فهرست

فصل اول 4

نيروگاههاي بخاري 4

1-1- مقدمه 4

1-2- سيكل ترموديناميكي نيروگاه بخاري 7

1-2-1- مقدمه 7

1-2-2- سيكل كارنو با استفاده از بخار آب 8

1-2-3- سيكل رانكين 9

1-3- ديگ بخار و تجهيزات جانبي آن 14

1-3-1- مقدمه 14

1-3-2- اكونومايزر 16

1-3-3- درام 17

1-3-5- سوپر هيتر 19

1-3-6- دي سوپرهيتر يا اتمپراتور 21

1-3-7- ري هيترها 23

1-4-گرمكن هاي آب تغذيه و دي اريتور 24

1-4-1- گرمكن هاي آب تغذيه 24

1-4-2- دي اريتور 25

1-5- كوره يا محفظه احتراق 26

1-5-1- مشخصات سوخت مايع مصرفي در كوره 26

1-5-2-ساختمان مشعل ها و روش هاي پودر كردن سوخت در آنها 27

1-6- تجهيزات جانبي ديگ بخار 29

1-6-1- گرمكن هوا 29

1-6-2- دريچه هاي كنترل هوا يا دمپرها 30

1-6-3- دودكش 31

1-7- فن هاي نيروگاه 32

1-8- والوها 36

2-9- كندانسور 37

2-9-1- مقدمه 37

2-9-2- اصول كار و وظايف كندانسور 38

1-9-3- انواع كندانسور از نظر ساختمان قرار گرفتن آنها 39

1-9-4- انواع كندانسور از نظر خنك سازي بخار 39

1-10- سيستم هاي آب گردشي خنك كننده كندانسور 41

1-10-1- مقدمه 41

1-10-2- انواع سيستم هاي خنك كن 42

1-10-3- سيستم يكبار گذر 43

1-10-4- سيستم چرخشي 44

1-10-5-سيستم تركيبي 49

1-11-توربين و تجهيزات جانبي آن 50

1-11-1- مقدمه 50

1-11-2- طبقه بندي توربين هاي بخار 51

1-11-3- اجزاء مختلف توربين 55

1-11-4- كوپلينگ ها 61

1-11-5- ترنينگ گير 63

1-11-6- گلندهاي توربين 64

فصل دوم: 70

نيروگاه هاي گازي 70

2-1- مقدمه 70

2-2-سيكل قدرت گازي 73

2-2-1-مقدمه 73

2-2-1- سيكل استاندارد برايتون 74

2-2-3- بازده سيكل برايتون 75

2-3- تجهيزات نيروگاه گازي 78

2-3-1- مقدمه 78

2-3-2- كمپرسور 79

2-3-2-1- كمپرسور محوري 79

2-3-3- بازياب ها 81

2-3-4- محفظه احتراق 82

2-3-5- توربين گازي 85

2-3-7- راه اندازي توربين گازي 87

فصل سوم 93

نيروگاه سيكل تركيبي 93

3-1- مقدمه 93

3-2- نيروگاه چرخه تركيبي با ديگ بخار بازياب 96

3-3- محاسبه بازده نيروگاه چرخه تركيبي 102

فصل چهارم 104

مصرف داخلي نيروگاه هاي بخاري- گازي و پتانسيلي 104

4-1- مقدمه 104

4-2- مصرف داخلي نيروگاه هاي بخاري 106

4-4- تغذيه مصرف داخلي نيروگاه 110

4-5 تغذيه برق اضطراري 110

4-6- تغذيه شينdc 113

4-7- سيستم برق اضطراري 115

4-9- اثر ارتفاع نصب در نيروگاه هاي گازي و مصرف داخلي آنها 117

4-10- مصرف داخلي نيروگاه چرخه تركيبي 119

فصل پنجم 124

مقايسه اجمالي نيروگاهاي بخاري – گازي – سيكل تركيبي 124

مقدمه 124

1-5- واحدهاي بخاري 125

3-5- سيكل تركيبي 130

3-3-5- مقايسه نيروگاههاي سيكل تركيبي و نيروگاههاي بخاري 133

5-5- توليد نيروگاههاي ايران 138

1-5-5- قدرت نصب شده (قدرت نامي) : 138

نتيجه گيري 142

فصل اول

نيروگاههاي بخاري

1-1- مقدمه

نيروگاههاي بخاري يكي از مهمترين نيروگاههاي حرارتي مي باشند كه در اكثر كشورها، از جمله ايران سهم بسيار زيادي را در توليد انرژي الكتريكي بر عهده دارند، به طوريكه سهم توليد اين نوع نيروگاهها حدود 3/47% كل توليد انرژي كشورمان مي اشد. از مهمترين اين نيروگاهها در كشورمان مي توان به نيروگاههاي شهيد سليمي نكا ،‌شهيد رجايي قزوين، شهيد محمدمنتظري اصفهان، رامين اهواز، اسلام آباد اصفهان، طوس مشهد، بعثت تهران، شهيد منتظر قائم كرج، تبريز، بيستون كرمانشاه ، مفتح (غرب) همدان، و بندرعباس اشاره نمود. مشخصات اين نيروگاهها به همراه ديگر نيروگاههاي بخاري كشورمان در سال 1381 را ميتوان در جدول (1-1) مشاهده نمود.

در اين نيروگاهها، از منابع انرژي فسيلي از قبيل نفت، گاز طبيعي، مازوت و غيره استفاده ميشود؛ به اين ترتيب كه از اين سوختها جهت تبديل به انرژي حرارتي استفاده شده، سپس اين انرژي مكانيكي، و در مرحله بعد به انرژي الكتريكي تبديل مي گردد. به عبارت ديگر در اين نيروگاه سه نوع تبديل انرژي صورت مي گيرد. اولين نوع، تبديل انرژي شيميايي (انرژي نهفته در سوخت) به انرژي حرارتي است كه اين تحول در وسيله اي به نام ديگ بخار صورت مي پذيرد. اين تبديل انرژي باعث مي شود كه آب ورودي به ديگ بخار تبديل به بخار با دماي زياد شود. دومين نوع، تبديل انرژي حرارتي به انرژي مكانيكي است كه اين تحول در توربين نيروگاه صورت مي گيرد و انرژي حرارتي در بخار ورودي به توربين، تبديل به انرژي مكانيكي چرخشي محور توربين مي شود. سومين و آخرين نوع از تبديل انرژي در نيروگاههاي بخاري، تبديل انرژي مكانيكي روتور به انرژي الكتريكي مي باشد كه اين تحول در ژنراتور نيروگاهها صورت مي گيرد. در نهايت، انرژي الكتريكي توسط خطوط انتقال به مصرف كنندگان منتقل مي شود. در اين فصل برآنيم تا تجهيزات اين نوع نيروگاهها را تشريح كنيم. بدين منظور ابتدا سيكل ترموديناميكي بخاري بيان مي گردد. پس از آشنايي مقدماتي با تجهيزات اصلي يك نيروگاه از قبيل توربين، ديگ بخار، كندانسور، و پمپ تغذيه، به طور مجزا، تجهيزات اصلي و جانبي اين نيروگاهها مطرح مي شود.

جدول (1-1) : مشخصات نيروگاههاي بخاري ايران در سال 1381

نيروگاه محل جغرافيايي زمان بهره برداري تعداد واحدها قدرت نامي هرواحد MW مجموع توليد MW

رامين اهواز 78-1358 6 315 1890

شهيدسليمي نكا 60-1358 4 440 1760

شهيدمنتظري اصفهان 78-1363 8 200 1600

شازند اراك 80-1379 4 325 1300

بندرعباس بندرعباس 64-1359 4 320 1280

شهيدرجايي قزوين 1371 4 250 1000

مفتح غرب همدان 1373 4 250 1000

اسلام آباد اصفهان 67-1348 5 320*2

120*1

5/37*2 835

تبريز تبريز 68-1365 2 368 736

بيستون كرمانشاه 1373 2 320 640

شهيدمنتظرقائم كرج 52-1350 4 25/156 625

طوس مشهد 1365 4 150 600

شهيدمدحج اهواز 1354 2 145 290

بعثت تهران 47-1346 3 5/82 5/247

شهيدبهشتي لوشان 1352 2 120 240

ايرانشهر ايرانشهر 81و76-75 3 64 192

مشهد مشهد 1353 3 60*2 120

زرند كرمان 1352 2 30 60

شهيدفيروزي تهران 1338 4 5/12 50

1-2- سيكل ترموديناميكي نيروگاه بخاري

1-2-1- مقدمه

تقريباً تمام سيستمهايي كه انرژي ذخيره شده در سوخت را به انرژي مكانيكي تبديل مي كنند، داراي يك سيال در گردش سيكل هستند. اين سيستم ها را ميتوان بر اساس نوع سيال در گردش به صورت زير دسته بندي نمود:

الف) سيكل هاي قدرت گازي: سيستم هاي قدرتي هستند كه در آنها، سيال در گردش به صورت گاز است و تغيير فازي در سيكل صورت نمي گيرد. از مهمترين اين سيستمها ميتوان به توربين هاي گازي، موتورهاي ديزلي و … اشاره نمود. در اين نوع سيكل ها معمولاً هوا و مواد سوختي در شرايط محيط و با نسبت معيني وارد سيستم مي شود و پس از طي يك رشته تحول به صورت محصول هاي احتراق از سيستم خارج ميشوند. بدين ترتيب اگر چه اين سيستم ها، يك سيكل مكانيكي را طي مي كنند، ولي داراي يك سيكل ترموديناميكي نيستند و اصطلاحاً از نظر ترموديناميكي به سيستم هاي باز مشهور هستند.

ب ) سيكل هاي قدرت بخاري: سيستم هاي قدرتي هستند كه در آنها، سيال در گردش ضمن طي كردن سيكل، تغيير فاز مي دهد و بر خلاف سيكل هاي قدرت گازي، يك سيكل ترموديناميكي را طي مي كنند. اين سيكل ها از نظر ترموديناميكي يك سيكل بسته را تشكيل مي دهند كه سيال در گردش، همواره در سيستم، جريان دارد. سيالي كه معمولاً مورد استفاده قرار مي گيرد آب است كه به صورت دو فاز مايع و بخار در سيكل، جريان مي يابد. سيكل قدرت بخاري كه در نيروگاههاي بخاري استفاده مي شود، سيكل رانكين است. قبل از تشريح سيكل رانكين نيروگاه بخاري، بايد سيكل ايده ال كارنو و دلايل عدم استفاده از آن را در اين نيروگاهها بيان نماييم.

1-2-2- سيكل كارنو با استفاده از بخار آب

همانطور كه از مباحث ترموديناميك مي دانيم سيكل كارنو، يك سيكل ايده‌ال است كه بازده سيكل كارنو فقط به درجه حرارتهاي منابع گرم و سرد بستگي دارد و به سيال در گردش، ارتباطي ندارد. حال بايد ديد كه چرا چنين سيكلي كه داراي بالاترين بازده است، براي سيال بخار آب استفاده نمي شود. بدين منظور، سيكل كارنو به همراه منحني دما – انتروپي را مطابق شكل (1-1) در نظر بگيريد.

سيكل كارنو از چهار مرحله اصلي تشكيل شده است:

1) يك فرآيند دما ثابت برگشت پذير كه گرما از يك منبع با دماي بالا به سيال منتقل مي شود (تحول 3-2).

2) يك فرآيند آدياباتيك برگشت پذير انبساطي كه با انجام كار در توربين، دماي سيال از دما منبع گرم به دماي منبع سرد كاهش مي يابد (تحول 4-3).

3) يك فرآيند دما ثابت برگشت پذير كه گرما از سيال، به منبع با دماي پايين منتقل مي شود (تحول 1-4).

4) يك فرآيند آدياباتيك برگشت پذير تراكمي كه با انجام كار، دماي سيال از دماي منبع سرد به دماي منبع گرم افزايش مي يابد (تحول 2-1)

هر يك از فرآيندهاي فوق، به طور جداگانه برگشت پذير هستند و از اين رو، سيكل به طور كامل برگشت پذير است. اما كاربرد سيكل كارنو با استفاده از سيال بخار آب به طور كامل برگشت پذير است. اما كاربرد سيكل كارنو با استفاده از سيال بخار آب عملي نمي باشد. دلايل غير عملي بودن سيكل كارنو آن است كه اولا تحول 1-4 يك تحول دماثابت و فشار ثابت است كه در كندانسور حاصل مي گردد، اما نمي توان كيفيت نقطه (1) را كه سيال ورودي به پمپ تغذيه است كنترل نمود؛ زيرا اگر نقطه (1) در محل مطلوب و مورد نظر نباشد، فشردن بخار به طور انتروپي ثابت در پمپ تغذيه غير ممكن است ثانياً تراكم يك ماده در حالت دو فاز با شرط انتروپي ثابت (مثل تركيب مايع – بخار در نقطه (1) از سيكل كارنو) تحول مشكلي خواهد بود. ثالثاً امكان انتقال حرارت در ديگ بخار تحت يك تحول دما ثابت وجود ندارد؛ زيرا اين كار مستلزم سطح انتقال حرارت بي نهايت مي باشد لذا همواره انتقال حرارت، فرآيندي برگشت ناپذير تلقي مي شود.

1-2-3- سيكل رانكين

يك نمونه از سيكل ساده رانكين با سيال بخار آب به همراه نمودار (T-S) را مطابق شكل (1-2) در نظر بگيريد.

در اين سيكل، ابتدا آب با فشار كم توسط پمپ تغذيه (BFP) به آب با فشار زياد تبديل مي شود (تحول 2-1) و آب با فشار زياد به سمت ديگ بخار منتقل مي شود. در ديگ بخار به وسيله انتقال حرارت از منبع گرم به سيال آب، دماي آب ورودي افزايش مي يابد. اين انتقال حرارت به حدي است كه سيال آب ورودي به ديگ بخار، افزايش مي‌يابد. اين انتقال حرارت به حدي است كه سيال آب ورودي به ديگ بخار، تبديل به بخار اشباع مي شود (تحول 3-2) . اين تحول به صورت يك تحول با فشار ثابت است. بخار اشباع خارج شده از ديگ بخار، پس از عبور از پره هاي توربين منبسط مي شود كه اين انبساط، باعث ايجاد كار در طول محور توربين مي گردد (تحول 4-3). اين تحول، يك تحول آدياباتيك است كه باعث مي شود تا سيال خروجي از توربين به صورت بخار مرطوب (بخار همراه مايع) در آيد. حرارت موجود در اين بخار مرطوب در وسيله اي به نام كندانسور جذب مي شود (تحول 1-4).

نهايتاً سيال خروجي از كندانسور به صورت مايع اشباع وارد پمپ تغذيه مي گردد.

در اين سيكل، مقدار گرماي داده شده به سيال در ديگ بخار معادل با سطح (5-6-3-2-5) و مقدار كار انجام شده توسط توربين معادل با سطح (1-4-3-2-1) در شكل (3-2-ب) است. در نتيجه ميتوان گفت كه مقدار حرارت تلف شده در كندانسور، برابر با سطح (5-6-4-1-5) مي باشد با توجه به سطح فوق ميتوان بازده سيكل مذكور را به صورت زير به دست آورد:

(3-1) مساحت 1-4-3-2-1 = مقدار كار انجام شده = بازده

مساحت 5-6-3-2-5 مقدارگرماي داده شده به سيكل

بازده سيكل رانكين در عملكرد بين دو دماي حداكثر و حداقل مشابه با سيكل كارنو، كمتر از باده سيكل كارنو است؛ زيرا دماي متوسط در ديگ بخار سيكل رانكين، كمتر از دماي سيال در ديگ بخار سيكل كارنو است. از مشكلات سيكل مذكور، كاهش بازده آن نسبت به سيكل كارنو ، و وجود مايع در سيال بخار خروجي از توربين مي باشد. در سيكل هاي عملي نيروگاههاي بخاري، به منظور افزايش بازده سيكل رانكين و رفع مشكلات مربوطه، تمهيداتي صورت مي گيرد كه عبارتند از:

1) افزايش دماي بخار ورودي به توربين به وسيله پس تافتن بخار

2) افزايش فشار سيال ورودي به توربين

3) كاهش فشار سيال خروجي از توربين

حرارت انتقال يافته به خار به اندازه سطح (b-3-3-b-b) افزايش مي يابد. از آنجايي كه در عمل، نسبت اين دو سطح بيشتر از نسبت كار خالص به حرارت دريافتي براي بقيه سيكل است، لذا ميتوان نتيجه گرفت كه با پس تافتن بخار ورودي به توربين، بازده سيكل افزايش مي يابد. به عبارت ديگر ميتوان نوشت:

بازده بدون پس تافتن بخار = سطح 1َ1234 > سطح 41َ1233 = بازده با پس تافتن بخار

سطح baَ234a سطح baَ233a

همچنين عمل پس تافتن بخار آب، سبب مي گردد تا رطوبت بخار خروجي از توربين كم گردد كه اين موضوع موجب كاهش خوردگي پره هاي دهانه خروجي توربين ميشود….