کلمات کلیدی:سیکل ترکیبی، بویلربازیاب حرارتی، آنالیز اگزرژی، اثرات محیط زیست، بهینه سازی، تزریق بخار.فهرست مطالبنشانه ها.. ظزیرنویس ها.. ظبالا نویس.. غفصل1 . مقدمه. 11-1. مقدمه ای بر اگزرژی، اگزرژی اقتصادی.. 21-1-1. مقدمه ای بر بهینه سازی سیکل نیروگاهی و بویلر بازیاب حرارتی (HRSG).. 31-1-2. بویلر بازیاب حرارتی (HRSG).. 31-2. مقدمه ای بر اثرات زیست محیطی و کاهش CO2 و NOx51-3. مقدمه ای بر تزریق بخار به داخل اتاق احتراق.. 6فصل2 . مدل سازی هوا، انواع سوخت ها، احتراق سوخت گاز و مایع 82-1. مقدمه.. 82-2. فشار محیط.. 82-3. مدل سازی هوای محیط.. 92-3-2. خواص ترمودینامیکی و فیزیکی هوا.. 92-3-2-1. ظرفیت گرمایی.. 92-3-2-2. ویسکوزیته.. 102-3-2-2-2. مدل سادرلند با دو ثابت.. 112-3-2-2-3. قانون سادرلند با سه ثابت.. 112-3-2-2-4. قانون توانی.. 112-3-2-3. هدایت حرارتی.. 122-3-2-4. چگالی هوا.. 132-4. سوخت های مایع و مدل سازی آن ها.. 132-5. سوختهای گازی و مدل سازی آن ها.. 152-5-1. خواص فیزیکی شیمی سوخت های گازی.. 162-5-1-1. حجم مخصوص.. 162-5-1-2. ارزش حرارتی.. 162-5-1-3. حدود اشتعال پذیری.. 182-5-1-4. منیمم انرژی جرقه.. 202-6. واکنش احتراق.. 202-6-1. معادلهی احتراق برای سوخت گاز.. 202-6-2. انتخاب بهترین سناریو برای معادلهی احتراق در سوخت های مایع 212-6-2-1. سناریو اول.. 212-6-2-2. سناریو دوم.. 212-6-3. مدل سازی احتراق.. 212-6-3-1. سناریو احتراق.. 212-6-3-1-2. افت فشار در اتاقک احتراق.. 222-6-4. محاسبه ی دمای آدیاباتیک شعله.. 222-6-5. مقایسه نتایج احتراق گاز طبیعی و نفت کوره.. 23فصل3 . مقدمه ای بر آنالیز اگزرژی. 253-1. مقدمه.. 253-2. کار در دسترس از دست رفته.. 253-3. سیکل.. 313-3-2. سیکل موتورهای حرارتی.. 323-3-3. چرخه یخچال.. 343-3-4. چرخه های پمپ حرارتی.. 363-4. پروسه های پایدار.. 383-5. محاسبه ی اگزرژی.. 413-5-2. تخریب اگزرژی و تلفات اگزرژی.. 453-5-3. بازده اگزرژی.. 45فصل4 . آنالیز انرژی و اگزرژی اجزاء سیکل و بویلر بازیاب حرارتی (HRSG) 474-2. آنالیز انرژی هر یک از اجزاء سیکل.. 484-2-1. مشخصات توربین گازی.. 484-2-2. کمپرسور.. 484-2-3. محفظه احتراق با تزریق بخار.. 504-2-4. توربین گاز.. 524-2-5. داکت برنر.. 534-2-6. بویلر بازیاب حرارتی(Heat Recovery Steam Generator)534-2-6-1. سوپرهیترفشاربالا(HP HT Superheater).. 534-2-6-2. سوپرهیترفشار پایین(HP LT Superheater).. 544-2-6-3. اواپراتورفشاربالا(HP 2st Evaporator).. 544-2-6-4. اواپراتورفشارپایین (HP 1st Evaporator).. 544-2-6-5. اکونومایزرفشاربالا(HP 2st Economizer).. 544-2-6-6. اکونومایزرفشار پایین(HP 1st Economizer).. 544-2-6-7. سوپرهیترفشار پایین(HP LT Superheater).. 544-2-6-8. دی اریتور(FW Storage tank).. 554-2-6-9. هیترCondensate perheoter. 554-2-7. توربین بخار.. 554-2-8.کندانسور.. 554-2-9. پمپ(Boiler feed Pump).. 554-2-10. پمپ (Condensate Pump).. 564-3. آنالیز اگزرژی.. 564-4. آنالیز اگزرژی برای سیکل ترکیبی.. 564-4-1. مقدمه.. 564-4-2. محاسبات اتلافات اگزرژی در کل سیکل.. 574-4-2-1. محاسباتبازگشتناپذیریهادرسیکلگاز.. 574-4-2-1-1. اتلافاگزرژیدرکمپرسور.. 574-4-2-1-2. اتلافاگزرژیدراتاقکاحتراق بدون تزیرق بخار.. 584-4-2-1-3. اتلافاگزرژیدرتوربینگاز.. 584-4-3. اتلافات مربوط به سیکل بخار.. 584-4-3-1-1. اتلافاگزرژیدر داکتبرنر.. 584-4-3-1-2. اتلافاتاگزرژیمربوطبهبویلربازیابحرارتیHRSG 584-4-3-1-3. اتلافاتاگزرژیمربوطبهتوربینبخار.. 624-4-3-1-4. اتلافاتاگزرژیمربوطبهکندانسور.. 624-4-3-1-5. اتلاف سیستم خنک کن.. 634-4-3-1-6. اتلافاتدودکش.. 634-4-3-1-7. اتلافات در پمپCEP وBFP. 634-4-4. تأثیر دمای محیط بر راندمان اگزرژیکی HRSG.. 654-4-5. بحث در مورد نتایج.. 664-4-6. مقایسه اتلاف کلی در حالت Fired و UnFired. 66فصل5 . آنالیز اگزرژی اقتصادی. 715-1. هزينهسرمايهگذاريکلي(TCI).. 715-1-1. هزينهخريدتجهيزات(PEC).. 725-1-1-1. استفادهازنمودارهايتخمينقيمت.. 745-1-1-2. تأثيراندازهقطعاتبرقيمتتجهيزات.. 765-1-1-3. شاخصقيمت.. 765-1-2. هزينهنصبتجهيزات.. 775-1-2-1. هزينهلولهکشي.. 775-1-2-2. هزينهتنظيماتوکنترل.. 775-1-2-3. هزينهتجهيزاتوموادالکترونيکي.. 775-1-2-4. هزينهخريدويااجارهزمين.. 785-1-2-5. هزينههايمربوطبهامورعمراني،ساختمانيومعماري.. 785-1-3. هزينههايمربوطبهتجهيزاتکمکي.. 785-1-4. هزينههايمربوطبهامورمهندسيونظارتوسرپرستي.. 785-1-5. هزينهاحداثبنابامنظورکردناجرتپيمانکار.. 795-1-6. هزينهناشيازحوادثاحتمالي.. 795-1-7. هزينهراهاندازيسيستم.. 795-1-8. هزينهکارکردسيستم.. 795-1-9. هزينهکسبمجوزوهزينهبخشتحقيقوتوسعه.. 795-1-9-1. هزينهناشيازکمبودبودجهتخمينزدهشدهدرطولساختوساز 805-2. روابطسادهشدهمربوطبهسرمايهگذارياوليهطرح.. 805-3. بالانس قیمت.. 825-3-2. محاسبه ی نرخ قیمت استهلاک تجهیزات.. 825-4. قیمت گذاری اگزرژی.. 845-4-1. جریان های ورودی و خروجی.. 845-4-2. توان.. 845-4-3. انتقال حرارت.. 845-5. نرخ های قیمت سوخت و محصول.. 855-6. قیمت انهدام اگزرژی.. 865-6-2. فاکتور فنی اقتصادی.. 875-7. محاسبه ی قیمت خرید تجهیزات.. 88فصل6 . اثرات زیست محیطی. 896-1. اگزرژی و اثرات زیستمحیطی.. 896-1-2. آنالیز اگزرژی زیستمحیطی.. 896-1-2-2. منوکسید کربن(Carbon Monoxide).. 916-1-2-2-2. تأثیر فشار.. 926-1-2-2-3. تأثیر دمای هوای محیط.. 926-1-2-2-4. تأثیر دیوار خنک کننده با هوا.. 936-1-2-2-5. تأثیر اتمیزه کردن سوخت.. 936-1-2-2-6. هیدرو کربنهای نسوخته(Unburned Hydrocarbons).. 936-1-2-2-7. دود.. 936-1-2-2-8. تأثیر اتمیزه کردن سوخت.. 946-1-2-3. اکسید نیتروژن.. 956-1-2-3-2. تأثیر درجه حرارت هوای ورودی.. 966-1-2-3-3. تأثیر زمان اقامت.. 976-1-2-3-4. تأثیر فشار بر روی تشکیل اکسیدهای نیتروژن.. 986-1-2-3-5. تأثیر اتمیزه کردن سوخت در میزان تولید اکسیدهای نیتروژن 996-1-2-4. اکسید نیتروژن.. 1006-1-2-5. تزریق آب.. 1006-1-2-6. انتخاب کاتالیزور.. 1016-1-3. کاهش مواد آلاینده در اتاقک احتراق متعارف.. 1016-2. مدل کردن و روابط مربوط به اکسید نیتروژن و کربن منواکسید.. 1016-2-1. رابطه تولید اکسید نیتروژن و منو اکسید کربن.. 1026-3. مقایسه انتشار گازهای تولیدی سیکل توربین گاز و سیکل ترکیبی 1046-4. مقایسه انتشار گازهای تولیدی سیکل ترکیبی در حالت Fired و UnFired 1056-4-2. بحث و نتیجه گیری.. 106فصل7 . طراحی بویلربازیاب حرارتی. 1077-1. مقدمه.. 1077-2. محاسبهضريبانتقالحرارتداخللولهها(hi).. 1077-3. آرايشلولهها.. 1107-4. محاسبهضريبانتقالحرارتگاز(ho).. 1117-5. ضريبانتقالحرارتتشعشعي(hr).. 1117-6. ضريبانتقالحرارتجابجايي(hc).. 1167-7. افتفشارگاز.. 1187-8. سطوححرارتيگسترده.. 1187-9. محاسبهضرايبانتقالحرارتوافتفشاردرسطوحفيندار.. 1197-10. محاسبهراندمانفينوکاراييسطوحفيندار.. 1217-11. محاسبهدمايپايهفينودماينوکفين.. 1227-11-2. بحث روی Pinch Point و Approach Point1237-11-3. نکات قابل توجه در طراحی بویلرهای بازیاب.. 1267-11-4. تعیین مشخصه های ترمودینامیکی بویلربازیاب.. 1277-12. بررسی بویلر های بازیاب از جنبه های مختلف.. 1287-12-1. افزایش راندمان بویلر بازیاب.. 1287-12-2. بررسي دبي هاي مختلف جریان بخار در بویلر بازیاب.. 1287-12-3. برسی چیدمان های مختلف اجزای بویلربازیاب.. 1297-12-4. مقايسه پارامترهای بويلر و بويلرهاي بازياب در بارهای مختلف 129فصل8 . بهینه سازی چند هدفه با الگوریتم ژنتیک. 1318-1. الگوریتم ژنتیک.. 1318-1-1. تابع تناسب.. 1318-1-1-1. بهینهسازی کل سیکل ترکیبی.. 1318-1-1-1-1. راندمان اگزرژی سیکل ترکیبی.. 1328-1-1-1-2. نرخ تابع هزینه.. 1328-1-1-1-3. تابع مربوط به انتشار گاز Co21328-1. متغیرهای تصمیم گیری.. 1328-2. مطالعه ی موردی.. 134فصل9 . نتیجه گیری و پیشنهادات. 1379-1. بررسی عملکرد سیکل ترکیبی با تغییر سوخت.. 1379-1-2. نتایج حاصل از بهینه سازی.. 1419-2. نتایج حاصل از تزریق بخار به داخل اتاق احتراق.. 1449-3. آنالیز حساسیت.. 1519-3-1. آنالیز حساسیت بر روی پارامترهای اصلی سیکل ترکیبی همراه با تزریق بخار.. 1519-3-2. آنالیز حساسیت بر روی پارامترهای طراحی بویلربازیاب حرارتی 1579-3-2-1. پارامترهای سیکل بخار.. 1579-3-2-2. تأثیر پارامترهای بویلربازیاب بر روی تلفات توان.. 1589-3-2-2-2. چگالی فین.. 1589-3-2-2-3. گام لوله ها.. 1599-3-2-2-4. ارتفاع فین.. 1619-3-2-2-5. ضخامت فین.. 1629-3-2-2-6. طول لوله.. 1649-4. بحث بر روی انتخاب توابع هدف.. 1649-5. بررسی عملکرد سیکل ترکیبی در حالت بار نسبی (Part Load).. 1679-6. نتیجه گیری.. 1729-7. پیشنهادات.. 174مراجع. 196ضمیمه1 جداول. 184ضمیمه2 قیمت اجزاء سیکل ترکیبی. 189ضمیمه3 طراحی بویلربازیاب حرارتی در بارهای نسبی. Error! Bookmark not defined.مراجع. 196 فهرست شکلشکل1-1. بلوک دیاگرام توربین گاز مورد بررسی مرجع [39].. 6شکل3-1. سیستم باز با اتمسفر. 26شکل3-2. W و Wrev میتوان مثبت و یا منفی باشد و تنها Wloss میتواند تنها مثبت باشد. 28شکل3-3. بالانس اگزرژی در سیستم باز بیان شده در شکل 3-1 30شکل3-4. بالانس بین تخریب اگزرژی ها و جریان اگزرژی های ورودی و خروجی 31شکل3-5. رابطه بین کار منتقل شده و یا کار اگزرژی. 31شکل3-6. دیاگرام دما- انرژی (T-E) برای یک سیکل موتور حرارتی 32شکل3-7. نمایش مقایسه ای از راندمان قانون اول و دوم. 34شکل3-8. دیاگرام دما- انرژی برای یک یخچال. 35شکل3-9. شماتیکی از کار تحویل داده شده به یخچال و کار از دست رفته چرخه ناشی از بازگشت ناپذیری چرخه. 36شکل3-10. شماتیکی از کار تحویل داده شده به پمپ حرارتی و کار از دست رفته چرخه ناشی از بازگشت ناپذیری چرخه. 37شکل3-11. خلاصه ای را از قانون اول و دوم برای موتورحرارتی، یخچال ها و پمپ های حرارتی. 38شکل3-12. پیوند چهار جزئه جریان پایدار در سیکل کلاسیک رانکین 41شکل4-1. سیکل ترکیبی به همراه بویلر بازیاب دو فشاره. 47شکل4-2. شماتیکی از اتاق احتراق همراه با تزریق بخار. 50شکل4-3. حجم کنترل در نظر گرفته شده برای اتاق احتراق به همراه تزریق بخار 51شکل4-4. شماتبکی از کندانسور. 62شکل4-5. نحوه تغییرات اتلاف اگزرژی در اجزاء HRSG با تغییرات دمای محیطی در حالت Fired. 65شکل4-6. نحوه تغییرات اتلاف اگزرژی در اجزاء HRSG با تغییرات دمای محیطی در حالت UnFired. 66شکل4-7. مقایسه اتلاف اگزرژی در HRSG برای Fired و Unfired. 67شکل4-8. میزان انتقال حرارت منتقل شده در هر جزء از HRSG در دماهای مختلف 68شکل4-9. تخریب اگزرژی ویژه در اجزاء HRSG در دماهای مختلف 69شکل5-1. نمونه ای از نمودار های موجود برای برآورد قیمت بویلر بخار [44] 75شکل6-1. ارتباط بین آنالیز اگزرژی اقتصادی و اگزرژی زیستمحیطی 89شکل6-2. ویژگیهای انتشار گازهای گلخانهای از توربین گاز [45] 91شکل6-3. تأثیر فشار و نسبت هم ارزی در تولید CO [48]. 92شکل6-4. تاثیر قطر سوخت در میزان تولید دوده [50]. 94شکل6-5. تشکیل NOx به عنوان تابعی از زمان و درجه حرارت؛P=1 MPa [45] 95شکل6-6. وابستگی به درجه حرارت شعله برای سوخت مایع و گاز [51] 96شکل6-7. تأثیر درجه حرارت ورودی هوا در تشکیل NOx [53]. 96شکل6-8. تأثیر زمان اقامت در تولید Nox در یک پیش مخلوط کن هوا و سوخت [56] 97شکل6-9. تأثیر اثر فشار بر تشکیل NOx[53]98شکل6-10. تأثیر اتمیزه کردن سوخت در تولید NO [52]. 99شکل6-11. ناحیه ی ورودی در داخل اتاقک احتراق[25]102شکل6-12. نمودار دمای آدیاباتیک ورودی محفظه احتراق بر حسب P و برای . 104شکل6-13. میزان انتشار گاز Co2 در سیکل ترکیبی و سیکل توربین گاز 104شکل6-14. میزان انتشار گاز Co2 در حالت Fired و UnFired در دمای های مختلف در بار100%. 105شکل6-15. میزان انتشار گاز Co2 در حالتGas Cycle و CCPP در بارهای مختلف 106شکل7-1. آرایش لوله ها در بویلر های بخار بازیاب حرارتی [7] 110شکل7-2. ضریب صدور گازدی اکسید کربن() بر حسب درجه حرارت مطلق گاز [7] 113شکل7-3. ضریب صدور بخار آب() بر حسب درجه حرارت مطلق گاز [7] 114شکل7-4. فاکتور تصحیح مربوط به ضریب صدور بخار آب [7]. 115شکل7-5. فاکتور تصحیح مربوط به وجود بخار و دی اکسید کربن در گاز (61) 116شکل7-6. نمونه ای از رسوب در داخل و خارج از لوله ها. 126شکل7-7. منحنی تغییرات ضریب رسوب در یک دیگ بخار بازیاب حرارتی با زمان (61). 127شکل7-8. پروفیل دمای دیگ بخار بازیافت حرات (61). 130شکل7-9. تغییرات درجه حرارت گاز خروجی از توربین بر حسب بار 132شکل7-10. دیاگرام دمایی بویلر بازیاب برای دبی های مختلف 133شکل7-11. چیدمان های مختلف اجزای بویلر بازیاب. 134شکل7-12. مقایسه عملکرد بویلر و بویلر بازیاب حرارت در بارهای متفاوت 135شکل8-1. اساس کار حل الگوریتم ژنتیک. 137شکل8-2. تشکیل رشته ی Crossover Mask به روش single-point crossover. 139شکل8-3. تشکیل رشته ی Crossover Mask به روش Two-point crossover. 139شکل8-4. تشکیل رشته ی Crossover Mask به روش Uniform crossover. 139شکل8-5. شماتیک عملکرد اواپراتورMutation. 139شکل9-1. تغییر فشار کندانسور بر روی راندمان اگزرژی در سوخت های با API متفاوت. 147شکل9-2. برررسی تغییرات نسبت فشار کمپرسور بر روی هزینه های سیکل ترکیبی در API متفاوت. 147شکل9-3. بررسی تغییرات میزان تولید Co2 نرمال شده با تغییر API در دماهای ورودی سوخت متفاوت. 148شکل9-4. مقایسه تخریب اگزرژی بین اجزای سیکل ترکیبی با تغییر نوع سوخت از گاز طبیعی به سوخت مایع با API=32. 149شکل9-5. راندمان قانون اول و دوم با تغییر نوع سوخت از گاز طبیعی به مایعبا API=32. 149شکل9-6. میزان انتشار گاز گلخانه ای Co2نرمال شده در دو حالت سیکل توربین گاز و سیکل ترکیبی با تغییر سوخت. 150شکل9-7. مقایسه منحنی پرتو در API متفاوت بر حسب راندمان اگزرژی کل سیکل و قیمت برق تولیدی. 151شکل9-8. منحنی پرتو با API متغییر بر حسب راندمان اگزرژی کل سیکل و قیمت برق تولیدی. 151شکل9-9. مقایسه منحنی پرتو گاز طبیعی و سوخت مایع بر حسب راندمان اگزرژی و قیمت برق. 152شکل9-10. قیمت سوخت بر اساس قیمت های جهانی. 152شکل9-11. (A نتایج شبیه سازی (B نتایج ارائه شده در مرجع[36] 157شکل9-12. تغییر پارامتر SFC بر حسب تغییرات نسبت فشار کمپرسور در تزریق های متفاوت بخار. 157شکل9-13. روند تغییرات NOx و CO با نغییر X=s/f. 159شکل9-14. تغییرات تلفات توان بر روی توربین گاز(GT) و توذربین بخار (ST) با افزایش دبی بخار تزریقی به اتاق احتراق. 161شکل9-15. افزایش و کاهش تولید توان در هر بخش از توربین بخار با تزریق بخار به اتاق احتراق. 162شکل9-16. شماتیکی از تأثیر پارامترهای HRSG و GT بر روی تلافات توان توربین گاز. 163شکل9-17. روند تغییرات راندمان حرارتی (Thermal) و راندمان اگزرژی (Exergy) بر اساس پارامتر X. 164شکل9-18. روند تغییرات هزینه ی اثرات زیست محیطی با تغییر پارامتر X 165شکل9-19. روند تغییرات قیمت یکسان شده HRSG در طول 20 سال دوره ی مفید نیروگاه با i=10% با تغییر پارامتر X. 166شکل9-20. درصد افت فشار هر جزء از مبدلهای حرارتی بویلربازیاب 167شکل9-21. مقایسه کار تلف شده در توربین گاز به واسطه ی تغییر چگالی فین در مبدل های بویلربازیاب. 168شکل9-22. مقایسه تغییرات افت فشار در توربین گاز با تغییر گام لوله های مبدل های بویلربازیاب. 169شکل9-23. مقایسه افزایش مساحت کل HRSG در مبدلهای حرارتی بویلربازیاب با تغییرگام لوله ها در آرایش مثلثی. 170شکل9-24. مقایسه تلفات توان در مبدلهای حرارتی بویلربازیاب در ارتفاع فینهای مختلف. 171شکل9-25. تغییرات تلفات توان با تغییر ضخامت فین. 172شکل9-26. تغییرات افت فشار با تغییر ضخامت فین. 172شکل9-27. مقایسه تلفات توان در مبدلهای حرارتی بویلربازیاب در طول لوله های مختلف. 173شکل9-28. منجنی پرتو حاصل از بهینه سازی با توابع هدف تعیین شده به همراه تزریق بخار به داخل اتاق احتراق. 174شکل9-29. تغییر توان خالص سیکل ترکیبی در حالت های بهینه ی یافت شده برای بویلربازیاب حرارتی از منحنی پرتو و حالت طراحی به همراه تغییرات تزریق بخار. 176شکل9-30. میزان تغییرات راندمان اگزرژی و حرارتی سالیانه بر حسب مورد های مطالعاتی جدول9-8. 178شکل9-31. پارامترهای بهینه سازی سیکل ترکیبی به همراه تزریق بخار در بارهای نسبی. 178شکل9-32. منحنی پرتو افزایش مگاوات خالص سالیانه (Obj1) و کاهش هزینه ها با ضرایب وزنی راندمان حرارتی و اگزرژی سالیانه (Obj2). 180شکل9-33. فلوچارت بهینه سازی سیکل ترکیبی در بارهای نسبی 182 فهرست جداولجدول2-1. درصد ترکیبات مولی هوا [8]. 9جدول2-2. ضرایب برای محاسبه ی گرمای ویژ ه ی گازهای ایده آل 10جدول2-3. رابطه بین سوخت مایع در رنج های مختلف API13جدول2-4. مقدار F در رابطه (2-18). 14جدول2-5. مدار تنش سطحی سوخت بر حسب RD آنها. 15جدول2-6. ترکیبات سوخت. 17جدول2-7. ارزش حرارتی پایین گازهای مختلف. 17جدول2-8. جرم مولی ترکیبات سوخت. 18جدول2-9. حدود اشتعال پذیری و دمای اشتعال خود به خود. 19جدول2-10. تلفات حرارتی دودکش به صورت درصد ارزش حرارتی سوخت مربوطه[39] 24جدول4-1. مشخصات توربین های گازی مورد نظر. 48جدول4-2. در صد مولی گازهای خروجی بعد از داکت برنر. 53جدول4-3. آنالیز اگزرژی اجزاء بویلر بازیاب در بار 100%-F259جدول4-4. در بار 100% در دمای محیط 16.6 درجه سانتی گراد-U2-(Steam Properties). 60جدول4-5. در بار 100% در دمای محیط 16.6 درجه سانتی گراد-U2-(Gas Properties) 60جدول4-6. آنالیز اگزرژی اجزاء بویلر بازیاب در بار 100% بدون Duct Burner-U2-61جدول4-7. مقایسه میزان تخریب اگزرژی و درصد تخریب اگزرژی در دو حالت Fired و UnFired در بار 100%. 62جدول4-8. نرخ تخریب اگزرژی و راندمان اگزرژی سیکل ترکیبی 63جدول4-9. درصد اتلاف اگزرژی برای کل سیکل در حالت Fired. 64جدول4-10. محاسبه میزان سوخت، تولید و راندمان اگزرژی اجزاء سیکل ترکیبی نیروگاه دماوند. 69جدول5-1. هزینه های مربوط به امورعمرانی، ساختمانی و معماری به صورت درصدی از هزینه خرید تجهیزات [44]. 78جدول6-1. آلایندههای اصلی منتشر شده توسط توربین های گازی [45] 90جدول7-1. ضریب C در معادله7-7برای اکونومایزر. 109جدول7-2. ضریب C در معادله 7-7 برای سوپر هیتر. 109جدول7-3. مقایسه آرایش مربعی و مثلثی برای لوله های ساده [39] 111جدول7-4. ضریب تصحیح مربوط به زاویه در حمله. 117جدول7-5. ضرایب C1 و C2 به کار رفته در روابط (5-24) و (5-29) برای فین های داندانه دار (61). 120جدول7-6. ضرایب C1 و C6 به کار رفته در روابط (5-24) و (5-29) برای فین های داندانه دار (61). 120جدول7-7. مقادیر توابع اصلاح شده بسل نوع اول و دوم برای آرگومان های مختلف (60). 123جدول7-8. مقادیر مناسب برای Pinch Point و Approach Point (61) 128جدول8-1. محدوده ی متغیرهای تصمیم گیری [38] ، [14]، [70] [71] [24] 142جدول8-2. محدوده ی متغیرهای تصمیم گیری [38] ، [14]، [70] [71] [24] 142جدول8-3. نمایش نتایج بین داده ها و کد شبیه سازی برای سیکل گاز 143جدول8-4. نمایش نتایج بین داده ها و کد شبیه سازی برای سیکل بخار 144جدول9-1. پارامترهای ورودی طراحی بویلر بازیاب حرارتی. 153جدول9-2. نتایج حاصل از کد شبیه سازی با نتایج نیروگاه. 154جدول9-3. مقایسه ی بین نتایج طراحی بویلربازیاب حرارتی در شرایط یکسان طراحی در حالت ایزو و سایت. 155جدول9-4. نتایج کیفی و کمی تزریق بخار در شرایط سایت نسبت به حالت عدم تزریق بخار. 156جدول9-5. آنالیز حساسیت مقدار بخار تزریقی بر روی پارامترهای سیکل ترکیبی 157جدول9-6. تغییرات تلفات توان با تغییرات فشار کندانسور. 167جدول9-7. نتایج حاص از بهینه سازی بر روی پارامترهای سیکل ترکیبی و مقایسه آن با حالت طراحی همراه با تزریق بخار در شرایط سایت. 175جدول9-8. نتایج حاصل از تزریق بخارX=2.5% در بار های نسبی با کارکرد متفاوت در سال برای هر مورد. 177جدول9-9. بررسی تزریق متفاوت بخار در بارهای مختلف. 178جدول9-10. پارامترهای بهینه ی یافت شده بر اساس نقطه ی B منحنی پرتو با نیروگاه دماوند. 180جدول9-11. نتایج حاصل از تزریق بخاردر بار های نسبی با حالت بهینه در نقطه ی B منحنی پرتو. 181جدول9-12. مقایسه بین حالت های طراحی و بهینه برای کلاس های مختلف توربین گاز. 181 فهرست علائم نقطه ی اپروچ (C)APقیمت بر واحد اگزرژی ($MJ-1)Cگرمای ویژه (Jkg-1K-1)Cpقیمت تخریب اگزرژی ($h-1)قیمت سوخت بر واحد اگزرژی ($MJ-1)اگزرژی ویژه (kJkg-1)exنرخ جریان اگزرژی (MW)نرخ تخریب اگزرژی (MW)دمای ورودی به توربین گاز (K)GTITآنتالپی ویژه (kJkg-1)hارزش حرارتی پایین سوخت (kJkg-1)LHVدبی جرمی (kgs-1)فشار(MPa)Pنقطهی پینچ (C)P.Pفشار دی اریتور (KPa)Pdearفشار بخار اصلی (bar)Pmainگرما (kJ)Qثابت گازها (kJkg-1K)Rآنتروپی ویژه (kJkg-1)Sدما (KیاC)Tدما ناحیه اولیه اتاقک احتراق (K)Tpzدمای بخار اشباع(K)Tsatنرخ کار (MW)کیفیت بخار(%)xنرخ هزینه ی سرمایه گذاری ($h-1)قیمت خرید هر جزء ($)نشانه هاگرمای ویژهانتشار Co2 بر واحد کار خروجی(kgCo2(MWh)-1)راندمانضریب تعمیر و نگهداریاگزرژی شیمیاییراندمان اگزرژیزیرنویس هاهواAمحیطambiکمپرسور هواACاتاقک احتراقCCنیروگاه سیکل ترکیبیCCPPپمپ کندانسورCEPکندانسورCondپیش گرمکن آبCPHهزینه سرمایه گذاریCRFتخریبDداکت برنرDBشرایط خروجیeاگزرژیexمحیط زیستenvسوختFتانک ذخیرهFWبویلر فید پمپBFPگازهای حاصل از احتراقgتوربین گازGTفشار قویHPاکونومایزر فشار ضعیفHPC1اکونومایزر فشارقویHPC2درام فشار قویHPDسوپرهیتر فشارضعیفHPS1سوپر هیتر فشار قوی شماره2HPS2سوپر هیتر فشار قویHPS3بویلر بازیاب حرارتیHRSGنرخ بهرهiشرایط ورودیinایزنتروپیکisجزءkنابود شدنLفشار ضعیفLPدرام فشار ضعیفLPDنقطهی پینچPPنسبت فشارrمرجعrefتوربین بخارSTکلTotalکارwشرایط مرجع محیطی0بالا نویسشیمیاییchنرخ فصل1 . مقدمهباتوجهبهمزيتهايسيكلتركيبي،تعدادوتوانايننوع نيروگاههادرحالپيشيگرفتنازسايرانواعنيروگاههااست. درمعمولتريناينسيكلها،سيكلتوربينگازبرايتونسيكل فوقانيتوربينبخاررانكينميباشد. سيكلتركيبيحاصل بازدهيحرارتيوتوانبالاتري، نسبتبههريكاز سيكلهاييكهبهتنهاييكارميكنند، را دارند. سيكلهايرانكينداراياينمزيتهستندكهنسبتكار برگشتيآنهابسياركمترازنسبتكاربرگشتيدرسيكلهاي برايتوناست. چرا که درنيروگاههايبخار، مايعيكهپمپجابهجاميكندحجممخصوصكميدارددر حالي كهحجممخصوصبخاريكهدرتوربينجرياندارد چندبرابربزرگتراست. ازاين روكارخروجيازتوربينبخار بسياربيشترازكاروروديبهپمپاستونسبتكاربرگشتي بسياركوچكاست، امادرنيروگاههايگازي، سيالعامل (معمولاًهوا) درحالتگازيمتراكمميشودكهحجم مخصوصآنبالااستدرنتيجهبخشقابلملاحظهاياز كارخروجيتوربينگازبهوسيلهكمپرسورمصرفميشود ونيروگاهگازيكاركمتريرابهاندازهواحدحجمسيالِ عاملتوليدميكند. درمقابلپايينبودندمايبحرانيآب (كهمعمولترينسيالعاملدرسيكلهايبخارميباشد)و محدوديتدمايماكزيمممجازمتالورژيكيدرنيروگاههاي بخار، سببشدهاستكهسيكلهايتوربينگازواقعيبهطور قابلملاحظهايدردماهايبالاترازسيكلهايبخاركاركنند. بيشتريندمايسيالعاملدروروديتوربينبراينيروگاههاي بخار در حدود 540 تا 650 میباشد درحالی که همین دما در نیروگاههای گازی در حدود k1100 تا k 1650 است [1].بنابراينسيكلهايتوربينگازيبهدليلدمايميانگينبالاتردرفرآيندورودگرما،قابليتايجادبازدهحرارتيبالاتريرادارند. نقطهضعفاينسيكلهادر ایناستكهسيالعامل، توربينگازيرادردماهايبسياربالاييتركميكند (در حدود 500). اينعيبباعثميشودكهازپتانسيلدريافتگرمادردماهايبالاكهخاصيتاينسيكلهااستبه درستياستفادهنشودوبازدهاينسيكلهاازسيكلهايبخار پايينترباشد. برايبهرهگيريازانرژيگازهايخروجيو بهبودبازدهسيكلهايگازي (معمولاًبرايتون) ميتواناز بازياباستفادهكرد،وليبايدتوجهكردكهاستفادهازبازياب منحصراًموجبافزايشبازدهميشودوتوانخروجيرا افزايشنمي‌دهد.درحقيقت، بهدليلافتفشاربيشتريكه بویلربازیاب حرارتی[1]بهسيكلتحميلميكند،استفادهازآنموجبكاهش نسبتفشارتوربينودرنتيجهكاهشتوانخالصخروجي بهميزانچنددرصدميشود. توجهشودكهدرصورت به كارگيريبازيابنسبتفشاربهينهايكهمنجربهماكزيمم شدنبازدهحرارتيميشودبهمقاديركوچكتريميلمیكند.1-1. مقدمه ای بر اگزرژی، اگزرژی اقتصادیدر سال 1983 مولفین واژهی اگزرژی اکونومیک را برای صراحت بیشتر و مشخصه غیر مبهم ترکیب تحلیل اگزرژی با تحلیل اقتصادی ابداع کردند. برای اولین بار تربوس و السیر مفهوم ترمواکونومیک را بیان کردند. مطالعات انجام گرفته در ارتباط با هزینه در سال 1988 توسط کتاس [2] و زارگوت در کنفرانسهای انجمن مهندسان مکانیک آمریکا ارائه شده است همچنین موران[3]در زمینه تحلیل اگزرژی تحقیقات فراوانی انجام داده است. فیاسچی و مانفریدا [4]در آنالیز خود برای سیکل نیمه بسته توربین گاز نشان دادند که تزریق آب و بازیاب آب مهمترین منابع اتلاف اگزرژی هستندو روی هم رفته 80% کل بازگشت ناپذیریها را در سیکل به خود اختصاص میدهند آنها هم چنین راندمان قانون دوم را برای سیکل هنگامی که هیچگونه بخاری در سیکل تزریق نمیشد تا زمان تزریق کامل را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که در تزریق کامل بیشترین برگشت ناپذیری را در سیکل میتوان مشاهده کرد.ایدهاقتصاداگزرژیدرسال 1932 میلادیتوسطکینان پیشنهادگردیدویمفهوماگزرژیرابرایبرایتقسیمهزینهبرحسبقدرتالکتریکیوبخاریکهدرنیروگاهتولیدمیشودبهکاربرد. اوبهایننکتهاشارهمیکندکهازدیدگاهاقتصادیالکتریسیتهوبخارباتوجهبهکارمفیدیکهانجاممیدهندقابلمقایسهاندونهباتوجهبهانرژیآنها. مقالهیارئهشدهتوسطبندیکتدرسال 1949 ارزشاقتصادیتخریباگزرژیواستفادهازآندرجهتبهینهسازیسیستمجداسازهواموردتوجهقرار گرفتتحقیقاتاگزرژیبعدهاتوسطتریبوس وایونس ازدانشگاهکالیفرنیادرلسآنجلسآمریکاوسپستوسطابرت وگالیگولیدردانشگاههایویسکانسدرمدیسونآمریکاادامهیافتبرمین واشمیت درسال 1980 برایبهینهنمودنپیشگرمکنهایآبتغذیهازنسبتدادنارزشاقتصادیبهتخریباگزرژیاستفادهنمودند. درسال 1982 فرانسر،کلودتیز وبااستفادهازکارهایتریبوسوایونساقتصادیاگزرژیرادرطراحیمبدلهایحرارتیبهکاربردنددرسال1983،واژهیاقتصادیاگزرژیرابرایارزشاقتصادیاگزرژیبهجایواژهاقتصادترمودینامیکیپیشنهادنمودند. بسیاریازدانشمندانپیشنهادکردهاندکهعملکردترمودینامیکیفرآیندبهتراستباانجامیکتجزیهوتحلیلاگزرژیانجامپذیردزیراتجزیهوتحلیلاگزرژیبرایارائهیبینشبهترمفیدتربهنظرمیرسد.دینسر[2] و المسلم[3][5] سیکلرانکین همراهباریهیتررامورد تجزیهوتحلیل قراردادندوتغییراتراندمانانرژیواگزرژیدرشرایطعملیاتیمختلف (بهعنوانمثال،درجهحراتوفشاربویلر) راموردبررسیقراردادند. روزن[4] و دینسرگرمایشفرآیندهایصنعتیبابخارآبراازطریقتجزیهوتحلیلاگزرژیموردمطالعهقراردادندوبهایننتیجهرسیدندکهتجزیهوتحلیلاگزرژیرابایدبهعنوانابزاراصلیدربهینهسازیفرآیندهاییکهمقادیرزیادیازبخاردرمراکزانرژیاستفادهمیشودموردتوجهقرارداد.کتاس [2]، مورانوشپیرو [6] بهتجزیهوتحلیلاگزرژیبرایسیکلترکیبیپرداختندآنهادریافتندکهدرهربخشتلفاتاگزرژیوجوددارد. فیاسچی [5]وهمکاران [7] متوجهشدندکهتلفاتاگزرژیدرسیکلترکیبیبیشتردرمحفظهیاحتراقوبویلربازیاب حرارتی رویمیدهدومنبعاصلیتخریباگزرژیهستند. سهان[6] وهمکاران [8] باانجامتجزیهوتحلیلانرژیواگزرژیبرایسیکلترکیبینمونهکهدرترکیهواقعشدهاستپرداختندکهنتایجنشاندادکهاتاقاحتراق،توربینهایگازوبویلرهایبازیابحرارتی (HRSG) ازمنابعاصلیبازگشتناپذیریهستندکهبهنمایندگیبیشاز 85% ازتلفاتاگزرژیکلیسیکلهستند.دردهههایاخیر، اگزرژیاقتصادی و ترمواقتصاد به طور فزایندهای توسطمحققانمورداستفادهوتوجهقرارگرفتهاست. روزنو دینسر [9] باانجام تجزیه و تحلیل اگزرژیاقتصادی یک ایستگاه تولید برق باسوختزغالسنگ نسبت میزان ترمودینامیکیبه هزینهسرمایه را یکپارامتر مهم درارزیابی عملکرد نیروگاه دانستند. عامری وهمکاران [10] نیز با انجام تجزیه و تحلیل انرژی، اگزرژی و اگزرژیاقتصادی نیروگاهبخاری و اثر تغییرات بار و دمایمحیط بر روی تخریب اگزرژی اجزء نیروگاهرا درنظرگرفته اند. نتایجنشان داد که تلفاتانرژی بهطورعمده مربوطبه کندانسور، که در آن میزان ازدستدادن انرژی بهمحیطزیست 9/306 مگاوات است، در حالی که نرخ انرژی از دست رفته بویلر تنها 63/67 مگاوات است. با این حال نرخ برگشتناپذیری از دیگ بخار به طور قابلتوجهای بالاتر ازنرخ برگشتناپذیری از اجزای دیگر است. عامریوهمکاران [11]درانجامتجزیهوتحلیلاگزرژییکسیکلترکیبیهمراهبامشعلاضافهدربازیابیگرمادرمولدبخاربهایننتیجهرسیدندکهراندماناول افزایش و راندماندومترمودینامکیکلسیکلکاهشولیتوانخروجیافزایشمییابد.1-1-1. مقدمه ای بر بهینه سازی سیکل نیروگاهی و بویلر بازیاب حرارتی (HRSG)برایاولینبارتربوسوالسیردرروشبهینهسازیازمفهوممارجینانکاست وضریبلاگرانژبهرهبردندکهمارجینانکاست بیان کرد هرجزءازسیستمبیانگرتغییراتمجموعهزینههایسیستمبهازاییکواحدافزایشواحدآنجزءازسیستممیباشد. ساهو[7] [12] تجزیهوتحلیلوبهینهسازیخودرابرروییکسیستمتولیدهمزمانبامشخصاتتولیدبرق 50 مگاواتو 15 بخاردرفشارbar 2.5 انجامدادبهینهسازیاگزرژیاقتصادیاوبابرنامهنویسیتکاملینشاندادکههزینهتولیدبرق 9.9% پایینتربرایموردبهینهدرترمهای اگزرژیاقتصادیموردپایهاست. دینسر [13] درجهحرارتمطلوبدرکندانسورپوستهولولهراباتوجهبهاگزرژیتحلیلکردومشکلبهینهسازی اینمطالعه را تراکمجریانبخارکلدرنظرگرفتوبابرنامهنویسیدرجهدوم (SQP) آنراحلکرد. احمدی [14] بهینهسازینیروگاهسیکلترکیبیبااستفادهازSQP راانجام دادوتابعهدفی براساسمیزانکلهزینههاینیروگاهواثرهزینهسوختبررویپارامترهایطراحیراتعریفکردوتأثیراتاینپارامترهارابررویراندماننشانداد. فرانکپلیوس گوراندال نیزازروشاگزرژیجهتبهینهسازیسیستمهایحرارتیاستفادهنمودندآنهاازروشهایبهکاربردهیخودتابعهزینهرابهعنوانتابعهدفانتخابنمودند. درتحلیلیکهاحمدیوصنایع [15] برای نیروگاهسیکلترکیبیهمراهبامشعلاضافهانجامدادند بااستفادهازالگوریتمژنتیکویک تابعدو هدفهبهبهینهسازیترمودینامیکیواقتصادیآنپرداختندکهنتایجنشاندادکهباافزایشدمایپینچبویلربازدهاگزرژیسیکلکاهشمییابدوازطرفیباافزایشدمایسوپرهیتر همقیمتاگزرژیوهمتلفاتاگزرژیبویلربازیابکممیشود. کویری [8]وهمکاران [16] باتوجهبهتعریفدوتابعهدفبراییکسیکلترکیبیفشاردوگانههمراهبامشعلاضافهدریکیازنیروگاههایایرانبهنتایجمشابهاحمدیوصنایعرسیدند.