دانلود پایان نامه ارشد : استفاده از روش هاي تركيبي با ديدگاه آناليز اگزرژي

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک 

گرایش : مهندسی سيستمهاي انرژي

عنوان :  استفاده از روش هاي تركيبي با ديدگاه آناليز اگزرژي

دانشگاه صنعتي خواجه نصير الدين طوسي

دانشكده مهندسي مكانيك

پايان‌نامه براي دريافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی سيستمهاي انرژي

 استفاده از روش هاي تركيبي با ديدگاه آناليز اگزرژي به منظور اصلاح سيكل توربين گازي با توليد همزمان آب شيرين در سيستم تقطير چندمرحله اي و امكان سنجي اقتصادي آن

اساتيد راهنما:

دکتر مجيد عميدپور

 دکتر مسعود ضياء بشرحق

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در حال حاضر در کشور ايران توربين هاي گازي زيادي در حال توليد انرژي الکتريکي مي باشند که راندمان آنها در حدود 30% تا 40%  بسته به شرايط محيطي و عملکردي است، در واقع دو سوم از اين انرژي حاصل از احتراق سوخت از طريق دود خروجي و اتلافات حرارتي هدر مي رود. جهت افزايش راندمان اين توربين هاي گازي و صرفه جويي در مصرف سوخت مي توان از دود خروجي جهت راه اندازي واحدهاي توليد آب شيرين بهره برد. تعداد نسبتا قابل توجهي از اين نيروگاهها در مناطقي از کشور واقع شده که دسترسي به آب شور نيز وجود دارد. در اين راستا مي توان اصلاحاتي را نيز جهت افزايش راندمان سيکل توربين گاز پيشنهاد داد. هدف عمده در اين پايان نامه ، ترکيب واحد توليد آب شيرين با سيکل اصلاح شده در نيروگاه توربين گازي خليج قارس مي باشد که افزايش راندمان بازيافت حرارت و توليد بهينه آب شيرين را نتيجه خواهد داد. ابتدا با استفاده از يک بويلر بازياب دود خروجي توربين گاز جهت توليد بخار مورد نياز واحدهاي آب شيرين کن استفاده مي شود. با توجه به درصد شوري آب مورد استفاده در واحدهاي شيرين سازي آب و شرايط اقليمي وپارامترهاي عملکردي نيروگاهي ميتوان آب شيرين را با درجه خلوص مطلوب توليد کرد. در اين پروژه واحد ابشيرين كن تبخير چندمرحله اي به منطور توليد اب شيرين و استفاده از حرارت بازيافت در  نظر گرفته شده است.همچنين امكان سنجي اقتصادي استفاده همزمان از سيستم ابشيرين كن اسمز معكوس بررسي ميشود.نيروگاه خليج فارس يك نيروگاه سيكل تركيبي است كه در حال حاضر به صورت سيكل باز (توربين گاز) بهره برداري ميشود و داراي 6 واحد توربين گاز با قدرت نامي هر واحد 165 مگاوات است.نيروگاه در فاصله 20 كيلومتري دريا قرار دارد و سيستم خنك كن از نوع هوايي است.

واژه های کلیدی: آناليز اگزرژي،توليد همزمان توان و آب شيرين در سيستم تقطير چندمرحله اي،امكان سنجي اقتصادي اسمز معكوس در يك سيستم پيوندي  

فهرست مطالب

عنوان         صفحه

فصل1 مقدمه ………………………………………………………..1  

  • مقدمه…………………………………………………………..2

فصل2 طراحي ترموديناميكي و تحليل اگزرژي سيكل توربين گازي………………………10

2-1. مقدمه………………………………………………………………..11

2-2.مدل ترموديناميكي سيكل………………………………………………….11

2-2-1كمپرسور……………………………………………………………………………..12

2-2-2 بررسي آناليز اگزرژي توربين گازي……………………………………..15

2-2-3 بهبود عملكرد سيكل…………………………………………………….17

2-3 سيستم تبريد جذبي ليتيوم-برومايد…………………………………………………..21

2-4بررسي يك مرحله از واحد آب شيرين كن تبخيري با افت ناگهاني فشار…………………………………24

.2-4-1- مدلسازي رياضي فرايند آب شيرين كن تبخيري با افت ناگهاني فشار………………………28

فصل3 امكان سنجي توليد آب شيرين نيروگاه خيج فارس……………………………………………32

3-1. مقدمه…………………………………………………………………..33

3-2.تعيين محل آب گيري در دريا………………………………………..34

3-2-1. وضعيت امواج…………………………………………………………34

3-2-2جزر ومد……………………………………………………………………..34

3-2-3 تعيين موقعيت سايت……………………………………………………….34

3-2-4 تعيين روش مناسب آب گيري از دريا………………………..35

3-2-5 تعيين محاسبات بالانس حرارتي بويلر بازياب……………………………………….36

3-2-6تعيين مشخصه هاي ترموديناميكي بويلر بازياب…………………………………37

3-2-7استفاده از برق توليدي بويلر بازياب………………………………………..38

3-2 فاكتورهاي موثر در هزينه هاي توليد………………………………………………38

فصل4 بررسي اقتصاد واحد توليد همزمان برق و آب شيرين…………………………………….41

4-1. بررسي اقتصاد آب شيرين كنها………………………………….42

4-1-1 روش MSF……………………………………………………42

4-2.بررسي هزينه هاي سرمايه گذاري در انواع مختلف آب شيرين كنها……………………………..45

فصل5 روشهاي بهبود عملكرد سيكل توربين گازي با هدف گذاري در نقطه بهينه……………………………………48

5-1. سيستم تبريد جذبي………………………………………………………….49

5-1-1. مقدمه…………………………………………………………49

5-2-. اثرات تغييردما بر پارامتر هاي عملكردي توربين گازي…………………………………………………50

5-3 مزايا و معايب…………………………………………………………52

5-4. طرح فني سيستم سرما ساز……………………………………………………………..53

5-5. نتايج حاصل از شبيه سازي درASPEN…………………………………………………56

5-6 محاسبات اگزرژي در واحد توليد توان و آب شيرين……………………………..60

5-6-1 محاسبات اگزرژي در بويلر احتراق كمكي…………………………………………..67

5-7 هزينه هاي احداث و نصب بويلر بازياب………………………………………………………67

5-8سيستم عملكردي يك واحد تبريد جذبي ليتيوم-برومايد………………………………………..68

5-9نتايج حاصل از بهره برداري از دو واحد  MSFبا افزايش ظرفيت بار در يك واحد توربين……………………71

5-10محاسبه بار سرمايشي………………………………………78

5-11 بررسي وضعيت آب وهوايي محل استقرار نيروگاه………………………………………….82

5-12 آناليز اقتصادي……………………………………………………………………………………….85

5-13تحليل و ارزيابي ترموديناميكي فرايند خنك كاري لايه اي توربين بر عملكرد سيكل………………..86

5-14مطالعه فرايند خنك كاري…………………………………………….88

515 مدلسازي توربين……………………………………………………………………….90

5-16مدل خنك كاري داخلي……………………………………………………………………..92

5-17 مدل خنك كاري نفوذي…………………………………………………………92

5-19 تحليل ترموديناميكي سيكل…………………………………………………..95

5-20تجزيه وتحليل نتايج………………………………………………………………………….98

5-21پارامتر هاي انتخاب سيستمي براي واحدهاي آب شيرين كن……………………..109

5-22 مقايسه سيستم اسمز معكوس با سيستم تبخير چند مرحله اي…………………………………….109

5-23 نتيجه گيري…………………………………………………………..113

مرجع ومنابع……………………………………………………………..114

. مقدمه

توربين گاز مولد نيرويي است كه مقدار زيادي انرژي را نسبت به ابعاد و وزنش توليد ميكند. اين وسيله دربيست سال گذشته خدمات قابل توجهي را در عرصه هاي صنعت و تكنيك ارائه نموده است.

امروزه كاربرد توربين هاي گاز در نيروگاه ها و به عنوان مولد برق بسيار با ارزش وحياتي ميباشد.

علاوه بر ان در صنايع ديگر مانند صنايع پتروشيمي،صنايع فضايي،سكوهاي دريايي،ترن ها و غيره كاربرد گسترده اي پيدا كرده است.در مورد معايب توربين گازي ميتوان به پايين بودن بازدهي و لزوم تعميرات اساسي بعد از تعداد ساعات كاركرد كمتر و تغييرات قدرت و بازدهي ان بر اساس تغييرات جوي اشاره نمود. امارهاي موجود حاكي از ان است كه در حدود 38 درصد از ظرفيت نيروگاه هاي كل كشور از طريق  176 واحد توربين گازي با ظرفيت اسمي 9500 مگاوات تامين ميشود. اما به علت شرايط اب و هوايي كشور خصوصا در مناطق مركزي و جنوب كه عمدتا تابستانهاي گرم و طولاني دارد اين توربينها با افت قدرت و بازدهي مواجهه ميشوند. به طوريكه ميتوان گفت حدود 1900 مگاوات(20 درصد توان اسمي) از ظرفيت توربين گازي در اين فصول كاهش مي يابد.

تئوري توربين هاي گازي خيلي زودتر از زمانيكه امكانات تكنولوژيكي به مهندسين توانايي ساخت آنها را فراهم اورد،مطرح شد.در حال حاضر كاربرد توربين هاي گاز بسيار متنوع و گسترده شده است و آنها را به يك وسيله قابل اعتماد و موثر در ابزار مولد قدرت تبديل كرده است.يكي از اصول اساسي در طراحي، اصل صرفه جويي انرژي و بهينه سازي مصرف است.يكي از روشهاي توليد اب شيرين استفاده از انرژي خروجي اگزوزهاي توربين گازي ميباشد

در اين روش ضمن جلوگيري از اتلاف انرژي ، آلودگي محيط زيست نيز كاهش مي يابد.تا كنون كوششهاي زيادي در جهت افزايش عملكرد توربين هاي گازي انجام شده است و براي بهبود كارايي بيشتر توربين در اجزاء مختلف توربين اصلاحاتي صورت گرفته شده  به نظر مي رسد با توجه به وضعيت نيروگاههاي کشور نيروگاههاي گازي بهترين گزينه موجود مي باشند. توربينهاي گازي به دليل مزايايي نظير راندمان بالا، توان توليد نسبتا زياد، قابليت استفاده مستقيم از گاز طبيعي به عنوان سوخت و هزينه سرمايه گذاري نسبتا پايين، امكان استفاده در سيكلهای تركيبي و سيستمهاي توليد همزمان توان و حرارت به عنوان يكي از مهمترين و پر استفاده‌ترين ابزار توليد توان مطرح مي باشند. توربينهاي گازي در موارد بسياري چون نيروگاههاي توليد برق و ايستگاههاي افزايش فشار گاز طبيعي به كار گرفته مي شوند

بر طبق امار ارائه شده در 80 درصد توربين هاي گازي از انواع صنعتي بزرگ كه در سراسر جهان در حال كار هستند در بين سالهاي 1965 تا 1975 راه اندازي و مورد استفاده قرار گرفته اند. اين توربين ها كه تعدادشان نيز قابل توجه است، كانديدهاي مناسب و ايده ال براي اعمال تكنيك هاي جديد هستند. تغييرات و پيشرفت هاي موجود در جهت افزايش راندمان، كاهش آلودگي، توجه به مسائل زيست محيطي واستفاده هر چه بهتر از قابليت كاردهي انرژي موجود ميباشد.

در سالهاي اخير، حجم زيادي از مقالات و پروژه هاي پژوهشي در کشورهاي حاشيه خليج فارس و شمال آفريقا به استفاده از انرژي هاي نو و انرژي هاي بازيافت شده در صنعت براي توليد آب شيرين اختصاص يافته است.

يکي از مهمترين مسائل در طراحي و اجراي اينگونه طرحها توجه به کيفيت آب شور مورد استفاده، شرايط جغرافياي محل اجراي طرح و جانمايي نيروگاه مي باشد. ضمن اينکه ظرفيت توليد آب شيرين که تابعي از توان خروجي نيروگاه وهزينه هاي مستقيم وغير مستقيم مي باشد خود نياز به پژوهش تخصصي را نشان ميدهد.سيستمهاي دو منظوره به طور گسترده اي براي توليد همزمان آب و توان مورد استفاده قرار ميگيرد. در ان سيستمها بخار در دما و فشار بالا در يك توربين گازي منبسط ميشود و توليد توان قبل از شيرين سازي اب صورت ميگيرد. چيدمانهاي مختلف از اين سيستمهاي دو منظوره قابل دسترسي است توليد توان توسط انرژي حرارتي گازهاي احتراقي در توربين راهبري شده و  از خروجي به منطور توليد بخار در محدوده فشار كم تا متوسط در ديگ بازيافت استفاده ميشود. انتخاب يك سيستم توليد همزمان نياز به ارزشگذاري فاكتورهاي اقتصادي و ترموديناميكي دارد. نسبت توليد توان به آب شيرين در سيستمهاي دومنظوره تجاري به طراحي واحد بستگي مستقيم دارد.اين نسبت در يك سيستم دو منظوره توربين گازي و ابشيرين كن تبخيري چند مرحله اي از 8 مگاوات به ازاي يك ميليون گالن انگليسي در روز تا حدود 20 مگاوات متغير است

 سيكل توربين گازي با  هدف توليد همزمان حرارت سبب كاهش مصرف سوخت در مقايسه با سيستمهاي مجزاي توليد توان و آب شيرين ميشود

در  سيستمهاي تبخير ناگهاني چند مرحله اي تبخير ناگهاني ناشي از كاهش ناگهاني فشار مايعي است كه قبلا درجه حرارت ان به نزديك نقطه جوش رسيده است.فرايند تبخير ناگهاني چندمرحله اي به صورت تبخير آب دريا و ميعان بخار حاصله به منظور توليد آب خالص ميباشد. سيستم هاي MSF

به طور معمول شامل سه بخش اصلي به صورت زير است:

  • بخش دفع حرارتHeat Rejection system))
  • بخش بازيافت حرارت(Heat Recovery Section )
  • بخش انتقال حرارت(Brine Heater)

شكل (1-1) شماتيك يك واحد تبخير فلش چند مرحله اي

شكل (2-1) آبشيرين كن تبخير ناگهاني چند مرحله اي يكبار گذر

سيستم هاي MSF به صورت يكبار گذر و با گردش مجدد وجود دارند.

در مقام مقايسه به دلايل زير، سيستم با گردش مجدد پساب از سيستم يكبار گذر بهتر است:

  • به خاطر استفاده كمتر از آب دريا،اسيد يا مواد شيميايي مصرفي كمتر است.
  • به دليل استفاده كمتر از آب دريا،گازهاي غيرقابل چگالش كم ميشود وهزينه هاي اجكتور و پمپ خلاء كاهش مي يابد و تامين خلاء آسانتر ميشود.
  • خوردگي در اثر گازهاي غير قابل چگالش مانند دي اكسيد كربن بر روي سطح داخلي محفظه تبخير ناگهاني كاهش مي يابد.
  • راندمان انتقال حرارت به علت وجود كمتر گازهاي غير قابل احتراق در محفظه بهبود مي يابد.

افزايش تعداد مراحل طرح را از نظر مصرف انرژي مقرون به صرفه ميكند. ميتوان از گازهاي خروچي توربين گازي و بخار با فشار پايين به عنوان منبع حرارتي استفاده كرد.

تبخير ناگهاني موجب ميشود دستگاه آب شيرين كن با طول عمر بيشتر و بدون رسوب كار كند  بي آنكه ظرفيت آب توليدي كم شود،از طرفي ميزان رسوب گذاري بر ميزان توليد سيستم MSF تاثيري نداشته و اين تاثير در بازدهي حرارتي سيستم ظاهر ميشود.

اهم پارامترهاي تاثير گذار در يك سيستم تبخير ناگهاني شامل ماكزيمم دماي آب شور(TBT) ،دبي آب شور گردشي[1]،دبي و دماي بخار ورودي به بخش انتقال حرارت ، دبي ورودي آب دريا و دماهاي ورودي و خروجي آب دريا ميباشد.

ماكزيمم دماي آب شور TBT)) مهمترين عامل تعيين كننده عملكرد سيستم MSF است به دليل محدوديت هاي ناشي از خوردگي و رسوب گذاري ،اين مقدار نبايد از حد معيني بيشتر باشد،غلظت و نوع مواد شيميايي موجود در آب تعيين كننده مقدار حداكثر TBT ميباشد در صورت كاهش بيش از حد مقدار TBT،اختلاف فشار لازم در كندانسور خروجي تامين نميشودو دفع گازهاي غير قابل تقطير ميسر نخواهد شد.دماي آب شور در محفظه تابعي از دماي آب خنك كن،شرايط سطوح انتقال حرارت و عملكرد اجكتور ميباشد.

يكي ديگر از پارامترهاي كليدي در طراحي سيستمهايMSF دبي آب شور گردشي ميباشد. افزايش دبي آب شور گردشي موجب افزايش نرخ توليد آب شيرين ميشود.

اما اين امر تاثير معكوس بر روي نسبت عملكرد[2] سيستم خواهد داشت.اين پارامتر به عنوان نسبت آب خالص توليدي به بخار ورودي به بخش انتقال حرارت تعريف ميشود.كاهش بيش از حد دماي آب دريا منجر به كاهش دبي آب ورودي ميشود و اين مساله سرعت رسوب گذاري در سيستم را زياد ميكند. در اينگونه مواقع مقداري از آب شور دفع شده از سيستم را به آب شور ورودي قبل از بخش دفع حرارت پمپ ميكنند كه موجب افزايش دما و سرعت مورد نياز آب شور ورودي به بخش دفع حرارت ميشود

در طراحي پايه ای[3] براي يك  سيستم جديد و در بازسازي[4] سيستم‌هاي موجود                          مي‌بايست دستيابي به اهداف زير تا حد امكان مدنظر قرار گيرد.

  • بيشترين كارايي سيستم
  • كمترين هزينه كلي
  • كمترين ميزان مصرف انرژي
  • كمترين اثرات مخرب زيست محيطي و انساني
  • بالاترين ايمني
  • بالاترين اطمينان از عملكرد مداوم و بدون نقص سيستم

تعداد صفحه :133

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --