بررسی اثرات شرایط محیطی بر روی عملکرد نیروگاههای بخار(بخش2)

 

1 ـ 2 ـ اثر کمیت های ترمودینامیکی( فشار و دما ) بر روی بازده سیکل نیروگاه

2 ـ 1 ـ 1 ـ افزایش دمای سیال وردی به توربین باعث افزایش بازده سیکل می شود .

2 ـ 1 ـ 2 ـ افزایش فشار بخار ورودی به توربین با ثابت نگهداشتن فشار بخار خروجی از توربین و با حفظ درجه حرارت ماکزیمم بخار ورودی به توربین باعث افزایش بازده سیکل می شود .

2 ـ 1 ـ 3 ـ کاهش فشار سیال خروجی از توربین باعث افزایش بازده سیکل می باشد البته این کاهش فشار باعث افزایش میزان رطوبت موجود در سیال بخار خروجی از توربین می شود که اگر این رطوبت از  10% بیشتر شود باعث خوردگی پره های توربین می شود .

2 ـ 2 ـ نکاتی در مورد سیستم چگالی یک نیروگاه و بررسی اثرات محیطی بر کندانسور

2 ـ 2 ـ 1ـ وظیفه اصلی چگالنده

وظیفه اصلی چگالنده عبارتست از مایع کردن بخار خروجی از توربین و از این طریق بازیافت آب تغذیه با کیفیت بالا جهت استفاده مجدد در چرخه چگالنده . در اجرای این وظیفه در واقع کار دیگری هم انجام می دهند که حتی مفیدتر از نقش اصلی آن است ، اگر دمای آب خنک کن بطوریکه متداول است به اندازه کافی پایین باشد ، در این صورت در چگالنده که توربین به آن تخلیه می شد فشار پایینی ( خلاء نسبی ) بر قرار می شود . این فشار برابر است با فشار اشباع مربوط به دمای بخار در حال چگالش که مقدار آن به نوبه خود به دمای آب خنک کن وابسته است حالا معلوم شده است که افت آنتالپی در نتیجه کار توربین با ازاء هر واحد افت فشار ، در قسمت فشار کندانسور فقط به اندازه چند کیلو پاسکال کار توربین و بازده نیروگاه افزایش و جریان بخار به ازاء قدرت معینی برای نیروگاه کاهش مییابد . هر چه فشار چگالنده پایین تر باشد این اثرات بزرگتر است لذا از لحاظ ترمودینامیکی هر چه دمای آب خنک کن مورد استفاده پایین تر باشد بهتر است ، بنابراین بازده نیروگاههای چگالنده دار را خیلی بهتر از نیروگاههای بدون چگالنده است .

2 ـ 2ـ 2 ـ سیستم آب گردشی نیروگاه

سیستم آب گردشی نیروگاه باید گرما را به طور موثر به محیط دفع کند و در عین حال با مقررات دفع گرما سازگار باشد . عملکرد خوب این سیستم در بازده نیروگاه اثر حیاتی دارد زیرا چگالنده ای که در پایین ترین دمای ممکن عمل می کند موجب بیشینه شدن کار توربین و بازده نیروگاه و کمینه شدن دفع گرما از نیروگاه می شود . از این رو یک سیستم دفع گرمای خوب کار خود را آسانتر انجام می دهد .

2 ـ 2 ـ 3 ـ عوامل موثر بر انتخاب برج خنک کن نیروگاه

انتخاب نوع برج خنک کن وابسته به عوامل متعددی است که مهمترین آنها شرایط اقلیمی و ملاحظات اقتصادی است . استفاده از برجهای خنک کن با جریان مکانیکی هوا هنگامی مناسب است که اختلاف بین دمای آب سرد خروجی و دمای حباب تر هوای بیرون کم و محدوده مورد انتظار جریان آب زیاد باشد .

برج خنک کن با جریانهای طبیعی غالباً در این موارد بکار می رود :

1 ـ شرایط اقلیمی سرد و مرطوب ( دمای حباب تر پایین و رطوبت نسبی بالا )

2 ـ هنگامی که دمای حباب تر پایین و دمای آب ورودی و خروجی چگالنده بالاست یعنی زمانی که اختلاف دما زیاد و مقدار جریان هم زیاد باشد .

3 ـ در مناطقی که بارشهای زمستانی سختی داشته باشد این برجها از دیدگاه اقتصادی وقتی مطلوب هستند که زمان استهلاک به دلیل سرمایه گذاری عظیمشان طولانی باشد .

2 ـ 2 ـ 4 ـ اثرات شرایط محیطی بر کندانسور

اثرات دمای محیط بر روی فشار کندانسور یعنی هر چه قدر دمای محیط افزایش یابد فشار کندانسور نیز  افزایش می یابد در نتیجه بازده چرخه کاهش می یابد .

2 ـ 3 ـ اثرات شرایط محیطی بر روی عملکرد بویلر نیروگاه 2 ـ 3 ـ 1 ـ اثرات هوای احتراق بر روی بازده

برای مطالعات زیر ، بازده احتراق بصورت زیر تعریف می شود ، برابر با مقدار انرژی که در اتاق احتراق آزاد می شود تقسیم بر مقدار انرژی که در ارزش حرارتی بالا در سوخت موجود است . ( ارزش حرارتی بالا برابر است مقدار حرارت بهینه ای است که از سوختن بدست می آید ) بازده احتراق گرمایی که به اطراف و زیرکش و غیره منتقل می شود شامل نمی شود با این وجود تقریباً با بازده کلی بویلر برابر است . زیرا این اثرات بعدی خیلی کوچک هستند . تغییر در بازده کلی همیشه تقریباً با تغییرات در بازده احتراق برابر است . بدین ترتیب افت اقتصادی بر اساس تغییرات در بازده احتراق همیشه برابر با چیزی خواهد بود که بر اساس بازده کلی بویلر است .

منحنی بازده بر حسب هوای اضافی است . برای این حالت احتراق کامل محسوب می باشد . علت اصلی کاهش بازده با افزایش هوای اضافی این است که مقدار جرم ماده ( انرژی ) که دود کش را ترک می کند افزایش می یابد . منحنی نشان می دهد که %200 هوای نظری تقریباً ( 8/3 ) درصد کاهش در بازده را بر حسب دمای گاز احتراق ایجاد می کند . گراف برای متان و سوخت  نشان داده می شوند و هر گراف دمای گاز احتراق کاهش می یابد . در این حالت احتراق ناقص عامل اصلی کاهش بازده می باشد .

افت بازده خیلی مشخص تر با هوای اضافی است . یعنی استفاده از 50 درصد هوای نظری با متان افت بازده بیشتر از 50 درصد را نتیجه می دهد این مطلب نشان می دهد که حفظ کردن احتراق کامل ضروری است منحنی ها برای کمبود هوا خیلی کم به دم

ای گاز احتراق وابسته هستند زیرا افت انرژی همراه با احتراق ناقص به مراتب بیشتر از افت انرژی مخصوص در گاز احتراق می باشد

2 ـ 3 ـ 2 ـ اثرات فشار و دمای محیط بر روی عملکرد

شکل ( 2 ـ 3 )‌ درصد هوای نظری منحنی بازده بر حسب فشار محیط با درصد اکسیژن در گاز احتراق به عنوان یک پارامتر را نشان می دهد شکل با این فرض بدست آمده است که سیستم احتراق طوری طراحی شده است که یک حجم ثابت از هوا را تحویل دهند ( تعدادی از بویلر ها به کنترل اتوماتیک برای تنظیم نرخ جریان حجم برای بدست آوردن نرخ جریان مناسب هوا مجهز هستند )

اگر درجه حرارت و نرخ جریان حجم ثابت باشد ، فشار بطور مستقیم متناسب با نرخ جریان ماده خواهد بود . منحنی اکسیژن صفر درصد به عنوانی یک خط ، مبنا استفاده می شود . بازده حداکثر در 7/14 پاسکال در شرایط طراحی رخ می دهند اگر فشار از 7/14 پاسکال بزرگتر باشد سپس شرایط افزایش هوای اضافی رخ می دهد برای فشار کمتر از 7/14 پاسکال شرایط هوا ناکافی پیش می آ‌ید و یک احتراق ناقص رخ می دهد .

برای درصد های پایین اکسیژن در گاز دودکش منحنی ها نشان می دهد که  یک رنج وسیع برای فشار محیط در حالی که بازده بصورت اساسی ثابت است وجود دارد این منحنی ها نشان می دهند که بویلر فقط می تواند با مقادیر کم افزایش هوای درون ضرورت تغییر منابع برای اثرات فشار محیط کار کند.

برای فشار و نرخ جریان حجم ثابت نرخ جریان حجم ثابت نرخ جریان جرم ماده به صورت عکس به درجه حرارت  تغییر می کند منحنی اکسیژن صفر به عنوان یک خط مبنا فرض شده است . بازده حداکثر در شرایط طراحی 770 درجه فارنهایت رخ می دهد .

افت در بازده در هر دو طرف نقطه طراحی بخاطر افزایش دمای ورودی یا احتراق ناقص مانند قبل می باشد دوباره منحنی های به اکسیژن اضافی در گاز احتراق جهت افزایش رنج کارکرد بویلر و جلوگیری از احتراق ناقص بکار می رود همچنین این منحنی ها برای سـوخت متان و  در درجه حرارت گاز احتراق برابر  400 درجه فارنهایت است .

منحنی با درصد اکسیژن صفر به عنوان خط مبنا در نظر گرفته می شود . اثر بخار آب کاهش مقدار هوایی است که وارد اتاق احتراق می شود . منحنی با اکسیژن اضافی نشان می دهد که اثرات بخار آب بخوری خود قابل صرفنظر است و اینکه کاهش جریان هوا تمایل به افزایش بازده دارد . منحنی ها برای متان و ( سوخت روغنی  ) در دمای گاز احتراق برابر با 400 درجه  فارنهایت نشان داده شده است .

2 ـ 4 ـ بررسی نمونه ای اثرات شرایط محیطی بر عملکرد نیروگاه بخاری ( تبریز )

درجه حرارت محیط علاوه بر آنکه نقش اساسی در تعیین مشخصات فنی و نوع نیروگاه ایفا می کند می کند در بهره برداری نیز به عنوان یک پارامتر مطرح و در قیمت تمام شده انرژی و راندمان نیروگاه تاثیر می گذارد . در این فصل تاثیرات مثبت و منفی آن بشرح زیر مورد بررسی قرار می گیرد :

2 ـ 4 ـ  1 ـ تاثیر درجه حرارت محیط در مصرف داخلی

تاثیر درجه حرارت در کارکرد بخشی از تجهیزات جنبی بویلر نیروگاه کاملاً محرز بوده و خروج آنها را بیشتر درجه حرارت محیط تعیین می کند از جمله تجهیزاتی که بر حسب نیاز به مدار آمده و مصرف داخلی نیروگاه را تشکیل می دهند عبارتند از : کندانسیت  پمپهای آب تغذیه (FWP) ، فن های تامین هوای بویلر (FDF) ، فن های برج خنک کن (CTF) ، پمپهای سوخت سنگین (FKE) ، پمپهای سوخت بویلر (FPE) ، پمپهای میک آپ (BCP) ، پمپهای آتش نشانی ، کمپرسورهای هوا ، ژنراتور و ترانسفورماتورها را می توان نام برد .

تجهیزات مذکور جهت راه اندازی و کار دائم واحدهای نیروگاه بکار رفته که بطور متوسط قدرت مصرفی آنها در حدود 5/8 درصد قدرت تولید واحدها می باشد و اگر بتوان با اتخاذ و انتخاب روشهای معین حدود یک درصد مصرف داخلی را کم نمود علاوه بر ذخیره انرژی به مقدار 96000 مگا وات ساعت در طول 30 سال عمر واحد ها موجب کاهش قیمت تمام شده انرژی به میزان 2/1 درصد می باشد که خود رقم قابل توجهی است .

در درجه حرارتهای پایین می توان تعدادی از فن های برج خنک کن را از مدار خارج کرد و در مصرف داخلی صرفه جویی نمود . لازم به توضیح است که هر واحد نیروگاه تبریز دارای 18 دستگاه فن هر کدام به قدرت 130 کیلو وات بوده که در فصل تابستان 18 دستگاه فن هر کدام به قدرت 130 کیلو وات بوده که در فصل تابستان 18 دستگاه فن هر کدام به قدرت 130 کیلو وات بوده که در فصل تابستان 18 دستگاه آن در مدار بوده و در درجه حرارتهای پایین تر از 10 درجه سانتیگراد حداقل می توان 4 دستگاه را از مدار خارج کرد . در هر واحد نیروگاه تبریز جهت سیر کوله نمودن آب خنک کن و کندانسه نمودن بخار خروجی از قسمت  LP توربین از دو دستگاه (CWP) استفاده شده که قدرت آبدهی هر کدام از آنها 30 هزار تن در  ساعت می باشد قدرت الکتریکی هر یک 14/2 مگا وات با ولتاژ نامی 6 کیلو وات می باشد . آزمایشات انجام گرفته نشان می دهد که در فصل زمستان و در درجه حرارت کم محیط ضمن اینکه می توان از هر واحد یکی از پمپهای (CWP) را از مدار خارج کرد حتی می توان در فصل تابستان نیز وقتی بار طبق برنامه ریزی مرکز کنترل ریسپاچینگ ملی با بار %50 در مدار باشد از هر واحد یکی از CWP ها را  از مدار خارج کرد که این مسئله خود در قسمت تمام شده انرژی تاثیر داشته و راندمان واحدها را نیز افزایش می دهد .

F.D فن های منصوب که برای هر واحد دو دستگاه می باشد به منظور تامین هوای مورد نیاز احتراق به کار می روند هر کدام دارای قدرت 3850 کیلو وات بوده و معمولاً که در فصل گرما بر اثر کاهش و بی جرمی هوا قدرت هوادهی آن کاهش می یابد و جهت تامین هوای مورد نیاز کوره درصد بازشدن دمپرها افزایش می یابد که این پدیده ها موجب ازدیاد جریان فن ها می گردد و بطور متوسط در درجه حرارتهای کمتر از 10 درجه سانتیگراد جریان فن ها در حدود 280 آمپر و در درجه حرارت بالاتر تا 330 آمپر نیز می رسد که در درجه حرارت پایین موجب صرفه جویی انرژی را افزایش راندمان واحد واحد ، کاهش قیمت تمام شده انرژی می شود .

بطوریکه آزمایشات نشان می دهد در فصول سرد می توان بخشی از تجهیزات پر مصرف را از مدار خارج نموده و در مصرف انرژی صرفه جویی نمود و از این طریق بازده واحدها نیز افزایش یافته و قیمت تمام شده انرژی نیز حداقل به میزان یک درصد کاهش می یابد ضمن اینکه بازده الکترو موتورهای منصوب در نیروگاه در درجه حرارت پایین محیط افزایش می یابد تلفات ، بهره برداری آنها کم شده و تحت تاثیر انتقال حرارت بهتر کار این الکترو موتورها و قابلیت آنها نیز بهتر می گردد .

شرح آزمایش

مقدار انرژی مصرف شده به مگاوات ساعت

درصد نسبت به کل

تاثیر قیمت تمام شده به درصد

خروج چهار دستگاه فن در فصول سرما

4500

1423/0

1707%

فن های تغذیه هوای بویلر

500

0158/0

019/0

خروج CWP در 6 ماه از سال

18000

569/0

683/0

محدودیت یا خروج الکترو پمپها به بهینه سازی مصرف آب

3000

09/0

108/0

جمع

26000

82/0

984/0

جدول ( 2 ـ 1 ) تاثیر کاهش مـصرف داخلی در قسمت تمام شده انرژی در نیروگاه تبریز

2 ـ 4 ـ 2 ـ تاثیر درجه حرارت محیط در مصرف آب نیروگاه :

در نیروگاههای بخاری بسته به نوع طراحی حدود 7 ـ 4 درصد هزینه ها را خرید و انتقال و تصفیه پس آب نیروگاه تشکیل می دهد که با توجه به مصرف آب دیده در سیکل بخار مصرف زیاد آن در سیکل خنک کاری و کندانسه نمودن بخار بخش LP توربین ، تحت تاثیر کیفیت آب و به تناسب مواد شیمیایی تزریق می گردد که تزریق این مواد ، تغییر و افزایش قیمت آن تاثیر مستقیم روی قیت تمام شده انرژی می گذارد محاسبات نشان می دهند که در نیروگاه تبریز مصرف آب حدود 15% از کل هزینه ها را تشکیل می دهند که کاهش یا افزایش آب مصرفی از جنبه های متفاوت قابل بحث است علاوه بر آن در مصرف آن نباید فقط به قیمت ظاهری آن توجه نمود بلکه باید به قمتهای ملی آن نیز توجه مبذول داشت و مساله را از دید ملی مورد بررسی قرار داد . بی شک در هر محاسبه اقتصادی می توانیم به روشنی درک نمائیم که ارزش واقع آب بیش از مقادیری است که در نیروگاهها بخاطر آن هزینه می گردد حال این پرسش مطرح است که چگونه می توان مصارف آب را در نیروگاههای مثل نیروگاه تبریز که با افت سطح آب تبریز نیز مواجه هستیم کاهش داد . در این رابطه دو فکر کلی نیز مطرح است اول تغییر طراحی برج و بکار گیری تجهیزات جدید از دیدگاه کاهش مصرف آب ، دوم بکارگیری شیوه های سنجیده تر در بهره برداری در نتیجه کاهش مصرف آب قطعاً روش اول با توجه به دیدگاههای اقتصادی نمی تواند موجه باشد اما روش دوم می تواند با دقت بیشتری مورد توجه و بررسی قرار بگیرد ضمن اینکه ممکن است اندکی کاهش ضریب اطمینان بهره برداری را به همراه داشته باشد . درجه حرارت محیط تاثیر عمده ای در میزان مصرف آب و از آن طریق در قیمت تمام شده انرژی در نیروگاه تبریز دارد که  توسط محاسبات زیر و آزمایشات انجام یافته در جدول (‌2 ـ 2 ) به وضوح مشخص می باشد . در برج خنک کن نیروگاه تبریز آب به طرق مختلف تلف می گردد . قسمتی با تخلیه از طریق بلوران جهت حفظ درجه تغلیظ آب در حد استاندارد 5/2 که در طراحی در نظر گرفته شده است . مقدار تبخیر آب در برج خنک کن به درجه حرارت و رطوبت نسبی هوا بستگی دارد بطوریکه مقدار آن در تابستان دو بار کامل واحد وقتی که تمامی فن ها در مدارند برابر 1350 تن در ساعت و در زمستان حدود 850 تن در ساعت می باشد لازم به توضیح است که مقدار آب در گردش برج خنک کن که جهت کندانسه نمودن بخارات خروجی از قست LP توربین در کندانسور مورد استفاده قرار می گیرد برای هر واحد 50000 تن در ساعت می باشد و مقادیر تلفات بصورت ذرات ریز به تعداد فن های در حال کار در برج در حالیکه اگر تمام فن ها در مدار باشند حداکثر تلفات در این بخش حدود 100 متر مکعب در ساعت برای هر واحد می باشد .

/ 0 نظر / 41 بازدید