فایل ورد قابل ویرایش

توضیحی مختصر از مقاله  :

دانلود مقاله شبيه‌سازي و تحليل رفتار پايدار و گذراي اجزاء سيكل نيروگاه بخار

چكيده:

بررسي رفتار پايدار و ناپايدار سيكل نيروگاههاي بخار در طراحي، بهينه‌سازي و ارزيابي عملكرد اين نيروگاهها حائز اهميت است، در اين رابطه به كمك نرم‌افزار ويژوال بيسيك. برنامه طراحي و تحليل سيكل واقعي نيروگاههاي بخار شامل بويلر، توربين، كندانسور، پمپ‌ها، هيترهاي بسته به تعداد دلخواه و هيترباز (دي اريتور) طراحي و تكامل يافته است. به كمك اين برنامه، با انتخاب اجزاء سيكل و اتصال آنها، مواردي مانند بازده حرارتي، كار توليدي، دبي جرمي سيال در هر نقطه از سيكل و زيركش‌ها، در سيكل پايدار نيروگاه بخار مورد بررسي قرار گرفته است. به علاوه با بدست آوردن روابط بقاء انرژي و جرم در حالت ناپايدار در اجزاء سيكل، رفتار حالت ناپايدار سيكل كه جهت طراحي و كنترل نيروگاه، از اهميت ويژه‌اي برخوردار مي‌باشد، بررسي شده است. در اين رابطه مواردي نظير تغييرات فشار و دماي بخار خروجي از بويلر، تغييرات دبي و فشار خروجي از درام، تغييرات توان توليدي در توربين‌ها و تغييرات دبي و شرايط بخار ورودي به هيترها مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين رابطه به عنوان نمونه تحليل پايدار و ناپايدار اجزاء سيكل نيروگاه منتظر قائم ارائه شده است.

مقدمه:

توان توليد و مصرف برق در هر كشور يكي از شاخص‌هاي پيشرفت صنعتي آن كشور محسوب مي‌شود. در دهه‌هاي اخير نياز بخشهاي صنعتي و غير صنعتي كشور به انرژي برق رشد چشمگيري داشته است. طبق آمار موجود، مصرف برق در ايران با رشدي در حدود 9% مواجه است [1]. از سويي ديگر متوسط راندمان نيروگاههاي بخار در ايران، كه سهم زيادي از توان توليدي در كشور را به عهده دارند، تنها در حدود 8/31% مي‌باشد، همچنين با توجه به هزينه بالاي ساخت اين نيروگاه‌ها كنترل بهينه عملكرد آنها تحت شرايط مختلف بار حائز اهميت مي‌باشد. اين امر نياز به مطالعات گسترده‌تر در زمينه طراحي، بهينه‌سازي، ساخت و كنترل نيروگاه‌ها دارد.يكي از مهمترين زمينه‌هاي مطالعاتي نيروگاه، شبيه‌سازي عملكرد آن تحت شرايط پايدار و ناپايدار مي‌باشد. در دهه اخير مطالعات گسترده‌اي در اين زمينه در كشورهاي پيشرفته صنعتي صورت گرفته است، كه از موفق‌ترين آنها مي‌توان به تحقيقات بخش مهندسي انرژي دانشگاه صنعتي Delft هلند اشاره كرد [2]، كه ارائه دهنده برنامه موفق و كاربردي Cycle Tempo است. از ديگر نتايج مطالعاتي در اين زمينه ارائه برنـامه كامپيوتري PPA توسط Lu. و Hogg اعضاء IEEE در سال 1996 مي‌باشد [3]. اصولاً برنامه‌هاي شبيه‌ساز به عنوان يك ابزار مناسب تحقيقاتي در زمينه‌هاي مختلف طراحي و بهينه‌سازي سيستم‌هاي نيروگاهي مورد استفاده قرار مي‌گيرند و برنامه‌هاي مختلف، بطور تخصصي سيستم‌هاي گوناگون بكار رفته در نيروگاههاي بخار را مدلسازي، طراحي و ارزيابي مي‌نمايند. يكي از مهمترين زمينه‌هايي كه در طراحي نيروگاه و سيستم‌هاي جانبي آن اهميت ويژه‌اي دارد، طراحي سيستم‌هاي كنترل عملكرد نيروگاه مي‌باشد. به طور حتم اولين گام براي بررسي سيستمهاي كنترلي، مدلسازي ديناميكي نيروگاه جهت پيش‌بيني رفتار گذراي اجزاء آن تحت شرايط ناپايدار خواهد بود. از اولين مدلهاي ديناميكي كه در اين زمينه ارائه شده‌اند، مدل غيرخطي بويلر با درام بخار مي‌باشد كه توسط Astorm و Eklund در سال 1972 پيشنهاد شده است [4]. Rubashkin و Khesim مدل ديناميكي ديگري را براي شبيه‌سازي نيروگاه‌هاي فسيلي، طي يك برنامه شبيه‌ساز آموزشي ارائه كردند [5]. اما يكي از جامع‌ترين تحقيقات در اين زمينه توسط Lu در سال 1999 انجام شده است كه با دسته‌بندي شرايط بخار در طول سيستم، مدلهاي ديناميكي ساده و جامعي براي يك بويلر درام‌دار دو مسيره با سيستم چرخش طبيعي ارائه كرده است [6].در اين مقاله يك برنامه شبيه ساز ارائه شده است كه در آن، ضمن بررسي رفتار پايدار سيكل ترموديناميكي نيروگاه بخار، با ارائه يك مدل ديناميكي از بويلر با درام بخار، هيترها و توربين‌ها با زيركش‌هاي مربوطه رفتار ناپايدار سيكل ترموديناميكي پيش‌بيني خواهد شد.

شبيه‌سازي عملكرد سيكل نيروگاه بخار:

به منظور بررسي عملكرد نيروگاه بخار، به كمك نرم‌افزار ويژوال بيسيك، يك شبيه ساز كامپيوتري تهيه شده است كه به كاربر اجازه مي‌دهد اجزاء نيروگاه را از يك جعبه ابزار انتخاب نموده و آنها را در صفحه كار و در كنار يكديگر به طور دلخواه مرتب نمايد. با تعبيه يك جعبه ابزار در برنامه كه حاوي اجزاء اصلي نيروگاه مانند بويلر، توربين، كندانسور، پمپ، گرمكن آب تغذيه باز و بسته است، كاربر به سادگي مي‌تواند اجزاء سيكل مورد نظر خود را در صفحه كار قرار دهد، براي هر جزء در سيكل و متناسب با آن، مجاري ورودي و خروجي در نظر گرفته شده است كه به كمك آنها و با حركت ماوس مي‌توان اجزاء را به هم متصل و به اصطلاح عمليات لوله‌كشي را انجام داد. براي هر جزء فرم خاصي براي ورود اطلاعات در نظر گرفته شده است. بعد از تكميل اطلاعات ورودي با اجراي برنامه، عملكرد كلي سيكل شامل بازده حرارتي، كار توليدي، گرماي ورودي و خروجي از سيكل، شرايط كاركرد سيكل در مواضع مختلف و همچنين دبي جرمي سيال در هر نقطه از مدار محاسبه و مشخص مي‌گردد. براي اينكار پس از تنظيم مدار ترموديناميكي و تعيين مقادير ورودي، برنامه اقدام به شناسايي سيكل و ارتباط بين اجزاء مختلف مي‌نمايد. در انتها برنامه بعد از انجام محاسبان مربوط به خصوصيات ترموديناميكي نقاط مختلف سيكل كه با استفاده از روابط رياضي ويژه، براي نواحي بخار داغ، مخلوط آب و بخار و همچنين مايع فشرده انجام مي‌گيرد، با يك مرور كلي در سيكل، نتايج را تعيين و ارائه مي‌نمايد. لازم به ذكر است كه پارامترهاي ورودي به برنامه براي بويلر شامل فشار، دما و دبي بخار، براي توربين، راندمان آيزنتروپيك، براي كندانسور، فشار و براي گرمكن‌هاي آب تغذيه، TTD و DC هستند كه در ابتداي تحليل توسط كاربر تعيين مي‌شوند.اين برنامه ابزار مناسبي جهت انجام تحقيقات در زمينه‌هاي طراحي، بهينه‌سازي و يا بررسي عملكرد سيكل نيروگاه بخار مي‌باشد. اصولاً جهت بهينه‌سازي عملكرد ترموديناميكي نيروگاه بخار روشهاي مختلفي از جمله استفاده از گرمكن‌هاي بازيافت حرارتي و يا استفاده از بازگرمايش بخار توسط گرمكن‌ها، پيشنهاد مي‌شود. انتخاب شرايط بهينه عملكرد براي اين گرمكن‌ها، محاسبات پيچيده و حجيمي را مي‌طلبد. اين برنامه ضمن تحليل عملكرد سيكل نيروگاه بخار در حالت پايا، قابليت بررسي تغييرات در نتايج طراحي را در شرايط تغيير بار دارد.

ناپايداري و رفتار ديناميكي نيروگاه بخار:

يكي از مسائل مهم در طراحي نيروگاههاي بخار و سيستم‌هاي جانبي آن، طراحي سيستمهاي كنترل مي‌باشد. در اين رابطه نخست بايد علل بروز ناپايداري‌هايي كه كنترل آنها مدنظر قرار گرفته است، شناخته شوند. پس از آن مي‌بايست تاثير آن عوامل بر عملكرد سيستم مورد بررسي قرار گيرد. سپس پارامترهايي كه به عنوان ابزار كنترليدر اختيار طرح هستند بايد شناسايي شده و تاثير آنها بر عملكرد سيستم و نتيجه حاصل از ناپايداري تحليل گردد و در آخرين مرحله طراحي سيستم كنترل و آزمايش عملكرد آن مدنظر قرار خواهد گرفت.علت عمده ايجاد ناپايداري در عملكرد ترموديناميكي نيروگاه‌هاي بخار به نوسانات مصرف باز مي‌گردد. براي كاهش اين نوسانات، منحني مصرف شبكه، در زمانهاي مختلف پيش‌بيني مي‌شود. توليد كننده بايد بتواند تغييرات منحني مصرف را دنبال نموده و توليدي برابر با مصرف داشته باشد.