واژه های کلیدی: آناليز اگزرژي،توليد همزمان توان و آب شيرين در سيستم تقطير چندمرحله اي،امكان سنجي اقتصادي اسمز معكوس در يك سيستم پيوندي فهرست مطالبفصل1 مقدمه ......11-1. مقدمه.......2فصل2 طراحي ترموديناميكي و تحليل اگزرژي سيكل توربين گازي......102-1. مقدمه......112-2.مدل ترموديناميكي سيكل.....112-2-1كمپرسور.....122-2-2 بررسي آناليز اگزرژي توربين گازي.....152-2-3 بهبود عملكرد سيكل....172-3 سيستم تبريد جذبي ليتيوم-برومايد....212-4بررسي يك مرحله از واحد آب شيرين كن تبخيري با افت ناگهاني فشار....24.2-4-1- مدلسازي رياضي فرايند آب شيرين كن تبخيري با افت ناگهاني فشار.......28فصل3 امكان سنجي توليد آب شيرين نيروگاه خيج فارس......323-1. مقدمه................................................................................................................................................................................333-2.تعيين محل آب گيري در دريا.......................................................................................................................................343-2-1. وضعيت امواج...............................................................................................................................................................343-2-2جزر ومد...........................................................................................................................................................................343-2-3 تعيين موقعيت سايت...................................................................................................................................................343-2-4 تعيين روش مناسب آب گيري از دريا......................................................................................................................353-2-5 تعيين محاسبات بالانس حرارتي بويلر بازياب.........................................................................................................363-2-6تعيين مشخصه هاي ترموديناميكي بويلر بازياب.......................................................................................................373-2-7استفاده از برق توليدي بويلر بازياب...........................................................................................................................383-2 فاكتورهاي موثر در هزينه هاي توليد...........................................................................................................................38فصل4 بررسي اقتصاد واحد توليد همزمان برق و آب شيرين..........................................................................................414-1. بررسي اقتصاد آب شيرين كنها.......................................................................................................................................424-1-1 روش MSF.................................................................................................................................................................424-2.بررسي هزينه هاي سرمايه گذاري در انواع مختلف آب شيرين كنها.......................................................................45فصل5 روشهاي بهبود عملكرد سيكل توربين گازي با هدف گذاري در نقطه بهينه......................................................485-1. سيستم تبريد جذبي............................................................................................................................................................495-1-1. مقدمه..............................................................................................................................................................................495-2-. اثرات تغييردما بر پارامتر هاي عملكردي توربين گازي............................................................................................505-3 مزايا و معايب............................................................................................................................................................................525-4. طرح فني سيستم سرما ساز..............................................................................................................................................535-5. نتايج حاصل از شبيه سازي درASPEN.....................................................................................................................565-6 محاسبات اگزرژي در واحد توليد توان و آب شيرين..................................................................................................605-6-1 محاسبات اگزرژي در بويلر احتراق كمكي.................................................................................................................675-7 هزينه هاي احداث و نصب بويلر بازياب............................................................................................................................675-8سيستم عملكردي يك واحد تبريد جذبي ليتيوم-برومايد..............................................................................................685-9نتايج حاصل از بهره برداري از دو واحد MSFبا افزايش ظرفيت بار در يك واحد توربين.....................................715-10محاسبه بار سرمايشي............................................................................................................................................................785-11 بررسي وضعيت آب وهوايي محل استقرار نيروگاه................................................................................................825-12 آناليز اقتصادي.....................................................................................................................................................................855-13تحليل و ارزيابي ترموديناميكي فرايند خنك كاري لايه اي توربين بر عملكرد سيكل...............................865-14مطالعه فرايند خنك كاري........................................................................................................................................885-15مدلسازي توربين.............................................................................................................................................905-16مدل خنك كاري داخلي................................................................................................................................................925-17 مدل خنك كاري نفوذي.............................................................................................................................................925-19 تحليل ترموديناميكي سيكل.......................................................................................................................................955-20تجزيه وتحليل نتايج..........................................................................................................................................................985-21پارامتر هاي انتخاب سيستمي براي واحدهاي آب شيرين كن..............................................................................1095-22 مقايسه سيستم اسمز معكوس با سيستم تبخير چند مرحله اي.......................................................................1095-23 نتيجه گيري............................................................................................................................................................113مرجع ومنابع.....................................................................................................................................................................114 فهرست اشکالفهرست اشكالشکل 1-1.شماتيك يك واحد تبخير فلش چند مرحله اي. 4شکل2-1. آب شيرين كن تبخير ناگهاني چند مرحله اي يك بار گذر 4شکل1- 2. شماتيك يك واحد تزريق بخار به محفظه احتراق 13. شكل 2-2 انتقال حرارت در بويلر بازياب 17شكل 3-2شماتيك يك سيكل توربين گازي بابويلر بازياب حرارت 17 شكل 4-2 سيكل توربين گازي با بويلر بازياب حرارت 22 شكل 5-2سيستم جذب سرمايشي چند مرحله اي 23شكل 6-2 بررسي يك مرحله از واحد آب شيرين كن تبخيري با افت ناگهاني فشار 24شكل 7-2. روفايل دما در گرم كننده آب شور و مرحله اول آب شيرين كن MSF. 27شكل 8-2پروفايل دما در مجموع مراحل آب شيرين كن. 28شكل 9-2 طرح ساده تاسيسات آب شيرين كن MSF 31شكل 1-3 تعيين موقعت سايت 35شكل 2-3 اختلاف دماي پينچ نسبت به توان خروجي 43شكل 3-3 تغييرات نرخ هواي ورودي به كمپرسور با توان خالص خروجي 44شكل 4-3 تغييرات نسبت تراكم كمپرسور با توان خروجي 44شكل 5-3 تابع هزينه كلي نسبت به توان خروجي از سيكل 45شكل 1-5 مقدار توان خروجي از توربين گازي بر حسب تابعي از دما 58شكل 2-5 بازده توربين گازي به صورت تابعي از دما 59شكل 3-5 60شكل 4-5 شماتيك سيستم شبيه سازي شد ه با نرم افزار ASPEN 62شكل 5-5 69شكل 6-5 تغييرات نرخ قدرت خروجي با اعمال سرمايش در هواي ورودي به ازاي توان خروجي از توربين 72شكل 7-5 بار سرمايشي چيلر 73شكل 8-5 شماتيك سيكل تبريد جذبي ليتيوم-برومايد 78شكل 9-5 راندمان اگزرژي 82شكل 10-5 انهدام اگزرژي 82شكل 11-5 شماتيك سيستم توليد توان به همراه دو واحد آب شيرين كن 85شكل12-5 نمودار بار سرمايشي براي ماههاي فروردين. ارديبهشت و خرداد 88شكل 13-5 5 نمودار بار سرمايشي براي ماههاي تير. مرداد و شهريور 88شكل 14-55 نمودار بار سرمايشي براي ماههاي مهر. ابان و آذر 89شكل 15-5 نمودار بار سرمايشي براي ماههاي دي. بهمن و اسفند 89شكل 16-5 نمودار دماي متوسط در ساعت هاي مختلف در فصل تابستان 1388 92شكل 17-5 نمودار رطوبت متوسط بندر عباس در هر يك از ساعات شبانه روز 92شكل18-5 مدل خنك كاري داخلي 101شكل 19-5 طرح سيكل برايتون با توربين خنك شونده 104شكل 20-5تغييرات كار خالص ت.ليدي بر حسب دماي ورودي به توربين در سيستم خنك كاري داخلي 108شكل 21-5 نمودار كار خالص ويژه بر حسب دماي ورودي به توربين در خنك كاري نفوذي 109شكل 22-5 نمودار تغييرات بازده بر حسب دماي ورودي به تورببين در خنك كاري داخلي 110شكل 23-5 نمودار تغييرات بازده بر حسب دماي ورودي به توربين در خنك كاري نفوذي 112شكل 24-5 نسبت جرمي هواي خنك كاري بر حسب دماي ورود به توربين در خنك كاري داخلي 113شكل 25-5 نسبت جرمي هواي ورودي بر حسب دماي ورود به توربين در خنك كاري نفوذي 114شكل 26-5 نسبت بازگشت ناپذيري در اثر خنك كاري داخلي بر حسب دماي ورودي به توربين 115شكل 27-5 نسبت بازگشت ناپذيري در اثر خنك كاري نفوذي بر حسب دماي ورودي به توربين 116شكل 28-5 نمودار كار ويژه خالص بر حسب بازده در خنك كاري داخلي براي نسبت فشار 10 117شكل 29-55 نمودار كار ويژه خالص بر حسب بازده در خنك كارينفوذي با نسبت فشار 10 117 فهرست جداولجدول 1-4 هزينه سرمايه گذاري ثابت 47جدول 2-4 قيمت مواد شيميايي 48جدول 3-4 بررسي هزينه هاي سرمايه گذاري آب شيرين كنها 53جدول 1 -5 شرايط عملكردي نيروگاه 56جدول 2-5 مشخصه هاي سيستم تبريدي 61جدول 3-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 62جدول 3-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 63جدول 4-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 63جدول 5-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 63جدول 6-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 63جدول 7-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 64جدول8-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 64جدول9-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 64جدول10-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 65جدول11-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 65جدول12-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 65جدول13-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 66جدول14-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 66جدول15-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 66جدول16-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 67جدول17-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 67جدول18-5 نتايج حاصل از شبيه سازي 67جدول 19-5 محاسبات انتالپي و انتروپي مرجع 69جدول 20-5 اگزرژي فيزيكي 69جدول 21-5 قدرت عملي توربين بر حسب دما 70جدول 22-5 اگزرژي شيميااي مواد مختلف 73جدول 23-5 اگزرژي كل 75 جدول 24-5 نتايج حاصل از دو واحد MSF 80جدول 25-5 اگزرژي اجزاي نيروگاه به همراه آب شيرين كن 81جدول 26-5 راندمان اگزرژي 82جدول 27-5 نتايج 85جدول 28-5 بهبود اگزرژي كل 85جدول 29 -5 دما و رطوبت 90جدول 30-5 هزينه تجهيزات 92جدول 31-5 قيمت ارزي تجهيزات 93جدول 32-5 مقايسه سيستمهاي غشايي و اسمز معكوس 118جدول 33-5 هزينه هاي اسمز معكوس 118 فهرست علائم اختصاري فصل1 مقدمه 1-1. مقدمه توربين گاز مولد نيرويي است كه مقدار زيادي انرژي را نسبت به ابعاد و وزنش توليد ميكند. اين وسيله دربيست سال گذشته خدمات قابل توجهي را در عرصه هاي صنعت و تكنيك ارائه نموده است.امروزه كاربرد توربين هاي گاز در نيروگاه ها و به عنوان مولد برق بسيار با ارزش وحياتي ميباشد.علاوه بر ان در صنايع ديگر مانند صنايع پتروشيمي،صنايع فضايي،سكوهاي دريايي،ترن ها و غيره كاربرد گسترده اي پيدا كرده است.در مورد معايب توربين گازي ميتوان به پايين بودن بازدهي و لزوم تعميرات اساسي بعد از تعداد ساعات كاركرد كمتر و تغييرات قدرت و بازدهي ان بر اساس تغييرات جوي اشاره نمود. امارهاي موجود حاكي از ان است كه در حدود 38 درصد از ظرفيت نيروگاه هاي كل كشور از طريق 176 واحد توربين گازي با ظرفيت اسمي 9500 مگاوات تامين ميشود. اما به علت شرايط اب و هوايي كشور خصوصا در مناطق مركزي و جنوب كه عمدتا تابستانهاي گرم و طولاني دارد اين توربينها با افت قدرت و بازدهي مواجهه ميشوند. به طوريكه ميتوان گفت حدود 1900 مگاوات(20 درصد توان اسمي) از ظرفيت توربين گازي در اين فصول كاهش مي يابد.تئوري توربين هاي گازي خيلي زودتر از زمانيكه امكانات تكنولوژيكي به مهندسين توانايي ساخت آنها را فراهم اورد،مطرح شد.در حال حاضر كاربرد توربين هاي گاز بسيار متنوع و گسترده شده است و آنها را به يك وسيله قابل اعتماد و موثر در ابزار مولد قدرت تبديل كرده است.يكي از اصول اساسي در طراحي، اصل صرفه جويي انرژي و بهينه سازي مصرف است.يكي از روشهاي توليد اب شيرين استفاده از انرژي خروجي اگزوزهاي توربين گازي ميباشددر اين روش ضمن جلوگيري از اتلاف انرژي ، آلودگي محيط زيست نيز كاهش مي يابد.تا كنون كوششهاي زيادي در جهت افزايش عملكرد توربين هاي گازي انجام شده است و براي بهبود كارايي بيشتر توربين در اجزاء مختلف توربين اصلاحاتي صورت گرفته شده به نظر مي رسد با توجه به وضعيت نيروگاههاي کشور نيروگاههاي گازي بهترين گزينه موجود مي باشند. توربينهاي گازي به دليل مزايايي نظير راندمان بالا، توان توليد نسبتا زياد، قابليت استفاده مستقيم از گاز طبيعي به عنوان سوخت و هزينه سرمايه گذاري نسبتا پايين، امكان استفاده در سيكلهای تركيبي و سيستمهاي توليد همزمان توان و حرارت به عنوان يكي از مهمترين و پر استفاده‌ترين ابزار توليد توان مطرح مي باشند. توربينهاي گازي در موارد بسياري چون نيروگاههاي توليد برق و ايستگاههاي افزايش فشار گاز طبيعي به كار گرفته مي شوندبر طبق امار ارائه شده در 80 درصد توربين هاي گازي از انواع صنعتي بزرگ كه در سراسر جهان در حال كار هستند در بين سالهاي 1965 تا 1975 راه اندازي و مورد استفاده قرار گرفته اند. اين توربين ها كه تعدادشان نيز قابل توجه است، كانديدهاي مناسب و ايده ال براي اعمال تكنيك هاي جديد هستند. تغييرات و پيشرفت هاي موجود در جهت افزايش راندمان، كاهش آلودگي، توجه به مسائل زيست محيطي واستفاده هر چه بهتر از قابليت كاردهي انرژي موجود ميباشد.در سالهاي اخير، حجم زيادي از مقالات و پروژه هاي پژوهشي در کشورهاي حاشيه خليج فارس و شمال آفريقا به استفاده از انرژي هاي نو و انرژي هاي بازيافت شده در صنعت براي توليد آب شيرين اختصاص يافته است.يکي از مهمترين مسائل در طراحي و اجراي اينگونه طرحها توجه به کيفيت آب شور مورد استفاده، شرايط جغرافياي محل اجراي طرح و جانمايي نيروگاه مي باشد.ضمن اينکه ظرفيت توليد آب شيرين که تابعي از توان خروجي نيروگاه وهزينه هاي مستقيم وغير مستقيم مي باشد خود نياز به پژوهش تخصصي را نشان ميدهد.سيستمهاي دو منظوره به طور گسترده اي براي توليد همزمان آب و توان مورد استفاده قرار ميگيرد. در ان سيستمها بخار در دما و فشار بالا در يك توربين گازي منبسط ميشود و توليد توان قبل از شيرين سازي اب صورت ميگيرد. چيدمانهاي مختلف از اين سيستمهاي دو منظوره قابل دسترسي است توليد توان توسط انرژي حرارتي گازهاي احتراقي در توربين راهبري شده و از خروجي به منطور توليد بخار در محدوده فشار كم تا متوسط در ديگ بازيافت استفاده ميشود. انتخاب يك سيستم توليد همزمان نياز به ارزشگذاري فاكتورهاي اقتصادي و ترموديناميكي دارد. نسبت توليد توان به آب شيرين در سيستمهاي دومنظوره تجاري به طراحي واحد بستگي مستقيم دارد.اين نسبت در يك سيستم دو منظوره توربين گازي و ابشيرين كن تبخيري چند مرحله اي از 8 مگاوات به ازاي يك ميليون گالن انگليسي در روز تا حدود 20 مگاوات متغير استسيكل توربين گازي با هدف توليد همزمان حرارت سبب كاهش مصرف سوخت در مقايسه با سيستمهاي مجزاي توليد توان و آب شيرين ميشوددر سيستمهاي تبخير ناگهاني چند مرحله اي تبخير ناگهاني ناشي از كاهش ناگهاني فشار مايعي است كه قبلا درجه حرارت ان به نزديك نقطه جوش رسيده است.فرايند تبخير ناگهاني چندمرحله اي به صورت تبخير آب دريا و ميعان بخار حاصله به منظور توليد آب خالص ميباشد. سيستم هاي MSFبه طور معمول شامل سه بخش اصلي به صورت زير است: