چکیده:
ساخت سیمولاتور گازی یکی از دغدغه های مهم سازندگان و بهره برداران نیروگاه های گازی بوده و هست که شرکت مپنا نیز به عنوان اولین متولی ساخت نیروگاه های با ظرفیت بالا در کشور نیز از این قاعده مستثنی نبوده است. در این پایان نامه با استفاده از علم شناسایی سیستم ها از روش تحلیلی و همچنین از روش جعبه سیاه به این امر مهم پرداخته می شود. شناسایی شامل مدل گاورنر و مدل پلنت می باشد. مدلسازی گاورنر با استفاده از منطق پیاده شده بر روی سخت افزار و نرم افزار SYMADIN به صورت تحلیلی و مدل مربوط به پلنت با استفاده از علم شناسایی سیستم و روش جعبه سیاه صورت گرفته و نتایج شبیه سازی روی نیروگاه V94.2 به صورت یک شبیه ساز، ساخت زیمنس اجرا شده است. هدف ما در این پایان نامه این است که به جای استفاده از یک مدل پیچیده کلی برای تمام مودهای کاری از جمله مودهای راه اندازی، سرعت و بار، برحسب شرایط آب و هوایی و میزان بار، مودهای کنترل دمای اگزوز، کنترل حد توان مکانیکی توربین و مود کنترل خروج بار با تشخیص صحیح هریک از این مودها به مدلسازی هریک از این مودها به صورت جداگانه پرداخته می شود تا مدل به دست آمده هم ساده تر و هم از دقت بالاتری برخوردار باشد. محدودیت های امنیتی برقرار شده بر روی نیروگاه ها در کشور مانع از این شد تا بتوانیم نمونه گیری خوبی از متغیرهای لازم سیستم انجام بدهیم. لذا شبیه ساز و مدل به دست آمده سیستم گاورنر با گذشت زمان زیادی به نتیجه لازم می رسد. اما در مدل پلنت با توجه به اینکه سیگنال های لازم از نیروگاه نمونه در شهر فورت آلمان در دسترس بود توانستیم مدل سیستم مذکور را با دقت بالایی به وسیله شناسایی سیستم به دست آوریم.
مقدمه
در گذشته برای ساخت شبیه ساز از مدل های کوچک ساخته شده استفاده می شد که تمام جوانب و نکات یک نیروگاه را بعضا در بر نمی گرفت اما با پیشرفت علم و تکنولوژی در زمینه شبیه سازی رایانه ای سیستم ها و چه در علم ریاضی روش های قدیمی منسوخ شد. آنچه مسلم است این است که مطالعه رفتار دینامیکی یک سیستم قدرت مستلزم مدلسازی دینامیکی اجزای مختلف آن به ویژه نیروگاه می باشد.
اخیرا توربین های گازی با بازده بالا و غیر ایزوله که به شبکه سراسری متصل می شوند در شبکه های قدرت توسعه بسیاری پیدا کرده اند. امروزه این نیروگاه ها از این جهت که سریع وارد مدار شده و قادر به جبران اوج بار می شوند بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. همچنین این نیروگاه ها به واسطه سیکل ترکیبی شدن دارای راندمان بالاتری نسبت به حالت سیکل باز شده اند. از آنجا که بخش اعظم تولید نیروگاه های سیکل ترکیبی در قسمت گازی آن می باشد لذا مدلسازی قسمت گازی این نیروگاه ها اهمیت بیشتری پیدا می کنند. نیروگاه های پیشرفته توربین گازی به تغییرات فرکانس بسیار حساس هستند و ممکن است در یک اغتشاش فرکانسی دچار قطع اضطراری شوند.
همراه با روند توسعه و پیشرفت روش ساخت توربین های گازی با توربین های بخار بازدهی نیروگاه را به حدود 50 درصد می رساند. تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی نشان می دهد که توربین های گازی دارای 30 درصد بازدهی هستند و درجه حرارت گاز خروجی آنها 500 تا 600 درجه سانتیگراد است که برای یک نیروگاه حرارتی دمای مناسبی است. با سرد کردن این گاز در یک بویلر بازیاب حرارت (Heat Recovery Steam Generator) می توان بخار سوپر هیت تولید نمود و به این طریق یک توربین بخار را به کار انداخت. این مجموعه را سیکل ترکیبی گویند.
نیروگاه های سیکل ترکیبی می توانند در دو مد تک و سیکل ترکیبی کار کنند. در مد تک فقط توربین گاز کار می کند و محصولات احتراق خروجی توربین گاز از طریق میراکننده کنار گذر خارج می شوند. در مد سیکل ترکیبی هر دو توربین گاز و بخار کار می کنند و محصولات احتراق خروجی توربین گاز از طریق میراکننده ورودی به بویلر راه می یابد. لازم به توضیح است که میراکننده ها در طی بهره برداری عادی واحد نقشی در کنترل بار ندارند و در طی بهره برداری عادی واحد، میراکننده ورودی بویلر کاملاً باز می باشد، که این امر به منظور استفاده حداکثر از انرژی حرارتی توربین های گاز می باشد. میراکننده ها فقط در هنگام راه اندازی و توقف یا توقف اضطراری، قابل کنترل بوده و در حفاظت بویلرها نقش اساسی ایفا می کنند.
یک امتیاز مهم نیروگاه های گازی این است که به سرعت می توان آنها را به شبکه متصل کرد و یا قطع نمود.
این نوع سیستم ها بعد از اغتشاش شدید سریعا ناپایدار می گردند. علاوه بر آن در اکثر موارد به موتورهای با توان اکتیو بالا وصل می شوند و دائماً در حال تغییر نقطه کار هستند و گاهی ورودی های با تغییر ناگهانی زیاد به آنها اعمال می شود که تمامی این موارد انجام مطالعات دینامیکی و پایداری را که در مرحله بعد از مدلسازی صورت می گیرد، ضروری می سازد.
با توجه به ضروری بودن حجم بالای مطالعات و کار مورد نیاز برای تهیه شبیه ساز نیروگاه گازی و اینکه برای شناسایی سیستم گاورنر ابتدا در نظر گرفته شد که از روش جعبه سیاه استفاده شود ولی امکان گرفتن نمونه در نیروگاه را پیدا نکردیم و با اطلاعات و نمونه های در دسترس مجبور شدیم مدل گاورنر را به صورت جعبه خاکستری و با استفاده از روابط فیزیکی پیدا کنیم در نهایت با توجه به وسعت کار مجبور به مدلسازی نیروگاه در یک قسمت از ناحیه کنترل بار شدیم که IGV تنها در این بازه در 5 درصد مقدار حداکثر خود قرار دارد.
در این پروژه ضمن بررسی نحوه عملکرد نیروگاه به ویژه در حالت کنترل بار فرکانس به مدلسازی نیروگاه از نوع V94.2 با سیستم کنترل TELEPERM-XP با ظرفیت 159 مگاوات می پردازیم که توسط شرکت مپنا در بیشتر نیروگاه های در دست احداث از جمله ارومیه – جهرم – عسلویه – دماوند و کرمان و… در حال اجرا است. این نیروگاه ها از نوع تک محوره و قابل کار با دو سوخت گاز و گازوئیل می باشد.
تعداد صفحه : 110
این فایل در قالب ورد و قابل ویرایش در 230 صفحه می باشد.
مقدمه
این فصل عمدتاً روی موضوعات انتقال جرم و حرارت تمرکز می یابد چون آنها برای خنک سازی اجزا ی دستگاه توربین بکار می روند و انتظار می رود که خواننده با اصول مربوطه در این رشته ها آشنایی داشته باشد. تعدادی از کتابهای فوق العاده (1-7) در بررسی این اصول توصیه می شوند که شامل Streeter، دینامیک ها یا متغیرهای سیال Eckert و Drake، تجزیه و تحلیل انتقال جرم و حرارت، Incropera و Dewitt، اصول انتقال حرارت و جرم, Rohsenow و Hartnett، کتاب دستی انتقال حرارت, Kays، انتقال جرم و حرارت همرفتی, Schliching، تئوری لایه مرزی، و Shapiro، دینامیک ها و ترمودینامیک های جریان سیال تراکم پذیر.
وقتی یک منبع جامع اطلاعات موجود باشد. مولف این فصل خواننده را به چنین منبعی ارجاع میدهد. با این وجود وقتی داده ها در صفحات یا مقالات گوناگون پخش شده باشند, مولف سعی می کند که این داده ها را در این فصل بطور خلاصه بیان نماید.
فهرست اسامی نمادها
a- سرعت صورت
b- بعد خطی در عدد دورانی
Ag – سطح خارجی ایرفویل
- عدد شناوری
BR,M- نرخ وزش
CP- حرارت ویژه در فشار ثابت
d-قطر هیدرولیکی
e- ارتفاع آشفته ساز
-عدد اکرت
g- شتاب جاذبه زمین
FP= پارامتر جریان برای هوای خنک سازی
G= پارامتر ناهمواری انتقال حرارت
Gr= - عدد گراشوف
h- ضریب انتقال حرارت
ht- ضریب انتقال حرارت افزایش یافته با آشفته سازها
- نسبت شار اندازه حرکت
k- رسانایی حرارتی
-رسانایی حرارتی سیال
L-طول مرجع
m-نرخ جریان جرم
mc- نرخ جریان خنک سازی
M= - نرخ دمش
Ma= V/a- عدد ماخ
rpm وN- سرعت روتور
NUL= hL/kf- عدد نوسلت
Pr= -عدد پرانتل
PR= نسبت فشار کمپرسور
Ps=فشار استاتیک
Pt= فشار کل
Ptin-فشار کل ورودی
Q- نرخ انتقال حرارت- نرخ انتقال انرژی
- شار حرارتی
p- شیب بام آشفته ساز
r- وضعیت شعاعی
R- شعاع میانگین, شعاع محفظه احتراق (کمباستر), مقاومت, ثابت گاز
Ri-شعاع موضعی تیغه
RT- شعاع نوک تیغه
Rh=شعاع توپی یا مرکز تیغه
Red= - عدد رینولدز براساس قطر هیدرولیکی d
ReL= - عدد رینولدز براساس L
Ro= b/U - عدد دورانی
Ros= 1/Ro- عدد Rossby
s-فاصله سطح نرمال شده
St- عدد استانتون
t- زمان
Tc- دمای هوای خنک سازی و نیز دمای تخلیه کمپرسور
Tf- دمای فیلم سطح
Tg- دمای گاز
Tgin- دمای گاز ورودی
Tm- دمای فلز و نیز دمای لایه مخلوط سازی
Tref- دمای مرجع
Tst- دمای استاتیک موضعی
Tu- شدت جریان آشفتگی
- نوسان سرعت محوری محلی
uin- سرعت گاز ورودی
U,V,W- مولفه های سرعت جریان خنک سازی یا جریان اصلی در جهات z, y, x
w- پهنا
- زوایه شیب جت فیلم
- زاویه بین فیلم جت و محورهای جریان اصلی
- نسبت حرارتی ویژه
- ضریت حجمی انبساط حرارتی, همواری سطح
- قابلیت انتشار حرارتی گردابی
- قابلیت انتشار اندازه حرکت گردابی
- تاثیر انتقال حرارت
- تاثیر خنک سازی
- بارزه حرارتی
- ویسکوزیته مطلق گاز
- چگالی
- حد تنش گسیختگی
- فرکانس دورانی
زیر نویس ها
aw- دیوار آدیاباتیک d- براساس قطر لبه هدایت کننده (سیلندر)
b- جسم o-کل
C- خنک کننده w-دیوار
- ویژگی جریان اصلی(جریان آزاد)tur-توربین
f- فیلم hc- آبشار داغ
خنک سازی توربین بعنوان یک تکنولوژی کلیدی برای بهینه سازی موتورهای توربین گازی
عملکرد یک موتور توربین گازی تا حد زیادی تحت تاثیر دمای ورودی توربین می باشد و افزایش عملکرد قابل توجهی را می توان با حداکثر دمای ورودی مجاز توربین بدست آورد. از نقطه نظر عملکردی، احتراق با دمای ورودی توربین در حدود می تواند یک ایده ال به شمار آید چون هیچ کاری برای کمپرس کردن هوای مورد نیاز برای رقیق کردن محصولات احتراقی به هدر نمی رود. بنابراین روند صنعتی جاری, دمای ورودی توربین را به دمای استوکیومتری سوخت بخصوص برای موتورهای نظامی, نزدیکتر می کند. با این وجود دمای مجاز اجزای فلزی نمی تواند از تخطی کند. برای کارکردن در دماهای بالای این حد, یک سیستم موثر خنک سازی اجزا مورد نیاز است. پیشرفت در خنک سازی, یکی از ابزار اصلی برای رسیدن به دماهای ورودی توربین بالاتر میباشد و این امر به اصلاح عملکرد و بهبود عمر توربین منتهی می شود. انتقال حرارت یک عامل مهم طراحی برای همه بخش های یک توربین گاز پیشرفته بخصوص در بخش های توربین و محفظه احتراق می باشد. در بحث وضعیت خنک سازی مصنوعی بخش داغ، باید به خاطر داشته باشید که طراح توربین مرتباً تحت فشارهای شدید برنامه زمانبدی توسعه, قابلیت پرداخت, دوام و انواع دیگر محدودیت های درون نظامی می باشد و همه اینها قویاً انتخاب یک طرح خنک سازی را تحت تاثیر قرار میدهند.
این فایل درقالب ورد و قابل ویرایش در 180 صفحه می باشد .
پایان نامه کلیات و اجزاء توربین گاز
فهرست مطالب
۱- ۱- توربین گاز
۱- ۱- ۱- کمپرسور
۱- ۱- ۲- سیستم احتراق
۱- ۱- ۲- ۲- نازل سوخت
۱- ۱- ۲- ۳- جرقه زن
۱- ۱- ۲- ۴- شعله بین
۱- ۱- ۲- ۵ – لوله های مرتبطه شعله
۱- ۱- ۲- ۶- قطعه انتقال دهنده گاز داغ
۱- ۱- ۳- توربین گاز
۱- ۲- اجزای فرعی توربین گاز
۱- ۲- ۱- اجزای راه انداز
۱- ۲- ۲- جعبه دنده
۱- ۲- ۳- کوپلینگ
۱- ۲- ۴- کلاچ ها
۱- ۲- ۵- یاتاقانها
۱- ۱- یاتاقان تراست با بار
۱- ۲- یاتاقان تراست بی بار
۱- ۲- ۶- اجزای دیگر
۱- ۳- سیستمهای فرعی توربین گاز
۱- ۳- ۱- سیستم روغنکاری
۱- ۳- ۲- سیستم آب خنک کن
۱- ۳- ۳- سیستم سوخت توربین های گازی
۱- ۳- ۴- سیستم هوای خنک کن
۱- ۴- کنترل و حفاظت توربین گاز
۱- ۵- مزایا و معایب توربین گاز
۲- ۱- نگرش کلی بر توربینهای گاز
۲- ۲- مقایسه نیروگاه گازی با نیروگاههای دیگر
۲- ۳- فرآیند توربینهای گاز
۳- ۳- سیکل استاندارد هوایی براتیون
۲- ۵- نسبت فشار برای حداکثر کار خالص ویژه سیکل نظری
۲- ۶- سیکل عملی براتیون
۲- ۷- راندمان محفظه احتراق
۲- ۸- بازده پلی تروپیک
۲- ۹ـ تعیین معادله راندمان پلی تروپیک
۲- ۱۰- نسبت فشار برای حداکثر کار خروجی در سیکل عملی توربین گاز
۲- ۱۱- نسبت فشار برای حداکثر راندمان حرارتی سیکل عملی
۳- ۱- توربین گاز با بازیاب
۳- ۱- ۱- توربین گاز همراه با بازیاب حرارتی مبدل حرارتی
۳- ۱- ۲- روش تولید بخار با استفاده از بویلرهای بازیاب
۳- ۲- سیکل توربین گاز با گرم کم مجدد
۳- ۳- توربین گاز با تزریق بخار
۳- ۳- ۱ـ توربین گاز با تزریق بخار به ورودی توربین گاز
۳- ۳- ۲- توربین گاز با تزریق بخار به خروجی کمپرسور
۳- ۴- توربین گاز با خنک کاری
۳- ۴- ۱- خنک کاری میانی
۳- ۴- ۲- خنک کاری بوسیله پاشش آب به ورودی کمپرسور
۳- ۴- ۳- خنک کاری هوای ورودی به توربین بوسیله سیستم ذخیره یخ
۳- ۴- ۴- خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور به وسیله چیلر تراکمی
۳- ۴- ۵- خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور به وسیله چیلر جذبی
۳- ۵- مقایسه کلی روشهای موجود وانتخاب روشهای مفیدبه منظورافزایش قدرت خروجی ازتوربین گاز
فصل چهارم فعالیتهای انجام شده در زمینه سیستم Fog
۴ـ۱ـ Mee Industries Inc
۴ـ۲ـ Henry Vogt
۴ـ۳ـ Premier Industries Ins
اجزای اصلی کولر تبخیری
۵- ۱- تاثیر سرمایش هوا بر روی کمپرسور توربین گاز
۵- ۱- ۱- دمای خروجی از کمپرسور
۵ـ۱ـ۲ـ کار کمپرسور
۵- ۱- ۳- نسبت فشار
۵- ۱- ۴- شرایط کارکرد
۵- ۱- ۵- افت دما در رابطه مافوق صوت
۵- ۲- تاثیر سرمایش هوا بر روی اتاق احتراق
۵- ۳- تاثیر سرمایش هوا بر روی توربین
۵- ۳- ۱- دمای خروجی از توربین
۵- ۳- ۲- کار خالص توربین
۵- ۴- تاثیر سرمایش بر روی راندمان کلی توربین گاز
۵- ۵- عوارض جانبی و عوامل تاثیر گذار بر تور بین گاز
۵- ۵- ۱- تاثیر ارتفاع
۵- ۵- ۲- افت فشار ورودی
۶- ۱- پروژه افزایش قدرت واحد گازی با استفاده از سیستم خنک کننده Fog
۶- ۲- معیارهای انتخاب برای سیستم های خنک کن ورودی
۶- ۳- خنک کاری پاششی در ورودی توربین گاز
۶- ۴- تولید Fog
۶- ۴- ۱- توزیع اندازه ذرات
۶- ۵- ملاحظات خوردگی در کمپرسورهای توربین گاز
۶- ۶- نحوه توزیع Fog فاکتور موثر بر تبخیر
۶- ۷- نازلها، پمپها و سایر تجهیزات
۶- ۸- سیستم کنترل
۶- ۹- مکان نازلها در توربین گازی
۶- ۱۰- کیفیت آب مصرفی
۶- ۱۱- لیست نیازها و موارد نگهداری سیستم Fog توربین گازی
۶- ۱۲- نمودار رطوبت سنجی پاشش ورودی
۶- ۱۳- شرایط محیطی و قابلیت کاربرد پاشش Fog در ورودی
۶- ۱۴- بررسی امکان استفاده از سیستم Fog در نواحی مختلف آب و هوایی
۶- ۱۵- تخمین کل هزینه های سرمایه گذاری نخستینی سیستم Fog
۶- ۱۶- مطالعات و آزمایشهای انجام شده
فاگ فشار ضعیف
۷- ۱- زمینه اولیه
۷- ۲- Fog فشار قوی
۷- ۳- نحوه قرار گیری نازلها در فاگ فشار ضعیف
۷- ۴- عوامل فیزیکی
۷- ۵- انجام عملی
۷- ۶- نازلهای فاگ فشار ضعیف
۷- ۷- PACT افزایش قدرت به وسیله تکنولوژی خنک سازی هوای ورودی
۷- ۸- دلایل نصب سیستم خنک کننده در ورودی آن
۷- ۹- کاهش NOx
۷- ۱۰- سیستم فاکینگ PACT
۷- ۱۱- مواد و جزئیات دیگر
۷- ۱۲- محاسبه نمونه
۷- ۱۳- دلایل اقتصادی فاگ فشار ضعیف
ضمائم و پیوستها
پیوست۱ نمودار مقایسه قطر ذرات آب بر حسب حجم قطرات آب
پیوست۲ نمودار میزان انتشار Noxدر ازای افزایش درجه حرارت محیط
پیوست۳ نمودار قدرت بر حسب دما در طول یک شبانه روزپ
یوست۴ نمودار میزان انتشار CO2 در ازای افزایش درجه حرارت محیط
پیوست ۵ نمای ظاهری یک توربین گاز
پیوست ۶ جدول مقایسه نسبی هر کدام از روشها از نظر هزینه سرمایه گذاری شده
پیوست ۷ نحوه چیدمان نازلهای سیستم در قبل از اتاق فیلتر
پیوست ۸ نمودارهای مقایسه روش فاگ با روشهای دیگر
پیوست ۹ تصویر کلی از یک سیستم پمپ اسکید و اجزائ متعلق به آن پیوست ۱۰ تصویری از یک فیلتر مدیا
پیوست ۱۱ جدول مقایسه روش فاگ با دیگر روشها از نظر اقتصادی از نظر تغییرات سیستم
پیوست ۱۲ نمودار مقایسه روش فاگ با دیگر روشها از نظر اقتصادی