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 فاصلۀ 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 پوستۀ 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 .

مشخصات فنی توربین گاز :

1- کمپرسور :

فشار نهایی کمپرسور : bar 11 تعدادطبقات کمپرسور : 17 مرحله

2- توربین:

تعدادمحور : 1 عدد تعداد طبقات : 3 مرحله

3- اتاق احتراق :

تعداد محفظه احتراق : 14 عدد تعداد مشعل های به ازای هر محفظه : 1 عدد

نوع سیستم کنترل : اسپیدترونیک مار 4

4- ژنراتور:

دارای سیستم تحریک دیود گردان می باشد.

ماکزیمم توان خروجی : MW4/123 (در شرایط استاندارد ایزو) ولتاژ خروجی : KV8/13

جریان نامی : A 6443 دور ژنراتور : r.p.m 3000

5- سیستم تحریک

نوع تحریک : خود تحریک ولتاژ خروجی : 240 ولت دی . سی

جریان خروجی :1590 آمپر دی سی

مشخصات پست : 400 کیلووات

سیکل ترکیبی :

پست 400 کیلووات نیروگاه سیکل ترکیبی شهید رجایی یک پست کلید زنی (Swiching) با سیستم شینه بندی 5/1 کلیدی می باشد.

این پست دارای 6 بی 400 کیلووات می باشد که مدارهای ورودی از سمت غرب پست، شامل 6 ترانسفرماتور ژنراتور و از سمت شرق پست، 3 خط انتقال 400 کیلووات که دو خط به پست 400 کیلووات نیروگاه حرارتی شهید رجایی و یک خط به پست رودشور وصل می گردد.

مشخصات کلید های پست 400 کیلووات:

سازنده شرکت : A.BB تیپ: 1002-H.p.h جریان نامی :A (4000-2000)

زمان قطع : ms 20

بویلر:

آب پس از خروج از کندانسور و عبور از فیلتر ها و میکس بدها و و بوسترپمپها و یک جفت Main ejectors و گلند کندانسور وارد مجموعه ای به نام بویلر سیکل ترکیبی می شود که اجزاء آن به شرح زیر می باشد.

1- Feed water heater 2-Dearator

3-storage tank 4-LP evaprator

5- Boiler feed pump 6-IP و Economizer HP 1,2 7- Drum IP 8-Drum HP

9- (1و2) HP ، evaporator 10- Down Comer

11- (Primary , Final) HP ، IP Super heater 12- Blow down

13- Flash tank 14- Diverter Damper

15- Gutine Damper 16- Fans

روند کلی سیکل در بویلر :

آب خروجی از گلند کندانسور ابتدا وارد Feed water heater شده ( آب به صورت مایع متراکم ) و پس از مقداری افزایش درجۀ حرارت وارد dearator می شود که در Dearator علاوه بر عمل هوا زدایی ( زدودن گازهای و ) آب مقداری گرمتر می شود و پس از آن آب در محفظه ای به نام Storage tank ذخیره می گردد . آب موجود در تانک از طریق لوله های Down comer وارد لوله های به نام Lp evaprator شده و مجدداً پس از گرم شدن از طریق دو سری لوله وارد تانک می شود . آنگاه از طریق یک لوله وارد B.F.P ها می شود ، تعداد B.F.P ها 2 تا است که همیشه یکی از آنها در مدار قرار دارد . از هر B.F.P ، 2 لوله خارج می شود که هر کدام از آنها پس از اتصال به لوله مشابه از پمپ دیگر بطور جداگانه وارد IP economizer و economizerHP می شوند وپس از آنکه در آن مقداری افزایش درجه حرارت دادند آب خروجی از IP economizer وارد Drum IP می شود ، اما آب خروجی از HP economizer پس از مقداری افزایش دما وارد HP economizer و مجدداً پس از مقداری گرم شدن به Drum IP وارد می گردد .

آب ورودی به Drum IP از طریق لوله های Down comer وارد Lp evaprator می شود و پس از تبخیر مقداری از آب و رسیدن به حالت 2 فازی مجدداً وارد Drum IP می شود در Drum IP پس از جدا شدن آب و بخار ، بخار مرطوب حاصل وارد IP Superheater شده و پس از رسیدن به حالت بخار مافوق گرم ( خشک شده ) به سمت LP توربین می رود .

اما آبی که به Hp drum وارد شده بود نیز از طریق Down comer به 2 سری لوله موازی بنام evaprator HP بر می گردد . بخار خروجی از Hp drum وارد Superheater HP-Primary شده و پس از مقداری خشک شدن به Superheater HP-final وارد می شود و برای ورود به توربین HP به حالت سوپر هیت ( خشک ) در می آید .

سیکل ترکیبی نیروگاه شهید رجایی در ابتدای ساخت تنها شامل سیکل گازی بود که گاز خروجی از توربین آن به اتمسفر می رفت اما پس از ملحق شدن سیکل بخار به آن گاز خروجی از توربین وارد H.R.S.G شده و باعث گرم شدن بخشهای مختلف آن ( Feed water heater , LPevaprator ) می شود .