مقدمه :

مصرف انرژی در دنیای امروز به طور سرسام آوری رو به افزایش است . بشر مترقی امروز ، برای تولید آب آشامیدنی ، برای تولید مواد غذایی و برای کلیه کارهای روزمره خود به استفاده از انرژی نیاز دارد و بدون آن زندگی او با مشکلات فراوانی روبرو خواهد بود .

طبق برآوردهایی که دانشمندان می نمایند ، از ابتدای خلقت تا سال 1230 ه .ش ، بشر معادل کیلووات ساعت و در فاصله 1230 تا 1330 نیز کیلووات ساعت انرژی مصرف نموده است.

و پيش بيني مي شود که فاصلۀ 1330 تا 1430 مصرف انرژي تا کيلو وات ساعت باشد.

امروزه قسمت اعظم مصرف انرژي به وسيله کشورهاي صنعتي بوده و هر چه کشوری صنعتي تر بوده و از نظر اقتصادي مرفه تر باشد مصرف انرژي سرانه آن نيز بيشتر خواهد بود. به طوري که رابطه مستقيمي بين مصرف انرژي به خصوص مصرف انرژي الکتريکي و درآمد سرانه هر کشوري وجود دارد. با افزايش روزافزون مصرف انرژي در دنيا بشر همواره در جستجوي منابع جديد و يافتن راههاي اقتصادي استفاده از آنها براي تأمين احتياجات خانگي و صنعتي بوده است و در اين بين، چون انرژي الکتريکي صورتي از انرژي است که راحت تر به انرژي هاي ديگر ( قابل استفاده بشر) تبديل مي شود و انرژي تميزي از نظر ضايعات مي باشد ، تلاش هاي بشري بيشتر در زمينه توليد انرژي الکتريکي مي باشد . چند نمونه از منابع شناخته شده انرژي که خداوند در اختيار بشر قرار داده است و بشر مي تواند از آن براي توليد انرژي الکتريکي استفاده کند عبارتند از :

1- انرژي سوخت هاي فسيلي 2- انرژي آب 3- انرژي باد

4- انرژي واکنش هاي هسته اي 5- انرژي جزر و مد امواج دريا

6- حرارت زير پوستۀ زمين

که هر يک از اين انرژيهاي براي اينکه بتواند به انرژي الکتريکي تبديل شود بايد مراحلي را طي کند که مسائل و مشکلات توليد برق براي بشر امروز نيز در طي همين مراحل است. براي مثال يکي از راه هايي که بشر از انرژي سوخت براي توليد سوخت استفاده مي کندايجاد نيروگاههاي حرارتي بخار، گازي و يا سيکل ترکيبي مي باشد. که فرايند هاي زيادي را شامل مي شود و تمام اين فرايند ها در مجموع سيکل نيروگاه بخار توليد برق (Power Plant) را تشکيل مي دهد که موضوع اصلي گزارش ما نيز مي باشد.

انواع نيروگاه ها :

در حال حاظر نيروگاه هايي که براي توليد برق استفاده مي شوند و متداول هستند را مي توان به 6 دسته طبقه بندي کرد :

1- نيروگاه ديزلي

2- نيروگاه آبي

3- نيروگاه اتمي

4- نيروگاه گازي

5- نيروگاه بخاري

6- نيروگاه ترکيبي

از آنجا که اکثر نيروگاه هاي توليد برق در ايران و همچنين مهمترين منبع توليد برق در کشور نيروگاه هاي گازي، بخاري ، آبي و يا سيکل ترکيبي هستند به اختصار در مورد آنها توضيحي داده مي شود :

نيروگاه گازي :

اصول کار نيروگاه گازي بدين صورت است که هواي آزاد توسط يک کمپرسور فشرده شده و سپس همراه سوخت در اتاق احتراق ، محترق شده و داراي درجه حرارت بالا مي گردد. حال این گازهای پر فشار و داغ وارد توربین شده و محور ژنراتور را می گرداند و سپس از اگزوز توربین به بیرون رانده می شود . توان گرفته شده از توربین معمولاً به محور ژنراتور و کمپرسور منتقل می گردد . حدود یک سوم این توان در ژنراتور تبدیل به انرژی الکتریکی می گردد و بقیه جهت چرخاندن محور کمپرسورغلبه بر تلافات مصرف می گردد و بهمین خاطر راندمان توربینهای گازی پایین و حدود 27 درصد است .

نیروگاه آبی :

اساس کار نیروگاه آبی آنست که از انرژی پتانسیل آب ذخیره شده در پشت سد برای چرخاندن توربین آبی و در نتیجه چرخاندن ژنراتور استفاده می شود و برق تولید می گردد . احداث این نیروگاهها بستگی به شرایط جغرافیایی و مکانی و وجود آب رودخانه دارد در کشورهایی که منابع آبی فراوان دارند احداث نیروگاه آبی بسیار مفید است چرا که برق تولیدی آنها بسیار ارزانتر است و راندمان این نیروگاهها بسیار بالا ست ( 80 تا 90 درصد ) و راه اندازی آن ساده است و در زمان کوتاهی می تواند وارد شبکه شود . همچنین از دیگر مزایای نیروگاههای آبی کنترل آبهای سطحی در پشت سد و استفاده در بخش کشاورزی است .

نیروگاه بخار:

اساس کار نیروگاه های بخاری بدین منوال است که بخار تولید شده در دیگ بخار به توربین هدایت پس از به دوران در آوردن محور توربین به کندانسور رفته و توسط آب خنک کن تقطیر و بصورت آب در می آید . در ژنراتور با گردش روتور آن که سه محور توربین به آن متصل است الکتریسته تولید می گردد . نیروگاههای بخار برای بارهای اصلی یا پایه ساخته می شوند و عمر آنها نسبت به نیروگاههای گازی بیشتر است از محاسن دیگر این نیروگاهها بالا بودن راندمان ( حدود 45% ) نسبت به نیروگاه های گازی می باشد .

نیروگاه ترکیبی ( مختلط ) :

در اینگونه نیروگاهها با استفاده از حرارت خروجی از اگزوز توربین گاز آب را در دیگ بخاری که معمولاً Heatrecovery boiler نامیده می شود گرم کرده و بصورت بخار در می آید . سپس این بخار، توربین بخار را به حرکت در می آورد .

با این روش چون از حرارت گازهای اگزوز توربین گاز استفاده شده دیگ بخار گرم می شود و راندمان کل نیروگاه بالاتر از نیروگاه بخاری گردیده و به 48 درصد هم می رسد .

مشخصات نیروگاه سیکل ترکیبی شهید رجایی :

موقعیت جغرافیایی : نیروگاه سیکل ترکیبی شهید رجایی در قسمت جنوبی نیروگاه بخار شهید رجایی در 25 کیلومتری اتوبان قزوین – تهران قرار دارد .

شرایط محیطی:

رطوبت نسبی 46%

متوسط حداکثر دمای محیط 41 درجه

متوسط حداقل دمای محیط 14- درجه

متوسط درجه حرارت محیط 5/14 درجه

این نیروگاه شامل 6 واحد توربین گازی هر کدام به ظرفیت MW 123 و به همراه 3 واحد حرارتی بخار به قدرت MW 6/100 به صورت سیکل ترکیبی در می آید .

توربین های گازی ساخت شرکت جنرال موتور آمریکا و توربین های بخار ساخت شرکت زیمنس آلمان می باشد .

تلاش برای یافتن بازده بالاتر موجب ایجاد تغییراتی در نیروگاه ها و از جمله نیروگاه های بخار شده است . چرخه ی گاز – بخار یا اصطلاحاً سیکل ترکیبی یکی از این اصطلاحات می باشد . توربین ها ی گاز بدلیل داشتن دمای بالاتر 1150 درجه در مقابل توربین های بخار در حدود 600 درجه قابلیت ایجاد بازده حرارتی بیشتری دارند اما چرخه های گازی دارای یک عیب بزرگ می باشد و آن بالا بودن دمای خروجی اگزوز آنها می باشد معمولاً بالای 500 درجه که قسمت بزرگی از مزایای آن را محو می کند .

علم امروز این امکان را به وجود می آورد که از گازهای خروجی با دمای بالای اگزوز به عنوان یک منبع انرژی حرارتی برای یک سیکل بخار استفاده کنیم .

پیشرفت های اخیر در تکنولوژی چه در توربین های گاز و چه در بخار این امکان را می دهد که بازده را بدون افزایش زیادی در هزینه در سیکل های ترکیبی تا حدود 40% افزایش دهیم .

در سال 1988 شرکت زیمنس SIEMENS توانست نیروگاهی ترکیبی به ظرفیت 1350 MW و بازده 5/55% در یکی از شهرهای ترکیه احداث نماید .

در نیروگاه شهيد رجايي، تعداد 6 واحد توربین گازی هر کدام به قدرت MW 123 نصب و راه اندازی گردیده است که این واحدها با نصب 3 واحد حرارتی به قدرت MW 6/100 × 3 به صورت سیکل ترکیبی در آمده است .

اولین واحد گازی این نیروگاه در تاریخ 5/5/73 و دومین واحد در تاریخ 25/5/73 و سومین واحد در تاریخ 10/6/73 ، چهارمین واحد در تاریخ 2/7/1373 و پنجمین واحد در تاریخ 30/8/1373 و آخرین واحد ( ششم ) در تاریخ 3/4/1374 وارد شبکه سراسری گردید .

مشخصات فنی توربین گاز :

1- کمپرسور :

فشار نهایی کمپرسور : bar 11 تعدادطبقات کمپرسور : 17 مرحله

2- توربین:

تعدادمحور : 1 عدد تعداد طبقات : 3 مرحله

3- اتاق احتراق :

تعداد محفظه احتراق : 14 عدد تعداد مشعل هاي به ازاي هر محفظه : 1 عدد

نوع سيستم کنترل : اسپيدترونيک مار 4

4- ژنراتور:

داراي سيستم تحريک ديود گردان مي باشد.

ماکزيمم توان خروجي : MW4/123 (در شرايط استاندارد ايزو) ولتاژ خروجي : KV8/13

جريان نامي : A 6443 دور ژنراتور : r.p.m 3000

5- سيستم تحريک

نوع تحريک : خود تحريک ولتاژ خروجي : 240 ولت دي . سي

جريان خروجي :1590 آمپر دي سي

مشخصات پست : 400 کيلووات

سيکل ترکيبي :

پست 400 کيلووات نيروگاه سيکل ترکيبي شهيد رجايي يک پست کليد زني (Swiching) با سيستم شينه بندي 5/1 کليدي مي باشد.

اين پست داراي 6 بي 400 کيلووات مي باشد که مدارهاي ورودي از سمت غرب پست، شامل 6 ترانسفرماتور ژنراتور و از سمت شرق پست، 3 خط انتقال 400 کيلووات که دو خط به پست 400 کيلووات نيروگاه حرارتي شهيد رجايي و يک خط به پست رودشور وصل مي گردد.

مشخصات کليد هاي پست 400 کيلووات:

سازنده شرکت : A.BB تيپ: 1002-H.p.h جريان نامي :A (4000-2000)

زمان قطع : ms 20

بويلر:

آب پس از خروج از کندانسور و عبور از فيلتر ها و ميکس بدها و و بوسترپمپها و يک جفت Main ejectors و گلند کندانسور وارد مجموعه اي به نام بويلر سيکل ترکيبي مي شود که اجزاء آن به شرح زير مي باشد.

1- Feed water heater 2-Dearator

3-storage tank 4-LP evaprator

5- Boiler feed pump 6-IP و Economizer HP 1,2 7- Drum IP 8-Drum HP

9-(1و2) HP ، evaporator 10- Down Comer

11-(Primary , Final) HP ، IPSuper heater 12- Blow down

13- Flash tank 14- Diverter Damper

15- Gutine Damper 16- Fans

روند کلي سيکل در بويلر :

آب خروجي از گلند کندانسور ابتدا وارد Feed water heater شده ( آب به صورت مايع متراکم ) و پس از مقداري افزايش درجۀ حرارت وارد dearator مي شود که در Dearator علاوه بر عمل هوا زدايي ( زدودن گازهاي و ) آب مقداري گرمتر مي شود و پس از آن آب در محفظه ای به نام Storage tank ذخیره می گردد . آب موجود در تانک از طریق لوله های Down comer وارد لوله های به نام Lp evaprator شده و مجدداً پس از گرم شدن از طریق دو سری لوله وارد تانک می شود . آنگاه از طریق یک لوله وارد B.F.P ها می شود ، تعداد B.F.P ها 2 تا است که همیشه یکی از آنها در مدار قرار دارد . از هر B.F.P ، 2 لوله خارج می شود که هر کدام از آنها پس از اتصال به لوله مشابه از پمپ دیگر بطور جداگانه وارد IP economizer و economizerHP می شوند وپس از آنکه در آن مقداری افزایش درجه حرارت دادند آب خروجی از IP economizer وارد Drum IP می شود ، اما آب خروجی از HP economizer پس از مقداری افزایش دما وارد HP economizer و مجدداً پس از مقداری گرم شدن به Drum IP وارد می گردد .

آب ورودی به Drum IP از طریق لوله های Down comer وارد Lp evaprator می شود و پس از تبخیر مقداری از آب و رسیدن به حالت 2 فازی مجدداً وارد Drum IP می شود در Drum IP پس از جدا شدن آب و بخار ، بخار مرطوب حاصل وارد IP Superheater شده و پس از رسیدن به حالت بخار مافوق گرم ( خشک شده ) به سمت LP توربین می رود .

اما آبی که به Hp drum وارد شده بود نیز از طریق Down comer به 2 سری لوله موازی بنام evapratorHP بر می گردد . بخار خروجی از Hp drum وارد SuperheaterHP-Primary شده و پس از مقداری خشک شدن به SuperheaterHP-final وارد می شود و برای ورود به توربین HP به حالت سوپر هیت ( خشک ) در می آید .