بهینه سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با استفاده از الگوریتم ژنت

فهرست مطالب

عنوان	صفحه
فصل 1 : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روشهای مختلف شیرین سازی آب	1
1-1 مقدمه	2
1-2 کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت	3
1-2-1 انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی	3
1-2-2 چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی	3
1-2-3 بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار	4
1-2-4 طبقه بندی بویلرهای بازیاب	5
1-2-5 طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل	6
1-2-5-1 سیستم گردش طبیعی	6
1-2-5-2 سیستم گردش اجباری	6
1-2-5-3 بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler):	6
1-2-6 طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی	7
1-2-6-1 بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی	7
1-2-6-2 بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی	8
1-2-6-2-1 بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده	9
1-2-6-2-2 استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر	9
1-2-6-2-3 بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی	9
1-2-7 طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار	9
1-2-7-1 بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره	10
1-2-7-2 بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره	11
1-2-8 تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری	13
1-2-8-1 تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی	13
1-2-8-2 تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی	13
1-2-8-3 تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی	13
1-2-9 مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی	13
1-2-10 راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی	15
1-3 کلیات شیرین سازی آب	16
1-3-1 تعریفنمک­زدایی	16
1-3-2 روشهایآبشیرین کنی	16
1-3-2-1 تقطیرچندمرحلهای (MED)	17
1-3-2-2 اسمزمعکوس (RO)	17
1-3-2-3 متراکمسازیمکانیکیبخارآب (MVC)	18
1-3-2-4 تبخیرناگهانیچندمرحلهای (MSF)	18
1-3-2-5 تقطیرچندمرحلهای چگالش-گرماییبخار(MED-TVC)	19
1-3-3 ارزیابیمعیارها	19
1-3-3-1 مقدارانرژیموردنیاز	19
1-3-3-2 هزینهتولید	20
1-3-3-3 محیطزیست	20
1-3-3-4 کدورتآبتولیدی	20
1-3-3-5 نگهداری	20
1-3-4 مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC	20
1-3-4-1 آرایش تغذیه پیشرو	21
1-3-4-2 آرایش تغذیه موازی	22
1-3-4-3 آرایش تغذیه موازی - متقاطع	23
فصل2: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک	25
2-1 مقدمه	26
2-2 روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت	26
2-2-1 پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت	27
2-2-1-1 اختلاف دمای نهایی	27
2-2-1-2 نقطه­ی پینچ	27
2-2-1-3 نقطه­ی نزدیکی	28
2-2-2 استخراج روابط سیکل تک فشاره	29
2-2-3 استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی	30
2-2-4 سیکل ترکیبی سه فشار ساده	31
2-2-4-1 استخراج روابط	32
2-2-4-2 رابطة کار پمپ ها	33
2-2-4-3 دبی جرمی بخار	33
2-2-4-4 تلفات سرعت در خروجی توربین	35
2-3 روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی	35
2-3-1 معادلات تعادل هر افکت	36
2-3-2 معادلات تعادل کوندانسور	38
2-3-3 بررسی ضرایب انتقال حرارت	39
2-3-4 طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار)	44
2-4 روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق	47
2-4-1 روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار	47
2-4-2 روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت	49
2-5 الگوریتم ژنتیک	49
2-5-1 مفاهیم الگوریتم ژنتیک	50
2-5-2 الگوریتمژنتیکیساده	52
2-5-3 عملگرهایانتخاب،برشوجهش	53
فصل 3: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ی تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین	56
3-1 مقدمه	57
3-2 تحلیلاگزرژی	58
3-2-1 اجزایاگزرژی	58
3-2-2 بالانس اگزرژیوتخریباگزرژی	62
3-2-2-1 بالانس اگزرژیدریک سیستمبسته	62
3-2-2-2 بالانس اگزرژیبرایحجمکنترل	63
3-2-2-3 تخریب اگزرژی	64
3-2-3 متغیرهایاگزرژتیک	67
3-3 تحلیلاقتصادی	68
3-3-1 تخمینهزینه­یسرمایهگذاری	68
3-3-2 محاسبهنیازهایدرآمدی	70
3-3-3 هزینه­هایهمسطحشده	70
3-3-4 تحلیلحساسیّت	72
3-4 تحلیلترمواکونومیک	72
3-4-1 هزینهگذاریاگزرژی	73
3-4-2 بالانس هزینه	73
3-4-3 معادلاتکمکیتعیینهزینه	74
3-5 ارزیابیترمواکونومیکی	78
3-5-1 متغیرهایترمواکونومیکی	78
3-5-2 ارزیابیطراحی	81
3-6 تحلیل اقتصادی و محیطی	82
3-6-1 هزینه­های سرمایه گذاری سالیانه	82
3-6-2 محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل	83
3-7 تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره	84
فصل 4: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا	87
4-1 مقدمه	88
4-2 سیکل نیروگاه نکا	89
4-3 پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل	92
4-3-1 تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک	92
4-3-1-1 تشریح سیکل بخار تحلیل شده	92
4-3-1-2 پارامترهای مرجع در مدل­سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک	93
4-3-2 معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا	95
4-4 مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه	97
4-4-1 نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره	97
4-4-2 بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT	98
4-4-3 بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین	102
4-4-4 بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی	107
4-4-5 بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC	111
4-4-6 بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا	113
4-4-7 بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین	118
4-4-8 بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن	122
فصل5 نتیجه گیری و پیشنهادات	126
5-1 بررسی نتایج	127
5-2 ارائه پیشنهادات	128
مراجع و مؤاخذ	129
پیوست 1	130
پیوست 2	136

فهرست اشکال

شکل1-1: شماتیک سیکل ترکیبی	4
شکل­1-2: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با استفاده از بازگرم­­کن	4
شکل1-3: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت	5
شکل1-4: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری c) یک بار گذر	6
شکل 1-5: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل	8
شکل 1-6: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل	8
شکل1-7:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا	10
شکل1-8: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا	10
شکل 1-9: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی	11
شکل 1-10: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل	12
شکل1-11: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا	12
شکل1-12: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا	12
شکل1-13: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا	12
شکل 1-14: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها	15
شکل 1-15 : شماتیک یک واحد MED	17
شکل 1-16: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO	18
شکل 1-17: شماتیک یک واحد MSF	18
شکل 1-18: شماتیک یک واحد MED-TVC	21
شکل 1-19: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F)	22
شکل 1-20: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P)	23
شکل 1-21: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی - متقاطع (MED-TVC-PC)	24
شکل2-1: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن	29
شکل 2-2: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن	29
شکل 2-3: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن	30
شکل 2-4: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن	30
شکل2-5: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده	32
شکل 2-6: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی	33
شکل 2-7: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی	33
شکل 2- 8 : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام]4[	36
شکل 2-9: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97	48
شکل 2-10: دیاگرامبلوکیالگوریتمژنتیکیساده	52
شکل 2-11: انتخابباچرخرولتیباقطاع­هایمتناسبباتابعمعیارهرکروموزوم	54
شکل 2-12: عملگربرشسادهباجابجاییژن­هایوالدین،فرزندانیجدیدمی­سازد	55
شکل 2-13: عملگرجهشباتغییریکژننقطه­ایدیگردرفضایجستجوتولیدمی­کند	55
شکل 3-1 : وسیله­ایبرایارزیابیاگزرژیشیمیایییکسوخت [19]	61
شکل 3-2: پروفیلدماودمایمتوسطترمودینامیکیبرایدوجریانکهازیکمبدلحرارتیآدیاباتیکدرفشارثابت عبورمی­کنند	64
شکل 3-3: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه	74
شکل 3-4: شماتیک دستگاهتولیدبخارشاملدرام	75
شکل 3-5: شماتیک دستگاه تولید بخار	76
شکل 3-6: شماتیک دستگاه کمپرسوربااستخراجهوایخنککننده	76
شکل 3-7: شماتیک دستگاههوازدا	76
شکل 3-8: شماتیک محفظه­یاحتراق	77
شکل 3-9: شماتیک مبدلحرارتی	77
شکل 3-10: شماتیک توربین آدیاباتیک	77
شکل 3-11: ارتباطبینهزینه­یسرمایهگذاریوتخریباگزرژی(یاراندماناگزرژتیک) برایجز K ام یک سیستم حرارتی	80
شکل 3-12 : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی	83
شکل 4-1 : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا	89
شکل 4-2: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده	92
شکل 4-3: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC	99
شکل 4-4: تغییرات GORبا تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC	99
شکل 4-5: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC	99
شکل 4-6: تغییرات هزینه­ی تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC	99
شکل 4-7: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC	100
شکل 4-8: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC	101
شکل 4-9: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC	101
شکل 4-10: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC	102
شکل 4-11: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC	102
شکل 4-12: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین	103
شکل 4-13: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین	103
شکل 4-14: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین	103
شکل 4-15: تغییرات هزینه­ی آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین	104
شکل 4-16: تغییرات هزینه­ی تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین	104
شکل 4-17: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین	105
شکل 4-18: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین	105
شکل 4-19: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین	106
شکل 4-20: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین	106
شکل 4-21: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	107
شکل 4-22: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	107
شکل 4-23: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	108
شکل 4-24: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	108
شکل 4-25: دوره­ی بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	109
شکل 4-26: هزینه­ی آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	110
شکل 4-27: هزینه­ی توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	110
شکل 4-28: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	111
شکل 4-29: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC	111
شکل 4-30: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC	112
شکل 4-31: هزینه­ی آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC	113
شکل 4-32: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC	113
شکل 4-33: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش	114
شکل 4-34: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	114
شکل 4-35: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	115
شکل 4-36: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	115
شکل 4-37: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	115
شکل 4-38: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	115
شکل 4-39: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	116
شکل 4-40: تغییرات هزینه­ی تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	116
شکل 4-41: تغییرات هزینه­ی تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	117
شکل 4-42: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	117
شکل 4-43: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	118
شکل 4-44: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	118
شکل 4-45: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	119
شکل 4-46: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	119
شکل 4-47: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	120
شکل 4-48: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	120
شکل 4-49: تغییرات هزینه­ی تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	120
شکل 4-50: تغییرات هزینه­ی تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	120
شکل 4-51: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	121
شکل 4-52: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	122
شکل 4-53: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	123
شکل 4-54: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	123
شکل 4-55: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	123
شکل 4-56: تغییرات ROI به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	123
شکل 4-57: تغییرات هزینه­ی تولید توان به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	124
شکل 4-58: تغییرات هزینه­ی تولید آب شیرین به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	124
شکل 4-59: تغییرات هزینه­های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	125
شکل 4-60: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	125

 فهرست جداول

عنوان جدول	صفحه
جدول 1-1: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها	19
جدول2-1: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت	28
جدول2-2: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت	29
جدول 2-3 مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود	49
جدول 3-1: نرخاگزرژیجریان­هایسوختومحصولبرایمحاسبه­یراندماناگزرژتیکتجهیزاتفرآیندیدرشرایط عملکردپایدار	67
جدول 3-2: محاسبه­ی هزینه­ی نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی	83
جدول 4-1: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی	90
جدول4-2: آنالیز در صد مولی هوای محیط	90
جدول 4-3: آنالیز دود خروجی از توربین گازی	90
جدول4-4: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی	90
جدول 4-5: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی	91
جدول 4-6: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی	91
جدول4-7: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین	93
جدول 4-8: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک	97

 

 

 

 

فهرست علائم

زیروند ها:
بخار خروجی بازگرمکن	HRH
بخار ورودی به بازگرم کن	CRH
سوپرهیت	SH
اکونومایزر	ECO , EC
هوازدا	Dea
فشار بالا	HP
فشار متوسط	IP
فشار پائین	LP
پمپ آب تغذیه	FWP
کندانسور	Cond
توربین	Tur
متوسط	ave
ورودی	i
خروجی	e
زیر کش بلودان بویلر	BD
مبدل بخار مستقل	Free

 چکیده:

با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ی آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می­تواند یکی از این روش­ها باشد.

با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.

از این رو در این پایان نامه با استفاده از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVCرا تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.

جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی موارد فوق از روش TOPSIS در کنار الگوریتم ژنتیک بهره گرفته شده.

بر اساس تحلیل­های انجام شده در پایان نامه­ی حاضر نتایج ذیل به دست آمد:

1- با افزایش میزان TBT در آب شیرین­کن MED-TVCمیزان تولید آب شیرین و نسبت بهره در آب شیرین کن کاهش می­یابد اما میزان هزینه­های اولیه­ی ساخت و نصب و بهره برداری آب شیرین­کن با کاهش روبرو می­باشد.

2- با افزایش میزان فشار خروجی توربین با فشار پشت علاوه بر کاهش درآمد کل بازگشت سرمایه با تاخیر روبرو خواهد بود اما میزان تولید آب شیرین در خروجی توربین افزایش خواهد یافت.

3- با افزایش در میزان سوخت ورودی به مشعل کانالی علاوه بر افزایش درآمد کل میزان تخریب اگزرژی کل نیز افزایش خواهد یافت. با توجه به این امر مقدار بهینه­ای برای دبی سوخت ورودی به مشعل کانالی وجود دارد که این مقدار با روش TOPSIS، Kg/s 41/0 به دست می­آید. میزان دبی سوخت ورودی به مشعل کانالی در نیروگاه نکا در حال حاضر kg/s 8/0 می­باشد.

4- افزایش فشار در خروجی بخش فشار بالا در بویلر بازیاب علاوه بر افزایش میزان تخریب اگزرژی کل موجب افزایش درآمد کل نیز خواهد شد. این مقدار نیز با روش TOPSIS، Bar 5/148 به دست آمده است درحالی که این میزان در بویلر نیروگاه نکاbar 130 می­باشد. علاوه بر آن مقدار بهینه­ی فشار بخش فشار پائین، دبی خروجی از درام بخش فشار پائین، تعداد مراحل آب شیرین­کن و همچنین مرحله­ی بهینه­ی خروجی بخار مکش شده در آب شیرین کن نیز به دست خواهد آمد.

فصل 1

 کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روشهای مختلف شیرین سازی آب

1-1 مقدمه

بازدهی یک نیروگاه گازی را می­توان با انتخاب پارامترهایی نظیر نسبت تراکم (که در کمپرسور، محفظه­ی احتراق و توربین تعریف می­شود) نسبت سوخت به هوا و ... بهینه نمود. علاوه بر آن با بهره­گیری از انرژی موجود در گازهای داغ خروجی از توربین می­توان راندمان کل یک نیروگاه گازی را با تبدیل آن به نیروگاه سیکل ترکیبی بهبود بخشید. برای این امر از بویلرهای بازیاب حرارت استفاده می­شود.

سیکل ترکیبی از دو یا چند سیکل قدرت تشکیل می­شود که هدف اصلی از ترکیب سیکل­های متفاوت به دست آوردن سیکلی است که دارای راندمان بالاتری نسبت به راندمان سیکل­های تشکیل دهنده آن باشد.

به منظور تولید برق به صورت صنعتی و تجاری سیکل­های ترکیبی گوناگونی توسط محققان مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. از حدود سال 1970 به بعد نیروگاه­های سیکل ترکیبی که مرکب از سیکل گازی و سیکل بخاری می­باشد که ذکر خواهد شد مورد توجه بسیاری بوده و توسعه­ی قابل ملاحظه­ای یافته­ است.

شیرین­سازی آب دریا یک منبع عظیم تولید آب صنعتی، کشاورزی و آشامیدنی در بسیاری از مناطق جهان است. فرآیند شیرین­سازی آب شور به طرق مختلفی صورت می­پذیرد که همگی آن­ها به انرژی احتیاج دارند. این انرژی می­تواند از طریق گرمایی، مکانیکی و یا الکتریکی تامین شود.

فرآیند تبخیر چند مرحله­ای (MED) که از انرژی گرمایی استفاده می­کند، اولین فرآیندی است که برای تولید مقادیر قابل توجهی آب خالص از آب دریا مورد استفاده قرار گرفته است. اساس این روش، چگالش بخارات حاصل از تبخیر در خلاء آب دریاست. برای ایجاد خلاء از یک کمپرسور استفاده می­شود که این کمپرسور می­تواند به صورت حرارتی (ترموکمپرسور) و یا مکانیکی عمل نماید. مزیت عمده­ی ترموکمپرسور به کمپرسور مکانیکی، هزینه­های پایین ساخت، نگهداری، تعمیرات و مصرف انرژی پایین است.

 1-2 کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت

1-2-1 انواع نیروگاه­های سیکل ترکیبی

یک نیروگاه سیکل ترکیبی از ترکیب دو یا چند سیکل قدرت متفاوت که با سیال عامل­های مختلف و در دماهای متفاوت کار می­کنند، تشکیل یافته است، به­طوری­که هر یک از آنها قادر است در صورت فراهم شدن شرایط مورد نیازش، به­طور مستقل به فعالیت خود ادامه دهد. در یک سیکل ترکیبی، گرمای دفع شده از سیکل با دمای بالاتر، به سیکل با دمای پایین­تر، جهت تولید قدرت اضافی و درنتیجه دست­یابی به راندمانی بالاتر نسبت به راندمان تک تک سیکل­ها مورد استفاده قرار می­گیرد.

با پیشرفت تکنولوژی مفاهیم جدیدتری از نیروگاه­های سیکل ترکیبی در سال­های اخیر مطرح شده است که از جمله­ی آنها می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

موتور دیزل - سیکل بخار

موتور دیزل - سیکل با یک سیال عامل آلی

توربین گاز - سیکل بخار

توربین گاز - سیکل با یک سیال عامل آلی

فلزات مایع - سیکل بخار

MHD² - سیکل بخار

توربین گاز - سیکل قدرت دو سیاله (هوا - بخار)

اگرچه امروزه تلاش­های زیادی جهت توسعه­ی نیروگاه­های سیکل ترکیبی شامل مواد آلی در حال انجام است، ولی نیروگا­ه­های سیکل ترکیبی توربین گاز/ توربین بخار، هنوز به عنوان رایج­ترین سیکل ترکیبی شناخته می­شوند. این نیروگاه­ها بر اساس نیاز در انواع مختلفی ساخته و مورد استفاده قرار می­گیرند به اختصار به بررسی آن­ها پرداخته می­شود.

 

دریافت فایل

---

جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید