گزارش کاراموزی نیروگاههای سیکل ترکیبی و مزایا و معایب آنها

گزارش کاراموزي نيروگاههاي سيکل ترکيبي و مزايا و معايب آنها در 40 صفحه ورد قابل ويرايش


نيروگاه سيکل ترکيبي

نيروگاه سيکل ترکيبي کازرون از سال 1369 و در زميني به مساحت 100 هکتار در جنوب شرقي کازرون و در 3 فاز متوالي ساخته شد. فاز اول نيروگاه مشتمل بر 2 واحد گازي 128 مگاواتي ساخت شرکت ميتسوبيشي ژاپن در سال 1373 به بهره برداري رسيد. فاز دوم نيروگاه از سال 1379 شامل 4 واحد گازي 159 مگاواتي محصول مشترک ايران و ايتاليا که در سالهاي 1381 و 1382 به بهره برداري رسيد. فاز سوم نيروگاه شامل 3 واحد بخار 160 مگاواتي ساخت ايران که در سال 86 به بهره برداري رسيد.

نيروگاه کازرون مجموعه اي از اولين ها:

احداث اولين پست نيومريک ايران

نصب اولين توربين گازي ساخت ايران

نصب اولين ژنراتور ساخت ايران

نصب اولين توربين بخار ساخت ايران

افتخارات کسب شده:

1-کسب رتبه ممتاز به خاطر آمادگي توليد توان در سال 1379 واخذ لوح تقدير از معاونت محترم وزير نيرو.

2-کسب رتبه ممتاز به خاطر آمادگي توليد توان در سال 1380 واخذ لوح تقدير از وزير نيرو.

3-کسب رتبه ممتاز به خاطر آمادگي توليد توان در سال 1381 واخذ لوح تقدير از وزير نيرو.

4-کسب رتبه ممتاز به خاطر آمادگي توليد توان در سال 1383 واخذ لوح تقدير از معاونت محترم وزير نيرو.

5-کسب رتبه خيلي خوب به خاطر عملکرد تعميرات و کيفيت مناسب تعميرات در سال 1383 واخذ لوح تقدير از معاونت محترم وزير نيرو .

نيروگاه هاي سيکل ترکيبي










در توربين گاز جهت کنترل درجه حرارت در اتاق احتراق ضروري است که احتراق با هواي بسيار زياد صورت پذيرد .دود خروجي از اگزوز توربين گاز ، علاوه بر اينکه داراي درجه حرارت بالايي است ، اکسيژن کافي نيز جهت احتراق دارد ولي در نيروگاههاي سيکل ترکيبي از انرژي گاز خروجي از اگزوز به روش هاي مختلفي جهت توليد بخار استفاده مي شود که در بخش هاي آتي به آن اشاره خواهيم کرد .





شکل زير شماي عمومي نيروگاههاي سيکل ترکيبي را نشان مي دهد :




بر اساس نحوه استفاده از گاز خروجي ، نيروگاههاي سيکل ترکيبي به سه دسته تقسيم بندي مي شوند .

1- نيروگاههاي سيکل ترکيبي بدون مشعل
در اين نوع ، دود خروجي از اگزوز توربين گاز که حجم بالا و دماي زيادي ( دماي گاز خروجي در بار اسمي در حدود 500 درجه سانتي گراد است ) دارد به بويلري هدايت مي شود و به جاي مشعل و سوخت در واحدهاي بخاري ، جهت توليد حرارت به کار مي رود. بخار توليد شده نيز توربين بخار را به چرخش در مي آورد. اين امر باعث بالا رفتن راندمان مجموعه نيروگاهي مي گردد ، ضمن آنکه هزينه هاي سرمايه گذاري به ازاي هر کيلو وات تا حد قابل ملاحظه اي کاهش پيدا مي کند . اين مجموعه براي توليد برق پايه استفاده مي شود و کارآيي آن در صورتي که فقط براي توليد برق به کار رود تا 50 درصد هم بالا مي رود .
در مناطق سردسير با بکارگيري توربين بخار با فشار خروجي زياد (Back pressure) به جاي کندانسور و برج خنک کن در تامين آب گرم و بخار مصرفي گرمايش مناطق شهري و صنعتي نيز استفاده





مي شود که در اين صورت راندمان تا 80 درصد هم افزايش مي يابد.

در شکل زير شماي حرارتي نيروگاههاي سيکل ترکيبي بدون مشعل آورده شده است :




2- نيروگاههاي سيکل ترکيبي با سوخت اضافي ( مشعل )
در نيروگاههاي سيلک ترکيبي بدون مشعل ، کارکرد بخش بخار وابستگي کامل به کارکرد توربين گاز دارد . در مواردي که نياز به کارکرد دائمي بخش بخار وجود دارد با تعبيه مشعل در بويلر ، به گونه اي که در صورت توقف بخش گاز کارکرد قسمت بخار با اشکال مواجه نگردد ، عملکرد مستقل اين دو بخش تامين مي شود و بدين ترتيب ، اين نوع نيروگاههاي سيکل ترکيبي شکل گرفته اند .
اين نوع سيکل ترکيبي عموماٌ به منظور بالا بردن قدرت و جلوگيري از نوسانات قدرت توربين بخار با تغيير بار توربين گاز به کار گرفته مي شود . امکان کارکرد واحد بخار در نقطه کار مناسب تر با تعبيه مشعل ساده ، به کارگيري سوخت مناسب و



استفاده از گاز داغ خروجي توربين گاز به عنوان هواي دم عملي است . قدرت واحد گاز و واحد بخار در حداکثر بار سيستم مساوي است . راندمان اين نوع سيکل ترکيبي از واحد بخاري ساده بيشتر و از سيکل ترکيبي بدون مشعل کمتر مي باشد . اين نوع واحد ها غالباً در مواردي که علاوه بر تامين انرژي الکتريکي ، تامين آب مصرفي و يا بخار مورد نياز واحدهاي صنعتي نيز مد نظر باشد ، به کار مي رود .

شکل زير شماي حرارتي عمومي نيروگاههاي سيکل ترکيبي با مشعل را نمايش مي دهد :








3- نيروگاههاي سيکل ترکيبي جهت تامين هواي دم کوره بويلر
اين نوع سيکل ترکيبي مشابهت زيادي با توربين بخار معمولي دارد با اين تفاوت که در نيروگاه بخاري ساده از سيستم پيش گرم کن هوا و فن تامين کننده هواي دم که خود مصرف کننده انرژي است استفاده مي گردد . ليکن در اين گونه سيکل ترکيبي،سيستم گرمايش و فن دمنده هواي احتراق کوره را توربين گاز بر عهده گرفته است . بدين ترتيب راندمان واحد بخاري



ساده با جانشين کردن سيستم تامين هواي دم با توربين گاز ، بطور نسبس بهبود مي يابد .
معمولاٍ اين نوع سيکل ترکيبي در نيروگاههاي بخاري بزرگ که سوخت آن ذغال سنگ و يا مازوت مي باشد ، به کار مي رود . قدرت توليدي توربين گاز در اين نوع سيکل حداکثر 20 درصد قدرت توليد کل نيروگاه است .

بررسي بيشتر نيروگاههاي سيکل ترکيبي
کاربرد گونه هاي مختلف سيکل هاي ترکيبي متفاوت مي باشد ولي از آنجايي که سيکل هاي ترکيبي بدون مشعل در ارتباط با توليد بار پايه و مياني از اولويت بيشتري برخوردار است ( هزينه سرمايه گذاري کمتر، مدت زمان نصب و راه اندازي کمتر ، راندمان بالاتر و قابليت انعطاف بيشتر )، ذيلاً به تشريح اين نوع چرخه ها مي پردازيم :
سيکل هاي ترکيبي بدون مشعل
هدف اصلي در اين نوع سيکل هاي ترکيبي ، استفاده مجدد از حرارت تلف شده اگزوز توربين گاز به منظور بالا بردن بهره وري سوخت مي باشد .
جهت حصول به هدف فوق و به حداقل رساندن هزينه ها ، سه رويه اجرايي در ابتدا مد نظر قرار گرفت و بر اساس آن سازندگان مختلف و توليد کنند گان انرژي الکتريکي نسبت به نصب هر سه گونه سيکل اقدام نمودند که ذيلاٌ معرفي و تشريح مي شوند :

1- چند توربين گاز ، چند بويلر و يک توربين بخار
اين دسته خود به دو زير دسته به صورت زير تقسيم مي گردد:

2- يک توربين گاز ، يک بويلر و يک توربين بخار
آرايش اين گونه سيکل هاي ترکيبي بر پايه تقليل هزينه سرمايه گذاري اوليه مي باشد و حاصل تجارب اوليه در زمينه کاربرد چند توربين گاز با يک ژنراتور مي باشد .


در اين روش محور توربين گاز و محور توربين بخار و محور ژنراتور مشترک بوده و بصورت مجموعه واحد عمل مي کند .
طرز کار کلي سيستم به اين صورت است که گاز حاصل از احتراق توربين گاز ، قسمتي از انرژي مکانيکي خود را جهت به چرخش در آوردن توربين گاز مصرف مي کند . گاز داغ خروجي از توربين گاز ، ضمن عبور از بويلر و توليد بخار وارد اتمسفر مي گردد. بخار توليدي در بويلر ، در توربين بخار منبسط شده و قسمتي ديگر از نيروي مکانيکي لازم جهت توليد انرژي الکتريکي در ژنراتور را تامين مي کند .

طرح کلي اين سيستم در شماي زير منعکس مي باشد :




در اين روش به سبب اينکه غالباٌ ضريب قابليت بهره برداري توربين گاز از بويلر و توربين بخار کمتر مي باشد ، اگزوز کمکي براي توربين گاز بکار نمي رود و قابليت بهره برداري کل مجموعه معادل توربين گاز خواهد بود و انجام بازديدها و تعميرات بويلر و توربين بخار منطبق با برنامه تعميرات توربين گاز مي باشد . به سبب عدم کاربرد اگزوز کمکي ونيز استفاده از ژنراتور مشترک ، هزينه سرمايه گذاري پايين است . ضمناٌ در مواردي که تامين آب گرم مصرفي و يا گرمايش شهر ي



مورد نظر باشد معمولاٌ ژنراتور مستقل براي واحد بخار ملحوظ مي شود.
بطور کلي محاسن و معايب اين گونه سيستم ها به صورت زير است :
الف – محاسن :
1- هزينه سرمايه گذاري کمتر

2- سادگي زياد و معالاٌ تجهيزات بهره برداري کمتر
3- هزينه تعميرات و بهره برداري کمتر
4- تلفات کمتر
5- زمان نصب سريعتر
ب – معايب :
1- عدم امکان بهره برداري از توربين گاز در صورت وجود عيب بر روي تجهيزات بخار ( عدم قابليت انعطاف)
2- وجود تلفات زياد انرژي در نيم بار
بدين ترتيب معمولاٌٍ اين گونه آرايش در سيکل ترکيبي به کار مي رود که هدف از احداث آن توليد و تامين بار پايه باشد .
3- دو يا چند توربين گاز ، دو يا چند بويلر و يک توربين بخار
بجز حالات استثنا ، متداول ترين گونه در اين نحوه آرايش ، دو

توربين گاز با بويلر هاي مربوطه و يک توربين بخار مي باشند .
نحوه آرايش اين نوع واحدها به شکل زير است :




در اين روش معمولاً 3/1 از انرژي الکتريکي را به توربين بخار و 3/2 آن را توربين گاز توليد مي نمايد .
گاز داغ خروجي از هر توربين گاز وارد مستقيماً وارد بويلر مخصوص به خود مي گردد. بخار خروجي از بويلر نيز وارد هدر (Header) مشترک شده و توربين بخار را تغذيه مي نمايد .
از آنجايي که قابليت بهره برداري بويلر و توربين بخار بيش از توربين گاز مي باشد در اين آرايش اين امکان وجود دارد که در صورت توقف يک واحد گازي ، واحدهاي گازي ديگر بتوانند به همراه توربين بخار کار کنند .
قدرت ژنراتور واحدهاي گازي و واحد بخار دو توربين گاز مشابه مي باشد . متناسب با سليقه بهره برداري مي توان با تعبيه اگزوز کمکي در حد فاصل توربين گاز و بويلر ، کارکرد مستقل توربين گاز را ( در صورت توقف توربين بخار يا بويلر ) فراهم



نمود .
در اين روش ايجاد امکان تعميرات بر روي بويلر ضروري مي باشد که مستلزم تعبيه دمپرهاي مناسب است . ( دمپر وسيله اي است که در محل خروج گاز داغ از توربين گاز قرار مي گيرد و با ايستادن در وضعيت هاي مختلف ، امکان انتقال گاز داغ را به اگزوز و يا بويلر فراهم مي آورد .) البته وجود دمپر مستلزم انجام تعميرات خاص و بازديدهاي ويژه مي باشد که اين امر به نوبه خود باعث کاهش قابليت بهره برداري مي گردد. همچنين وجود دمپر پس از مدتي بهره برداري باعث تلفات گاز داغ مي گردد که نهايتاً کاهش راندمان را در پي خواهد داشت .
برخي سازندگان و توليد کنندگان انرژي الکتريکي جهت ايجاد امکان بهره برداري غير هم زمان توربين گاز و بخار ، به جاي اگزوز کمکي کندانسور کمکي را توصيه مي نمايد . حسن اين روش در اين است که ضمن ايجاد امکان بهره گيري از توربين گاز در مواقع توقف توربين بخار و جلوگيري از تلفات گاز داغ از طريق اگزوز کمکي ، راه اندازي سريع بويلر و توربين بخار را باعث مي گردد . اين روش بيشتر در مواردي که فروش بخار و يا آب گرم مصرف شهري و صنعتي نيز مد نظر باشد مورد استفاده قرار مي گيرد .
محاسن و معايب سيستم دو يا چند توربين گاز ، دو يا چند بويلر و يک توربين بخار در قياس با واحد بخاري ساده به صورت زير است :
الف – محاسن :
1- هزينه سرمايه گذاري کمتر
2- امکان اجراي مرحله اي طرح
3- زمان نصب کوتاه تر
4- قابليت انعطاف بيشتر و امکان بهره برداري جزء به جزء

5- راندمان بيشتر در حالت نيم بار
ب – معايب :
1- نياز به سوخت مرغوب تر
2- عوامل کنترل بيشتر
اين گونه آرايش در مواردي که هدف تامين بار پايه و مياني است به کار مي رود.
3- چند توربين گاز ، يک بويلر و يک توربين بخار
علت اصلي مطالعه بر روي اين چنين آرايشي تحليل هزينه سرمايه گذاري به حداقل ممکن مي باشد در ابتداي امر به سبب عدم تقارن نوع سه توربين گاز و يک بويلر و عدم امکان توزيع يکنواخت گاز داغ به داخل بويلر ، خوردگي و فرسودگي هاي ايجاد شده ناشي از آن باعث شد مطالعه بر روي اين نوع آرايش ها مردود شناخته شود.در صورت موفقيت در بهر ه گيري از اين نوع آرايش ، در واقع ضريب آمادگي سيستم وابستگي کامل به بويلر پيدا مي کرد .
در عمل به علت اينکه امکان کارکرد همزمان توربين هاي گازي ، بويلر و توربين بخار کم است و نيز گاز داغ را نمي توان در حالات مختلف به طور يکنواخت در بويلر توزيع نمود ، اين روش توليدي با اقبال مواجه نگرديد .
4- يک توربين گاز ، يک بويلر و چند توربين بخار
قدمت زياد واحدهاي بخاري و امکان باز سازي مجدد آنها و

شرايط کار اين گونه واحدها باعث شد که غالب توليدکنندگان انرژي الکتريسيته به فکر بازسازي اين گونه واحدها با استفاده از واحدهاي گازي بيفتند. در اين روش ضمن ايجاد امکان به کار گيري مجدد از سرمايه گذاري انجام شده ، مي توان نسبت به افزايش راندمان واحدهاي قديمي تر نيز اقدام کرد .
اين روش بازسازي و نوسازي تنها براي واحدهاي گازسوز و يا با سوخت مايع امکان پذير است . اين روش بدان جهت قوت گرفت که غالباٌ قسمت حساس واحدهاي بخاري يعني بويلر آنها ، معمولاً پس از مدتي کارکرد نياز به بازسازي کامل دارد در صورتي که توربين و ساير متعلقات آن با انجام تعميرات جزيي قابل استفاده مجدد مي باشند. بدين ترتيب با تلفيق تکنولوژي قديمي ( توربين بخار ) که داراي شرايط کار قابل انطباق با شرايط تکنولوژي جديد توربين گاز مي باشد ، شرايظ بهره برداري مناسبي از توربين گاز جديد و توربين بخار قديمي فراهم مي آيد. به عنوان مثال در صورتي که هدف بازسازي سه واحد بخار 20 مگاواتي باشد ، مي توان به جاي نوسازي سه بويلر، با نصب يک واحد توربين گاز 120 مگاواتي و يک بويلر بدون مشعل ، ضمن افزايش قدرت مجموعه به 180 مگاوات ، با جزئي سرمايه گذاري بيشتر راندمان مجموعه را از 30 درصد ، که در صورت کارکرد مستقل هر کدام حاصل مي شود ، به بيش از 40 درصد افزايش داد که البته اين افزايش 10 درصدي در راندمان هزينه هاي سوخت را به ميزان 3/1 کاهش خواهد داد .
مدل مربوط به اين طرح در شکل زير آورده شده است :












نيروگاه سيکل ترکيبي

مصرف گاز با ارزش گرمايي پايين به عنوان سوخت در نيروگاهي كه براي توليد برق از چرخة تركيبي استفاده مي‌كند، يكي از موارد كاربرد جالب اين نوع سوخت به شمار مي‌رود. چرخة تركيبي به



چرخه‌اي گفته مي‌شود كه در دماي منبع گرم از توربين گازي و در دماي منبع سرد از توربين بخار استفاده مي‌كند .

دستگاه تهيه گاز با ارزش گرمايي پايين، بسته به نوع فرايند مورد استفاده، در فشارها و دماهاي متعددي عمل مي‌كند. كاركرد بعضي از اين دستگاهها در فشار حداكثر تا Mpa5/3 و دماهاي خروجي 540 تا 1100 صورت مي‌گيرد. به طوري كه قبلاً اشاره شد، گاز خروجي بايد جهت تصفيه و پاكسازي خنك شود. در حالت عادي اين خنك شدن، با مقدار زيادي اتلاف انرژي و دفع آن به محيط همراه است. مزيت چرخة تركيبي در اين است كه از فشار زيادي واحد تهية گاز بهره‌گيري مي‌كند و به كمك يك مبادله‌كن گرماي گاز به گاز تا حد زيادي مانع اتلاف انرژي و دفع آن به محيط مي‌شود .



در يك طرح پيشنهادي (33) گازي كه واحد تهية گاز را در نقطة 1 ودر دماي حدود 540 و فشار Mpa2 ترك مي‌كند، مقداري از گرماي خود را در يك مبادله‌كن گرماي بازيابي از دست مي‌دهد و در نقطة 2 آن را ترك مي‌كند و سپس در يك مبادله‌كن گرماي خارجي تا دماي پايين‌تر نقطة 3 به حدي خنك مي‌شد كه دماي آن براي فرايندهاي تصفيه و پاكسازي در فاصلة مراحل 3 تا 4 سازگار باشد آنگاه، گاز گرماي دفع شده به مبادله‌كن گرماي بازيابي را بازپس مي‌گيرد و آن را در 5 ترك ميكند. سپس اين گاز وارد اتاق احتراق توربين گازي مي‌شود و در آنجا با هواي متراكمي كه از كمپرسور مي‌آيد مخلوط مي‌شود و آن را در نقطة 6 و با دماي حدود 980 ترك مي‌كند. بعداً در توربين گاز انبساط مي‌يابد و در نقطة 7 و با دماي حدود 520 از آن خارج مي‌شود. آنگاه گاز وارد يك مولد بخار بازيابي مي‌شود و پس از توليد بخار، مولد را در نقطة 8 و با دمايي در حدود 125 ترك مي‌كند و وارد دودكش مي‌شود .

توربين گاز، يكي از دو مولد برق و كمپرسور را تغذيه مي‌كند. كمپرسور هواي جو را در نقطة 9 و با دماي حدود 15 دريافت وآن را تا دماي 315 متراكم مي‌كند. كمپرسور دو وظيفه بر عهده



دارد: اول تأمين هواي احتراق مورد نياز اتاق احتراق در 10، و دوم تأمين هواي مورد نياز واحد تهية گاز در 11 هواي واحد تهية گاز، قبلاً در گرمكن آب تغذيه چرخة بخار تا دماي 12 خنك مي‌شود، سپس فشار آن در يك كمپرسور تقويتي كه با موتور الكتريكي كار مي‌كند تا فشار واحد تهية گاز در 13 افزايش يابد. واحد تهية گاز طوري طرح مي‌شود كه بخار مورد نياز خود را از آب تغذيه در 14 تأمين مي‌كند. زغال در نقطة 15 با مخلوط هوا و بخار وارد واكنش مي‌شود و گاز با ارزش گرمايي پايين را در 1 توليد مي‌كند .

چرخة بخار نسبتاً استاندارد است. بخار فوق گرم در مولد بخار بازيابي در فشار Mpa2 و دماي 480 در نقطة 16 توليد مي‌شود، سپس در توربين بخار انبساط مي‌يابد و توربين بخار مولد دوم را راه‌اندازي مي‌كند، و سرانجام در 17 به چگالنده وارد مي‌شود. مايع در 18 وارد پمپ مي‌شود و پس از خروج از آن در 19 وارد گرمكن آب تغذيه مي‌شود و در آنجا از هواي متراكم واحد تهيه گاز گرما مي‌كند. دراين طرح از بخار زيركش شدة توربين بخار استفاده‌اي به عمل نمي‌آيد، هرچند كه چنين گرمايش آب تغذيه‌اي را مي‌توان به كار برد. آب تغذيه در 20 وارد مولد بخار بازيابي مي‌شود و به اين ترتيب چرخه كامل مي‌شود.