نیروگاه سیکل ترکیبی

نیروگاه سیکل ترکیبی



نیروگاه سیکل ترکیبی را از سایت پست روزانه دریافت کنید.

نیروگاه سیکل ترکیبی

نیروگاه سیکل ترکیبی (به انگلیسی: Combined cycle power plant) نیروگاهی است که شامل تعدادی توربین گاز و توربین بخار می‌شود. در این نوع نیروگاه، با استفاده از بویلر بازیاب، از حرارت موجود در گازهای خروجی از توربین‌های گاز، برای تولید بخار آب مورد نیاز در توربین‌های بخار استفاده می‌شود. اگر توربین گاز به صورت سیکل ترکیبی نباشد، گازهای خروجی آن، که می‌توانند تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد دما داشته باشند، مستقیماً وارد هوا شده و انرژی باقی‌مانده در آن‌ها هدر می‌رود. در حالی که در نیروگاه سیکل ترکیبی، از این انرژی استفاده می‌شود و بویلر توربین بخار بدون نیاز به سوخت، بخار آب تولید می‌کند؛ بنابراین، با استفاده از این روش، راندمان (بازده) سیکل افزایش می‌یابد. نیروگاه‌های سیکل ترکیبی (Combined cycle power plant) راه حل بسیار کارآمد، انعطاف‌پذیر، قابل اعتماد، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست برای تولید برق است. نیروگاه سیکل ترکیبی در واقع ترکیبی از توربین بخار و توربین گازی می‌باشد به نحوی که ژنراتور توربین گازی برق را تولید می‌کند، در عین حال انرژی حرارتی تلف شده از توربین گاز (توسط محصولات احتراق) برای تولید بخار مورد نیاز توربین بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد و به این طریق برق اضافی تولید می‌شود. با ترکیب کردن این دو سیکل بهره بری از نیروگاه افزایش پیدا می‌کند. بازده الکتریکی از یک چرخه ساده کارخانه نیروگاه برق بدون استفاده از اتلاف گرما به‌طور معمول راندمانی بین ۲۵ تا ۴۰ درصد دارد، در حالی که همان نیروگاه با سیکل ترکیبی راندمان الکتریکی حدود ۶۰ درصد را دارد. همان‌طور که گفته شد این نیروگاه‌ها از ترکیب توربین‌های بخار و گاز ساخته می‌شوند و بسته به نوع توربین‌ها، دیگ‌های بازیافت گرما، و دستگاه‌های بازیابی انواع متعددی دارند. با به کارگیری توربین‌های بخار در چرخه‌های ترکیبی می‌توان پایین بودن بازده آن را بر طرف کرد و در نتیجه آن را برای تأمین بار پایه به کار گرفت، در عین حال از مزایای دیگر آن نیز مانند راه اندازی سریع و انعطاف‌پذیری آن در محدودهٔ گسترده‌ای از بار بهره‌مند شد. به صورت تئوریک، انرژی قابل بازیابی از اگزوز توربین‌های گازی حدود نصف انرژی تولید شده توسط خود توربین گاز است؛ بنابراین، توان توربین بخار حدود نصف توربین گاز خواهد بود. در برخی از طراحی‌ها، دو توربین گاز، انرژی مورد نیاز برای یک توربین بخار را ایجاد می‌کنند و در نتیجه، توان تولیدی توربین‌های بخار در حدود توربین‌های گاز می‌شود.

تاریخچه نیروگاه چرخه ترکیبی[ویرایش]

ایده سیکل ترکیبی برای بهبود بازده سیکل ساده برایتون، از طریق استفاده از حرارت گازهای خروجی توربین گازی، پیشنهاد شد. این امر به وسیله بازیافت گرما مورد آزمایش قرار گرفت. بازیافت گرما توانست انرژی که از خروجی توربین گازی هدر می‌رفت را از ۷۰ به ۶۰ درصد انرژی داده شده، برساند. مبادله کن گرما امکان افزایش توان خروجی را ندارد و فقط راندمان را افزایش می‌دهد. از آنجایی که مبادله کن گرما افت فشار زیادی را به سیکل وارد می‌کند، استفاده از آن باعث کاهش نسبت فشار توربین و در نتیجه کاهش توان خالص خروجی می‌شود. با توجه به توان بیشینه چرخه‌های ساده، از آن‌ها در جاهایی بهره می‌گیرند که راندمان خروجی از اهمیت کمتری برخوردار است. در حالی که چرخه‌های بازیابی را در مواردی مورد استفاده قرار می‌دهند که راندمان بالا نیاز است. در نتیجه توان خروجی سیکل بازیاب در حدود ۱۱ تا ۱۴ درصد پایین‌تر از سیکل ساده است، که در یک ارزیابی کلی به این نتیجه می‌رسیم که بازده نیروگاه توربین گازی همراه با بازیاب روش پر هزینه‌ای است. از این رو باید به دنبال روشی بود که از طریق آن بتوان به هر دو نیاز، یعنی راندمان و توان بالا دست یافت. راه حلی که پیشنهاد شد در واقع بهره‌گیری از انرژی حرارتی بسیار بالای گازهای خروجی توربین گازی برای تولید بخار مورد نیاز نیروگاه بخار بود. توربین گازی دارای گازهایی با دمای حدود ۱۲۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه سانتی گراد، و توربین گازی ماشینی با دمای حدود ۵۳۰ تا ۶۴۰ درجه سانتی گراد می‌باشد، که با ترکیب هم‌زمان توربین گازی در طرف گرم و توربین بخار در طرف سرد را نیروگاه سیکل ترکیبی می‌گویند. اولین نیروگاه سیکل ترکیبی در ۱۹۵۰ ساخته شد. از آن به بعد تعداد نیروگاه‌های سیکل ترکیبی به خصوص در دهه ۱۹۷۰ به سر عت افزایش یافت.

انواع نیروگاه سیکل ترکیبی[ویرایش]

نیروگاه‌های سیکل ترکیبی از نظر نوع توربین‌ها و بازیاب‌ها و وجود مشعل به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

۱. نیروگاه‌های سیکل ترکیبی با مشعل

۲. نیروگاه‌های سیکل ترکیبی بدون مشعل

۳. نیروگاه‌های سیکل ترکیبی با دیگ بازیافت گرما مجهز به بازیابی یا گرمایش آب تغذیه

۴. نیروگاه‌های سیکل ترکیبی با دیگ بازیافت گرما با فشار بخار چند گانه

۵. نیروگاه‌های سیکل ترکیبی با سیکل بسته توربین گازی با گرمایش آب تغذیه در چرخه بخار در نوع اول از نیروگاه‌ها یک مشعل در داخل بویلر قرار می‌دهند و بیشتر در نیروگاه‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که قرار باشد بخش بخار آن به‌طور دائم کار کند، که در این صورت نباید وابستگی به توربین گازی داشته باشد. در نوع دوم از این نیروگاه‌ها از گازهای داغی که به عنوان محصولات احتراقی از توربین گازی خارج می‌شود مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دود خروجی دارای حجم بالا و دمایی حدود ۵۰۰ درجه سانتی گراد است و به داخل بویلر برای تبدیل آب به بخار ارسال می‌شود تا از انرژی بخار برای به حرکت درآوردن ژنراتور مورد استفاده قرار بگیرد. کاربرد گونه‌های مختلف سیکل‌های ترکیبی متفاوت است. ازنیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل بیشتر برای تأمین بار پایه و میانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در نوع سوم از این نیروگاه‌ها در چرخه ترکیبی، گازهای خروجی یک چرخه ساده توربین گازی که شامل کمپرسور هوا (َAC)، اتاق احتراق(CC) و توربین گازی (GT) است، وارد دیگ بازیافت گرما (HRB) می‌شود و در آنجا برای تولید بخار فوق گرم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در چرخه‌های ترکیبی که قدرت پایینی دارند توان توربین بخار در حدود ۵۰ درصد کمتر از توربین گازی است. در نوع چهارم این نیروگاه‌ها که بخار با فشار چندگانه تولید می‌شود، دمای گازهای خروجی دیگ بازیافت گرما کاهش می‌یابد و به این ترتیب بازده نیروگاه به‌طور کلی افزایش پیدا می‌کند. ساده‌ترین نوع این چرخه، چرخه با فشار دوگانه است، هرچند که چرخه با فشار سه‌گانه نیز مورد استفاده قرار گرفته‌است. به عنوان مثال در یک سیکل با فشار دوگانه، دیگ بازیافت گرما دارای دو مدار برای تولید بخار است. مدار اول مدار فشار بالاست که بخار تولید شده در آن از مجرای ورودی توربین وارد آن می‌شود، و مدار دوم مدار فشار پاین است که بخار تولید شده در آن از طبقات با فشار پایین‌تر وارد توربین می‌شود. در یک چرخه ترکیبی پیشنهادی با فشار سه‌گانه، بخار دیگری با فشاری بین فشارهای ورودی به دو توربین بخار تولید می‌شود. این بخار به اتاق احتراق توربین گازی تزریق می‌شود تا میزان گسیل اکسیدهای نیتروژن تا حد استاندارد تعیین شده، کاهش بیابد. در صورتی که از این روش استفاده شود، مقداری آب تلف خواهد شد که به‌طور پیوسته باید آن را جبران کرد.

نیروگاه چرخه ترکیبی خورشیدی[ویرایش]

نیروگاه‌های چرخه ترکیبی، همانند نیروگاه‌های گازی، معمولاً از گاز طبیعی یا گازوئیل به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. در سال ۱۳۸۸ برای اولین بار در دنیا، نیروگاه خورشیدی یزد با استفاده از انرژی خورشیدی ساخته شد.[۱]

پانویس[ویرایش]

نیروگاه سیکل ترکیبی چیست

مرورگر شما از این ویدیو پشتیبانی نمیکنید.
دانلود ویدیوی بالا
دانلود ویدیو با لینک مستقیم ویدیو نحوه عملکرد نیروگاه سیکل ترکیبی

نیروگاه چرخه ترکیبی نیروگاهی است که شامل تعدادی توربین گاز و توربین بخار می‌شود. در این نوع نیروگاه، با استفاده از بویلر بازیاب، از حرارت موجود در گازهای خروجی از توربین‌های گاز، برای تولید بخار آب مورد نیاز در توربین‌های بخار استفاده می‌شود. اگر توربین گاز به صورت سیکل ترکیبی نباشد، گازهای خروجی آن، که می‌توانند تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد دما داشته باشند، مستقیماً وارد هوا شده و انرژی باقی‌مانده در آن هدر می‌رود. در حالی که در نیروگاه سیکل ترکیبی، از این انرژی استفاده شده و بویلر توربین بخار بدون نیاز به سوخت، بخار آب تولید می‌کند. بنابراین، با استفاده از این روش، راندمان سیکل افزایش می‌یابد.

پیشنهاد ویژه

به شما پیشنهاد می کنیم حتما از گزارش کار نیروگاه سیکل ترکیبی دماوند(بزرگترین نیروگاه خاورمیانه) دیدن نمایید.

گزارش کار نیروگاه سیکل ترکیبی دماوند

به صورت تئوریک، انرژی قابل بازیابی از اگزوز توربین‌های گازی حدود نصف انرژی تولید شده توسط خود توربین گاز است. بنابراین، توان توربین بخار حدود نصف توربین گاز خواهد بود. در برخی از طراحی‌ها، دو توربین گاز، انرژی مورد نیاز برای یک توربین بخار را ایجاد می‌کنند و در نتیجه، توان تولیدی توربین‌های بخار در حدود توربین‌های گاز می‌شود.

نیروگاه های سیکل ترکیبی (Combined cycle power plant) راه حل بسیار کارآمد، انعطاف پذیر، قابل اعتماد، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست برای تولید برق است.

نیروگاه سیکل ترکیبی در واقع ترکیبی از توربین بخار و توربین گازی می باشد به نحوی که ژنراتور توربین گازی برق را تولید می کند، درعین حال انرژی حرارتی تلف شده از توربین گاز ( توسط محصولات احتراق) برای تولید بخار مورد نیاز توربین بخار مورد استفاده قرار می گیرد و به این طریق برق اضافی تولید می شود. با ترکیب کردن این دو سیکل بهره بری از نیروگاه افزایش پیدا می کند. بازده الکتریکی از یک چرخه ساده کارخانه نیروگاه برق بدون استفاده از اتلاف گرما به طور معمول راندمانی بین 25 تا 40 درصد دارد، در حالی که همان نیروگاه با سیکل ترکیبی راندمان الکتریکی حدود 60 درصد را دارد. همانطور که گفته شد این نیروگاه ها از ترکیب توربین های بخار و گاز ساخته می شوند و بسته به نوع توربین ها، دیگ های بازیافت گرما، و دستگاه های بازیابی انواع متعددی دارند.

با به کار گیری توربین های گازی در چرخه های ترکیبی می توان پایین بودن بازده آن را بر طرف کرد و در نتیجه آن را برای تامین بار پایه به کار گرفت، در عین حال از مزایای دیگر آن نیز مانند راه اندازی سریع و انعطاف پذیری آن در محدوده ی گسترده ای از بار بهره مند شد.

تاریخچه نیروگاه سیکل ترکیبی

نگاهی دقیق تر به سیكل تركیبی

سیكل تركیبی خصوصیت موتور یا نیروگاه تولید كننده برق است كه از بیش از یك سیكل ترموداینامیك در آن استفاده شده است. موتورهای حرارتی فقط می‌توانند بخشی از انرژی را كه سوخت آنها تولید می‌كنند مصرف كنند (معمولاَ كمتر از 50 درصد) حرارت باقیمانده حاصل از احتراق سوخت عموماً هدر می‌رود. تركیب تعداد 2 سیكل یا بیشتر مانند سیكل برایتون (Brayton) و سیكل رانكین (Rankine) باعث راندمان بیشتر خواهد شد.

در نیروگاه سیكل تركیبی (CCPP) یا توربین گازی سیكل تركیبی (CCGT)، ژنراتور توربین گازی برق تولید می‌كند و حرارت كه معمولاً هدر می‌رود برای تولید بخار آب و در نتیجه تولید برق اضافی از طریق توربین بخار استفاده می‌شود. مرحله آخر راندمان تولید برق را افزایش می‌دهد. اغلب نیروگاههای گازی جدید در آمریكای شمالی و اروپا از این نوع هستند. در نیروگاه حرارتی، حرارت با درجه بالا به عنوان ورودی نیروگاه معمولاً در اثر احتراق سوخت به برق تبدیل می‌شود، اختلاف درجه حرارت بین ورودی و خروجی بایستی تا حد امكان زیاد باشد. این شرایط در اثر تركیب سیكل‌های ترمودینامیك بخار و گاز به وجود می‌آید. این روش برای نیروی رانش زیرآب (توربین) گازی و (توربین) بخار تركیبی (COGAS) نامیده می‌شود.

بازیافت گرما، انرژی هدر رفته از دودكش را از 70 به 60 درصد انرژی داده شده می‌رساند. استفاده از مبادله كن گرما منحصراً موجب افزایش بازده می‌شود و توان خروجی را افزایش نمی‌دهد. در حقیقت، به دلیل افت فشار بیشتری كه مبادله كن گرما به چرخه تحمیل می‌كند، استفاده از مبادله كن موجب كاهش نسبت فشار توربین و در نتیجه كاهش توان خالص خروجی به مقدار چند درصد می‌شود. صرف نظر از این كاهش اندك در توان خروجی، استفاده از مبادله‌كن گرما به دلیل سطح تبادل گرمای زیاد آن و لوله‌های بزرگ هوا و گاز درآن سبب گرانتر شدن نیروگاه می‌شود. اثر دیگری كه به كارگیری مبادله‌كن گرما می‌گذارد این است كه نسبت فشار بهینه‌ای كه منجر به بیشینه شدن بازده می‌شود به مقادیر كوچكتر میل می‌كند و این امر، توان را کاهش می دهد.

چرخه‌های ساده در نزدیكی توان بیشینه كار می‌كنند زیرا در مواردی مورد استفاده قرار می‌گیرند كه بازده در آنها از اولویت عمده برخوردار نیست. در مقابل، استفاده از چرخه‌های بازیابی تنها هنگامی منطقی است كه در نزدیكی بازده بیشینه عمل كنند. از این رو توان خروجی چرخة بازیابی نسبت به توان چرخه ساده به مقدار بیشتری در حدود 10 تا 14 درصد کمتر است.

همانطور كه گفته شده بالا بردن بازده نیروگاه توربین گازی به وسیلة بازیابی روش پرهزینه‌ای است. بنابراین باید به دنبال روشی بود كه با به كارگیری آن بتوان هر دو مقدار بازده و توان را افزایش داد. راه حلی كه برای این منظور پیدا شده است، استفاده از انرژی بسیار زیاد گازهای خروجی توربین برای تولید بخار جهت استفاده در یك نیروگاه بخار است. این یك روش طبیعی است چرا كه توربین گاز یك ماشین با دمای نسبتاً بالا (1100 تا ) و توربین بخار یك ماشین با دمای نسبتاً پایین (540 تا ) است. این كاركرد توأم توربین گازی در طرف گرم و توربین بخار در طرف سرد را نیروگاه چرخه ترکیبی می نامند.

چرخه‌های تركیبی علاوه بر داشتن بازده و توان بالا، از مزایای دیگری نیز مانند انعطاف‌پذیری، راه‌انداز سریع، مناسب بودن برای تأمین بار پایه و عملكرد دوره‌ای و بازده بالا در محدود گسترده‌ای از تغییرات بار برخوردار است. در نیروگاههای تركیبی امكان استفاده از زغال سنگ، سوختهای سنتزی و انواع دیگر سوختها وجود دارد

عیب بارز چرخه تركیبی، پیچیدگی آن است، زیرا اساساً در چرخه تركیبی از دو نوع تكنولوژی متفاوت استفاده می شود.

ایده چرخ تركیبی یك ایدة تازه نیست ودر اوایل این قرن پیشنهاد شد. اما در سال 1950 بود كه اولین نیروگاه تركیبی ساخته شد. بعداز آن تاریخ تعداد نیروگاههای تركیبی نصف شده، به ویژه در دهة 1970، به سرعت افزایش یافت، تخمین زده می‌شود كه تا انتهای دهة 1970 در حدود 100 واحد نیرواه تركیبی با ظرفیت كه MW 150000در سراسر جهان ساخته شود.

چرخه‌های تركیبی به صورت‌های متعددی پیشنهاد شده‌اند كه مهمترین آنها عبارتند از:

1) دیگ بازیافت گرما با احتراق اضافی یا بدون آن

2) دیگ بازیافت گرما مجهز به بازیابی و یا گرمایش آب تغذیه

3) دیگ بازیافت گرما با فشار بخارچندگانه

4) چرخه بسته توربین گازی با گرمایش آب تغذیه در چرخة بخار

طراحی نیروگاه سیكل تركیبی

در نیروگاههای حرارتی آب به عنوان واسطه فعال عمل می‌كند. بخار آب با فشار بالا به قطعات محكم و بزرگ نیاز دارد. همچنین بخار آب با فشار بالا به آلیاژهای گران‌قیمت احتیاج دارد كه از فلزاتی مانند نیكل یا كبالت ساخته شده بجای اینكه از فولاد ارزان‌قیمت ساخته شود. این آلیاژها درجه حرارت بخار آب را تا 655 درجه سانتی‌گراد محدود می‌كنند در حالیكه درجه حرارت پائین دستگاه بخار در نقطه جوش تنظیم می‌شود. با وجود این شرایط، سیستم بخار بین 35 تا 42 درصد راندمان بیشتری خواهد داشت.

یك سیكل توربین گازی باز دارای كمپرسور، سیستم احتراق و توربین است. در توربین‌های گازی مقدار فلزی كه باید حرارت زیاد و فشار بالا را تحمل كند قابل توجه نیست و می‌توان از مواد ارزان‌قیمت‌تر استفاده كرد. در این نوع سیكل حرارت ورودی به توربین (حرارت احتراق) نسبتاً زیاد است (900 تا 1400 درجه سانتی‌گراد). حرارت خروجی گاز دودكش نیز زیاد است (450 تا 650 درجه سانتی‌گراد). بنابراین این حرارت برای تأمین گرمای سیكل دوم كه از بخار آب به عنوان سیال فعال (سیكل رنكاین) استفاده می‌كند به اندازه كافی زیاد است.

در نیروگاه سیكل تركیبی، حرارت گاز خروجی توربین برای تولید بخار اب با عبور از طریق ژنراتور بخار بازیافت حرارت (HRSG) با حرارت بخار آب بین 420 و 580 درجه سانتی گراد استفاده می‌شود. كندانسور سیكل رنكاین معمولاً به وسیله آب دریاچه، رودخانه، دریا یا برج‌های خنك‌كننده خنك می‌شود. این درجه حرارت می‌تواند به اندازه 15 درجه سانتی گراد باشد.

با تركیب سیكل‌های گازی و بخار به درجه حرارت‌های زیاد ورودی و درجه حرارت كم خروجی می‌توان دست یافت. به دلیل اینكه این سیكل‌ها توسط یك منبع سوخت تغذیه می‌شوند راندمان آنها افزایش می‌یابد. بنابراین یك نیروگاه سیكل تركیبی دارای یك سیكل ترمودینامیك است كه بین درجه حرارت احتراق بالای توربین گازی و درجه حرارت تلف شده از كندانسورهای سیكل بخار عمل می‌كند. در صورتی كه نیروگاه سیكل تركیبی فقط برق تولید كند، راندمان آن تا 60 درصد خواهد رسید و در صورتی كه تولید برق همراه با مصرف حرارت باشد، راندمان آن تا 85 درصد افزایش خواهد یافت.

به منظور افزایش مقدار بخار آب یا درجه حرارت بخار آب تولید شده ژنراتور بخار بازیافت حرارت را با احتراق تكمیلی بعد از توربین گازی می‌توان طراحی كرد. بدون احتراق تكمیلی راندمان سیكل تركیبی بالاتر است. ولی احتراق تكمیلی به نیروگاه امكان پاسخ به نوسانات بار الكتریكی را خواهد داد. غالباً در طراحی توربین‌های گازی بخشی از جریان هوای فشرده از كنار مشعل می‌گذرد كه برای خنك‌كردن تیغه‌های توربین استفاده می‌شود.

نیروگاههای سیكل تركیبی معمولاً از گاز طبیعی استفاده می‌كنند، اگرچه از سوخت‌های دیگری مانند گاز مصنوعی نیز در این نیروگاهها استفاده می‌شود. سوخت‌های مكمل كه در نیروگاههای سیكل تركیبی مصرف می‌شوند عبارتند از گاز طبیعی، ذغال‌سنگ و غیره. نیروگاههای سیكل تركیبی خورشیدی هم‌اكنون در الجزیره و مراكش در دست ساخت می‌باشد.

شکل زیر شمای عمومی نیروگاههای سیکل ترکیبی را نشان می دهد:

انواع نیروگاه سیکل ترکیبی بر اساس عملکرد

بر اساس نحوه استفاده از گاز خروجی، نیروگاههای سیکل ترکیبی به سه دسته تقسیم بندی می شوند.

در این نوع، دود خروجی از اگزوز توربین گاز که حجم بالا و دمای زیادی ( دمای گاز خروجی در بار اسمی در حدود 500 درجه سانتی گراد است ) دارد به بویلری هدایت می شود و به جای مشعل و سوخت در واحدهای بخاری، جهت تولید حرارت به کار می رود. بخار تولید شده نیز توربین بخار را به چرخش در می آورد. این امر باعث بالا رفتن راندمان مجموعه نیروگاهی می گردد، ضمن آنکه هزینه های سرمایه گذاری به ازای هر کیلو وات تا حد قابل ملاحظه ای کاهش پیدا می کند. این مجموعه برای تولید برق پایه استفاده می شود و کارآیی آن در صورتی که فقط برای تولید برق به کار رود تا 50 درصد هم بالا می رود.

در مناطق سردسیر با بکارگیری توربین بخار با فشار خروجی زیاد (Back pressure) به جای کندانسور و برج خنک کن در تامین آب گرم و بخار مصرفی گرمایش مناطق شهری و صنعتی نیز استفاده می شود که در این صورت راندمان تا 80 درصد هم افزایش می یابد.

در شکل زیر شمای حرارتی نیروگاههای سیکل ترکیبی بدون مشعل آورده شده است:

در نیروگاههای سیکل ترکیبی بدون مشعل، کارکرد بخش بخار وابستگی کامل به کارکرد توربین گاز دارد. در مواردی که نیاز به کارکرد دائمی بخش بخار وجود دارد با تعبیه مشعل در بویلر، به گونه ای که در صورت توقف بخش گاز کارکرد قسمت بخار با اشکال مواجه نگردد، عملکرد مستقل این دو بخش تامین می شود و بدین ترتیب، این نوع نیروگاههای سیکل ترکیبی شکل گرفته اند.

این نوع سیکل ترکیبی عموماٌ به منظور بالا بردن قدرت و جلوگیری از نوسانات قدرت توربین بخار با تغییر بار توربین گاز به کار گرفته می شود. امکان کارکرد واحد بخار در نقطه کار مناسب تر با تعبیه مشعل ساده، به کارگیری سوخت مناسب و استفاده از گاز داغ خروجی توربین گاز به عنوان هوای دم عملی است. قدرت واحد گاز و واحد بخار در حداکثر بار سیستم مساوی است. راندمان این نوع سیکل ترکیبی از واحد بخاری ساده بیشتر و از سیکل ترکیبی بدون مشعل کمتر می باشد. این نوع واحد ها غالباً در مواردی که علاوه بر تامین انرژی الکتریکی، تامین آب مصرفی و یا بخار مورد نیاز واحدهای صنعتی نیز مد نظر باشد، به کار می رود.

شکل زیر شمای حرارتی عمومی نیروگاههای سیکل ترکیبی با مشعل را نمایش می دهد:

این نوع سیکل ترکیبی مشابهت زیادی با توربین بخار معمولی دارد با این تفاوت که در نیروگاه بخاری ساده از سیستم پیش گرم کن هوا و فن تامین کننده هوای دم که خود مصرف کننده انرژی است استفاده می گردد. لیکن در این گونه سیکل ترکیبی،سیستم گرمایش و فن دمنده هوای احتراق کوره را توربین گاز بر عهده گرفته است. بدین ترتیب راندمان واحد بخاری ساده با جانشین کردن سیستم تامین هوای دم با توربین گاز، بطور نسبی بهبود می یابد.

معمولاٍ این نوع سیکل ترکیبی در نیروگاههای بخاری بزرگ که سوخت آن ذغال سنگ و یا مازوت می باشد، به کار می رود. قدرت تولیدی توربین گاز در این نوع سیکل حداکثر 20 درصد قدرت تولید کل نیروگاه است.

بررسی بیشتر نیروگاه سیکل ترکیبی

کاربرد گونه های مختلف سیکل های ترکیبی متفاوت می باشد ولی از آنجایی که سیکل های ترکیبی بدون مشعل در ارتباط با تولید بار پایه و میانی از اولویت بیشتری برخوردار است ( هزینه سرمایه گذاری کمتر، مدت زمان نصب و راه اندازی کمتر، راندمان بالاتر و قابلیت انعطاف بیشتر )، ذیلاً به تشریح این نوع چرخه ها می پردازیم

سیکل های ترکیبی بدون مشعل

هدف اصلی در این نوع سیکل های ترکیبی، استفاده مجدد از حرارت تلف شده اگزوز توربین گاز به منظور بالا بردن بهره وری سوخت می باشد.جهت حصول به هدف فوق و به حداقل رساندن هزینه ها، سه رویه اجرایی در ابتدا مد نظر قرار گرفت و بر اساس آن سازندگان مختلف و تولید کنند گان انرژی الکتریکی نسبت به نصب هر پنج گونه سیکل اقدام نمودند که ذیلاٌ معرفی و تشریح می شوند:

آرایش این گونه سیکل های ترکیبی بر پایه تقلیل هزینه سرمایه گذاری اولیه می باشد و حاصل تجارب اولیه در زمینه کاربرد چند توربین گاز با یک ژنراتور می باشد.

در این روش محور توربین گاز و محور توربین بخار و محور ژنراتور مشترک بوده و بصورت مجموعه واحد عمل می کند.

طرز کار کلی سیستم به این صورت است که گاز حاصل از احتراق توربین گاز، قسمتی از انرژی مکانیکی خود را جهت به چرخش در آوردن توربین گاز مصرف می کند. گاز داغ خروجی از توربین گاز، ضمن عبور از بویلر و تولید بخار وارد اتمسفر می گردد. بخار تولیدی در بویلر، در توربین بخار منبسط شده و قسمتی دیگر از نیروی مکانیکی لازم جهت تولید انرژی الکتریکی در ژنراتور را تامین می کند.

طرح کلی این سیستم در شمای زیر منعکس می باشد:

در این روش به سبب اینکه غالباٌ ضریب قابلیت بهره برداری توربین گاز از بویلر و توربین بخار کمتر می باشد، اگزوز کمکی برای توربین گاز بکار نمی رود و قابلیت بهره برداری کل مجموعه معادل توربین گاز خواهد بود و انجام بازدیدها و تعمیرات بویلر و توربین بخار منطبق با برنامه تعمیرات توربین گاز می باشد. به سبب عدم کاربرد اگزوز کمکی ونیز استفاده از ژنراتور مشترک، هزینه سرمایه گذاری پایین است. ضمناٌ در مواردی که تامین آب گرم مصرفی و یا گرمایش شهر ی مورد نظر باشد معمولاٌ ژنراتور مستقل برای واحد بخار ملحوظ می شود.

بطور کلی محاسن و معایب این گونه سیستم ها به صورت زیر است:

الف مزایا:

1- هزینه سرمایه گذاری کمتر

2- سادگی زیاد و معالاٌ تجهیزات بهره برداری کمتر

3- هزینه تعمیرات و بهره برداری کمتر

4- تلفات کمتر

5- زمان نصب سریعتر

ب معایب:

1- عدم امکان بهره برداری از توربین گاز در صورت وجود عیب بر روی تجهیزات بخار ( عدم قابلیت
انعطاف)
2- وجود تلفات زیاد انرژی در نیم بار

بدین ترتیب معمولاٌٍ این گونه آرایش در سیکل ترکیبی به کار می رود که هدف از احداث آن تولید و تامین بار پایه باشد.

بجز حالات استثنا، متداول ترین گونه در این نحوه آرایش، دو توربین گاز با بویلر های مربوطه و یک توربین بخار می باشند.

نحوه آرایش این نوع واحدها به شکل زیر است:

در این روش معمولاً 3/1 از انرژی الکتریکی را به توربین بخار و 3/2 آن را توربین گاز تولید می نماید.
گاز داغ خروجی از هر توربین گاز وارد مستقیماً وارد بویلر مخصوص به خود می گردد. بخار خروجی از بویلر نیز وارد هدر (Header) مشترک شده و توربین بخار را تغذیه می نماید.

از آنجایی که قابلیت بهره برداری بویلر و توربین بخار بیش از توربین گاز می باشد در این آرایش این امکان وجود دارد که در صورت توقف یک واحد گازی، واحدهای گازی دیگر بتوانند به همراه توربین بخار کار کنند.
قدرت ژنراتور واحدهای گازی و واحد بخار دو توربین گاز مشابه می باشد. متناسب با سلیقه بهره برداری می توان با تعبیه اگزوز کمکی در حد فاصل توربین گاز و بویلر، کارکرد مستقل توربین گاز را ( در صورت توقف توربین بخار یا بویلر ) فراهم نمود.

در این روش ایجاد امکان تعمیرات بر روی بویلر ضروری می باشد که مستلزم تعبیه دمپرهای مناسب است. ( دمپر وسیله ای است که در محل خروج گاز داغ از توربین گاز قرار می گیرد و با ایستادن در وضعیت های مختلف، امکان انتقال گاز داغ را به اگزوز و یا بویلر فراهم می آورد.) البته وجود دمپر مستلزم انجام تعمیرات خاص و بازدیدهای ویژه می باشد که این امر به نوبه خود باعث کاهش قابلیت بهره برداری می گردد. همچنین وجود دمپر پس از مدتی بهره برداری باعث تلفات گاز داغ می گردد که نهایتاً کاهش راندمان را در پی خواهد داشت.
برخی سازندگان و تولید کنندگان انرژی الکتریکی جهت ایجاد امکان بهره برداری غیر هم زمان توربین گاز و بخار، به جای اگزوز کمکی کندانسور کمکی را توصیه می نماید. حسن این روش در این است که ضمن ایجاد امکان بهره گیری از توربین گاز در مواقع توقف توربین بخار و جلوگیری از تلفات گاز داغ از طریق اگزوز کمکی، راه اندازی سریع بویلر و توربین بخار را باعث می گردد. این روش بیشتر در مواردی که فروش بخار و یا آب گرم مصرف شهری و صنعتی نیز مد نظر باشد مورد استفاده قرار می گیرد.

محاسن و معایب سیستم دو یا چند توربین گاز، دو یا چند بویلر و یک توربین بخار در قیاس با واحد بخاری ساده به صورت زیر است:

الف مزایا:

1- هزینه سرمایه گذاری کمتر

2- امکان اجرای مرحله ای طرح

3- زمان نصب کوتاه تر

4- قابلیت انعطاف بیشتر و امکان بهره برداری جزء به جزء

5- راندمان بیشتر در حالت نیم بار

ب معایب:

1- نیاز به سوخت مرغوب تر

2- عوامل کنترل بیشتر

این گونه آرایش در مواردی که هدف تامین بار پایه و میانی است به کار می رود.

علت اصلی مطالعه بر روی این چنین آرایشی تحلیل هزینه سرمایه گذاری به حداقل ممکن می باشد در ابتدای امر به سبب عدم تقارن نوع سه توربین گاز و یک بویلر و عدم امکان توزیع یکنواخت گاز داغ به داخل بویلر، خوردگی و فرسودگی های ایجاد شده ناشی از آن باعث شد مطالعه بر روی این نوع آرایش ها مردود شناخته شود.در صورت موفقیت در بهر ه گیری از این نوع آرایش، در واقع ضریب آمادگی سیستم وابستگی کامل به بویلر پیدا می کرد.

در عمل به علت اینکه امکان کارکرد همزمان توربین های گازی، بویلر و توربین بخار کم است و نیز گاز داغ را نمی توان در حالات مختلف به طور یکنواخت در بویلر توزیع نمود، این روش تولیدی با اقبال مواجه نگردید.

قدمت زیاد واحدهای بخاری و امکان باز سازی مجدد آنها و شرایط کار این گونه واحدها باعث شد که غالب تولیدکنندگان انرژی الکتریسیته به فکر بازسازی این گونه واحدها با استفاده از واحدهای گازی بیفتند. در این روش ضمن ایجاد امکان به کار گیری مجدد از سرمایه گذاری انجام شده، می توان نسبت به افزایش راندمان واحدهای قدیمی تر نیز اقدام کرد.

این روش بازسازی و نوسازی تنها برای واحدهای گازسوز و یا با سوخت مایع امکان پذیر است. این روش بدان جهت قوت گرفت که غالباٌ قسمت حساس واحدهای بخاری یعنی بویلر آنها، معمولاً پس از مدتی کارکرد نیاز به بازسازی کامل دارد در صورتی که توربین و سایر متعلقات آن با انجام تعمیرات جزیی قابل استفاده مجدد می باشند. بدین ترتیب با تلفیق تکنولوژی قدیمی ( توربین بخار ) که دارای شرایط کار قابل انطباق با شرایط تکنولوژی جدید توربین گاز می باشد، شرایظ بهره برداری مناسبی از توربین گاز جدید و توربین بخار قدیمی فراهم می آید. به عنوان مثال در صورتی که هدف بازسازی سه واحد بخار 20 مگاواتی باشد، می توان به جای نوسازی سه بویلر، با نصب یک واحد توربین گاز 120 مگاواتی و یک بویلر بدون مشعل، ضمن افزایش قدرت مجموعه به 180 مگاوات، با جزئی سرمایه گذاری بیشتر راندمان مجموعه را از 30 درصد، که در صورت کارکرد مستقل هر کدام حاصل می شود، به بیش از 40 درصد افزایش داد که البته این افزایش 10 درصدی در راندمان هزینه های سوخت را به میزان 3/1 کاهش خواهد داد.

مدل مربوط به این طرح در شکل زیر آورده شده است:

مصرف گاز با ارزش گرمایی پایین به عنوان سوخت در نیروگاهی كه برای تولید برق از چرخة تركیبی استفاده می‌كند، یكی از موارد كاربرد جالب این نوع سوخت به شمار می‌رود. چرخة تركیبی به چرخه‌ای گفته می‌شود كه در دمای منبع گرم از توربین گازی و در دمای منبع سرد از توربین بخار استفاده می‌كند.

دستگاه تهیه گاز با ارزش گرمایی پایین، بسته به نوع فرایند مورد استفاده، در فشارها و دماهای متعددی عمل می‌كند. كاركرد بعضی از این دستگاهها در فشار حداكثر تا Mpa5/3 و دماهای خروجی 540 تا 1100 صورت می‌گیرد. به طوری كه قبلاً اشاره شد، گاز خروجی باید جهت تصفیه و پاكسازی خنك شود. در حالت عادی این خنك شدن، با مقدار زیادی اتلاف انرژی و دفع آن به محیط همراه است. مزیت چرخة تركیبی در این است كه از فشار زیادی واحد تهیة گاز بهره‌گیری می‌كند و به كمك یك مبادله‌كن گرمای گاز به گاز تا حد زیادی مانع اتلاف انرژی و دفع آن به محیط می‌شود.

در یك طرح پیشنهادی (33) گازی كه واحد تهیة گاز را در نقطة 1 ودر دمای حدود 540 و فشار 2 می‌كند، مقداری از گرمای خود را در یك مبادله‌كن گرمای بازیابی از دست می‌دهد و در نقطة 2 آن را ترك می‌كند و سپس در یك مبادله‌كن گرمای خارجی تا دمای پایین‌تر نقطة 3 به حدی خنك می‌شد كه دمای آن برای فرایندهای تصفیه و پاكسازی در فاصلة مراحل 3 تا 4 سازگار باشد آنگاه، گاز گرمای دفع شده به مبادله‌كن گرمای بازیابی را بازپس می‌گیرد و آن را در 5 ترك میكند. سپس این گاز وارد اتاق احتراق توربین گازی می‌شود و در آنجا با هوای متراكمی كه از كمپرسور می‌آید مخلوط می‌شود و آن را در نقطة 6 و با دمای حدود 980 ترك می‌كند. بعداً در توربین گاز انبساط می‌یابد و در نقطة 7 و با دمای حدود 520 از آن خارج می‌شود. آنگاه گاز وارد یك مولد بخار بازیابی می‌شود و پس از تولید بخار، مولد را در نقطة 8 و با دمایی در حدود 125 ترك می‌كند و وارد دودكش می‌شود.

توربین گاز، یكی از دو مولد برق و كمپرسور را تغذیه می‌كند. كمپرسور هوای جو را در نقطة 9 و با دمای حدود 15 دریافت وآن را تا دمای 315 متراكم می‌كند. كمپرسور دو وظیفه بر عهده دارد: اول تأمین هوای احتراق مورد نیاز اتاق احتراق در 10، و دوم تأمین هوای مورد نیاز واحد تهیة گاز در 11 هوای واحد تهیة گاز، قبلاً در گرمكن آب تغذیه چرخة بخار تا دمای 12 خنك می‌شود، سپس فشار آن در یك كمپرسور تقویتی كه با موتور الكتریكی كار می‌كند تا فشار واحد تهیة گاز در 13 افزایش یابد. واحد تهیة گاز طوری طرح می‌شود كه بخار مورد نیاز خود را از آب تغذیه در 14 تأمین می‌كند. زغال در نقطة 15 با مخلوط هوا و بخار وارد واكنش می‌شود و گاز با ارزش گرمایی پایین را در 1 تولید می‌كند.

چرخة بخار نسبتاً استاندارد است. بخار فوق گرم در مولد بخار بازیابی در فشار 2Mpa و دمای 480 در نقطة 16 تولید می‌شود، سپس در توربین بخار انبساط می‌یابد و توربین بخار مولد دوم را راه‌اندازی می‌كند، و سرانجام در 17 به چگالنده وارد می‌شود. مایع در 18 وارد پمپ می‌شود و پس از خروج از آن در 19 وارد گرمكن آب تغذیه می‌شود و در آنجا از هوای متراكم واحد تهیه گاز گرما می‌كند. دراین طرح از بخار زیركش شدة توربین بخار استفاده‌ای به عمل نمی‌آید، هرچند كه چنین گرمایش آب تغذیه‌ای را می‌توان به كار برد. آب تغذیه در 20 وارد مولد بخار بازیابی می‌شود و به این ترتیب چرخه كامل می‌شود.

مرورگر شما از این ویدیو پشتیبانی نمیکنید.
دانلود ویدیوی بالا

جواب کاربران در نظرات پایین سایت

مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.

نظر خود را بنویسید

آخرین مطالب