افزايش راندمان نيروگاه سيكل تركيبي (بخار و گاز) بااستفاده از چيلر جذبي ليتيم برمايد

در فصل تابستان بخش از آب خنك*كني كه در نيروگاه مورد استفاده قرار نمي**گيرد مي*تواند به منظور افزايش توان الكتريكي و راندمان چرخه تركيبي (بخاري- گازي) كه با يك چيلر جذبي ليتيم برمايد تركيب شده است مورد استفاده قرار گيرد.
در مقاله حاضر آناليز عددي توان الكتريكي و راندمان خالص نيروگاه تركيبي نشان داده شده است. تحليلها بر اساس مدل رياضي چيلر كه آزمايش واجرا شده با مشخصه COM-GAS بيان شده است.
انگيزه اين كار:همانطور كه مي*دانيم كاهش درجه حرارت هواي ورودي به توربين گاز راندمان ترموديناميكي واحد را بالا مي*برد اما در اين بين مشكلي وجود دارد و آن اين است كه بايد حجم زيادي از هواي ورودي خنك شود. هدف اين مقاله ارايه روشي براي خنك*سازي هوا با استفاده از چيلر جذبي است. در ابتدا اثربخشي خنك سازي را بر روي عملكرد توربين گاز تعيين كرده و سپس مدل رياضي يك چيلر جذبي آب – ليتم برمايد (يك مرحله*اي)*ارايه خواهد شد كه شامل تبخير*كننده، جاذب فشار پايين، ژنراتور (مولد) فشار بالا،*چگالنده و يك مبدل است كه توسط يك منبع حرارتي با دماي بالا تغذيه مي*شود عليهذا كاركرد چيلر جذبي در يك سيكل تركيبي تحليل خواهد شد.
چيلر جذبي سيستمي است كه براي ايجاد برودت نياز زيادي به توان الكتريكي ندارد اما تقريباً*حرارت زيادي مصرف مي*كند. نتايج آناليز عددي يك سيكل واقعي تركيبي با يك چيلر جذبي و توربين گاز كه درمنطقه Gorzou واقع شده نشان داده شده است، محاسبات و عملكرد بدست آمده با مشخصه COM-GAS در ذيل آمده است.
• مدل رياضي چيلر جذبي ليتيم برمايدتا اجزاي حرارتي چيلر جذبي فعال نشود توان ورودي مورد نياز نيست.
چيلر جذبي ليتيم برمايد از آب بعنوان سيال سيكل استفاده كرده و ليتيم برمايد نقش جاذب را بازي مي*كند. يك چيلر جذبي يك مرحله*اي Libr جهت سيستم برودت معمولاً شامل يك تبخير*كننده، جاذب، مولد، چگالنده و يك مبدل حلال است.
سيستم نيازمند يك منبع حرارتي است كه بايد حداقل دماي 85 درجه سانتي*گراد داشته باشد تا به يك ضريب كارايي (COP) قابل قبول برسد. تكنولوژي چيلرجذبي تقريباً *در پيك سرمايش خود ضريب كارايي 0،7 را تامين كرده و تا دماي*هاي 168 درجه سانتي*گراد نيز عمل مي*كند. چيلرهاي جذبي چند مرحله*اي وقتي بكار گرفته مي*شوند كه منبع حرارتي با دماهاي بالا وجود داشته باشد كه البته ضريب كارايي COP بالاتري نيز حاصل مي*شود. در چيلر جذبي يك پمپ نياز است تا نيروي ضعيفي ايجاد كرده و محلول ليتيم برمايد را از جاذب 4 به جداكننده 7 و سپس از ميان مبدل حرارتي 6 عبور دهد. دماي محلول در مبدل حرارتي بالا رفته و در جداكننده انرژي حرارتي به آن اضافه مي*شود، سپس محلول شروع به جوشيدن كرده و مبرداز آن جدا مي*شود. بعد از آن جريان بخار از جداكننده عبور كرده به چگالنده 1 مي*رسد. در چگالنده حرارت به محيط پس داده شده و مبرد چگالش پيدا مي*كند.
جريان چگالنده به تبخير*كننده و سپس وارد شير انبساط شده و منبسط مي*شود. سپس در تبخيركننده مبرد بخار شده و به جاذب برمي*گردد.
يك بخش كوچكي ازمبرد از تبخيركننده جدا شده و به عنوان مايع (سرريز) خارج مي*شود. محلول غليظ ليتيم برمايد موجود در جداكننده و جريان در جاذب در مبدل حرارتي و در يك سيكل بسته تبادل حرارتي انجام مي*دهند.
در جاذب بخار بوسيله محلول ليتيم برمايد جذب مي شود. سپس محلول غليظ ليتيم برمايد قوياً تغيير حالت داده و به محلول رقيق (آبدار) تبديل شده و حرارتش را دفع مي*كند. مدل رياضي پيشنهاد شده به شرح زير است:
در تبخيركننده مبرد در دماي t2z به حالت اشباع در مي*آيد (آب خنك كن خروجي)
فشار اشباع درنقطه 2 براي دماي t2=t2z-?TEvap محاسبه مي*شود. در مرحله اول محاسبات عددي آنتالپي در نقطه 1 فرض شده و مقدار آن برابر 130kj/kg لحاظ مي*شود. در نقطه 3 مبرد در حالت مايع اشباع است و آنتالپي آن 23.5kj/kg است. سپس برنامه نياز به حرارت ورودي در تبخيركننده دارد. جرم در نقطه 1 در مراحل بعدي محاسبه مي*شود. در نقطه 16 كسر جرمي و دماي محلول بايد براي شروع محاسبات داده شوند. دماي جداكننده بر اساس تفاوت بين دماي خروجي (نقطه 6z) و اختلاف دماي در جداكننده قرارداده مي*شود يعني t16=t6z-?tDes مقدار كسر جرمي محلول نيز فرض مي*شود: براي مثال 60% ليتيم برمايد.
سپس بخار اشباع P16=Pdes و آنتالپي در جداكننده تعيين مي*شوند.
فشار در نقطه 16 به ميزان فشار در نقطه 29 است. سپس محاسبات در تبخيركننده مي*تواند انجام شود. دبي جرمي بخار m6 با معادله محاسبه شده و جرم در جاذب فرض مي*شود كه براي محلول غليظ و رقيق m5=m6 است.
دما در نقطه t26 برابر ميانگين حسابي t26=(t57+t16)/2 است و جرم m26 از معادله 10 و 11 بدست مي*آيد.
محاسبات بالا بر طبق مدل رياضي معرفي شده و برنامه كامپيوتري با زبان فرترن بدست آمده است كه شامل الگوريتم تشريح شده در بالا و جداول رياضي است كه براي خواص سيال آمده است.
مدل بر اساس زيرشاخه*هايي است كه با مشخصه COM-GAS اجرا شده است.
3- اجراي برنامه COM-GAS
برنامه COM-GAS اين امكان را فراهم مي*كنند تا هر سيكل ترموديناميكي را بر اساس سطوح طراحي ناميده شده محاسبه كند. اين برنامه در IMP PAN گدانسك در دپارتمان برق شيمي و حرارت نوشته شده است.
تمام قسمتهاي برنامه (شاخه*هاي برنامه) در محيط برنامه*نويسي فرترن و بخش بصري آن در محيط دلفي نوشته شده است. يك قسمت جديد كه در برنامه COM-GAS به اجرا درآمده چيلر جذبي است. اين بخش از زير مجموعه برنامه خارج از كارهاي (8و4-1) آزمايش شده است. اين كار اين امكان را فراهم مي*كند تا سيكل ترموديناميكي، توليد همزمان برق و حرارت و توليد حرارت و سرما را محاسبه كند.
اطلاعات به شرح ذيل نياز است تا محاسبات چيلر انجام شود:
• محلول غليظ و رقيق ليتيم برمايد
• دماي ورودي و خروجي تبخير*كننده
• دماي ورودي به جاذب
• راندمان حرارتي قسمتهاي (اجزاي) چيلر
• اختلاف درجه حرارت بويژه در اجزاي چيلر
در نهايت دما، فشار و حرارتي كه در نقاط خارجي ايجاد مي*شود، براي نمونه در نقاط برداشتي بخار توربين مورد نياز است.
بر اساس نتايج، خنك*سازي شار حرارتي و شارهاي حرارتي در هر قسمت از چيلر و ضريب كارايي (عملكرد) چيلر (COP) بدست مي*آيد.
راه*اندازي واحد
EC Gorzow wielkpoloski بوسيله يك چيلر جذبي
اجازه دهيد سيكل تركيبي گازي و بخار شبيه Ec Gorzow را بررسي كنيم.
3 وضعيت فرضي پيش رو داريم كه در 3 سناريو به شرح زير به آن مي*پردازيم:
1- راه*اندازي سيكل تركيبي توربين گازي و بخار (كندانسور و توربين پس فشار)
2- راه*اندازي سيكل تركيبي توربين گازي و بخار (كندانسور و توربين پس*فشار) با چيلر جذبي كه در آن هواي ورودي به كمپرسور خنك مي*شود.
3- راه*اندازي سيكل تركيبي توربين گازي و بخار (كندانسور و توربين پس*فشار) باچيلر جذبي كه در آن خنك*سازي در طبقه مياني كمپرسور انجام مي*پذيرد.
سناريوي اولدر اين حالت راندمان و توان سيكل تركيبي براي تغييرات دماي ورودي اندازه*گيري شده است.
اطلاعات اوليه بكار گرفته شده به شرح زير هستند:
- دبي جرمي هواي ورودي 174.2kg/s
- دبي سوخت 8.09kg/s
- دماي خروجي براي بازيافت در توربين بخار 160 درجه سانتي*گراد
- فشار خروجي در كندانسور 0.1Mpa كه به دليل پس*فشار بودن توربين است (سناريوي Ia) و 5kpa براي حالتي كه توربين با كندانسور بكار گرفته مي*شود (سناريوي Ib)
- نمودار تئوري و نتايج محاسبات براي سيكل تركيبي با توربين پس*فشار در حالتي كه دماي ورودي هوا 30 درجه* سانتي*گراد است.

سناريوي دومدر حالتي كه چيلر جذبي تك مرحله*اي نقش يك مبدل حرارتي را ايفا مي*كند.
در اين حالت دماي ورودي به كمپرسور از 30C به 15C سانتي*گراد كاهش *مي*يابد.
چيلر جذبي بوسيله بخار تري كه از توربين بخار خارج مي*شود (معمولاً فشار آن 0.3Mpa) تغذيه مي*شود. نتايج محاسبات براي سيكلي كه با حالت بكارگيري چيلر جذبي ليتيم*برمايد براي سناريوي 1 است.
سناريوي سومحال اجازه دهيد به بررسي حالتي بپردازيم كه عمده فعاليت بكارگيري چيلر جذبي در طبقه مياني كمپرسور (خنك سازي مياني) است. تغيير درجه حرارت در خنك*سازي مياني فرض شده است كه برابر 50C باشد. به عنوان مثال سيكل بخار و توربين گاز با وجود توربين كندانسوري و چيلر جذبي به عنوان خنك*كن مياني است.
نتيجه*گيرينتايج در حالتي كه خنك*سازي بوسيله چيلر جذبي صورت مي*گيرد افزايش قابل توجهي رادر توان توربين گاز نشان مي*دهد. متاسفانه اين موضوع بيانگر افزايش راندمان واحدهاي بطور مجزا نيست و تنها در سيكل II با توجه به بكارگيري توربين پس*فشار افزايش راندمان كل سيكل به چشم مي*خورد.
در حالتي كه توربين – كندانسور داريم و از جريان زيركش بخار استفاده نمي*شود يك منبع حرارتي براي چيلر جذبي داريم كه باعث مي*شود مقدار قابل توجهي از توان توربين كاسته شده ولي در مجموع توان سيكل افزايش يابد.
تنها موردي كه در آن كاهش دماي ورودي صرفاً* باعث افزايش ميزان قابل توجهي در راندمان توربين مي*شود وقتي است كه تنها سيكل توربين گاز داشته باشيم. براي مثال درواحد «ولادي اسلو» كه با چيلر جذبي توليد توان الكتريكي و حرارت مي*كند اين موضوع به چشم مي*خورد چرا كه در آن توربين بخار وجود ندارد. در مواردي كه سيكل تركيبي متشكل از توربين بخار پس فشار است استفاده از چيلر جذبي باعث افزايش كمي در راندمان سيكل مي*شود.
براي واحدهايي كه توليد حرارت و توان الكتريكي مي*كنند منفعت زيادي از آن در غير از فصل گرما حاصل مي*شود. دراين فاصله زماني توربينها بكار گرفته نشده يا بعضي از آنها كاملاً خاموش هستند. لذا چنين پيكربندي با لحاظ كردن چيلر جذبي ما را قادر مي*سازد تا براي تمام فصول با حداكثر راندمان از آنها بهره*برداري كنيم بدون اينكه آنها را خاموش كرده يا محدود سازيم. چيلر ممكن است مستقيماً*به يك مبدل متصل شده و ميزان قابل توجهي از انتقال حرارت را كه به خود جذب كرده به آب خنك كني كه ممكن است براي خنك*سازي هواي ورودي يا خنك*سازي در طبقه مياني مورد استفاده قرار مي*گيرد عرضه كند يا براي احتياجاتمان (بطور مثال تهويه مطبوع) آن را مورد استفاده قرار دهيم. يك ميزان قابل توجهي كاهش درتوان خروجي در موردي كه كندانسور داريم مطرح است (مشاهده مي شود) يعني بخار نمي*تواند كاري در توربين انجام دهد (چون منبسط شده است) اما مي**تواند به چيلر هدايت شود.
چيلر جذبي بعضي محدوديتهايي نيز به همراه دارد از آن جمله كه حداقل دماي كاركردي آن 85 درجه سانتي*گراد و فشار 0.1 مگاپاسكال است.
اين دليلي است براي اينكه چرا سيكل*هاي تركيبي با توربينهاي كندانسوري امكاني براي استفاده از چيلر جذبي ندارند مگر اينكه ما يك منبع آزاد حرارتي داشته باشيم مثل منبع زمين*گرمايي كه در دسترس باشد. طبعاً راندمان چنين سيستمي بزرگتر و بيشتر خواهد بود.

نیروگاههای تولید برق درایران چطورکار می کنن؟ آیا این درسته که می گن تمام منابع زیرزمینی آب اطراف نیروگاهها کاملا" از بین می ره؟