13212

13212

مدل‌سازي توان‌افزايي توربين گاز با استفاده از چيلر جذب سطحي مبتني بر به‌كارگيري اتلاف حرارتي توربين

كارشناسي ارشد

مكانيك

ارديبهشت 1393

ارديبهشت 1393

دكتر محمّد اخلاقي

دكتر سيد مصطفي حسينعلي‌پور

چكيده توربين‌هاي گاز يكي از توانمندترين و به عبارت ديگر قابل‌ترين وسيله‌ي توليد جريان الكتريسيته در عصر صنعتي امروز هستند. وليكن يكي از مهم‌ترين معايب توربين‌هاي گاز را مي‌توان در ميزان تأثيرپذيري فراوان آن‌ها از شرايط محيطي پيرامونشان دانست. گزارش‌هاي فراواني در ارتباط با زوال عملكرد توربين‌هاي گاز در شرايط رخداد افزايش دماي محيط ارائه شده‌است. در واقع عملكرد مطلوب توربين‌هاي گاز در دماي پايين محيط حاصل مي‌شود و دماي بالا قدرت اسمي توربين را به ميزان قابل‌ملاحظه‌اي دستخوش كاهش مي‌نمايد. توربين‌هاي گاز را مي‌توان يك ماشين با حجم ثابت گاز تلقي نمود در نتيجه كاهش چگالي هوا در اثر افزايش درجه حرارت، باعث تقليل ميزان گذر جرمي جريان هواي عبوري از آن‌ خواهد شد. لذا توربين‌هاي گاز صنعتي كه براي دور مشخص و گذر جرمي جريان معين طراحي مي‌شوند در شرايط افزايش دما با كاهش شديد توان محوري مواجه مي‌گردند. اين بدان معنا است كه در اثر تقليل دانسيته، قابليت بهره‌مندي از ظرفيت توليد توان اسمي كه متناظر با توان نقطه طراحي است به ميزان زيادي كاهش مي‌يابد. برنامه كامپيوتري نگاشته شده مبتني بر الگوي انرژي توليدشده براي تحقيق حاضر در مورد شش نوع توربين گاز صنعتي شامل (GE 9171E، GE 5251M، GE 9001H، Alstom GT13D2، Alstom GT8 و Alstom GT13D2) به كار برده شده‌است. نتايج حاصله تصريح مي‌نمايد كه مبتني بر ميزان ميانگين، به ازاي هر يك درجه سانتيگراد افزايش دماي هواي ورودي به كمپرسور توربين گاز صنعتي، با كاهش حداكثري تا %6/0 در ظرفيت توليد توان محوري توربين گاز از يك سو و تقليل راندمان حرارتي به ميزان حداكثري تا %39/0 از سوي ديگر مواجه مي‌شويم. همچنين مصرف سوخت ويژه و نرخ حرارتي نيز تا %40/0به ازاي هر يك درجه افزايش دماي هوا افزايش مي‌يابند. افزون بر موارد ياد شده مي‌بايستي بر چالش‌هاي كلان حوزه انرژي از جمله افزايش چشمگير مصرف سوخت ساليانه و گسترش نه چندان معقول ناگواري‌هايي كه بر اساس افزايش دماي محيط رخ مي‌دهد و همچنين آثار تخريبي بر محيط زيست اشاره نمود. بي‌گمان ضرورت ايجاب مي‌نمايد تا با بهره‌گيري از برنامه‌ريزي مناسب در راستاي به‌كارگيري سامانه‌هايي كه مصرف انرژي در توربين‌هاي گاز را اثربخش‌تر مي‌نمايد و يا باعث كاهش توان مصرفي كمپرسور مي‌گردد اهتمام لازم به عمل آيد. يكي از جديدترين و به تعبيري كارآمدترين محصولات عرضه شده در بازار فناوري، چيلرهاي جذب‌سطحي هستند. مصرف كمينه توان الكتريكي اين چيلرها در شرايطي كه انرژي حرارتي سهم عمده انرژي مصرفي در آن‌ها است، كاربرد آن‌ها را هرگاه مبتني بر به‌كارگيري اتلاف حرارتي باشد، كاملاً توجيه‌پذير مي‌نماياند. پژوهش حاضر در پي آن بوده‌است كه اثرات استفاده از چيلر جذب‌سطحي را به منظور خنك‌كاري هواي ورودي به كمپرسور توربين‌هاي گاز را در شرايطي كه انرژي محركه چيلر توسط حرارت اتلافي توربين تأمين ‌گردد، ارزيابي نمايد. نتايج حاصل از تحليل كاربرد توأمان چيلر جذب‌سطحي با توربين‌هاي گاز صنعتي Alstom GT13D2، Alstom GT8، GE 5251M و GE 9171E به عنوان موارد-مطالعه مشخص، مبيّن آن است كه استفاده از چيلر جذب سطحي در فرآيند خنك‌سازي هواي ورودي كمپرسور به گونه‌اي مطلوب عمل مي‌نمايد. نتايج بدست آمده تصريح مي‌كند كه به ازاي 23 درجه سانتيگراد كاهش دماي ورودي به كمپرسور، بهترين نتايج را براي توربين Alstom GT8C2 با قابليت افزايش توان محوري و راندمان حرارتي به ترتيب به ميزان %24 و برابر %2/6 در پي خواهد داشت. شايان ذكر است كه تقليل دماي هواي ورودي به كمپرسور علاوه بر احياي توان و راندمان از دست رفته توربين در شرايط اسمي، زمينه دستيابي به عملكرد مطلوب‌تر توربين توأم با افزايش بازدهي و توان محوري را نيز فراهم مي‌نمايد. واژه‌هاي كليدي: توربين‌ گاز، چيلر جذب سطحي، خنك‌كاري هواي ورودي به كمپرسور، ظرفيت توليد توان، حرارت اتلافي.