در این پروژه که یک پروژه جمع آوری مطلب است در مورد انواع توربین ها و کمپرسورهای گازی مزایا و معایب و...بحث شده است.

این پروژه برای دانشجویان رشته های مختلف از جمله عزیزانی که درس های ترمودینامیک، نیروگاهها و... دارند مناسب میباشد.

شامل دو فصل با زیر مجموعه های زیر میباشد:

فصل 1: توربین گازی

- تاریخچه

- تعریف

- مبنای کارکرد

- اجزای اصلی توربین گاز

- انواع توربین گاز ...

- مزایا و معایب توربین گاز

- سازندگان اصلی توربین های گازی

فصل 2: کمپرسورهای گازی

- تاریخچه

- ...

برای هر قسمت شکل واقعی یا مدل آن آورده شده است. علاوه بر فهرست اصلی دارای فهرست شکل ها هم میباشد.

فایل pdf هم ضمیمه شده است.

گزارش کارآموزی بررسی نیروگاه سیکل ترکیبی شهید رجایی قزوین در 61 صفحه ورد قابل ویرایش

فهرست


صفحه

مقدمه


3

مشخصات نیروگاه سیکل ترکیبی شهید رجایی


10



بویلر Boiler




اجزاء تشکیل دهنده بویلر


20

Feed water heater


20

Dearator


23

Economizer


25

Drum


27

Down commer and evaprator


32

Super heater


35

Blow Down


40

Diverter Damper


41



توربین Turbine




فوندانسیون


45

پوسته CASE


47

روتور Rotor


49

پره ها Blades


51

کوپلینگ ها Couplings


56

یاتاقان ها Bearings


56

گلندهای توربین Turbine Glands


58



کندانسور Condansor




اکسترکشن پمپ Extraction Booster Pump


65

تصفیه آب خروجی از کندانسور Condansor Booster Pump


68

Main ejector


72

گلند کندانسور Gland condansor


75



سیستم آب خنک کن Cooling




برج های خنک کن و مسیرهای آن Cooling and Cooling Tower


87

پمپ های گردش آب در برج های خنک کن C.W.P


91




مقدمه :

مصرف انرژی در دنیای امروز به طور سرسام آوری رو به افزایش است . بشر مترقی امروز ، برای تولید آب آشامیدنی ، برای تولید مواد غذایی و برای کلیه کارهای روزمره خود به استفاده از انرژی نیاز دارد و بدون آن زندگی او با مشکلات فراوانی روبرو خواهد بود .

طبق برآوردهایی که دانشمندان می نمایند ، از ابتدای خلقت تا سال 1230 ه .ش ، بشر معادل کیلووات ساعت و در فاصله 1230 تا 1330 نیز کیلووات ساعت انرژی مصرف نموده است.

و پیش بینی می شود که فاصل? 1330 تا 1430 مصرف انرژی تا کیلو وات ساعت باشد.

امروزه قسمت اعظم مصرف انرژی به وسیله کشورهای صنعتی بوده و هر چه کشوری صنعتی تر بوده و از نظر اقتصادی مرفه تر باشد مصرف انرژی سرانه آن نیز بیشتر خواهد بود. به طوری که رابطه مستقیمی بین مصرف انرژی به خصوص مصرف انرژی الکتریکی و درآمد سرانه هر کشوری وجود دارد. با افزایش روزافزون مصرف انرژی در دنیا بشر همواره در جستجوی منابع جدید و یافتن راههای اقتصادی استفاده از آنها برای تأمین احتیاجات خانگی و صنعتی بوده است و در این بین، چون انرژی الکتریکی صورتی از انرژی است که راحت تر به انرژی های دیگر ( قابل استفاده بشر) تبدیل می شود و انرژی تمیزی از نظر ضایعات می باشد ، تلاش های بشری بیشتر در زمینه تولید انرژی الکتریکی می باشد . چند نمونه از منابع شناخته شده انرژی که خداوند در اختیار بشر قرار داده است و بشر می تواند از آن برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کند عبارتند از :

1- انرژی سوخت های فسیلی 2- انرژی آب 3- انرژی باد

4- انرژی واکنش های هسته ای 5- انرژی جزر و مد امواج دریا

6- حرارت زیر پوست? زمین

که هر یک از این انرژیهای برای اینکه بتواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود باید مراحلی را طی کند که مسائل و مشکلات تولید برق برای بشر امروز نیز در طی همین مراحل است. برای مثال یکی از راه هایی که بشر از انرژی سوخت برای تولید سوخت استفاده می کندایجاد نیروگاههای حرارتی بخار، گازی و یا سیکل ترکیبی می باشد. که فرایند های زیادی را شامل می شود و تمام این فرایند ها در مجموع سیکل نیروگاه بخار تولید برق (Power Plant) را تشکیل می دهد که موضوع اصلی گزارش ما نیز می باشد.

انواع نیروگاه ها :

در حال حاظر نیروگاه هایی که برای تولید برق استفاده می شوند و متداول هستند را می توان به 6 دسته طبقه بندی کرد :

1- نیروگاه دیزلی

2- نیروگاه آبی

3- نیروگاه اتمی

4- نیروگاه گازی

5- نیروگاه بخاری

6- نیروگاه ترکیبی

از آنجا که اکثر نیروگاه های تولید برق در ایران و همچنین مهمترین منبع تولید برق در کشور نیروگاه های گازی، بخاری ، آبی و یا سیکل ترکیبی هستند به اختصار در مورد آنها توضیحی داده می شود :

نیروگاه گازی :

اصول کار نیروگاه گازی بدین صورت است که هوای آزاد توسط یک کمپرسور فشرده شده و سپس همراه سوخت در اتاق احتراق ، محترق شده و دارای درجه حرارت بالا می گردد. حال این گازهای پر فشار و داغ وارد توربین شده و محور ژنراتور را می گرداند و سپس از اگزوز توربین به بیرون رانده می شود . توان گرفته شده از توربین معمولاً به محور ژنراتور و کمپرسور منتقل می گردد . حدود یک سوم این توان در ژنراتور تبدیل به انرژی الکتریکی می گردد و بقیه جهت چرخاندن محور کمپرسورغلبه بر تلافات مصرف می گردد و بهمین خاطر راندمان توربینهای گازی پایین و حدود 27 درصد است .

نیروگاه آبی :

اساس کار نیروگاه آبی آنست که از انرژی پتانسیل آب ذخیره شده در پشت سد برای چرخاندن توربین آبی و در نتیجه چرخاندن ژنراتور استفاده می شود و برق تولید می گردد . احداث این نیروگاهها بستگی به شرایط جغرافیایی و مکانی و وجود آب رودخانه دارد در کشورهایی که منابع آبی فراوان دارند احداث نیروگاه آبی بسیار مفید است چرا که برق تولیدی آنها بسیار ارزانتر است و راندمان این نیروگاهها بسیار بالا ست ( 80 تا 90 درصد ) و راه اندازی آن ساده است و در زمان کوتاهی می تواند وارد شبکه شود . همچنین از دیگر مزایای نیروگاههای آبی کنترل آبهای سطحی در پشت سد و استفاده در بخش کشاورزی است .

نیروگاه بخار:

اساس کار نیروگاه های بخاری بدین منوال است که بخار تولید شده در دیگ بخار به توربین هدایت پس از به دوران در آوردن محور توربین به کندانسور رفته و توسط آب خنک کن تقطیر و بصورت آب در می آید . در ژنراتور با گردش روتور آن که سه محور توربین به آن متصل است الکتریسته تولید می گردد . نیروگاههای بخار برای بارهای اصلی یا پایه ساخته می شوند و عمر آنها نسبت به نیروگاههای گازی بیشتر است از محاسن دیگر این نیروگاهها بالا بودن راندمان ( حدود 45% ) نسبت به نیروگاه های گازی می باشد .

نیروگاه ترکیبی ( مختلط ) :

در اینگونه نیروگاهها با استفاده از حرارت خروجی از اگزوز توربین گاز آب را در دیگ بخاری که معمولاً Heatrecovery boiler نامیده می شود گرم کرده و بصورت بخار در می آید . سپس این بخار، توربین بخار را به حرکت در می آورد .

با این روش چون از حرارت گازهای اگزوز توربین گاز استفاده شده دیگ بخار گرم می شود و راندمان کل نیروگاه بالاتر از نیروگاه بخاری گردیده و به 48 درصد هم می رسد .

مشخصات نیروگاه سیکل ترکیبی شهید رجایی :

موقعیت جغرافیایی : نیروگاه سیکل ترکیبی شهید رجایی در قسمت جنوبی نیروگاه بخار شهید رجایی در 25 کیلومتری اتوبان قزوین – تهران قرار دارد .

شرایط محیطی:

رطوبت نسبی 46%

متوسط حداکثر دمای محیط 41 درجه

متوسط حداقل دمای محیط 14- درجه

متوسط درجه حرارت محیط 5/14 درجه

این نیروگاه شامل 6 واحد توربین گازی هر کدام به ظرفیت MW 123 و به همراه 3 واحد حرارتی بخار به قدرت MW 6/100 به صورت سیکل ترکیبی در می آید .

توربین های گازی ساخت شرکت جنرال موتور آمریکا و توربین های بخار ساخت شرکت زیمنس آلمان می باشد .

تلاش برای یافتن بازده بالاتر موجب ایجاد تغییراتی در نیروگاه ها و از جمله نیروگاه های بخار شده است . چرخه ی گاز – بخار یا اصطلاحاً سیکل ترکیبی یکی از این اصطلاحات می باشد . توربین ها ی گاز بدلیل داشتن دمای بالاتر 1150 درجه در مقابل توربین های بخار در حدود 600 درجه قابلیت ایجاد بازده حرارتی بیشتری دارند اما چرخه های گازی دارای یک عیب بزرگ می باشد و آن بالا بودن دمای خروجی اگزوز آنها می باشد معمولاً بالای 500 درجه که قسمت بزرگی از مزایای آن را محو می کند .

علم امروز این امکان را به وجود می آورد که از گازهای خروجی با دمای بالای اگزوز به عنوان یک منبع انرژی حرارتی برای یک سیکل بخار استفاده کنیم .

پیشرفت های اخیر در تکنولوژی چه در توربین های گاز و چه در بخار این امکان را می دهد که بازده را بدون افزایش زیادی در هزینه در سیکل های ترکیبی تا حدود 40% افزایش دهیم .

در سال 1988 شرکت زیمنس SIEMENS توانست نیروگاهی ترکیبی به ظرفیت 1350 MW و بازده 5/55% در یکی از شهرهای ترکیه احداث نماید .

در نیروگاه شهید رجایی، تعداد 6 واحد توربین گازی هر کدام به قدرت MW 123 نصب و راه اندازی گردیده است که این واحدها با نصب 3 واحد حرارتی به قدرت MW 6/100 × 3 به صورت سیکل ترکیبی در آمده است .

اولین واحد گازی این نیروگاه در تاریخ 5/5/73 و دومین واحد در تاریخ 25/5/73 و سومین واحد در تاریخ 10/6/73 ، چهارمین واحد در تاریخ 2/7/1373 و پنجمین واحد در تاریخ 30/8/1373 و آخرین واحد ( ششم ) در تاریخ 3/4/1374 وارد شبکه سراسری گردید .

- نکته مهم : سطح آب در درام

زمانی که فشار در درون درام افت پیدا می کند ، از آنجا که با افت فشار تعداد بیشتری از ملکولهای بخار ایجاد می شوند ( زیرا فشار از سطح مایع برداشته شده ) و همواره بین آب ورودی وبه درام و بخار خروجی از آن تناسب وجود دارد و سطح آب در درام کاهش می یابد که این عمل موجب سوختن لوله های Evaprator می شود. ضمناً اگر فشار افزایش یابد میزان بخار خروجی کاهش یافته و سطح آب در درام افزایش می یابد . و ممکن است این آب وارد لوله های سوپر هیت شود . به این منظور و برای جلوگیری از نوسانات سطح آب در درام از یک سری ارتفاع سنج هایی استفاده می شود که سطح آب در درام را کنترل می کنند .

در ضمن در هر یک از درام های HP و IP یکسری شیرهایی جهت نمونه گیری و تغذیه شیمیایی موجود می باشد، که مواد ضد خوردگی از آن طریق به داخل درام تزریق می شوند .

نکته قابل توجه آنست که خطی از HP Drum به IP Drum متصل می باشد. که این خط لوله جهت تغذیه انرژی می باشد که آب با فشار و درجه حرارت بالا را از HP وارد IP نموده تا در IP استفاده شده و ودما و فشار آن گرفته شود.

این مسئله باعث افزایش راندمان و استفاده بهینه از آب موجود در سیستم می شود این آب در پایان از IP Drum به سمت Drain blow down می گردد .



5- Down Commer and evaprator :

آب از طریق یک سری لوله به نام Down Commer از درام به سمت پایین ترین نقطه Boiler می آید که از آنجا از طریق Header هایی به لوله هایی به نام Evaprator منشعب می شود.

وظیف? Evaprator آن است که آب را تبخیر نموده ( در اصل آب آمده از Drum را به حالت دو فازی تغییر دهد) تا در درام آب دو فاز داشته باشیم .

چون Evaprator در ابتدای مسیر ورود گازهای داغ توربین گاز قرار دارد، گرمای بیشتری جذب نموده و آب را تبخیر می نماید . تعداد لوله های Evaprator که موارزی هستند در قسمت درام HP 7 سری است . که در دو قسمت چهار سری و سه سری از Down Commer منشعب می شود . اما در درام IP تعداد لوله های Evaprator که از Down Commer منشعب می شوند 4 سری لوله موازی است که در یک سمت Down Commer قرار دارد .

سومین Evaprator ، LP evaporator است که در زیر Deavrator , Storage tank قرار دارد و آب را از Down Commer گرفته و در ودو سری لوله موازی گرم می نماید و سپس وارد Storage tank می کند.

نکته 1: در لوله های Evaprator آب خود به خود بالا می رود و احتیاجی به پمپ نیست . علت این امر ، اختلاف دانسیته است مجموع لوله های Evaprator و Down Commer مانند یک لوله V شکل هستند که به صورت متصل به هم در نظر گرفته می شود . یک طرف لوله آب اشباع و طرف دیگر لوله آب و بخا ر داریم و چون دانسیته بخار از آب کمتر است پس دانسیته کل سیال Evaporation از دانسیته کل لوله ها Down Commer کمتر است . و این اختلاف دانسیـه باعث حرکت آب از دانسیت? بالا به دانسیت? پایین و سیر کولاسیون طبیعی آب می شود ، که این در سیکل ترکیبی نیروگاه شهید رجایی اتفاق می افتد( سیر کولاسیون- طبیعی)

نکته 2:

بویلر هایی که در فشار بحرانی کار می کنند ، احتیاج به پمپ دارند ( مانند نیروگاه نکا ) زیرا با افزایش فشار ، اختلاف دانسیته بین آب اشباع و بخار اشباع کمتر می شود تا اینکه در فشار بحرانی دیگر بین این دو اختلافی نیست ( نمودار P-V در فشار بحرانی ، حجم که عامل تغییر چگالی است بین آب اشباع و بخار اشباع ثابت است ) و آب اشباع مستقیماً به بخار سوپر هیت تبدیل می شندو دیگر نا حیه دو فازی را طی نمی کند . پس باید یک پمپ در مسیر راه لوله های Down Commer قرار گیرد.

این پمپ همان B.C.P است که هر کدام برای چرخش آب در بویلر به کار می رود ، زیرا اختلاف دانسیته قادر به تأمین این هدف نیست . در چنین نیروگاه هایی که دیگر Drum موجود نیست و آب درون Water wall های محفظه احتراق مستقیماً به بخار سوپر هیت تبدیل می شود.







6- Super Header :

برای استفاده از انرژی و حرارت گاز عبوری از بویلر و همچنین تولید بخار با کیفیت برای توربین ها در نیروگاه ، بخار اشباع تولید شده در درام را مجدداً توسط گازهای حاصل از احتراق در بخش توربین گاز گرم می کنند . این عمل به دلیل استفاده هر چه بیشتر از انرژی گاز صورت می گیرد.

که به این عمل داغ کردن بخار یا Super heater گفته می شود.

یک سوپر هیت شامل هدرهای ورودی و خروجی می باشد که توسط لوله هایی با قطر کم به هم مرتبط می شوند . سوپر هیتر ها معمولاً چند مرحله ای هستند به این ترتیب کنترل درجه حرارت نیز ساده می شود .

سوپر هیترها بر اساس شرایط طراحی بخار دریافتی طبقه بندی می شود . روش دیگر طراحی بر اساس تعداد لوله ها و محل هدرها می باشد .

تقسیم بندی از نظر شکل قرار گرفتن لوله ها و هدر ها به صورت زیر است:

- آویزان : که لوله ها از هدرها آویزان بوده و توسط آنها نگهداری می شوند.

2- افقی : که لوله ها به صورت افقی قرار دارند.

3- L شکل : که از حداکثر برخورد دود با لوله استفاده می شود.

همانطور که می دانیم بخار خروجی از درام بخار آب اشباع می باشد و به محض برخورد با هر جسم سردی به مایع تبدیل می شود به همین خاطر آن را در سوپر هیتر به صورت بخار مافوق گرم می آورند.

که این کار در نیروگاه سیکل ترکیبی در یک سوپر هیتر IP و در سوپر هیتر HP انجام می شود.

در سوپر هیتر IP بخار مربوط پس از خروج از Drum در داخل سوپر هیتر خشک شده و در نمودار T.S ترمودینامیک وارد منطقه مافوق گرم می شود و مهیای ورود به توربین می گردد.

که در مسیر آن دو Safty valve وجود دارد که در صورتی که فشار از bar 7/7 بیشتر باشد عمل خواهد نمود .

اما در سوپر هیتر HP که شامل دو سوپر هیتر Primary و Final می باشد . بخار پس از خروج Drum HP در سوپر هیتر اولیه خشک شده تا قطرات آب وارد توربین نگردد و باعث ایجاد خوردگی و ارتعاش پرده های توربین نشود به این منظور بخار خروجی از سوپر هیتر اولیه مهیای ورود به سوپر هیتر ثانویه می شود.

علت این امر این است که بخار ورودی به توربین HP می بایست درجه حرارت معینی داشته باشد لذا در مسیر بین دو سوپر هیتر اولیه و ثانویه آبپاشی قرار دارد که بر روی بخار، آب می پاشد و درجه حرارت را به میزان مورد نیاز برای HP توربین می رساند سپس بخار وارد سوپر هیتر ثانویه شده تا قطرات آب پاشیده شده بر روی آن مجدداً بخار شود . تا قطرات ریز آب وارد توربین نگردد .

در مسیر بخار سوپر هیت به HP توربین دو عدد Safefy valve است که طریق? عملکرد آن مانند Safefyvalve های مسیر IP بخار است .

بخار خروجی از سوپر هیتر ثانویه دارای دبی Kg/h 144280 و فشار bar 54/89 و دمای 512 می باشد .

با توجه به مطالب گذشته بویلر فرایند فشار ثابت را در دیاگرام T-S طی میکند اما در عمل در حدود 19 الی 20 بار اختلاف فشار وجود دارد که به دلیل وجود افت فشار در لوله های موجود در مسیر می باشد .

گزارش کاراموزی نیروگاههای سیکل ترکیبی و مزایا و معایب آنها در 40 صفحه ورد قابل ویرایش

نیروگاه سیکل ترکیبی

نیروگاه سیکل ترکیبی کازرون از سال 1369 و در زمینی به مساحت 100 هکتار در جنوب شرقی کازرون و در 3 فاز متوالی ساخته شد. فاز اول نیروگاه مشتمل بر 2 واحد گازی 128 مگاواتی ساخت شرکت میتسوبیشی ژاپن در سال 1373 به بهره برداری رسید. فاز دوم نیروگاه از سال 1379 شامل 4 واحد گازی 159 مگاواتی محصول مشترک ایران و ایتالیا که در سالهای 1381 و 1382 به بهره برداری رسید. فاز سوم نیروگاه شامل 3 واحد بخار 160 مگاواتی ساخت ایران که در سال 86 به بهره برداری رسید.

نیروگاه کازرون مجموعه ای از اولین ها:

احداث اولین پست نیومریک ایران

نصب اولین توربین گازی ساخت ایران

نصب اولین ژنراتور ساخت ایران

نصب اولین توربین بخار ساخت ایران

افتخارات کسب شده:

1-کسب رتبه ممتاز به خاطر آمادگی تولید توان در سال 1379 واخذ لوح تقدیر از معاونت محترم وزیر نیرو.

2-کسب رتبه ممتاز به خاطر آمادگی تولید توان در سال 1380 واخذ لوح تقدیر از وزیر نیرو.

3-کسب رتبه ممتاز به خاطر آمادگی تولید توان در سال 1381 واخذ لوح تقدیر از وزیر نیرو.

4-کسب رتبه ممتاز به خاطر آمادگی تولید توان در سال 1383 واخذ لوح تقدیر از معاونت محترم وزیر نیرو.

5-کسب رتبه خیلی خوب به خاطر عملکرد تعمیرات و کیفیت مناسب تعمیرات در سال 1383 واخذ لوح تقدیر از معاونت محترم وزیر نیرو .

نیروگاه های سیکل ترکیبی










در توربین گاز جهت کنترل درجه حرارت در اتاق احتراق ضروری است که احتراق با هوای بسیار زیاد صورت پذیرد .دود خروجی از اگزوز توربین گاز ، علاوه بر اینکه دارای درجه حرارت بالایی است ، اکسیژن کافی نیز جهت احتراق دارد ولی در نیروگاههای سیکل ترکیبی از انرژی گاز خروجی از اگزوز به روش های مختلفی جهت تولید بخار استفاده می شود که در بخش های آتی به آن اشاره خواهیم کرد .





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




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

1- نیروگاههای سیکل ترکیبی بدون مشعل
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 :




2- نیروگاههای سیکل ترکیبی با سوخت اضافی ( مشعل )
در نیروگاههای سیلک 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 :








3- نیروگاههای سیکل ترکیبی جهت تامین هوای دم کوره بویلر
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 نسبس 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 نیروگاههای 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 سه گونه سیکل اقدام نمودند که ذیلاٌ معرفی و تشریح می شوند :

1- چند توربین گاز ، چند بویلر و یک توربین بخار
این دسته خود به دو زیر دسته به صورت زیر تقسیم می گردد:

2- یک توربین گاز ، یک بویلر و یک توربین بخار
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 – محاسن :
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 .
3- دو یا چند توربین گاز ، دو یا چند بویلر و یک توربین بخار
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 – محاسن :
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.
3- چند توربین گاز ، یک بویلر و یک توربین بخار
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 .
4- یک توربین گاز ، یک بویلر و چند توربین بخار
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 :












نیروگاه سیکل ترکیبی

مصرف گاز با ارزش گرمایی پایین به عنوان سوخت در نیروگاهی که برای تولید برق از چرخة ترکیبی استفاده می‌کند، یکی از موارد کاربرد جالب این نوع سوخت به شمار می‌رود. چرخة ترکیبی به



چرخه‌ای گفته می‌شود که در دمای منبع گرم از توربین گازی و در دمای منبع سرد از توربین بخار استفاده می‌کند .

دستگاه تهیه گاز با ارزش گرمایی پایین، بسته به نوع فرایند مورد استفاده، در فشارها و دماهای متعددی عمل می‌کند. کارکرد بعضی از این دستگاهها در فشار حداکثر تا Mpa5/3 و دماهای خروجی 540 تا 1100 صورت می‌گیرد. به طوری که قبلاً اشاره شد، گاز خروجی باید جهت تصفیه و پاکسازی خنک شود. در حالت عادی این خنک شدن، با مقدار زیادی اتلاف انرژی و دفع آن به محیط همراه است. مزیت چرخة ترکیبی در این است که از فشار زیادی واحد تهیة گاز بهره‌گیری می‌کند و به کمک یک مبادله‌کن گرمای گاز به گاز تا حد زیادی مانع اتلاف انرژی و دفع آن به محیط می‌شود .



در یک طرح پیشنهادی (33) گازی که واحد تهیة گاز را در نقطة 1 ودر دمای حدود 540 و فشار Mpa2 ترک می‌کند، مقداری از گرمای خود را در یک مبادله‌کن گرمای بازیابی از دست می‌دهد و در نقطة 2 آن را ترک می‌کند و سپس در یک مبادله‌کن گرمای خارجی تا دمای پایین‌تر نقطة 3 به حدی خنک می‌شد که دمای آن برای فرایندهای تصفیه و پاکسازی در فاصلة مراحل 3 تا 4 سازگار باشد آنگاه، گاز گرمای دفع شده به مبادله‌کن گرمای بازیابی را بازپس می‌گیرد و آن را در 5 ترک میکند. سپس این گاز وارد اتاق احتراق توربین گازی می‌شود و در آنجا با هوای متراکمی که از کمپرسور می‌آید مخلوط می‌شود و آن را در نقطة 6 و با دمای حدود 980 ترک می‌کند. بعداً در توربین گاز انبساط می‌یابد و در نقطة 7 و با دمای حدود 520 از آن خارج می‌شود. آنگاه گاز وارد یک مولد بخار بازیابی می‌شود و پس از تولید بخار، مولد را در نقطة 8 و با دمایی در حدود 125 ترک می‌کند و وارد دودکش می‌شود .

توربین گاز، یکی از دو مولد برق و کمپرسور را تغذیه می‌کند. کمپرسور هوای جو را در نقطة 9 و با دمای حدود 15 دریافت وآن را تا دمای 315 متراکم می‌کند. کمپرسور 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 گرمکن آب تغذیه چرخة بخار تا دمای 12 خنک می‌شود، سپس فشار آن در یک کمپرسور تقویتی که با موتور الکتریکی کار می‌کند تا فشار واحد تهیة گاز در 13 افزایش یابد. واحد تهیة گاز طوری طرح می‌شود که بخار مورد نیاز خود را از آب تغذیه در 14 تأمین می‌کند. زغال در نقطة 15 با مخلوط هوا و بخار وارد واکنش می‌شود و گاز با ارزش گرمایی پایین را در 1 تولید می‌کند .

چرخة بخار نسبتاً استاندارد است. بخار فوق گرم در مولد بخار بازیابی در فشار Mpa2 و دمای 480 در نقطة 16 تولید می‌شود، سپس در توربین بخار انبساط می‌یابد و توربین بخار مولد دوم را راه‌اندازی می‌کند، و سرانجام در 17 به چگالنده وارد می‌شود. مایع در 18 وارد پمپ می‌شود و پس از خروج از آن در 19 وارد گرمکن آب تغذیه می‌شود و در آنجا از هوای متراکم واحد تهیه گاز گرما می‌کند. دراین طرح از بخار زیرکش شدة توربین بخار استفاده‌ای به عمل نمی‌آید، هرچند که چنین گرمایش آب تغذیه‌ای را می‌توان به کار برد. آب تغذیه در 20 وارد مولد بخار بازیابی می‌شود و به این ترتیب چرخه کامل می‌شود.