پروژه نیروگاه حرارتی

پروژه نیروگاه حرارتی

امروزه بسياري از كشورهاي صنعتي تا حدودي با كمبود انرژي الكتريكي مواجه مي باشند . به همين دليل افزودن

ظرفيت جديد را در برنامه ريزي هاي خود درنظر مي گيرند . مرسوم ترين راهكار، ساخت نيروگاه هاي جديد است

تا توان مورد نياز تأمين شود .علاوه بر اين، از ديدگاه مديريت منابع انرژي مسأله راندمان نيروگاه هاي حرارتي

اهميت روزافزوني پيدا كرده است . اما به دلايل زير معمولا به سراغ ساخت نيروگاه نمي رويم :

1) سرمايه گذاري كافي براي ساخت يك نيروگاه وجود ندارد.

2) فضاهاي مطلوب براي ساخت نيروگاه هاي جديد قبلاً توسط نيروگاه هاي قديمي اشغال شده است.(در صورتي كه

انتخاب مكان نيروگاه هاي قبلي بر اساس استاندارد باشد).

3) نيروگاه هاي قديمي به دليل استفاده از فناوري هاي قديمي تر و فرسودگي تجهيزات ، راندمان و ظرفيت عملي

آن ها در طول زمان كاهش مي يابد .

راهكار ديگري كه به منظور افزايش ظرفيت توليد بكار گرفته مي شود بازتواني نيروگاه هاي بخاري قديمي است .

قبل از صحبت درباره ي بازتواني درباره ي يك موضوع جامع تر كه بازتواني ،خود زير مجموعه ي آن است صحبت ميكنيم:

Re engineering

به مجموعه فعاليت هايي مي گويند كه براي مدرن سازي يك مجموعه ( در اينجا نيروگاه بخار ) استفاده مي شود تا به هدف

هاي ذيل برسيم :

 توليد با قيمت پايين تر

 افزايش راندمان

 سرمايه گذاري كمتر

 مديريت بر تهديدات سوخت

 كاهش اثرات مخرب بر محيط زيست

Re-engineering به چهار دسته تقسيم مي شود:

Re-pair (1 : رفع اشكالا ت سخت افزاري سيستم

Re-trofit (2 : اصلاح و بهبود بخشي نقاط ضعف و يا كمبودهاي طراحي كه در طول كار مشخص مي شوند.

Re-habilitation (3 : مجموعه فعاليت هاي انجام شده در يك نيروگاه به منظور كاهش اثرات مخرب زيست

محيطي5

Re-powering (4

با بازتواني نيروگاه هاي بخار علاوه بر افزايش ظرفيت توليد، راندمان نيروگاه نيز بهبود مي يابد در حاليكه

از امكانات و زيرساختهاي موجود نيز به بهترين نحو استفاده خواهد شد .ايده بازتواني حدوداً به 4 دهه قبل

بازمي گردد و احتمالاً مربوط به نيروگاه مگنوكس در بريتانيا مي باشد .در اين نيروگاه به علت مسائل

متالورژيكي دماي بخار حدود 50°C تنزل يافته بود كه با افزودن يك توربين گاز و استفاده از گازهاي

خروجي از توربين گاز به منظور بالا بردن دماي بخار، بهبود حاصل شد . بررسي بر روي بازتواني نيروگاه

هاي بخار توسط اشخاص و شركتهاي مختلفي ادامه يافت .بطور مثال يك محقق دانماركي به نام

Elkraftتحقيقاتي در زمينه بازتواني گرم كن آب تغذيه انجام داد تا به تركيب مناسبي دست يابد . سابقه

اجراي بازتواني نيروگاه هاي بخاري نيز قابل توجه است . در سنگاپور طرح تبديل سه واحد 120 مگاواتي

يك نيروگاه بخار با عمر 25 سال به سه واحد سيكل تركيبي هر يك با ظرفيت 360 مگاوات اجرا شد كه

موجب افزايش راندمان از 38% به 56% گرديد. مثال هايي از رو شهاي گوناگون بازتواني در كشورهاي

مختلفي مانند ايتاليا، كانادا، ژاپن، تايلند و مكزيك وجود دارد كه نشانگر تمايل نيروگاه ها به افزايش

ظرفيت و راندمان مي باشد .در حال حاضر ظرفيت واحدهاي بخاري و گازي كشور با عمر سپري شده، به

ترتيب 1534 و 2872 مگاوات مي باشد (آمار سال 1387). تا سال 4253 ، 1392 مگاوات از ظرفيت

نيروگاههاي بخار ، 3365 مگاوات از ظرفيت نيروگاههاي گازي و مجموعاً 7618 مگاوات از نيروگاههاي

حرارتي كشور نيازمند بازتواني، نوسازي يا جايگزيني مي باشند . در حاليكه راندمان اكثر نيروگاه هاي

بخار داراي عمر كمتر از 30 سال، بيش از 34% مي باشد، در واحدهاي قديمي تر راندمان كمتر از 30%

به وضوح مشخص است .وجود بخش مهمي از زير ساختها و امكانات لازم(انتخاب سايت و ملاحظات مربوط

به تأمين سوخت، ملاحظات آب، ملاحظات زيست محيطي، اتصال به شبكه، اخذ مجوزها و…) در نيروگاههاي

قديمي، در بسياري از موارد بازتواني آنها را در مقايسه با احداث واحدهاي نيروگاهي جديد از توجيه فني

-اقتصادي مناسبي برخوردار مي نمايد.

با افزايش عمر واحدهاي بخار مشكلات بهره برداري افزايش مي يابد .افزايش خروجي هاي اضطراري و مشكلات

عديده بهره برداري واحدهاي قديمي شاهدي بر اين مدعا است . از طرف ديگر، به دليل فرسودگي تجهيزات،

راندمان و ظرفيت عملي واحد نيز كاهش مي يابد . البته به دليل استفاده از فناوريهاي قديمي تر، واحدهاي بخار

فرسوده ذاتاً داراي راندمان نسبتاً پاييني مي باشند .بنابراين سپري شدن عمر بيش از 4200 مگاوات از ظرفيت نيروگاه

هاي بخار كشور تا سال 1392 به معناي كاهش ميزان توليد و نيز افزايش هزينه هاي بهره برداري خواهد بود .6

انواع روشهاي بازتواني:

بازتواني با جعبه هواي داغ:

در اين روش دود خروجي توربين گاز وارد جعبه هواي بويلر ميگردد.اين روش براي نيروگاه هاي بزرگتر و جديدتر با

سوخت گاز و مايع كارايي دارد.معمولا در بازتواني به روش جعبه هواي داغ توان توليدي % 15 – 30 و راندمان % 6-

3 افزايش يافته و آلودگي ناشي از توليد NOx كاهش مي يابد.

انواع روشهاي بازتواني به روش جعبه هواي داغ:

الف) وارد كردن گازهاي خروجي به جعبه هواي بويلر

1) حذف هيترهاي فشار بالا و استفاده از يك اكونومايزر

2) حذف كليه هيترها و استفاده از دو اكونومايزر

(شكل1):شماتيك بازتواني جعبه هواي داغ با استفاده از دو اكونومايزر7

3) بازتواني جعبه هواي داغ با اواپراتور كمكي:در اين نوع بازتواني در مسير خروجي گازهاي داغ توربين گاز

يك اواپراتور كمكي قرار داده مي شود تا كمبود بخار فشار بالاي ورودي به توربين را در سيكل بخار جبران

نمايد.بخار اواپراتور كمكي را مي توان وارد درام موجود كرد و يا مستقيما آن را به خط بخار فشار بالا

فرستاد كه همانند روش قبل در دو حالت بررسي مي شود:

4) حذف هيترهاي فشار بالا و استفاده از يك اكونومايزر

5) حذف كليه هيترها و استفاده از دو اكونومايزر

(شكل2): شماتيك بازتواني جعبه هواي داغ با استفاده از اواپراتور كمكي

ب) بازتواني جعبه هواي داغ با اواپراتور كمكي و خنك كننده خروجي توربين :

در اين روش علاوه بر اواپراتور كمكي براي تامين بخار نامي توربين از يك خنك كننده گاز خروجي توربين(TEC) نيز

استفاده مي شود كه بسته به چيدمان خنك كننده و اكونومايزر دو حالت زير قابل بررسي است:

6) چيدمان سري

7) چيدمان موازي

(شكل3): شماتيك بازتواني جعبه هواي داغ با استفاده از اواپراتور

كمكي و خنك كننده خروجي توربين در چيدمان

سري8

نتايج حاصل از بازتواني يك نيروگاه به روش جعبه هواي داغ:

1-مقدمه:

در اين پروژه نيروگاه بعثت كه حدود 40 سال از آغاز به كار آن ميگذرد براي بررسي روشهاي مختلف بازتواني جعبه

هواي داغ در نظر گرفته شده است.

2-مشخصات نيروگاه:

در اين تحقيق شرايط سايت با توجه به اطلاعات ايستگاه سينوپتيك تهران درج گرديده است .اين شرايط عبارتند از :

دماي سايت:1/18 ˚C، ارتفاع از سطح دريا: 1100 متر، فشار اتمسفر:0/889 bar، رطوبت نسبي جو: 41% . واحد بخار

بصورت تك محوره و تك فشاره بدون گرمكن مجدد است كه شماتيك آن در( شكل4) نشان داده شده است:

(شكل4): شماتيك نيروگاه بعثت9

3-مدل توربين گاز:

هر چند در 6 نيروگاه سيكل تركيبي قديمي در كشور كه به6C.C مشهور مي باشند از توربين گازهاي جنرال الكتريك

مدل GE 9171 E كه به GE F9 شناخته مي شوند بهره گرفته شده است و در 22 نيروگاه سيكل تركيبي جديد كه به

22Cمشهورند، از توربين هاي گازي V94.2 بهره مي برنداما همانگونه كه در (شكل 4) مشخص است با توجه به توان

خروجي توربين گازهاي اشاره شده به نظر مي رسد امكان استفاده بهينه از آنها در اين روش بازتواني وجود ندارد. از

اين رو در اين بررسي توربين Simens SGT-900 براي تطبيق توان توربين گاز و توربين بخار مورد توجه قرار گرفته

است. كه مشخصات آن در (جدول 1) آورده شده است.

Simens SGT-900 توربين مشخصات:(1جدول)

4-مدل سازي توسط نرم افزارThermoflow :

پس از تعيين اطلاعات اوليه اين مقادير به نرم افزار وارد مي شود و طراحي متناسب با آنها صورت ميگيرد.در جدول

زير نتايج حاصل از بازتواني با روش هاي مختلف كه قبلاً به آنها اشاره شده است و در هر حالت توان كلي واحد، توان

توربين بخار، هيت ريت و دماي گاز خروجي از توربين گاز آورده شده است.

(جدول2):نتايج حاصل از بازتواني با توربين گازهاي مختلف

10

5-جمع بندي و نتيجه گيري:

براي مقايسه بهتر حالتهاي بازتواني هيترهاي آب تغذيه، توان كل واحد و هيتريت در نمودارهاي (1) و (2) مقايسه شده

اند. همانطور كه در (نمودار 1) نيز مشخص است در حالتهاي مختلف بازتواني، توربين بخار به مقدار توليد نامي

خود(82/5MW) بسيار نزديك است و انرژي گازهاي داغ خروجي از توربين گاز پتانسيل تامين بخار در شرايط

طراحي را دارا مي باشد. با توجه به نمودار، توان توربين گاز سهمي در حدود 25% توان كلي واحد دارد و افزايش

بيشتر توان كلي واحد وابسته به انتخاب توربين گازهاي با ظرفيت بالاتر است. اگر اولويت براي بازتواني افزايش

بيشترين مقدار توان خروجي باشد به نظر مي رسد بازتواني جعبه هواي داغ در حالتي كه كليه هيترها حذف و دو

اكونومايزر اضافه شده است، نسبت به ديگر حالتهاي بازتواني از اولويت بالاتري برخوردار است.

(نمودار1): مقايسه توان كلي سايت بازتواني شده در حالات مختلف

همانگونه كه در( جدول 2) مشخص است هر چه از انرژي گازهاي داغ خروجي از توربين گاز بيشتر استفاده كنيم دماي

گاز و همچنين هيتريت پايين تر خواهد بود. در مقايسه حالت هاي 1 با 2 و 3با 4 درمييابيم كنارگذر كردن كليه هيترها

نسبت به حالتي كه فقط هيترهاي فشار بالا را كنارگذر كنيم اهميت بيشتري دارد، چراكه با استفاده بيشتر از انرژي

گازهاي خروجي وكاهش دماي آن بازده كلي سيكل افزايش مي يابد .با مقايسه كليه حالات مختلف از نظر هيت ريت

نيز تفاوت حالت ششم با بقيه حالت ها كاملا مشخص است، كه با استفاده از تجهيزات بيشتر و در حالت موازي علاوه بر

افزايش توان هيتريت نيز حدود 10% كاهش پيدا مي كند .11

(نمودار2): مقايسه هيتريت سايت بازتواني شده بعثت در حالات مختلف

به عنوان يك جمع بندي كلي بدون در نظر گرفتن هدف كلي از بازتواني به نظر ميرسد كنارگذر كردن كليه هيترها

روش مناسبتري براي بازتواني هيترهاي آب تغذيه است كه اگر اولويت انتخاب حداكثر توان كلي باشد بازتواني

حالت دوم نسبت به ديگر حالت هاي بازتواني از اولويت بالاتري برخوردار است و اگر توجه خود را بيشتر به

هيتريت معطوف كنيم، بازتواني كليه هيترها با اواپراتور كمكي و خنك كننده خروجي توربين گاز در حالت موازي،

تفاوت چشمگير اين پارامتر را نشان ميدهد.12

تغييراتي كه بخاطر استفاده از روش جعبه هواي داغ بايد در سيستم اعمال شود :

 اصلاح گرمكن هاي هوا به خاطر تغيير دبي دود و هوا.

 تقويت كانال ها بخاطر افزايش دبي و درجه حرارت بخار.

 تعويض يا اصلاح مشعل ها بخاطر كمبود اكسيژن موجود در دود خروجي از توربين گاز ، همچنين كمبود اكسيژن

ممكن است باعث تغيير پروفيل حرارتي و در نتيجه موجب ايجاد تغييراتي در بويلر و سطوح حرارتي كوره نيز

بشود.

 ايجاد يك كانال كنارگذر براي هدايت بخشي از دود به قسمت انتهايي اكونومايزر.

 اضافه كردن يك گرمكن بخاري هوا براي عملكرد مستقل بويلر موجود در مواقعي كه توربين گاز كار نمي كند.

 اضافه كردن يك دودكش كنار گذر براي توربين گاز براي زمان راه اندازي سيستم.

در بازتواني به روش جعبه هواي داغ نوع توربين گاز هم در كارايي اين روش تاثير دارد. (شكل5) افزايش راندمان را

توسط بازتواني به اين روش با توربين گازهاي متفاوت مقايسه مي كند :

(شكل5) – افزايش راندمان نيروگاه منتظر قائم به روش جعبه هواي داغ با توربين گازهاي مختلف13

بررسي يك مسئله در بازتواني با استفاده از روش جعبه هواي داغ :

در روش جعبه هواي داغ محصولات احتراق بوجود آمده در توربين گاز به داخل جعبه هواي بويلر فرستاده مي شوند تا به

خاطر داشتن دما و انتالپي بالا احتراق را بهبود ببخشد، اما به دليل درصد پايين اكسيژن توليد شده در توربين هاي گاز

پيشرفته امروزي ، براي افزايش درصد در واكنش هاي احتراق تكميلي در بويلر ، به گازهاي خروجي از توربين گاز هواي

تازه (21% درصد هوا ، اكسيژن مي باشد)اضافه مي شود.

مشكلاتي كه ممكن است در اثر كمبود اكسيژن در بويلر بوجود آيد:

• دماي گازهاي خروجي از توربين گاز200˚C از هواي پيش گرم شده داخل بويلر بيشتر است، اما به دليل كمبود

اكسيژن دماي شعله مسلما از مقدار طراحي كمتر خواهد بود و چون دما با توان 4 در انتقال حرارت تشعشعي

موثر است فلذا سهم تشعشع كمتر مي شود و جذب حرارت به قسمتهاي كنوكسيوني منتقل مي شود كه در نهايت

ممكن است آب در انتهاي سرد مسير انتقال حرارت و قبل از رسيدن به اكونومايزر و درام به نقطه ي جوش برسد.

• بخاطر كمبود اكسيژن امكان ناپايداري شعله در احتراق تكميلي در داخل بويلر بوجود مي آيد. بررسيهاي انجام

شده بر روي مدل هاي آزمايشگاهي كوره بويلر هاي گازسوز نشان مي دهد كه كاهش درصد مولي اكسيژن در

هواي ورودي به زير 13% ، احتراق پايدار را با مشكل مواجه مي كند.

در توربين هاي امروزي ، درصد اكسيژن در گازهاي خروجي حدود 11% است.پس بايد هواي تازه را با آن مخلوط كرد.به

دو شكل مي توان از هواي تازه استفاده كرد:

الف) اختلاط مستقيم هواي تازه با گازهاي خروجي از توربين با اضافه كردن يك F.D.F ،ضمنا مي توان در مسير

خروج از مبدل جهت پيش گرم كردن آب هم استفاده كرد. 14

ب) استفاده از پيش گرمكن و فنهاي موجود جهت پيش گرم كردن هواي تازه :

حال هر دوي اين روشها ي بازتواني را بر روي سيكل بخار نيروگاه تبريز با مشخصات زير بررسي مي كنيم تا معايب و

مزاياي هر روش مشخص شود :

تعداد هيتر:8 دبي خط اصلي:��⁄�