اسمی) از ظرفیت توربین گازی در این فصول کاهش می یابد.تئوری توربین های گازی خیلی زودتر از زمانیکه امکانات تکنولوژیکی به مهندسین توانایی ساخت آنها را فراهم اورد،مطرح شد.در حال حاضر کاربرد توربین های گاز بسیار متنوع و گسترده شده است و آنها را به یک وسیله قابل اعتماد و موثر در ابزار مولد قدرت تبدیل کرده است.یکی از اصول اساسی در طراحی، اصل صرفه جویی انرژی و بهینه سازی مصرف است.یکی از روشهای تولید اب شیرین استفاده از انرژی خروجی اگزوزهای توربین گازی میباشددر این روش ضمن جلوگیری از اتلاف انرژی ، آلودگی محیط زیست نیز کاهش می یابد.تا کنون کوششهای زیادی در جهت افزایش عملکرد توربین های گازی انجام شده است و برای بهبود کارایی بیشتر توربین در اجزاء مختلف توربین اصلاحاتی صورت گرفته شده  به نظر می رسد با توجه به وضعیت نیروگاههای کشور نیروگاههای گازی بهترین گزینه موجود می باشند. توربینهای گازی به دلیل مزایایی نظیر راندمان بالا، توان تولید نسبتا زیاد، قابلیت استفاده مستقیم از گاز طبیعی به عنوان سوخت و هزینه سرمایه گذاری نسبتا پایین، امکان استفاده در سیکلهای ترکیبی و سیستمهای تولید همزمان توان و حرارت به عنوان یکی از مهمترین و پر استفاده‌ترین ابزار تولید توان مطرح می باشند. توربینهای گازی در موارد بسیاری چون نیروگاههای تولید برق و ایستگاههای افزایش فشار گاز طبیعی به کار گرفته می شوندبر طبق امار ارائه شده در 80 درصد توربین های گازی از انواع صنعتی بزرگ که در سراسر جهان در حال کار هستند در بین سالهای 1965 تا 1975 راه اندازی و مورد استفاده قرار گرفته اند. این توربین ها که تعدادشان نیز قابل توجه است، کاندیدهای مناسب و ایده ال برای اعمال تکنیک های جدید هستند. تغییرات و پیشرفت های موجود در جهت افزایش راندمان، کاهش آلودگی، توجه به مسائل زیست محیطی واستفاده هر چه بهتر از قابلیت کاردهی انرژی موجود میباشد.در سالهای اخیر، حجم زیادی از مقالات و پروژه های پژوهشی در کشورهای حاشیه خلیج فارس و شمال آفریقا به استفاده از انرژی های نو و انرژی های بازیافت شده در صنعت برای تولید آب شیرین اختصاص یافته است.یکی از مهمترین مسائل در طراحی و اجرای اینگونه طرحها توجه به کیفیت آب شور مورد استفاده، شرایط جغرافیای محل اجرای طرح و جانمایی نیروگاه می باشد. ضمن اینکه ظرفیت تولید آب شیرین که تابعی از توان خروجی نیروگاه وهزینه های مستقیم وغیر مستقیم می باشد خود نیاز به پژوهش تخصصی را نشان میدهد.سیستمهای دو منظوره به طور گسترده ای برای تولید همزمان آب و توان مورد استفاده قرار میگیرد. در ان سیستمها بخار در دما و فشار بالا در یک توربین گازی منبسط میشود و تولید توان قبل از شیرین سازی اب صورت میگیرد. چیدمانهای مختلف از این سیستمهای دو منظوره قابل دسترسی است تولید توان توسط انرژی حرارتی گازهای احتراقی در توربین راهبری شده و  از خروجی به منطور تولید بخار در محدوده فشار کم تا متوسط در دیگ بازیافت استفاده میشود. انتخاب یک سیستم تولید همزمان نیاز به ارزشگذاری فاکتورهای اقتصادی و ترمودینامیکی دارد. نسبت تولید توان به آب شیرین در سیستمهای دومنظوره تجاری به طراحی واحد بستگی مستقیم دارد.این نسبت در یک سیستم دو منظوره توربین گازی و ابشیرین کن تبخیری چند مرحله ای از 8 مگاوات به ازای یک میلیون گالن انگلیسی در روز تا حدود 20 مگاوات متغیر است سیکل توربین گازی با  هدف تولید همزمان حرارت سبب کاهش مصرف سوخت در مقایسه با سیستمهای مجزای تولید توان و آب شیرین میشوددر  سیستمهای تبخیر ناگهانی چند مرحله ای تبخیر ناگهانی ناشی از کاهش ناگهانی فشار مایعی است که قبلا درجه حرارت ان به نزدیک نقطه جوش رسیده است.فرایند تبخیر ناگهانی چندمرحله ای به صورت تبخیر آب دریا و میعان بخار حاصله به منظور تولید آب خالص میباشد. سیستم های MSFبه طور معمول شامل سه بخش اصلی به صورت زیر است:- بخش دفع حرارتHeat Rejection system))- بخش بازیافت حرارت(Heat Recovery Section )- بخش انتقال حرارت(Brine Heater)سیستم های MSF به صورت یکبار گذر و با گردش مجدد وجود دارند.در مقام مقایسه به دلایل زیر، سیستم با گردش مجدد پساب از سیستم یکبار گذر بهتر است:1- به خاطر استفاده کمتر از آب دریا،اسید یا مواد شیمیایی مصرفی کمتر است.2- به دلیل استفاده کمتر از آب دریا،گازهای غیرقابل چگالش کم میشود وهزینه های اجکتور و پمپ خلاء کاهش می یابد و تامین خلاء آسانتر میشود.3- خوردگی  در اثر گازهای غیر قابل چگالش مانند دی اکسید کربن بر روی سطح داخلی محفظه تبخیر ناگهانی کاهش می یابد.4- راندمان انتقال حرارت به علت وجود کمتر گازهای غیر قابل احتراق در محفظه بهبود می یابد.افزایش تعداد مراحل طرح را از نظر مصرف انرژی مقرون به صرفه میکند. میتوان از گازهای خروچی توربین گازی و بخار با فشار پایین به عنوان منبع حرارتی استفاده کرد.تبخیر ناگهانی موجب میشود دستگاه آب شیرین کن با طول عمر بیشتر و بدون رسوب کار کند  بی آنکه ظرفیت آب تولیدی کم شود،از طرفی میزان رسوب گذاری بر میزان تولید سیستم MSF تاثیری نداشته و این تاثیر در بازدهی حرارتی سیستم ظاهر میشود.اهم پارامترهای تاثیر گذار در یک سیستم تبخیر ناگهانی شامل ماکزیمم دمای آب شور(TBT) ،دبی آب شور گردشی[1]،دبی و دمای بخار ورودی به بخش انتقال حرارت ، دبی ورودی آب دریا و دماهای ورودی و خروجی آب دریا میباشد.ماکزیمم دمای آب شور TBT)) مهمترین عامل تعیین کننده عملکرد سیستم MSF است به دلیل محدودیت های ناشی از خوردگی و رسوب گذاری ،این مقدار نباید از حد معینی بیشتر باشد،غلظت و نوع مواد شیمیایی موجود در آب تعیین کننده مقدار حداکثر TBT میباشد در صورت کاهش بیش از حد مقدار TBT،اختلاف فشار لازم در کندانسور خروجی تامین نمیشودو دفع گازهای غیر قابل تقطیر میسر نخواهد شد.دمای آب شور در محفظه تابعی از دمای آب خنک کن،شرایط سطوح انتقال حرارت و عملکرد اجکتور میباشد.یکی دیگر از پارامترهای کلیدی در طراحی سیستمهایMSF دبی آب شور گردشی میباشد. افزایش دبی آب شور گردشی موجب افزایش نرخ تولید آب شیرین میشود.اما این امر تاثیر معکوس بر روی نسبت عملکرد[2] سیستم خواهد داشت.این پارامتر به عنوان نسبت آب خالص تولیدی به بخار ورودی به بخش انتقال حرارت تعریف میشود.کاهش بیش از حد دمای آب دریا منجر به کاهش دبی آب ورودی میشود و این مساله سرعت رسوب گذاری در سیستم را زیاد میکند. در اینگونه مواقع مقداری از آب شور دفع شده از سیستم را به آب شور ورودی قبل از بخش دفع حرارت پمپ میکنند که موجب افزایش دما و سرعت مورد نیاز آب شور ورودی به بخش دفع حرارت میشوددر طراحی پایه ای[3] برای یک  سیستم جدید و در بازسازی[4] سیستم‌های موجود  می‌بایست دستیابی به اهداف زیر تا حد امکان مدنظر قرار گیرد.1- بیشترین کارایی سیستم 2- کمترین هزینه کلی3- کمترین میزان مصرف انرژی 4- کمترین اثرات مخرب زیست محیطی و انسانی5- بالاترین ایمنی6- بالاترین اطمینان از عملکرد مداوم و بدون نقص سیستم طبیعتا بررسی اثرات پارامترهای تعیین کننده یک سیستم انرژی بر هر یک از اهداف به صورت مستقل نمی‌تواند ضامن دستیابی به همه اهداف در محدوده‌های تعریف شده باشد لذا لازم است همه اهداف مدنظر به صورت همزمان طی یک فرایند بهینه‌سازی چند هدفه[1] کارآمد مورد بررسی قرار گیرند. بهینه سازی یک عبارت کلی است که به تلاش برای تعیین پارامترهای اثرگذار یا متغیرهای تصمیم [2] یک سیستم جهت دستیابی به شرایط بهینه[3] عملکرد اطلاق می شود. منظور از شرایط بهینه شرایطی است که مقدار یک یا چند پارامتر هدف در سیستم بیشترین یا کمترین میزان ممکن را داشته باشد در مطالعه حاضر سیکل توربین گازی به همراه سیستم آبشیرین کن تبخیری چند مرحله ای مورد بهینه سازی قرار گرفته است هدفهای مدنظر در این بهینه سازی دستیابی به بیشینه راندمان اگزرژتیک[4]، کمینه هزینه کلی و دسترسی به حداکثر تولید آب شیرین است.برای انتگراسیون یک واحد توربین گازی با یک واحد فرایند اصلی ترین هدف کاهش هزینه های عملیاتی سایت است.این کاهش هزینه های عملیاتی عمدتا منجر به افزایش راندمان حرارتی در سایت میشود که نتیجه آن افزایش توان به ازای حرارت تولید شده و ذخیره بیشتر سوخت است.افزایش تولید توان در این سایتها باعث بهبود توان واردات و صادرات الکتریسیته میشود.در این سیستمها ضمن افزایش همزمان توان و حرارت با انتگراسیون مناسب میتوان اثرات زیست محیطی آلاینده های سیکل را در جهت بهبود استانداردهای محیط زیست ارتقاء داد.برای افزایش قابلیت کاردهی همزمان با تولید حرارت و کاهش هزینه های کلی واحد ابتدا سایز و نوع توربین گازی به عنوان یک متغیرکلیدی مد نظر قرار میگیرد. توربین های گازی در سایز و ابعاد مختلف و در حدود 100 مدل متفاوت در بازار موجود است .توربین گازی صنعتی در ظرفیت های بالا به صورت یک شفت مکانیکی موجود است  در طی انتگراسیون واحد،مجموعه ای از عوامل پیچیده برای یک طراحی موفق مد نطر قرار میگیرد.توربین های صنعتی راندمان پایین تر و هزینه تمام شده کمتر در مقایسه با انواع دیگر توربین ها دارند.از طرفی میزان اکسیژن خروجی از گازهای احتراق،کاربری این توربین ها را محدودتر میکند.انتخاب نهایی نوع توربین مبنی بر یک موازنه اقتصادی و انرژی درست بین بازدهی فرایند و هزینه های ثابت در سایت استتوربینهای گازی که به عنوان مولدهای قدرت ار آنها استفاده میشود،علاوه بر کوتاه بودن زمان نصب و راه اندازی نسبت به تغییر شرایط محیط بسیار حساس می باشند و با افزایش هر یک درجه ساتتیگراد دمای ورودی به کمپرسور، 0.7%از قدرت خروجی آنها کاسته میشود.رشد فزاینده استفاده از توربین گاز در ایران و واقع شدن اکثر آنها در مناطق گرم باعث شده که عملا بخش قابل توجهی از قدرت اسمی آنها بدون استفاده بماند. همچنین در مناطقی که از برق سراسری محرومند در ساعات پیک بار دچار مشکل شوند.بیش از چهار دهه است که از توربینهای گازی به عنوان مولد الکتریسیته استفاده میشود. کوتاه بودن زمان نصب و راه اندازی این دستگاه ها ،عامل مهمی جهت انتخاب آنها برای تامین سریع برق است.هم اکنون در کشور ایران توربینهای گازی زیادی در حال تولید برق می باشند که راندمان آنها حداکثر در حدود 30 درصد است.. البته میزان راندمان ذکر شده  با توجه به شرایط محیط متفاوت خواهد بود.حساس بودن این دستگاهها به درجه حرارت سبب شده است که عملا بخش قابل توجهی از آنها غیر قابل استفاده باقی بماند.راههای مختلفی جهت افزایش قدرت خروجی از توربین گاز وجود دارد که برای انتخاب هر یک از آنها بایستی بررسی های فنی و اقتصادی صورت پذیرد. موقعیت جغرافیایی و آب وهوایی،از عوامل مهم انتخاب مکانیزم افزایش قدرت بهینه است.برای مناطق گرم و مرطوب شیوه سرمایش هوای ورودی نسبت به نواحی گرم وخشک کاملا متفاوت است. لذا اینگونه مطالعات برای هر منطقه به صورت جداگانه و بسته به نوع،مدل و تیپ توربین مشخص میشود.در این پروژه ابتدا طراحی ترمو دینامیکی و تحلیل اگزرژی و معادلات حاکم در شرایط مختلف عملکردی سیستم ارائه شده است و راهکار های بهبود عملکرد سیکل با تحلیل اگزرژی مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی سیستم های خنک کننده لیتیوم-بروماید و مفاهیم و معادلات حاکم بررسی ومدلسازی ریاضی شده و در فصل سوم امکان سنجی بهره برداری از نیروگاه خلیج فارس با توجه به موقعیت سایت و آب گیری از دریا هدف مطالعه قرار گرفته و فاکتور های موثر در هزینه های تولید براورد شده است. در فصل چهارم  اقتصاد واحد های مختلف آب شیرین کن همزمان با تولید توان آنالیز اقتصادی شده  و در فصل پنجم روشهای بهبود عملکرد سیکل با هدف گذاری در نقطه بهینه توسط نرم افزار Matlab بهینه شده و نتایج حاصل از بهینه سازی سیکل تجزیه و تحلیل شده است.Multi-Objective Optimization 1Decision Variables 2Optimal Conditions 3Exergetic Efficiency 4Circulated saline water[1]1 Performance ratioGrass-Roots Design 2Retrofit 3تعداد صفحه : 134قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید