مقاله کامل توربین گاز

1-1 تاريخچه توربين گاز
از حدود 70 سال قبل توربين هاي گازي جهت توليد برق مورد استفاده قرار مي گرفته اند، اما در بيست سال اخير توليد اين نوع توربين ها بيست برابر افزايش يافته است.
اولين طرح توربين گازي مشابه توربين هاي گازي امروزي در سال 1791 به وسيله «جان پاير» پايه گذاري شد كه پس از مطالعات زيادي بالاخره در اوايل قرن بيستم اولين توربين گازي كه از يك توربين چند طبقه عكس العملي و يك كمپرسور محوري چندطبقه تشكيل شده بود، توليد گرديد.
اولين دستگاه توربين گازي در سال 1933 در يك كارخانه فولادريزي در كشور آلمان مورد بهره برداري قرار گرفت و آخرين توربين گازي با قدرت 2/212 مگاوات در فرانسه نصب و مورد بهره برداري مي گردد. [1]
در صنعت برق ايران اولين توربين گازي در سال 1343 در نيروگاه شهر فيروزه (طرشت) مورد استفاده قرار گرفته است كه شامل دو دستگاه بوده و هر كدام 5/12 مگاوات قدرت داشته است. در حال حاضر كوچكترين توربين گازي موجود در ايران توربين گاز سيار «كاتلزبرگ» با قدرت اسمي يك مگاوات و بزرگترين آن توربين گازي 49-7 شركت زيمنس با قدرت 150 مگاوات مي باشد. [1]
1-2- نقش توربين گاز در صنعت برق
توربين هاي گاز جدا از توليد برق به خاطر خصوصيات ويژه اي كه دارند مي تواند در موارد ديگري مثل موتورهاي جت در هواپيماها براي تأمين نيروي محركه هواپيما و نيروي جلوبرندگي به كار رود يا مثلاً جهت به گردش درآوردن يك پمپ قوي به كار رود.
اما چون بحث ما پيرامون توربين هاي گازي است كه در صنعت برق وجود دارد. لذا مطالب خود را بر اساس همين موضوع پيگيري مي كنيم.
با توجه به آمار و ارقام مشخص مي شود كه ميزان مصرف برق در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت است مثلاً در بعضي از ساعات شبانه روز (فاصله ساعت 10:00 تا 12:00 صبح و از تاريك شدن هوا به مدت تقريباً دو ساعت در شب) مصرف برق خيلي زياد است و به ميزان حداكثر خود مي رسد (پيك بار) و در بعضي ساعات مثل ساعات بين نيمه شب تا بامداد مصرف برق خيلي پايين است و در بقيه اوقات يك مقدار متعادل را دارد.
************************************************************
شكل (1-1) تغييرات بار به ازاء شبانه روز (منفي بار)
همانطوري كه در شكل 1-1 ديده مي شود [1] يك مقدار از بار مصرف تقريباً در تمام ساعات شبانه روز ثابت است كه به آن بار پايه مي گوييم و يك مقدار بار نيز تنها در ساعات محدودي از شبانه روز اتفاق مي افتد و مقدار آن بيشتر از بار در بقيه ساعات شبانه روز مي باشد. اين بار را بار حداكثر يا پيك مي گوييم. نوسانات بين بار پايه و بار پيك را نيز بنام بار متوسط يا مياني مي گوييم و براي تأمين بار پايه به نوعي نيروگاه احتياج داريم كه مخارج جاري آن پايين باشد. اين نيروگاه ها شامل نيروگاه هاي بخار (به خاطر سوخت ارزان- چون سوخت مصرفي آنها معمولاً سوخت هاي سنگين مثل ماژوت است) نيروگاه هاي هسته اي و نيروگاه هاي آبي مي باشد. اما براي تأمين بار پيك به نوعي نيروگاه احتياج داريم كه مخارج نصب پايين و سرعت راه اندازي و باردهي بالا داشته باشد. [حتي اگر مخارج جاري آن بالا باشد و در رابطه با تأمين بار پيك توربين هاي گازي مطرح مي شوند، زيرا خصوصيات تقاضا شده فوق را دارا مي باشند.
توربين هاي بخار به خاطر آنكه براي راه اندازي و رسيدن به مرحله باردهي چندين ساعت وقت لازم دارند و استفاده از آنها به صورت رزرو به صرفه نيست در اين مورد استفاده نمي شوند.
بار مياني نيز توسط تركيبي از نيروگاه هاي مختلف كه اقتصادي تر باشد، تأمين مي شود. بنابراين يكي از بارزترين موارد استفاده توربين هاي گاز در صنعت برق، تأمين بار پيك توسط اين واحدهاست البته در كشورهايي مثل ايران كه مسأله سوخت حتي گاز و گازوئيل مسأله مهمي را ايجاد نمي كند از واحدهاي گازي براي تأمين بار پايه نيز استفاده مي شود.
از ويژگي هاي ديگر واحدهاي گازي كه با ديزل استارت مي شود قادرند با استفاده از باتري ها موجود در باتري خانه كه همواره شارژ كامل هستند بدون وابستگي به شبكه استارت شده و به مرحله باردهي برسند لذا از واحدهاي گازي مي توان براي مناطقي كه به شبكه سراسري متصل نيستند و نيز براي شروع برقراركردن شبكه پس از خاموشي كامل شبكه استفاده كرد. در بعضي از واحدهاي گازي كلاچ مخصوص بين محور توربين و محور ژنراتور وجود دارد كه مي توان اين دو محور را از هم جدا كند و در واحدهايي كه به اين نوع كلاچ مجهز هستند مي توان در حالي كه ژنراتور به شبكه متصل است با خاموش كردن توربين و باز شدن كلاچ موردنظر كه با افت دور توربين نسبت به ژنراتور صورت مي گيرد ژنراتور را به صورت موتور درآورد و به اين وسيله عمل
تنظيم ولتاژ شبكه را انجام داد. اين كار معمولاً در شبهايي كه بخاطر پايين بودن مصرف در شبكه ولتاژ بالا مي رود انجام مي شود به اين نوع استفاده از ژنراتور اصطلاحاً كندانسور كردن گويند.
1-3-1- مزاياي توربين گازي
الف) واحدهاي گازي بخاطر جمع كوچك و ساده بودن نصب خيلي سريع نصب مي شود.
ب) واحدهاي گازي بعد از استارت، در عرض چند دقيقه (معمولاً كمتر از ده دقيقه) به مرحله بازدهي مي رسند كه در اين زمان كوتاه، توربين هاي گازي را قادر ساخته است كه براي منظورهاي اضطراري و در مواقعي كه ماكزيمم مصرف برق را در سيستم قدرت داريم مورد استفاده قرار گيرد. در ضمن تغيير بار (قدرت توليد) در اين واحد، سريع صورت مي گيرد.
ج) قيمت و هزينه نصب واحدهاي گازي پايين است (حدود واحدهاي بخار براي قدرت برابر)
د) به علت سادگي ساختمان و كم بودن قسمت هاي كمكي و نوعي در توربين گاز بهره برداري از آن آسان مي باشد. در ضمن در واحدهاي گازي امكان كنترل و بهره برداري در محل و از راه دور وجود دارد.
هـ ) در توربين هاي گازي، امكان استفاده از سوخت هاي مختلف و تعويض نوع سوخت در حال كار واحد به هنگام باردهي، قدرت مانور خوبي به واحد مي دهد.
1-3-2- معايب توربين گازي
الف) راندمان يا بازدهي واحدهاي گازي به خاطر دفع مقدار زيادي انرژي، به صورت گرما از اگزوز، (براي يك واحد گازي با قدرت 25 مگاوات دماي خروجي اگزوز، بيش از Cْ500 مي باشد) و تشعشع مقداري گرما از جدار اتاق احتراق، پايين تر مي باشد (ماكزيمم تا حدود 27% براي سيكل ساده)
ب) چون در واحدهاي گازي، معمولاً از گاز طبيعي يا سوخت هاي سبك استفاده مي كنند، لذا مخارج جاري آنها بالا مي باشد (به علت گراني اينگونه سوختها)، ولي در عوض ميزان آلودگي محيط زيست نسبت به ساير نيروگاه هاي حرارتي ديگر با قدرت مشابه كمتر است.
فص دوم
تئوري فرايندهاي توربين گازي در افزايش قدرت و راندمان
2-1- مقدمه
با منبسط شدن گازهاي حاصل از احتراق (كه داراي دما و فشار بالايي مي باشند) در چندين طبقه از
پره هاي ثابت و متحرك قدرت در توربين گاز توليد مي شود.
براي توليد بالا جهت محفظه احتراق (حدود 4 تا 13 اتمسفر) از كمپرسورهاي محوري با چندين طبقه استفاده مي شود. در هر طبقه بر ميزان فشار هواي مكيده شده توسط كمپرسور افزوده مي شود. كمپرسور توسط توربين به گردش در مي آيد به همين منظور محور كمپرسور و توربين به هم متصل است. اگر همه چيز را ايده آل فرض كنيم يعني اصطكاك و تلفات ترموديناميكي سيال صفحه فرض شوند. همه فرآيندها در تمام طبقات كمپرسور و توربين ايده آل است و افت فشار در محفظه احتراق نيز صفر است. بعد از راه اندازي توربين گاز اگر كل سيستم را به حالت خود رها كنيم (بدون اينكه سوختي مصرف كنيم) قاعدتاً بايد قدرت توليد شده در توربين مساوي قدرت مصرف شده در كمپرسور باشد. اما اين از لحاظ علمي غيرممكن است. در توربين گاز حدود قدرت توليد شده در توربين صرف به گردش آوردن كمپرسور شده و آن به عنوان كار خروجي جهت توليد برق (يا هر مصرف ديگر) مصرف مي شود. بنابراين لازم است كه قدرت توليدي در توربين بيشتر از قدرت مصرفي در كمپرسور باشد. براي

فایل : 123 صفحه

فرمت : Word