كارگاه ماشينهاي حساس

 

توربین گازی

Thursday, August 14, 2008

 

Generating Electricity: Gas Turbines

تولید برق با استفاده از توربین های گازی

سیکل ترکیبی – توربین های بخار

مقدمه :

در این روزهای گرم تابستان و خصوصا گرمای طاقت فرسای روزها داغ جنوب با کمبود برق هم مواجه هستیم این پرسش پیش می آید که آیا برای گریز از وضع موجود  کاری می شد انجام داد ؟! جواب مثبت است چون درست است که ما کشور کم آبی هستیم و میزان متوسط بارندگی ما از متوسط جهانی کمتر است ولی این یک چیز تازه ای نیست شما وقتی به دعای داریوش در تخت جمشید هم توجه می کنید می بینید که او دعا می کند که خدواند  این مملکت را از خشکسالی در امان نگه دارد ! خوب این خیلی جالب است که کشور ایران در 2500 سال پیش با وجودیکه بسیار پهناور تر از امروز بوده است باز هم با خشکسالی مواجه بوده است وگرنه چه دلیلی داشته است که پادشاه چنین دعایی را به درگاه خواهد مطرح کند ؟!

بنابراین مملکتی که از 25 قرن قبل تا بحال همواره با مشکل بی آبی و کم آبی و خشکسالی مواجه بوده است این امر را نمی توان به حساب بلایای طبیعی و حوادث غیر مترقبه ! گذاشت بلکه اگر سالی باران فراوان ببارد باید آن سال را غیر عادی فرض کرد !! با این توضیحات مشخص می شود که توجیهاتی که برای کمبود برق و نبودن آب پشت سدها بدلیل  نباریدن باران می شود همه مردود است دولتمردان باید تمهیداتی می اندیشیدند که همواره آماده مواجه با این مسائل باشند این که نمی شود که ما در تابستان با کمبوئد برق و آب و در زمستان با کمبود گاز و سوخت مواجه باشیم ؟ و فقط دلیل بیاوریم و بهانه ترشی کنیم .

از نظر اینجانب که بخش عمده ای از عمرم را بر روی مطالعه و کار روی توربین های گازی و بخار صرف کرده ام این توجیهات غیر قابل قبول است . گیرم که باران هم نبارید و با کمبود آب مواجه شدیم مگر چه مقدار از برق ما وابسته به تاسیسات هیدروالکتریک است ؟ اصلا چرا باید در مملکت کم آبی مثل ایران ما خود را وابسته به چهارتا سد مثل سد دز و تاسیسات برق آبی نمائیم ؟

حالا اگر انرژی هسته ای نبود باید دست روی دست گذاشت و هیچ کاری انجام نداد ؟ ما این همه منابع عظیم گاز و سوخت های فسیلی داریم مگر بر پایی چند نیروگاه برق گازی و نیروگاههای حرارتی نظیر آن چقدر هزینه و وقت می برد ؟

کافی است شما یک ایمیل به شرکت های مطرحی چون ABB  و BBC  و نظایر آن در اروپا یزنید تا ظرف مدت کوتاهی و با هزینه ای یک هزارم همان نیروگاه هسته ای برای شما نیروگاههای برق گازی با بخاری را برپا کنند . این تاسیسات آماده و قابل نصب سریع بر هستند کافی است فونداسیون و تاسیسات جانبی آن نصب شود نصب این تجهیزات چند ماه بیشتر زمان نمی برد .

این همه وقت انرژی را برای نیروگاه بوشهر صرف کردیم و این همه به روسها باج داده ایم تا آنها این همه کارشکنی بکنند و از موقعیت شکننده ایران سوء استفاده نموده و هر روز به بهانه های واهی راه اندازی نیروگاه رابه تاخیر بیندازند خوب این وقت و پول را صرف ساخت نیروگاههای گازی می کردیم تا این همه با مشکل مواجه نباشیم

چرا باید قیمت برق طی این سالها این همه ارزان باشد تا مردم به هدر دادن برق عادت کنند و قدر ان را ندانند ؟

این هزینه ها باید بتدریج از مردم گرفته می شد و بهد مردم آموزش داده می شد که چقدر انرژی برق گران و با ارزش است و ان را بدرستی استفاده کنند

به مردم گوشزد می شد که آب و برق مجانی را فراموش کنند و در صدد دزدی از شبکه برق نباشند ! این کار حتی در پیشرفته ترین ممالک امکان پذیر نیست برق بهای گزافی دارد که باید مصرف کننده آن را بپردازد .

 

 نمای شماتیک از یک توربین گازی و یک توربین بخاری که بر روی هم یک نیروگاه سیکل ترکیبی را به نمایش می گذارند

از نفت یا گاز طبیعی می توان برای راه اندازی توربین های گازی استفاده کرد .  سوخت در توربین های گازی ، در محفظه احتراق و در فشار بالا می سوزد که حاصل آن تولید گازهای گرم و سوزان است که مستیما بر روی پره های توربین فرستاده می شود و باعث چرخاندن ژنراتوری می شود که به این توربین گاز متصل شده است . از طرفی توربین گاز باید به یک کمپرسور هوا متصل باشد تا بتواند هوای پرفشار مورد نیاز محفظه احتراق را تامین کند . این چرخه با چرخه توربین های بخار تفاوت دارد چون در توربین های بخار گرمای حاصل از بخار گرم و پرفشار فقط باعث چرخاندن توربین بخار می شود ولی در توربین گاز برخی از این کار باید صرف چرخاندن کمپرسور هوا هم بشود

 

Oil or natural gas can run gas turbines. In a gas turbine, fuel burning in a high-pressure combustion chamber produces hot gases that pass directly through the turbine, which spins a generator to produce electricity. The turbine also spins a compressor to provide high-pressure air to the combustion chamber. This cycle is different from the steam turbine, where the heat of combustion turns water to steam, which pushes the turbine.

Combined-Cycle System

سامانه های چرخه ترکیبی ( سیکل ترکیبی )

موثر ترین راه برای  بالا بردن راندمان و بهره بردن از حداکثر انرژی گاز و سوخت در توربین های گازی استفاده از روش چرخه ترکیبی است که از دو طریق انرژی الکتریسیته تولید می شود . گازهای داغ و پر فشار خارج شده از محفظه احتراق باعث چرخاندن پره های توربین گاز می شوند و از این طریق مقداری برق تولید می شود .

از طرفی گازهای گرم و سوزان خروجی از اگزوز ( دودکش ) توربین گاز که بعنوان گرمای تلف شده محسوب می شوند برای گرم کردن آب  در دیگ بخار مورد استفاده قرار می گیرند که این بخار تولیدی نیز باعث چرخاندن توربین بخار شده و از این طریق  و با اتصال یه یک ژنراتور دیگر نیز مقداری برق تولید می گردد  کندانسر ها = چگالنده هایی وجود دارند که این بخار را دوباره سرد کرده و به چرخه دیگ بخار بر می گردانند و این روند همچنان تکرار می شود

بعلت اینکه ابعاد توربین بخار را می توان بزرگتر از توربین گاز ساخت در کارخانه های سیکل ترکیبی از چندین توربین گازی برای تولید گازهای گرم و تغذیه کردن دیگ بخار مورد استفاده در توربین های بخار استفاده می شود . ( یعنی برای چندین توربین گازی ؛ ساختن یک توربین بخاری بزرگ کفایت می کند )

The most efficient way for utilities to use gas or oils is in a combined-cycle system, which combines two means of producing electricity. Hot gases from the combustion chamber spin the gas turbine and the generator to make electricity. The system then pipes the still-hot exhaust gases leaving the combustion turbine to a 'waste heat' steam boiler where their heat produces steam. The steam turns a turbine, connected to a second generator, to produce electricity. Condensers convert the steam to water that returns to the boiler to repeat the cycle.

Because steam turbines can be built larger than gas turbines, a combined cycle system often uses several gas turbines to feed hot exhaust to one steam boiler..

 

 

آدرس عکس چرخه توربین

 

......................مقدمه و ترجمه از محمد توکلی – 24 مردادماه 1387 –

منبع :

http://www.oncor.com/community/knowledgecollege/energy_library/generating/generating02.aspx

 

پيام هاي ديگران ()        link        ۱۳۸٧/٥/٢٤ - محمد توکلی

بررسی تغییرات دما و فشار در توربینهای گازی

 

 بررسی تغییرات دما و فشار در توربینهای  گازی

 

برای نمونه  چگونگی تغییر دما و فشار در موتور توربوجت بررسی می شود. فشار و دما به اینصورت کدبندی رنگ شده که آبی نشان دهنده کمترین فشار و دما و سفید نشان دهنده بیشترین فشار و دما است. همانطورکه در تصویر کامپیوتری پایین مشاهده میکنید هوا از قسمت جلو وارد مجرای ورود میشود. در انتهای مجرای ورود هوا وارد کمپرسور میشود و کمپرسور مانند سطرهای زیادی از ایرفویل رفتار میکند که هر سطر مقدار کمی افزایش را در فشار تولید میکند. از آنجایی که کمپرسور بر روی جریان کار انجام میدهد، افزایش فشار همراه با افزایش در دماست. در خروجی کمپرسور، هوا دارای فشار بسیار بالاتری نسبت به جریانات آزاد است. در محفظه ی احتراق، مقدار کمی از سوخت با هوا ترکیب شده و در فشار تقریبا ثابتی میسوزد. پس واضح است که دمای جریان در محفظه ی احتراق به نهایت میرسد. در انتهای محفظه ی احتراق، گازهای خروجی از میان توربین عبور میکنند و انرژی جریان توسط توربین برای چرخاندن کمپرسور، جذب میشود که این انرژی از طریق شفت مرکزی انتقال پیدا میکند.

 

در طی این فرآیند مقداری از فشار جریان خروجی از بین میرود و دما کاهش میابد، اما دما و فشار ورودی نازل هنوز بیشتر از دما و فشار جریانات آزاد است. در اینجا نازل، فشار و دمای بالا را مبدل به سرعت بالا میکند و به این جهت که سرعت خروجی بیشتر از سرعت جریانات آزاد است، بنابر تعریف معادله ی تراست، تراست تولید میشود. نسبت فشار موتور (EPR)، نسبت کل فشار در میان موتور و نسبت دمای موتور (ETR)، نسبت کل دما در میان موتور تعریف شده است. با توجه به شماره های مکانی، EPR، نسبت کل فشار نازل pt8 به کل فشار ابتدای کمپرسور pt2 و ETR، نسبت کل دمای نازل Tt8 به کل دمای ابتدای کمپرسور Tt2 میباشد:

 

می توان EPR و ETR را به آسانی در یک موتور در حال کار اندازه گیری کرد و آنرا به خلبان یا کسی که موتور را آزمایش میکند نشان داد. به همین جهت، نسبت بر حسب شرایط جریانات آزاد تعریف نشده است. اتلافات کل فشار در مجرای ورود شامل EPR نمی شود اما اگر ما EPR، اتلافات مجرای ورود و متناظرا نسبت دمای موتور (ETR) را بدانیم، میتوانیم به آسانی تراست را با استفاده از اطلاعات عملکرد نازل و معادله ی تراست محاسبه کنیم. بطور ساده EPR، حاصل نسبت فشار میان کل اجزاء موتور و ETR، حاصل نسبت دمای میان کل اجزاء موتور میباشد.

 

نسبت فشار موتور = نسبت فشار کمپرسور × نسبت فشار محفظه احتراق × نسبت فشار توربین × نسبت فشار نازل

 

نسبت دمای موتور = نسبت دمای کمپرسور × نسبت دمای محفظه احتراق × نسبت دمای توربین × نسبت دمای نازل

 

ما میتوانیم در طراحی یک موتور معین، نسبت فشار و دمای هر جزء را همانطوریکه در بخش ترمودینامیک اجزاء در مقاله ی فنی محاسبات مبتدی 1 گفته شد، تعیین کنیم.

پيام هاي ديگران ()        link        ۱۳۸٧/٥/٢٤ - محمد توکلی

تولید برق : توربین های بخار

Thursday, August 14, 2008

Generating Electricity: Steam Turbines

تولید برق : توربین های بخار

مقدمه :

یکی از بهترین گزینه های برای ساخت نیروگاههای حرارتی استفاده از توربین های بخار است چون این توربین ها عمر طولانی دارند و با توجه به اینکه در حرارت و فشار کمتری در مقایسه با توربین های گازی کار می کنند عمر طولانی تری هم دارند و نیز کمتر به تعمیرات اساسی نیاز دارند . از این رو می توان از آنها بعنوان توربین های برای تولید برق پایه کمک گرفت .

اما عیب عمده آنها این است که اولا دستگاههای پر حجم و بزرگی هستند جای زیادی را اشغال می کنند و ثانیا دیر وارد مدار می شوند و مدتی برای پیش گرم کردن =WARM UP   آنها باید زمان صرف شود . از همه اینها گذشته توربین های بخاز نیاز به نصب دیگ های بخار =BOILER  دارند که این نیز خودش نیاز به تاسیسات و فضای فراوان دارد . ونیز تاسیساتی برای تصفیه آب مورد نیاز برای تغذیه دیگ بخار که همه آنها مستلزم صرف هزینه و فضای لازم است . اما با این حال استفاده از توربین های بخار یک سرمایه گذاری دائمی و با ارزش است نمونه اش نیروگاه حرارتی رامین اهواز که در شمال اهواز قرار دارد و بخش عمد ه ای از برق ما را تامین می کند .

ولی حیف که فقط همین یک نیروگاه است در صورتیکه باید دست کم دهها نوع از این نیروگاههای بخار در همین استان خودمان وجود داشته باشد چون ما این همه منابع عظیم گاز در خوزستان داریم که هنوز هم  که هنوز است دارد هدر می رود و متاسفانه سوزانده می شوند .  جالب است که آمریکا هم اکنون بیشترین نیروگاههای برق هسته ای و نیروگاههای برق بخاری را در اختیار دارد و این درس عبرتی است برای ما که اگر نمی توانیم نیروگاههای برق اتمی داشته باشیم * دست کم اقدام به ساخت نیروگاههای برق حرارتی از طریق توربین های بخار می کردیم !

که ما در هر دو زمینه اهمال و سهل انگاری فراوان کرده ایم اگر وقایع دهه  50 نبود الان قطعا دهها نیروگاه برق اتمی داشتیم . و صد درصد صدها نیروگاه برق حرارتی  احداث شده بود وحالا با این کمبودها مواجه نبودیم .

 

 

 

 

نیروگاههای برق حرارتی که با توربین بخار کار می کنند انرژی حرارتی سوخت های  فسیلی نظیر ذغال سنگ و گاز و نفت را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند . اغلب واحدهای تولید برق از طریق بخار در ایالات متحده آمریکا وجود دارند .

سوخت هایی که رد دیگ بخار سوزانده می شوند گرمای خود را صرف گرم کردن آب دیگ بخار و  تولید بخار فوق گرم و پر فشار high-pressure superheated steam می شود که  چرخاندن توربینهای بخار استفاده  می شود این بخار هنگامی که وارد توربین بخار می شود منبسط شده و گرما و فشار خود را از دست می دهد و تبدیل به انرژی مکانیکی می کند که صرف چرخاندن پره های توربین می شود و سب چرخاندن محور توربین بخار می شود که آنهم به یک ژنراتور برق متصل است و باعث چرخاندن ژنراتور و تولید برق می گردد .

بخار خروجی از توربین نیز به کندانسور = چگالنده فرستاده می شود و پس از سرد شدن و تبدیل شدن به آب مجددا به دیگ بخار فرستاده می شود تا برای تولید بخار مورد استفاده قرار گیرد و این چرخه مرتب تکرار می شود . این فرآیند را می توان برای همه سوخت های فسیلی مورد استفاده قرار داد و اساس آن برای همه انها یکسان است . تنها در مورد ذغال سنگ ابتدا باید ذعال را خرد کرد تا آسان تر سوخته شود و البته خاکستری هم دارد که باید تخلیه شود .

نقت هم که غالب نفت کوره واز فرآورده های پائینی برج تقطیر است را بصورت اسپری بدرون  محفظه احتراق دیک بخار می پاشند سوخت های گازی نیز نظیر گاز های بی ارزش وتصفیه نشده  LEAN GAS هم مسقیما به مشعل دیگ بخار فرستاده می شوند تا سوزانده شوند . در شرکت ما که لین گاز LEAN GAS به فور وجود دارد از همین روش برای سوخت دیگهای بخار واحد UT-500 استفاده می شود . سوخت مایع هم بصورت اسپری و ذرات ریز به درون هوای داغ پاشیده می شود . که می تواند گازوئیل یا سوخت های کم ارزش تر و از جمله نفت کوره باشند .

 

 

A conventional steam electric power plant converts fossil fuels - coal, gas or oil - into electric energy. Steam plants generate most of the electricity in the United States. Fuel burned in the boiler releases heat, which boils water and converts it into high-pressure superheated steam. The steam enters a turbine where it expands and pushes against blades to turn the generator shaft to create electric current.

 After the steam passes through the turbine, condensers convert it to water that is returned by pumps to the boiler to repeat the cycle. Combustion gases exit through the stack. This process is basically the same for all fossil fuels. A stream of hot air carries coal, crushed to powder for easy burning, into the boiler. Oil generally enters as a fine spray of droplets in hot air.

http://www.oncor.com/images/knowledgecollege/steamturb.gif

آدرس عکس بالا

 

.................مقدمه و ترجمه از محمد توکلی – 24 مرداد ماه 1387

توضیحات :

* نه تنها شرکت زیمنس آلمان بلکه شرکت فرانسوی و حتی شرکتهایی از همان آمریکای جهانخوارهم قرار بود 20 نیروگاه برق اتمی درایران بسازد اما افسوس ... همه بر باد رفت

منبع :

http://www.oncor.com/community/knowledgecollege/energy_library/generating/generating01.aspx

 

پيام هاي ديگران ()        link        ۱۳۸٧/٥/٢٤ - محمد توکلی