پایان نامه : بهینه سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان …

1-2-2 چرخههای بالایی و پایینی در سیکل تركیبی

1-2-3 بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربینگاز / توربین بخار

1-2-4 طبقه بندی بویلرهای بازیاب

1-2-5 طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل

1-2-5-1 سیستم گردش طبیعی

1-2-5-2 سیستم گردش اجباری

1-2-5-3 بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler):

1-2-6 طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی

1-2-6-1 بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی

1-2-6-2 بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی

1-2-6-2-1 بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده

1-2-6-2-2 استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر

1-2-6-2-3 بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی

1-2-7 طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار

1-2-7-1 بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره

1-2-7-2 بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره

1-2-8 تأثیر پذیری كارایی سیكل تركیبی از شرایط كاری

1-2-8-1 تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیكل تركیبی

1-2-8-2 تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیكل تركیبی

1-2-8-3 تأثیر فشار بخار بر راندمان سیكل تركیبی

1-2-9 مزایا و معایب سیكلهای تركیبی

1-2-10 راندمان كلی نیروگاههای سیكل تركیبی

1-3 کلیات شیرین سازی آب

1-3-1 تعریف نمكزدایی

1-3-2 روشهای آب شیرین كنی

1-3-2-1 تقطیر چند مرحلهای (MED)

1-3-2-2 اسمز معكوس (RO)

1-3-2-3 متراكم سازی مكانیكی بخار آب (MVC)

1-3-2-4 تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF)

1-3-2-5 تقطیر چند مرحله ای چگالش- گرمایی بخار(MED-TVC)

1-3-3 ارزیابی معیارها

1-3-3-1 مقدار انرژی مورد نیاز

1-3-3-2 هزینه تولید

1-3-3-3 محیط زیست

1-3-3-4 كدورت آب تولیدی

1-3-3-5 نگهداری

1-3-4 مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحلهای MED-TVC

1-3-4-1 آرایش تغذیه پیشرو

1-3-4-2 آرایش تغذیه موازی

1-3-4-3 آرایش تغذیه موازی – متقاطع

فصل2:روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرینکن هایMED-TVCو تشریح الگوریتم ژنتیک

2-1 مقدمه

2-2 روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت

2-2-1 پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت

2-2-1-1 اختلاف دمای نهایی

2-2-1-2 نقطهی پینچ

2-2-1-3 نقطهی نزدیکی

2-2-2 استخراج روابط سیكل تك فشاره

2-2-3 استخراج روابط سیكل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدلهای حرارتی

2-2-4 سیکل ترکیبی سه فشار ساده

2-2-4-1 استخراج روابط

2-2-4-2 رابطة كار پمپ ها

2-2-4-3 دبی جرمی بخار

2-2-4-4 تلفات سرعت در خروجی توربین

2-3 روابط مربوط به نمکزدای چندمرحلهای حرارتی

2-3-1 معادلات تعادل هر افکت

2-3-2 معادلات تعادل کوندانسور

2-3-3 بررسی ضرایب انتقال حرارت

2-3-4 طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار)

2-4 روابط ترمودینامیكی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق

2-4-1 روابط ترمودینامیكی استفاده شده برای آب ، بخار

2-4-2 روابط ترمودینامیكی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت

2-5 الگوریتم ژنتیک

2-5-1 مفاهیم الگوریتم ژنتیک

2-5-2 الگوریتم ژنتیكی ساده

2-5-3 عملگرهای انتخاب، برش و جهش

فصل 3:روابط اگزرژواکونومیک و هزینهی تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین

3-1 مقدمه

3-2 تحلیل اگزرژی

3-2-1 اجزای اگزرژی

3-2-2 بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی

3-2-2-1 بالانس اگزرژی در یك سیستم بسته

3-2-2-2 بالانس اگزرژی برای حجم كنترل

3-2-2-3 تخریب اگزرژی

3-2-3 متغیرهای اگزرژتیك

3-3 تحلیل اقتصادی

3-3-1 تخمین هزینهی سرمایه گذاری

3-3-2 محاسبه نیازهای درآمدی

3-3-3 هزینههای همسطح شده

3-3-4 تحلیل حساسیّت

3-4 تحلیل ترمواكونومیك

3-4-1 هزینه گذاری اگزرژی

3-4-2 بالانس هزینه

3-4-3 معادلات كمكی تعیین هزینه

3-5 ارزیابی ترمواكونومیكی

3-5-1 متغیرهای ترمواكونومیكی

3-5-2 ارزیابی طراحی

3-6 تحلیل اقتصادی و محیطی

3-6-1 هزینههای سرمایه گذاری سالیانه

3-6-2 محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل

3-7 تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلاتچند معیاره

فصل 4:بهینهسازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا

4-1 مقدمه

4-2 سیکل نیروگاه نکا

4-3 پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل

4-3-1 تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک

4-3-1-1 تشریح سیکل بخار تحلیل شده

4-3-1-2 پارامترهای مرجع در مدلسازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک

4-3-2 معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا

4-4 مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه

4-4-1 نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره

4-4-2 بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT

4-4-3 بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین

102

4-4-4 بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی

107

4-4-5 بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC

111

4-4-6 بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا

113

4-4-7 بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین

118

4-4-8 بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آبشیرینکن

122

فصل5 نتیجه گیری و پیشنهادات

126

5-1 بررسی نتایج

127

5-2 ارائه پیشنهادات

128

مراجع و مؤاخذ

129

پیوست 1

130

پیوست 2

136

فهرست اشکال

شكل1-1: شماتیك سیكل تركیبی	4
شكل1-2: سیكل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با استفاده از بازگرمكن	4
شكل1-3: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت	5
شكل1-4: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری c) یك بار گذر	6
شكل 1-5: شمای حرارتی یك نیروگاه سیكل تركیبی بدون مشعل	8
شکل 1-6: نمونهای از شمای حرارتی نیروگاههای سیکل ترکیبی با مشعل	8
شكل1-7:شماتیك بویلر بازیاب تك فشاره در حضور هوازدا	10
شكل1-8: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تك فشاره در حضور هوازدا	10
شكل 1-9: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی كلی	11
شكل 1-10: شماتیك سیكل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیهی مستقل	12
شكل1-11: پرفیل دمایی سیكل دو فشاره همراه با هوازدا	12
شكل1-12: شماتیك سیكل سه فشاره در حضور هوازدا	12
شكل1-13: پرفیل دمایی سیكل سه فشاره در حضور هوازدا	12
شكل 1-14: شمای یك نیروگاه سیكل تركیبی در حالت سری واحدها	15
شکل 1-15 : شماتیک یک واحد MED	17
شکل 1-16: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO	18
شکل 1-17: شماتیک یک واحد MSF	18
شکل 1-18: شماتیک یک واحد MED-TVC	21
شکل 1-19: شماتیک یک واحد آب شیرینکن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F)	22
شکل 1-20: شماتیک یک واحد آب شیرینکن MED-TVC موازی (MED-TVC-P)	23
شکل 1-21: شماتیک یک واحد آب شیرینکن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC)	24
شكل2-1: شماتیك سیكل تركیبی تك فشاره در حضور هوازدا و بازگرمكن	29
شكل 2-2: نمودار T-S برای سیكل تك فشاره در حضور هوازدا و بازگرمكن	29
شكل 2-3: شماتیك سیكل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرمكن	30
شكل 2-4: نمودار T-S سیكل دوفشاره همراه با هوازدا و بازگرمكن	30
شكل2-5: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده	32
شكل 2-6: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدلهای حرارتی	33
شكل 2-7: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدلهای حرارتی	33
شکل 2- 8 : متغیرهای اواپراتور و محفظهی فلش افکت i ام ]4[	36
شكل 2-9: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاكم در روش IAPWS-IF97	48
شکل 2-10: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده	52
شکل 2-11: انتخاب با چرخ رولتی با قطاعهای متناسب با تابع معیار هر کروموزوم	54
شکل 2-12: عملگر برش ساده با جابجایی ژنهای والدین، فرزندانی جدید میسازد	55
شکل 2-13: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطهای دیگر در فضای جستجو تولید میکند	55
شکل 3-1 : وسیلهای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [19]	61
شکل 3-2: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیكی برای دو جریان كه از یك مبدل حرارتی آدیاباتیك در فشار ثابت عبور میكنند	64
شکل 3-3: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه	74
شکل 3-4: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام	75
شکل 3-5: شماتیک دستگاه تولید بخار	76
شکل 3-6: شماتیک دستگاه كمپرسور با استخراج هوای خنك كننده	76
شکل 3-7: شماتیک دستگاه هوازدا	76
شکل 3-8: شماتیک محفظهی احتراق	77
شکل 3-9: شماتیک مبدل حرارتی	77
شکل 3-10: شماتیک توربین آدیاباتیک	77
شکل 3-11: ارتباط بین هزینهی سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی	80
شکل 3-12 : چارت روابط محاسبهی هزینهها در سیکل ترکیبی	83
شکل 4-1 : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا	89
شکل 4-2: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده	92
شکل 4-3: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحلهی اول MED-TVC	99
شکل 4-4: تغییرات GOR با تغییر دمای مرحلهی اول MED-TVC	99
شکل 4-5: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحلهی اول MED-TVC	99
شکل 4-6: تغییرات هزینهی تولید توان با تغییر دمای مرحلهی اول MED-TVC	99
شکل 4-7: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحلهی اول MED-TVC	100
شکل 4-8: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحلهی اول MED-TVC	101
شکل 4-9: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستمآب شیرین کنبا تغییر دمای مرحلهی اول MED-TVC	101
شکل 4-10: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحلهی اول MED-TVC	102
شکل 4-11: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحلهی اول MED-TVC	102
شکل 4-12: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین	103
شکل 4-13: تغییرات آب شیرینتولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین	103
شکل 4-14: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین	103
شکل 4-15: تغییرات هزینهی آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین	104
شکل 4-16: تغییرات هزینهی تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین	104
شکل 4-17: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین	105
شکل 4-18: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین	105
شکل 4-19: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین	106
شکل 4-20: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین	106
شکل 4-21: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	107
شکل 4-22: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	107
شکل 4-23: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	108
شکل 4-24: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	108
شکل 4-25: دورهی بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	109
شکل 4-26: هزینهی آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	110
شکل 4-27: هزینهی توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	110
شکل 4-28: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی	111
شکل 4-29: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرینکن MED-TVC	111
شکل 4-30: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرینکن MED-TVC	112
شکل 4-31: هزینهی آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC	113
شکل 4-32: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC	113
شکل 4-33: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش	114
شکل 4-34: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	114
شکل 4-35: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	115
شکل 4-36: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آبشیرینکن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	115
شکل 4-37: تغییرات نسبت بهره در آبشیرینکن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	115
شکل 4-38: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	115
شکل 4-39: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	116
شکل 4-40: تغییرات هزینهی تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	116
شکل 4-41: تغییرات هزینهی تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	117
شکل 4-42: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا	117
شکل 4-43: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	118
شکل 4-44: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	118
شکل 4-45: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	119
شکل 4-46: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	119
شکل 4-47: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	120
شکل 4-48: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	120
شکل 4-49: تغییرات هزینهی تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	120
شکل 4-50: تغییرات هزینهی تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	120
شکل 4-51: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	121
شکل 4-52: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف	122
شکل 4-53: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	123
شکل 4-54: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	123
شکل 4-55: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	123
شکل 4-56: تغییرات ROI به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	123
شکل 4-57: تغییرات هزینهی تولید توان به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	124
شکل 4-58: تغییرات هزینهی تولید آب شیرین به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	124
شکل 4-59: تغییرات هزینههای سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	125
شکل 4-60: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف	125

فهرست جداول

عنوان جدول	صفحه
جدول 1-1: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرینکنها	19
جدول2-1: مقادیر نقطهی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت	28
جدول2-2: مقادیر نقطهی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت	29
جدول 2-3 مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود	49
جدول 3-1: نرخ اگزرژی جریانهای سوخت و محصول برای محاسبهی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار	67
جدول 3-2: محاسبهی هزینهی نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی	83
جدول 4-1: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی	90
جدول 4-2: آنالیز در صد مولی هوای محیط	90
جدول 4-3: آنالیز دود خروجی از توربین گازی	90
جدول 4-4: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی	90
جدول 4-5: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی	91
جدول 4-6: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی	91
جدول4-7: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین	93
جدول 4-8: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک	97