در چند دهه اخیر سیکل توربین گاز بازگرمایشی از جمله سیکل‌هایی است که به دلیل بالا بودن دمای خروجی توربین بسیار مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از انرژی حرارتی خروجی از توربین این سیکل در یک سیستم تولید بخار, یکی از طرح‌هایی بوده که ارائه شده است. در تحقیق حاضر سعی شده است تا با بررسی بویلر بازیافت گرما, به عنوان وسیله‌ای برای تبادل حرارتی میان گازهای خروجی از سیکل توربین گازی و سیستم تولید بخار آب, مقدار بهینه‌ای برای پارامترهای مؤثر در طراحی آن انتخاب شود. نتایج نشان می‌دهند که تغییر اختلاف دمای نهایی, تأثیر چندانی بر پارامترهای عملکردی سیکل نداشته و تنها دبی جرمی بخار آب را افزایش می‌دهد. افزایش دمای نقطه پینچ نیز علاوه بر کاهش حجم مبادله کن حرارتی, بازده‌های انرژی و اگزرژی را کاهش می‌دهد. همچنین افزایش فشار بخار آب, بازده انرژی را کاهش و بازده اگزرژی را افزایش می‌دهد. بنابراین با انتخاب مقادیر بهینه برای این پارامترها, می‌توان بهترین طرح را برای بویلر بازیافت گرما برگزید.
کلمات کلیدی: سیکل تولید توان همزمان-اتاق احتراق بازگرمایشی-بویلر بازیافت گرما-انرژی-اگزرژی
سیستم‌های تولید توان همزمان در مقایسه با سیستم‌های تولید توان ساده, محتوای انرژی سوخت بیشتری را مورد استفاده قرار می‌دهند. اما استفاده از این سیستم‌ها, محدودیت‌های زیادی را به دنبال دارد. سیستم‌های تولید همزمان معمولاً برای تولید الکتریسیته و انرژی گرمایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک سیستم تولید توان همزمان معمولی از یک موتور احتراق درونسوز, توربین گازی یا بخار به همراه یک مولد الکتریسیته تشکیل شده است. این واحد به یک مبادله کن حرارتی که از گرمای ناشی از احتراق سوخت استفاده می‌کند, متصل است. مصرف سوخت سیستم‌های تولید توان همزمان در مقایسه با سیستم‌های تولید توان ساده, برای تولید توان و انرژی حرارتی, به طور قابل ملاحظه‌ای کمتر است. در واحدهای تولید توان همزمان 91% انرژی مفید سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرد که 48-68% آن به صورت انرژی حرارتی و 27-43% آن به صورت انرژی الکتریکی قابل بهره‌برداری است.
در ادبیات فن, مطالعات وسیع و گسترده‌ای بر روی انواع سیستم‌های تولید توان همزمان انجام شده است. مجموعه‌ای از هشت نوع متفاوت سیستم‌های تولید توان همزمان بخار به وسیله Bazques و Storm [1] معرفی شده است. Tozer و Miadment [2] تعدادی از نیروگاه‌های ترکیبی تولید انرژی را مورد مطالعه قرار داده‌اند. آنها طرح‌های متفاوتی از سیکل‌های تولید توان ترکیبی با تکنولوژی خنک‌کاری متفاوت را مورد تحلیل و بررسی قرار داده‌اند. تحلیل‌های ترمودینامیکی ابزار کاملی برای شناسایی راه‌های مختلف جهت افزایش محتوای انرژی مورد استفاده سوخت و همچنین شناسایی بهترین طرح برای نیروگاه‌های تولید توان همزمان است. Horlock [3] نیروگاه‌های ترکیبی تولید توان و انرژی حرارتی را مورد تحلیل ترمودینامیکی قرار داده و مقایسه‌ای میان عملکرد و بازده طرح‌های مختلف این نیروگاه ارائه کرده است. Athansovici [4] نیز مقایسه‌ای مشابه برای بازده ترمودینامیکی نیروگاه‌های تولید توان و انرژی حرارتی انجام داده است. Feng [5] تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی بر روی نیروگاه‌های همزمان تولید توان صورت داده است. یک رفتار جالب در عملکرد ترمودینامیکی سیکل‌های همزمان توربین گازی به وسیله Rice [6] نشان داده شده است که در آن بر پایه قانون اول ترمودینامیک نمودارهای مشابه و روابط مفیدی را برای پارامترهای مربوطه نشان می‌دهد. همچنین Tuma [7] روابطی را برای محاسبه بازده‌های انرژی و اگزرژی سیستم تولید همزمان گاز و بخار به دست آورده و مقایسه‌ای بین بازده‌های انرژی و اگزرژی انجام داده است. این سیستم‌ها دارای سادگی و مزایای بسیاری هستند. به علاوه دستیابی به دمای کافی گازهای خروجی از توربین, برای تولید بخار در بویلر بازیافت گرما, نیازمند افزایش دمای ورودی توربین یا کاهش نسبت فشار می‌باشد. بنابراین دستیابی به عملکرد ترمودینامیکی بهتر نیازمند سیستم‌های پیچیده‌تری می‌باشد. یکی از این روش‌ها, به کارگیری اتاق احتراق بازگرمایشی می‌باشد که تولید توان بیشتر و افزایش دمای خروجی توربین را در پی خواهد داشت [8].
در ادبیات فن سیستم تولید توان همزمان با اتاق احتراق بازگرمایشی به اندازه سیستم تولید توان همزمان ساده مورد تحلیل قرار نگرفته و تنها مقالات کمی در این زمینه انتشار یافته است. در تحقیق حاضر با انتخاب سیکل‌های توربین گازی بازگرمایشی موجود در صنعت, به تحلیل ترمودینامیکی سیکل تولید توان همزمان, برای تولید انرژی الکتریکی و حرارتی, با استفاده از سوخت‌های هیدروکربنی پرداخته شده است. تحقیق حاضر برای تعیین راه‌های افزایش بازده سوخت مورد استفاده, انتخاب سیستم, تعیین بهترین طرح برای نیروگاه‌ها با بالاترین بازده ممکن و ... می‌تواند مفید باشد. لازم به ذکر است که مدل‌سازی سیستم همزمان تولید توان توربین گازی با اتاق احتراق بازگرمایشی, با در نظر گرفتن خنک‌کاری پره‌های توربین [9 و10] و با استفاده از نرم‌افزار EES انجام گرفته است.
توصیف کلی سیکل
افزودن اتاق احتراق بازگرمایشی به سیکل توربین گازی سبب تقسیم فرایند انبساط توربین به دو قسمت پرفشار و کم‌فشار می‌شود. گازهای خروجی از توربین پرفشار با داشتن اکسیژن کافی وارد اتاق احتراق بازگرمایشی می‌شوند و پس از انجام فرایند احتراق تکمیلی در توربین کم‌فشار منبسط می‌شوند. طرحواره‌ای از سیکل تولید همزمان بخار آب با سیکل بازگرمایشی توربین گاز در شکل (1) نشان داده شده است.
شامل 13 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود تحقیق تحلیل ترمودینامیکی بویلر بازیافت گرما در سیکل تولید توان همزمان توربین گاز بازگرمایشی