مقایسه عددی سیکل های توربین گاز همراه با بازیاب حرارتی و تزریق بخار آب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بزرگمهر قائنات، قاین، ایران

3 کارشناسی ارشد، نیروگاه شهید کاوه قاین، قاین، ایران

چکیده

تحقیقات نشان داده است که تزریق آب یا بخار و استفاده از بازیاب حرارتی در یک سیکل نیروگاه گازی، سبب بهبود راندمان حرارتی نیروگاه گازی گردیده است. با این وجود شبیه­سازی عددی در این زمینه دارای مطالعات محدودی می­باشد. در این مطالعه، تاثیر مستقل تزریق بخار آب و استفاده از بازیاب حرارتی بر افزایش راندمان حرارتی نیروگاه و انتشار اکسیدهای نیتروژن با استفاده از شبیه­سازی عددی بوسیله نرم افزار 16 Ansys Fluent  مورد بررسی قرار گرفت. در این مقاله، احتراق از نوع غیر پیش آمیخته بوده و بخار آب با دبی جرمی 30 کیلوگرم بر ثانیه و با دمای 200 درجه سلسیوس به داخل محفظه احتراق تزریق گردید. همچنین در حضور بازیاب حرارتی، هوا با دمای 460 درجه سلسیوس به محفظه احتراق وارد شد. نتایج نشان می­دهد که با وجود بازیاب و تزریق بخار آب، راندمان حرارتی نیروگاه به ترتیب به میزان 45/4 درصد و 9/6  درصد  افزایش یافته است. با این وجود، از مقایسه نتایج مشاهده گردید که میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن درسیکل با تزریق بخار آب 5/3 برابر سیکل همراه با بازیاب و 5/8 برابر سیکل ساده می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


تحقیقات نشان داده است که تزریق آب یا بخار و استفاده از بازیاب حرارتی در یک سیکل نیروگاه گازی، سبب بهبود راندمان حرارتی نیروگاه گازی گردیده است. با این وجود شبیه­سازی عددی در این زمینه دارای مطالعات محدودی می­باشد. در این مطالعه، تاثیر مستقل تزریق بخار آب و استفاده از بازیاب حرارتی بر افزایش راندمان حرارتی نیروگاه و انتشار اکسیدهای نیتروژن با استفاده از شبیه­سازی عددی بوسیله نرم افزار 16 Ansys Fluent  مورد بررسی قرار گرفت. در این مقاله، احتراق از نوع غیر پیش آمیخته بوده و بخار آب با دبی جرمی 30 کیلوگرم بر ثانیه و با دمای 200 درجه سلسیوس به داخل محفظه احتراق تزریق گردید. همچنین در حضور بازیاب حرارتی، هوا با دمای 460 درجه سلسیوس به محفظه احتراق وارد شد. نتایج نشان می­دهد که با وجود بازیاب و تزریق بخار آب، راندمان حرارتی نیروگاه به ترتیب به میزان 45/4 درصد و 9/6  درصد  افزایش یافته است. با این وجود، از مقایسه نتایج مشاهده گردید که میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن درسیکل با تزریق بخار آب 5/3 برابر سیکل همراه با بازیاب و 5/8 برابر سیکل ساده می­باشد.

[1]      Chui E., Runstedtler A., Majeski A., Leach I. and Macfadyen N., Modeling of a Natural Gas-Fired Utility Boiler, in Proceedings of Combustion Canada Conference, Vancouver,Canada, 2003.
[2]  زکی م و رجبی زرگرآبادی، تحلیل عددی اثر هوادهی در تولید اکسید نیتروژن در محفظه احتراق مدل توربین گاز، مجله مکانیک مدرس، د. 14، ش. 10، ص 101-108، 1393.
[3]  صابونچی،ا و خردمند، س، شبیه­سازی عددی محفظه احتراق توربین گاز، مجله استقلال، د.22، ش. 2، ص13، 1382.
[4]  نادران طحان، م و بحرینیان، س، تاثیر تغییر نسبت فشار بر مشخصه­های عملکرد یک توربین جریان شعاعی دوقلو با استفاده از مدل­سازی هندسی و شبیه­سازی جریان، مجله مکانیک مدرس، د.13، ش. 14، ص 220-232، 1392
[5]  غفاری، ع ، بهرامی، س ، ساداتی، ح و ترن، م، بررسی عملکرد گذرای سیکل ترکیبی و توربین گازی با تزریق بخار در زمان افت فرکانس، مجله مکانیک مدرس، د.14، ش.8، ص 8-16، 1393
[6]     Heppenstall T., Gas Turbine Cycles for Power Generation: A critical review, Applied Thermal Engineering, Vol. 18, pp. 837-846, 1998.
[7]     Wang F. J. and Chiou J. S., Performance Improvement for a Simple Cycle Gas Turbine GENSET-A Retrofitting Example, Applied Thermal Engineering, Vol. 22, pp. 1105–1115, 2002.
[8]     Nishida K., Takagi, T. and Kinoshita S., Regenerative Steam-injection Gas-turbine Systems, Applied Energy, Vol. 81, pp. 231–246, 2005.
[9]     Kim K. H. and Perez-Blanco H., Potential of regenerative gas-turbine systems with high fogging compression, Applied Energy, Vol. 84, No. 1, pp. 16–28, 2007.
[10] Lee J. J., Jeon M. S. and Kim T. S., The influence of water and steam injection on the performance of a recuperated cycle microturbine for combined heat and power application, Applied Energy, Vol. 87, pp. 1307–1316, 2010.
[11] Selwynraj A. I., Iniyan S., Polonsky G., Suganthi L. and Kribus A., Exergy analysis and annual exergetic performance evaluation of solar hybrid STIG (steam injected gas turbine) cycle for Indian conditions, Energy, Vol. 80, No. 1, pp. 1-14, 2014.
[12] Paepe W. D., Delattin F., Bram S. and Ruyck J. D., Steam injection experiments in a microturbine – A thermodynamic performance analysis, Applied Energy, Vol. 97, pp. 569–576, 2012.
[13] Paepe W. D., Delattin F., Bram S. and Ruyck J. D., Water injection in a micro gas turbine – Assessment of the performance using a black box method, Applied Energy, Vol. 112, pp. 1291–1302, 2013.
[14] Paepe W. D., F. Contino Delattin F., Bram S. and Ruyck J. D., Optimal waste heat recovery in micro gas turbine cycles through liquid water injection, Applied Thermal Engineering, Vol. 70, No. 1, pp. 846–856, 2014.
[15] Performance test of Kave combined cycle PP (GT V94.2)
Pope B.S., Turbulence Flows, United states of America , Cambridge University Press, New York:, 2007.  
 
[16] Magnussen B. F. and Hjertager B. H., On mathematical models of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion, In 16th Symp. on Combustion. The Combustion Institute, 1976.
[17] Warnatz J., Mass U. and Dibble R. W., Combustion, Springer, 2006.
[18] Hanson R. K. and Salimian, S., Survey of Rate Constants in H/N/O Systems, Combustion Chemistry, pp. 361, 1984.
[19] Ansys, Inc., Ansys Fluent 16 User's Guide, 2013.