تحقیق در مورد نيروگاه

-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

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).