كارآموزی در نیروگاه گازی شهرستان دورود

این گزارش در خصوص بهره برداری از نیروگاه گازی نوع B.B.C تیپ 9 تحت لیسانس كمپانی براوان باوری ساخت مشترك كشورهای (آلمان – ایتالیا -سوئیس) باقدرت اسمی هر واحد 25 مگاوات كه در حال حاضر در سه سایت دورود – ارومیه و زاهدان هر كدام به تعداد دو واحد كه زاهدان یك واحد نصب شده اند ، تهیه و تنظیم گردیده است .

كه شامل شرح اجزا اصلی و كمكی توربین گاز، سیستمهای فرعی – سیستمهای حفاظت و كنترل توربین گاز – تجهیزات سخت افزاری – طریقه بهره برداری صحیح – مزایا و معایب توربین گاز و نقش آن در صنعت برق كشور و سایر موارد می باشد.

مقدمه 

1)   تعریف نیروگاه : نیروگاه مجموعه ای از دستگاهها و وسایلی است كه بر حسب نوع آن انرژی حرارتی – شیمیایی – هسته ای – پتانسیل را در توربین به انرژی مكانیكی تبدیل نموده و انرژی مكانیكی حاصل شده در توربین با گردش ژنراتور به انرژی الكتریكی تبدیل می گردد .

2)   نام گذاری نیروگاهها : نیروگاه ها بر حسب سیال عاملی كه توربین را به چرخش در می آورد نام گذاری می شوند مثلاً در نیروگاه آبی سیال عامل آب – در نیروگاه بخار سیال عامل بخار و در نیروگاه گازی سیال عامل گاز داغ حاصل از احتراق است .

3)    انواع نیروگاه :

1-   نیروگاه حرارتی:

1-   سوخت فسیل:

1)     نیروگاه گازی

2)     نیروگاه بخاری

3)     نیروگاه دیزلی

2-   سوخت اتمی : نیروگاه اتمی

3-   منابع نوین انرژی :

1)     نیروگاه برج خورشیدی

2)     نیروگاه ماهواره خورشیدی

3)     نیروگاه زمین گرمایی

4)     نیروگاه سلول برق خورشیدی

5)     ژنراتور MHD

2) نیروگاه آبی :

1-   تولید برق از سدها

2-   تولید برق از جزو مد

3-   تولید برق از امواج

عمده تولید برق در جهان توسط نیروگاههای حرارتی و آبی انجام می پذیرد و علاوه بر انواع یاد شده در مواردی هم از نیروی باد بعنوان تولید برق (نیروگاه بادی ) استفاده میشود .

نوع دیگری از نیروگاه وجود دارد كه به آن تلمبه ذخیره ای می گویند كه یك نوع نیروگاه آبی كوچك است كه در صورت نیاز شبكه برای تولید برق و در صورت عدم نیاز شبكه و بالا بودن ولتاژ بعنوان مصرف كننده برق مورد استفاده قرار می گیرد لازم به ذكر است كه این نوع نیروگاهها استفاده بسیار جزئی در شبكه برق سراسری دارند .همچنین از انواع رشد نیروگاه می تواند نیروگاه سیكل تركیبی را نام برد كه از حرارت خروجی نیروگاه گازی جهت بخار كردن آب در نیروگاه بخار استفاده می گردد.

4)    خلاصه ای در مورد نیروگاه بخار :

سیال عامل  دراین نیروگاه بخار آب می باشد آب ازطریق لوله های بسیار زیادی از درون بویلر عبور داده می شود این لوله های حاوی آب در  بویلر توسط چندین مشعل در مجاورت حرارت قرار داده شده وآب درون آنها به بخارخشك اشباع تبدیل  می گردد. بخار سوپرهیت حاصل شده بر روی پره های توربین فرستاده شده و عمل چرخش توربین را انجام می دهد . برای اینكه سیال درون یك سیكل بسته حركت نموده و دوباره به مصرف برسد باید به مایع تبدیل شود . چون پمپ ها نمی توانند بخار را مكش نمایند .بخار پس از عمل روی توربین به كندانسور فرستاده می شود و در كندانسور عمل تقطیر انجام شده و بخار به مایع تبدیل می گردد . سپس مایع از چهار هیتر عبور داده شده تا درجه حرارت آن بالا برود و عمل تبدیل مایع به بخار در بویلر آسانتر انجام شود . پس از عبور مایع از هیترها ، به اصطلاح «سوپر هیت » شده و در درون بویلر مجدداً به بخار تبدیل می گردد .

در نیروگاههای بخار با توجه به شرایط آب و هوایی محلی كه در آن نیروگاه نصب میگردد از دو نوع برج خنك كننده استفاده می شود . در مناطقی كه آب كم است از برج «خشك» و در مناطقی كه مشكل كم آبی وجود ندارد از برج «تر» استفاده  می شود . چون عمل تقطیر توسط كندانسور انجام می گردد . آب كندانسور باید خنك شود كه این عمل در برج خنك كن امكان پذیر است .آب درون كندانسور پس از گرفتن حرارت بخار و انجام عمل تقطیر جهت خنك شدن به برج خنك كننده فرستاده شده و پس از خنك شدن دوباره به كندانسور برگردانیده می شود و این عمل در یك سیكل بسته انجام می گردد لازم به یادآوری است كه در برج خشك آب كندانسور توسط هوا و در برج «تر» آب كندانسور توسط آب خنك می شود .

مزایا و معایب نیروگاه بخار :

مزایا :

 هزینه جاری نیروگاه بخار نسبت به نیروگاه گازی بسیار كم است . راندمان نیروگاه بخار از نیروگاه گازی بسیار بیشتر است .برای تأمین بار پایه شبكه استفاده می شود.

معایب :

 هزینه نصب و احداث نیروگاه بخار زیاد است . احداث و نصب نیروگاه بخار زمان زیادی را سپری می نماید .

5)    نیروگاه آبی :

سیال عامل در این نیروگاه آب است . آب در پشت سد جمع شده و با اختلاف پتانسیل به پره های توربین برخورد می نماید و توربین را به چرخش در می آورد دور توربین در این نیروگاه نسبت به نیروگاه و بخار كمتر است كه برای جبران دور و ایجاد فركانس 50HZ از ژنراتور های چند جفت قطبی استفاده می شود .

در نیروگاه آبی از سه نوع توربین استفاده می شود .

الف –توربین كاپلان

ب- توربین پلتن

ج- توربین فرانسیس

الف ) توربین كاپلان  برای ارتفاع زیاد و فشار آب كم

ب) توربین پلتن برای ارتفاع متوسط و فشار متوسط

ج) توربین فرانسیس برای ارتفاع كم و فشار آب زیاد استفاده می گردد .

ارزانترین راه تولید برق و به صرفه ترین آن تولید برق از طریق نیروگاه آبی می باشد . احداث سد مستلزم صرف زمان و هزینه های زیاد می باشد .علاوه بر آن به علت كمبود منابع آب در همه مناطق هم امكان احداث سد و راه اندازی توربین آبی میسر نمی باشد . ولی پس از احداث و راه اندازی توربینها ، هزینه جاری آن نسبت به سایر نیروگاهها بسیار كم است .از این جهت مقرون به صرفه می باشند .

مزایا :

هزینه جاری كم كم و زیاد كردن سریع بار ، استفاده هم زمان برای تولید برق و مصارف كشاورزی ، مهار آبها جهت جلوگیری از سیلاب علاوه بر موارد یاد شده مزیت دیگر احداث سد كه شاید بهترین مزیت آن هم باشد نه تنها زیانهای زیست محیطی ندارد بلكه برای محیط زیست مفید هم می باشد .

6)    نیروگاه دیزلی :

دیزل یك موتور چهار زمانه احتراق داخخلی است كه با انجاام عملی متداوم تنفس –تراكم ،انفجار و تخلیه و رسیدن به دور نامی ،روتور ژنراتور را به چرخش در می آورد .این نوع نیروگاهها قدیمی هستند و در بسیاری از كشورها از رده تولید برق خارج
شده اند . نصب این نیروگاهها ارزان ، زمان راه اندازی آنها كم است راندمان نیروگاه دیزلی از نیروگاه گازی بیشتر و از سایر نیروگاهها كمتر است . تولید برق در این نیروگاه اندك است . امكان نصب آنها روی سازه ها و وسایل سیار وجود دارد . با توجه به اینكه این گزارش در خصوص نیروگاه گازی می باشد با صرف نظر از جزئیات سایر نیروگاهها به بحث و بررسی نیروگاه گازی بخصوص نوع B.B.C  می پردازیم .

فصل اول

1-  تاریخچه و نقش واحدهای گازی در صنعت برق

بعد از جنگ جهانی دوم مطالعات زیادی بر روی توربین گاز صورت گرفت .یكی نقش توربین گاز در صنعت هواپیمایی و دیگری نقش آن در شبكه های برق . با آنكه اصول در هر دو جا یكی است ولی تفاوتهای بسیاری در استفاده از توربین گاز در موتورهای جت با توربین های زمینی وجود دارد . در موتورهای هواپیما مسائل وزن ، تحمل قطعات بكار رفته ، قابلیت مانور و غیره دارای اهمیت است . ولی در توربین های زمینی مسائل طول عمر ، راندمان بیشتر و اصولاً مسائل اقتصادی را می توان در نظر گرفت .

در صورتی كه برای موتور هواپیما اولویت اول مسائل فنی و طراحی است و بعد مسائل اقتصادی مطرح است .

بدون شك بزرگترین استفاده از توربین گاز در زمینه تولید نیروی محركه هواپیما جت بوده است .

مهمترین نقطه عطف در این توسعه اولین موتور آزمایشی «واتیل» در سال 1937 بود . بعد از آن تاریخ توربین های گازی به علت زیادتر بودن نسبت قدرت به وزنشان (kg/kw) بطور كامل جایگزین موتورهای رفت و برگشتی شدند .

در اولین روزهای طراحی توربین گاز دو سیستم قابل استفاده مطرح بود . یكی احتراق در فشار ثابت و دیگرری احتراق در حجم ثابت . از نظر تئوری راندمان حرارتی احتراق در سیكل حجم ثابت بزرگتر از سیكل فشار ثابت است اما مشكلات مكانیكی نیز خیلی زیادتر خواهند شد . با اضافه كردن حرارت در حجم ثابت شیرها باید بطور كامل اتاق احتراق را از كمپرسور جدا كنند.

به این ترتیب احتراق متناوباً انجام می شود ، كه با كار یكنواخت توربین منافات دارد . در ضمن طراحی مكانیكی توربینی كه تحت این شرایط اقتصادی كار كند مشكل است .گرچه كوششهای موفقیت آمیزی در آلمان طی سالهای 1908 تا 1930 برای ساخت توربین هایی از این نوع انجام شد ، لیكن توسعه سیستم با حجم ثابت ادامه نیافت و با توجه به اینكه در توربین های گازی با فشار ثابت احتراق یك فرآیند مداوم است كه در آن نیازی به شیر قطع كننده نیست بسیار زود مورد قبول واقع شد ، كه سیكل ها با فشار ثابت امكانات بیشتری برای توسعه دارند .

توربین گازی در اواخر دهه 50 قرن بیستم به عنوان تولید برق در شبكه ها مورد استفاده قرار گرفت . در سال 1956 در حدود 5/1 % برق تولید شده در جهان توسط توربین گاز صورت گرفت . در صورتیكه در سال 1976 این مقدار به عنوان 5% رسید كه طی بیست سال افزایش قابل ملاحظه ای را نشان می دهد . در حال حاضر حدود 25% تولید برق كشورمان توسط واحدهای گازی انجام می پذیرد. امروزه برای بار پایه از نیرو گاههای آبی و بخار و برای بار متوسط از نیروگاههای كوچكتر واحیاناً قدیمی تر و برای پیك بار از نیرو گاههای گازی استفاده می شود .و این نوع طرز استفاده بهترین حالت اقتصادی را دارا می باشد.

1)    فلسفه نام گذاری توربین گاز :

 از آنجا كه سیال عامل در این توربین ها گاز داغ حاصل از احتراق می باشد به آنها توربین گازی گفته می شود . همانطور كه در توربین های بخار سیال عامل بخار و و در توربین های آبی سیال عامل آب می باشد .

2) سیكل توربین گاز :

سیكل ترمودینامیكی توربین گاز بر مبنای سیكل برایتون استوار است كه در آن هوا بصورت ایزنتروپیك توسط كمپروسور متراكم می شود و سپس احتراق در فشار ثابت صورت می گیرد . آنگاه انبساط ایزونتروپیك (برگشت پذیر و بدون انتقال حرارت ) در توربین انجام می شود و با دادن حرارت به محیط در فشار ثابت سیكل تكمیل می شود .

3 ) انواع سیكلهای توربین گاز

سیكل توربین گاز به دو صورت باز و بسته می باشد . در نوع بسته هوای تمیز و یا گازی كه خاصیت خورندگی نداشته باشد وارد سیكل كرده و فشار آن را توسط كمپرسور بالا می برند و سپس بدون اینكه با سوخت مخلوط شود ، در داخل یك مبدل درجه حرارت آن را بالا می برند و سپس آن را وارد توربین كرده و توسط توربین كار می گیرند بعد از خروج از توربین ان را سرد كرده و عمل را تكرار می كنیم در صورتی كه در سیكل باز محصولات احتراق مستقیماً وارد توربین شده و از اگزوز خارج می شوند و توسط كمپرسور مجدداً هوای تازه مكیده می شود .