مقدمه:

فرآیند تبدیل انرژی موجود در سوخت به توان الکتریکی که شامل تولید کار مکانیکی می گردد و در ادامه به وسیله ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل می شود، موضوع کاری یک واحد تولید توان می باشد.

نیروگاه های بخاری ای که از بویلر برای سوزاندن سوخت های فسیلی و تولید توان استفاده می کنند، بازدهی متوسطی در حدود ۳۶% دارند.

سیکل های ساده توربین گازی (GTs) در هنگام کار با سوخت گاز، حداکثر بازدهیشان حدود ۳۱% بوده . غالب این اتلاف انرژی در توربین های گازی به صورت انرژی حرارتی موجود در گاز داغ خروجی از اگزوز در فرایند احتراق مشاهده می شود.

به جهت افزایش بازدهی کلی نیروگاه ها، فرآیندهای ترکیبی می توانند به جهت بهره گیری از باقیمانده انرژی گرمایی موجود در گازهای اگزوز مورد استفاده قرار گیرند.

امروز با بکارگیری تکنولوژی های روز دنیا در حالت سیکل ترکیبی، نیروگاه ها می توانند به راندمان الکتریکی بیش از۶۰% نیز دست پیدا کنند.

فرآیند تولید بخار و کار در توربین بخار، بر اساس سیکل ترمودینامیکی رانکین رخ می دهد.

رایج ترین نوع نیروگاه های سیکل ترکیبی، مرکب از توربین گازی در مرحله اول و سپس توربین بخار می باشند.

همانطور که اشاره شد، در این بین، بویلر بازیاب حرارتی قرار می گیرد تا امکان استفاده از انرژی گازهای داغ خروجی از اگزوز توربین گاز را میسر نماید.

پیکربندی های متنوعی برای نیروگاه های سیکل ترکیبی بر پایه توربین گاز معرفی شده اند که در رایج ترین نوع آن، هر توربین گاز به بویلر بازیاب حرارت (HRSG) مربوط به خودش متصل می باشد .

برای مثال، در واحدی با آرایش ۱*۲*۲، دو توربین GT/HRSG ، ورودی یک توربین بخار را تأمین می نمایند و توربین بخار بر اساس تعداد و ظرفیت توربین های تامین کننده آن، طراحی می شود.

مبانی عملکرد سیکل ترکیبی:

با توجه به اینکه اساس ایجاد چرخه تولید توان به صورت ترکیبی، استفاده از گرمای خروجی از توربین گاز و جذب حرارت آن در مبدل بازیاب می باشد، در اینجا به طور مختصر به معرفی این تجهیزات پرداخته می شود.

بویلر بازیاب حرارتی (HRSG)، نوعاً یک مبدل حرارتی می باشد.

هم چنین از آنجایی که بخار مورد استفاده در توربین بخار را تامین می کند، بویلر نیز خوانده می شود.

این عمل با عبور گاز داغ اگزوز توربین گاز از میان دسته لوله های مبدل حرارتی انجام می شود.

این مبدل می تواند بر اساس گردش طبیعی جریان کار کند و یا با استفاده از پمپ های مناسب، از جریان اجباری سیال جهت انتقال حرارت استفاده کند.

با جریان پیدا کردن گازهای داغ اگزوز در اطراف لوله های مبدل حرارتی ای که در آن، آب در حال گردش است،

حرارت گازهای داغ جذب شده و سبب تولید بخار از آب درون لوله ها می گردد.

لوله ها در بخش ها یا ماژول های مشخصی دسته بندی می شوند که هر کدام بخشی از فرایند تولید بخار سوپرهیت خشک را بر عهده خواهند داشت.

این ماژول ها به صورت اکونومایزر، اواپوراتور، سوپرهیتر/ری هیتر و پری هیتر نامگذاری شده اند.

ملاحظات طراحی سیکل ترکیبی بر مبنای توربین گاز (CCGT):

طراحی و ملاحظات مربوط به انتخاب بویلر بازیاب و توربین بخار، بستگی به مشخصات گاز خروجی از اگزوز، ملزومات بخار تولیدی و توان مورد انتظار نیروگاه دارد.

از آنجا که دمای گازهای خروجی توربین گاز می تواند به ۶۰۰ درجه سانتیگراد برسد، بویلرهای بازیاب می توانند بخار را در سطوح فشاری متفاوت تولید کنند تا استفاده بهینه از انرژی بازیافت شده صورت گیرد.

بر این اساس، این بویلرها اغلب سه ماژول متفاوت را، یکی برای بخار فشار بالا (HP)، یکی برای فشار متوسط (IP)، و دیگری برای فشار پایین (LP) شامل می شوند.

بخار فشار بالا در یک CCGT بزرگ، می تواند به ۴۰ تا ۱۱۰ اتمسفر برسد.

در صورت استفاده از این نوع بویلرها، توربین های بخار متناظر نیز در سه سطح فشاری و در سه نقطه متناسب، دریافت بخار داغ را انجام می دهند.

تکنولوژی نیروگاه های ترکیبی