بهینه سازی یک سیکل پیشرفته هوای مرطوب توربین گاز بروش ترمواکونومیک
/مرتضی یاری دریامان
: دانشکده :فنی مهندسی مکانیک
چاپی
فاقد اطلاعات کامل
دکتری ( ( Ph.D
رشته :مهندسی مکانیک
۱۳۸۴/۱۲/۲۵
دانشگاه :دانشگاه تبریز
سیکل هوای مرطوب توربین گاز یکی از سیکل های با بازده بالا می باشد که به مرحله تست و راه اندازی در اشل نیمه صنعتی رسیده است .جدیدترین آرایش مربوط به این سیکل بنام سیکل هوای مرطوب با رطوبت زنی نسبی هوا می باشد ,که در آن رطوبت زنی ترکیبی از رطوبت زنی هوای متراکم در برج رطوبت زن و تزریق بخار آب به هوای متراکم خروجی از برج رطوبت زن است .این سیکل به دلیل دارا بودن مزایای هردو سیکل تزریق بخار توربین گاز و هوای مرطوب توربین گاز ,می تواند به عنوان گزینه بسیار مناسبی در آینده جهت جایگزینی با سیکل های ترکیبی مطرح شود .در این تحقیق برای شبیه سازی ترمودینامیکی سیکل های هوای مرطوب توربین گاز، مدل ریاضی ساخته شد .مدل ساخته شده است .به صورت المان به المان بوده و اساسا برای هرکدام از اجزاء شامل معادلات اصل بقای جرم ، اصل بقای انرژی و همچنین محدودیت های طراحی بوده که همراه با خواص ترمودینامیکی مناسب این معادلات حاکم حل می شود .مدل های ساخته شده برای برج رطوبت زن و شبیه سازی با استفاده از داده های موجود در مقالات تایید شده و حداکثر اختلاف بین نتایج حاصل از پیش بینی و نتایج تجربی موجود ۲ می باشد .با استفاده از مدل ساخته شده بررسی پارامتریک کاملی انجام شده است .در این بررسی تاثیر نسبت فشار، دمای ورودی توربین، درصد هوای رطوبت زنی شده و همچنین تاثیر آرایش سیکل در عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفته است .این بررسی و نتایج حاصل از بهینه سازی نشان می دهد که در هر دو سیکل PEvGT وIC - PEvGTبالاترین بازده قانون اول ترمودینامیک سیکل ,در بالاترین مقدار درصد هوای رطوبت زنی شده ( ) به دست می آید .همین طور برای سیکل PEvGT بدون خنک کن میانی در نسبتهای فشار بالاتر از ۳۰ مقدار بهینه درصد هوای رطوبت زنی شده مقدار به دست می آید .همچنین در این تحقیق عملکرد ترمودینامیکی ۵ سیکل STIG ، FEvGT ، PEvGT ،IC - FEvGT،IC - PEvGTاز نقطه نظر بازده و کار ویژه در محدوده وسیعی از نسبت فشارها و دمای ورودی توربین بررسی شده است .این بررسی نشان می دهد که از نظر کار ویژه سیکلIC - PEvGTگزینه برتر و از نظر بازده حرارتی سیکلIC - FEvGTگزینه برتر می باشد .در این تحقیق معادلات مربوط به اگزرژی با معادلات مدلسازی ترمودینامیکی سیکل ها ادغام شده است .سپس با بررسی پارامتریک ,تاثیر پارامترهای مهم نظیر نسبت فشار و درصد هوای رطوبت زنی بر بازده قانون دوم ترمودینامیک و درصد از بین رفتن اگزرژی بررسی شده است .همچنین مقایسه سیکل هایIC, PEvGT - FEvGT , FEvGTوIC - PEvGTبر اساس اگزرژی انجام شده است .همین طور بهینه سازی ترمودینامیکی سیکل های PEvGT وIC - PEvGTبا استفاده از روش اگزرژی صورت گرفته است .نتایج به دست آمده از این قسمت از تحقیق نشان می دهد که بالاترین درصد از بین رفتن اگزرژی مربوط به محفظه احتراق می باشد .نتایج به دست آمده از بررسی پارامتریک ضمن تایید نتایج با نتایج حاصل از کار دیگران ,محدودیت نتایج پیشین را نشان می دهد .بهینه سازی اگزرژتیک نشان می دهد که بالاترین بازده قانون دوم ترمودینامیک برای سیکل های PEvGT در بالاترین مقدار درصد هوای رطوبت زنی شده بدست می آید .( )برای سیکل PEvGT بدون خنک کن میانی در نسبت های فشار بالاتر از ۳۰ مقدار بهینه درصد هوای رطوبت زنی شده مقدار بدست می آید .بر اساس نتایج بدست آمده و از نقطه نظر اگزرژی بهترین سیکل ها بترتیبIC - FEvGTوIC - PEvGTمی باشد .تحلیل ترمواکونومیک نشان می دهد که هزینه تولید برق کاملا متاثر از نسبت فشار ,دمای ورودی توربین و درصد هوای رطوبت زنی می باشد .نمودار هزینه تولید برق نسبت به بازده نشان می دهد که به ازای دمای ورودی توربین در سیکل PEvGT با افزایش بازده هزینه تولید برق نیز کاهش یافته و کمترین مقدار آن در بدست می آید .همچنین در دمای ورودی این نمودار دارای نقطه مینیمم هزینه تولید برق در می باشد .همین طور نمودار هزینه تولید برق نسبت به بازده برای سیکلIC - PEvGTنشان می دهد که با افزایش بازده مینیمم هزینه تولید برق نیز افزایش پیدا می کند .مقایسه هزینه تولید برق در سیکلهای PEvGT وIC - PEvGTنشان میدهد که سیکل اول از هزینه تولید برق کمتری نسبت به سیکل دوم برخوردار است .همچنین نتایج بهینه سازی ترمواکونومیک نیز نشان داد که کمترین هزینه تولید برق برای سیکلهای فوق در کمترین مقدار درصد هوای رطوبت زنی شده بدست می آید
The evaporative gas turbine cycle is a new high-efficiency power cycle that has reached the pilot plant testing stage. The latest configuration proposed for this cycle is known as part-flow evaporative gas turbine cycle in which air humidification is combined with steam injection. Having advantages of both steam injected and humid air cycles, the part-flow evaporative gas turbine cycle is regarded as a very desired plant for future.In this research in order to do the modeling and simulation of evaporative gas turbine cycles a mathematical model was developed. Basically the model comprises the mass and energy balance equations and also design constraints. Solution of these equations including the thermodynamic property relations will be the cycle simulation. The maximum deviation of predicted performance results by this model from available data in literature was about ۲ . By using the model a complete parametric analysis has been carried out. In this work the effect of pressure ratio, turbine inlet temperature, part-flow humidification ratio and cycle configuration on the performance were investigated. This investigation and the results of optimization showed that, for both PEvGT and PEvGT-IC cycles the highest first law efficiency was obtained with the highest value of part-flow humidification ratio ( ). For the PEvGT cycle without intercooler and the pressure ratio higher than ۳۰, the optimum value of part-flow humidification ratio was obtained with