پایان نامه دانشگاهی


اسفند 1398
شن یک دو سه چهار پنج جم
 << < جاری> >>
          1 2
3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29  


سایت دانلود متن کامل پایان نامه مقاله تحقیق ارشد -علمی تخصصی دانشگاهی متن کامل در سایت 40y.ir


جستجو


 



پایان نامه بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پایان نامه رشته مکانیک

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب 

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
[پنجشنبه 1398-12-29] [ 10:31:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:37:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:37:00 ب.ظ ]




 

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 




موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:36:00 ب.ظ ]




 

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 




موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:36:00 ب.ظ ]




پایان نامه بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پایان نامه رشته مکانیک

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب 

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:35:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:34:00 ب.ظ ]




پایان نامه بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پایان نامه رشته مکانیک

گرایش : سیستم ­های انرژی

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

فهرست مطالب

  صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
  ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
  ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:34:00 ب.ظ ]




پایان نامه بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پایان نامه رشته مکانیک

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب 

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:32:00 ب.ظ ]




پایان نامه بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پایان نامه رشته مکانیک

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب 

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:32:00 ب.ظ ]




پایان نامه بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پایان نامه رشته مکانیک

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب 

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:31:00 ب.ظ ]




پایان نامه بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پایان نامه رشته مکانیک

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب 

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:31:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 

abisho.ir/پایان-نامه-بهینه-سازی-ترمواکونومیک-و/





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:30:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:29:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:29:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:28:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:27:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:27:00 ب.ظ ]




پایان نامه بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پایان نامه رشته مکانیک

گرایش : سیستم ­های انرژی

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

فهرست مطالب

  صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
  ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
  ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:26:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:26:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:25:00 ب.ظ ]




 

پردیس  فنی و مهندسی دانشگاه شهید بهشتی (پردیس فنی شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ترمودینامیکی دود در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول۴-۷: پارامترهای طراحی موجود در سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین ۹۳
جدول ۴-۸: نتایج حاصل از بهینه سازی با اهداف مختلفبه دست آمده از الگوریتم ژنتیک ۹۷
   

فهرست علائم

زیروند ها:  
بخار خروجی بازگرمکن HRH
بخار ورودی به بازگرم کن CRH
سوپرهیت SH
اکونومایزر ECO , EC
هوازدا Dea
فشار بالا HP
فشار متوسط IP
فشار پائین LP
پمپ آب تغذیه FWP
کندانسور Cond
توربین Tur
متوسط ave
ورودی i
خروجی e
زیر کش بلودان بویلر BD
مبدل بخار مستقل Free

چکیده:
با توجه به کاهش منابع زیرزمینی آبی و سوخت های فسیلی در دنیای امروز و همچنین در ایران جلوگیری از اتلاف انرژی و معرفی روش­های نوین در تهیه­ آب شیرین قابل شرب از آب دریاجایگاهی خاص در دنیای آینده خواهد داشت. استفاده از روش­هایی چون روش های تبخیر – تقطیری می ­تواند یکی از این روش­ها باشد.
با توجه به بالا بودن راندمان حرارتی در سیکل­های ترکیبی موجب شده تا اقبال عمومی در جهان به این نوع از نیروگاه ها افزایش یابد اما هنوز سهم بزرگی از حرارت وارد شده به بویلرهای بازیاب این نیروگاه ها توسط برج های خنک کننده به محیط انتقال یافته و به عنوان انرزی تلف شده در نظر گرفته می­شود. حال اگر بتوان روشی را پیشنهاد داد تا از این حرارت در جهت تولید آب شیرین استفاده نمود می­توان راندمان این نوع نیروگاه­ها را بیش از پیش بالا برد.
از این رو در این پایان نامه با بهره گرفتن از یک توربین با فشار پشت که دارای فشار خروجی بالاتری نسبت به توربین­های بخار معمولی می­باشد در سیکل بخار نیروگاه­ نکا سعی شده است تا حرارت ورودی به یک آب شیرین کن MED-TVC را تعمین نمود. بخار وارد شده به این آب شیرین کن حرارت خود را به آب دریا می­دهد تا در فشار پایین تر از محیط تبخیر گردد و با تقطیر بخار حاصل آب شیرین DM تولید گردد. در این روش اندکی میزان تولید توان به دلیل استفاده از توربین با فشار پشت کاهش خواهد یافت اما در عوض از اتلاف حرارتی بالایی که در کندانسور نیروگاه وجود داشت جلوگیری و در جهت تولید آب شیرین استفاده می­گردد.
جهت بهینه سازی سیکل مذکور در افزایش درآمد و کاهش میزان تخریب اگزرژی، بازگشت سرمایه و هزینه­ های اولیه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و همچنین در جهت بهینه سازی چند معیاره با در نظر گرفتن تمامی

 





موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت
 [ 08:24:00 ب.ظ ]




پایان نامه بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

پایان نامه رشته مکانیک

عنوان : بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب 

 

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مکانیک سیستم ­های انرژی

 

 

بهینه­ سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان و آب شیرین در نیروگاه نکا با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک

 

استاد راهنما:

آقای دکتر محمد عامری

 

 

دی ماه ۱۳۹۲

 
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل ۱ : کلیاتی در مورد نیروگاه­های سیکل ترکیبی، بویلرهای بازیاب و روش های مختلف شیرین سازی آب ۱
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ کلیات نیروگاه سیکل ترکیبی و بویلرهای بازیاب حرارت ۳
۱-۲-۱  انواع نیروگا­های سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۲ چرخه­های بالایی و پایینی در سیکل ترکیبی ۳
۱-۲-۳ بررسی بیشتر نیروگاههای سیکل ترکیبی توربین­گاز / توربین بخار ۴
۱-۲-۴  طبقه بندی بویلرهای بازیاب ۵
۱-۲-۵  طبقه بندی انواع بویلرها بر اساس چگونگی گردش سیال عامل ۶
۱-۲-۵-۱ سیستم گردش طبیعی ۶
۱-۲-۵-۲ سیستم گردش اجباری ۶
۱-۲-۵-۳  بویلرهای یکبار گذر (فوق بحرانی)(Once Through Boiler): ۶
۱-۲-۶ طبقه بندی بویلرهای سیکل ترکیبی بر اساس سیستم آتش زایی ۷
۱-۲-۶-۱ بویلر بازیاب حرارت بدون احتراق اضافی ۷
۱-۲-۶-۲ بویلرهای بازیاب حرارت با احتراق اضافی ۸
۱-۲-۶-۲-۱ بویلرهای با مشعل اضافی محدود شده ۹
۱-۲-۶-۲-۲ استفاده از توربین گاز جهت پیش گرم کردن هوای دم بویلر ۹
۱-۲-۶-۲-۳ بویلرهای با حداکثر احتراق اضافی ۹
۱-۲-۷  طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت بر اساس سطوح فشار بخار ۹
۱-۲-۷-۱ بویلرهای بازیاب حرارت تک فشاره ۱۰
۱-۲-۷-۲ بویلرهای بازیاب حرارت چند فشاره ۱۱
۱-۲-۸ تأثیر پذیری کارایی سیکل ترکیبی از شرایط کاری ۱۳
۱-۲-۸-۱ تأثیر دمای هوای محیط بر قدرت و راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۲ تأثیر بار توربین گاز بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۸-۳ تأثیر فشار بخار بر راندمان سیکل ترکیبی ۱۳
۱-۲-۹ مزایا و معایب سیکل­های ترکیبی ۱۳
۱-۲-۱۰ راندمان کلی نیروگاه­های سیکل ترکیبی ۱۵
۱-۳ کلیات شیرین سازی آب ۱۶
۱-۳-۱ تعریف نمک­زدایی ۱۶
۱-۳-۲ روش های آب شیرین کنی ۱۶
۱-۳-۲-۱ تقطیر چند مرحلهای (MED) ۱۷
۱-۳-۲-۲ اسمز معکوس (RO) ۱۷
۱-۳-۲-۳ متراکم سازی مکانیکی بخار آب (MVC) ۱۸
۱-۳-۲-۴ تبخیر ناگهانی چند مرحلهای (MSF) ۱۸
۱-۳-۲-۵ تقطیر چند مرحله ای چگالش-  گرمایی بخار(MED-TVC) ۱۹
۱-۳-۳ ارزیابی معیارها ۱۹
۱-۳-۳-۱  مقدار انرژی مورد نیاز ۱۹
۱-۳-۳-۲ هزینه تولید ۲۰
۱-۳-۳-۳ محیط زیست ۲۰
۱-۳-۳-۴ کدورت آب تولیدی ۲۰
۱-۳-۳-۵ نگهداری ۲۰
۱-۳-۴ مبدل نمک زدای حرارتی چند مرحله­ای MED-TVC ۲۰
۱-۳-۴-۱  آرایش تغذیه پیشرو ۲۱
۱-۳-۴-۲ آرایش تغذیه موازی ۲۲
۱-۳-۴-۳ آرایش تغذیه موازی – متقاطع ۲۳
فصل۲: روابط مربوط به بویلرهای بازیاب و آب شیرین­کن های MED-TVC و تشریح الگوریتم ژنتیک ۲۵
۲-۱ مقدمه ۲۶
۲-۲ روابط مهم در طراحی بویلرهای بازیاب حرارت ۲۶
۲-۲-۱ پارامترهای مهم در طراحی بویلر بازیاب حرارت ۲۷
۲-۲-۱-۱  اختلاف دمای نهایی ۲۷
۲-۲-۱-۲  نقطه­ی پینچ ۲۷
۲-۲-۱-۳ نقطه­ی نزدیکی ۲۸
۲-۲-۲ استخراج روابط سیکل تک فشاره ۲۹
۲-۲-۳  استخراج روابط سیکل دو فشاره در آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۰
۲-۲-۴ سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۱
۲-۲-۴-۱ استخراج روابط ۳۲
۲-۲-۴-۲ رابطه کار پمپ ها ۳۳
۲-۲-۴-۳ دبی جرمی بخار ۳۳
۲-۲-۴-۴  تلفات سرعت در خروجی توربین ۳۵
۲-۳ روابط مربوط به نمک­زدای چندمرحله­ای حرارتی ۳۵
۲-۳-۱ معادلات تعادل هر افکت ۳۶
۲-۳-۲ معادلات تعادل کوندانسور ۳۸
۲-۳-۳ بررسی ضرایب انتقال حرارت ۳۹
۲-۳-۴ طراحی ترموکمپرسور (کمپرسور حرارتی بخار) ۴۴
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق ۴۷
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار ۴۷
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت ۴۹
۲-۵ الگوریتم ژنتیک ۴۹
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک ۵۰
۲-۵-۲  الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
۲-۵-۳ عملگرهای انتخاب، برش و جهش ۵۳
فصل ۳: روابط اگزرژواکونومیک و هزینه­ تجهیزات در نیروگاه های چند منظوره تولید همزمان توان و آب شیرین ۵۶
۳-۱ مقدمه ۵۷
۳-۲  تحلیل اگزرژی ۵۸
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی ۵۸
۳-۲-۲ بالانس اگزرژی و تخریب اگزرژی ۶۲
۳-۲-۲-۱ بالانس اگزرژی در یک سیستم بسته ۶۲
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل ۶۳
۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی ۶۴
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک ۶۷
۳-۳ تحلیل اقتصادی ۶۸
۳-۳-۱ تخمین هزینه­ سرمایه گذاری ۶۸
۳-۳-۲ محاسبه نیازهای درآمدی ۷۰
۳-۳-۳  هزینه­ های همسطح شده ۷۰
۳-۳-۴  تحلیل حساسیّت ۷۲
۳-۴ تحلیل ترمواکونومیک ۷۲
۳-۴-۱ هزینه گذاری اگزرژی ۷۳
۳-۴-۲ بالانس هزینه ۷۳
۳-۴-۳ معادلات کمکی تعیین هزینه ۷۴
۳-۵ ارزیابی ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۱ متغیرهای ترمواکونومیکی ۷۸
۳-۵-۲ ارزیابی طراحی ۸۱
۳-۶ تحلیل اقتصادی و محیطی ۸۲
۳-۶-۱ هزینه­ های سرمایه گذاری سالیانه ۸۲
۳-۶-۲ محاسبه بازگشت سرمایه و درآمد کل ۸۳
۳-۷ تشریح روشTOPSIS در یافتن نزدیک ترین حل در معادلات چند معیاره ۸۴
فصل ۴: بهینه­سازی چند منظوره ترمودینامیکی، اگزرژتیک، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی درآمدی و بازگشت سرمایه و هزینه های کلی سالانه در نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۷
۴-۱ مقدمه ۸۸
۴-۲ سیکل نیروگاه نکا ۸۹
۴-۳ پارامترهای طراحی در الگوریتم GA تشریح روابط ریاضی مورد استفاده در سیکل ۹۲
۴-۳-۱ تشریح سیکل بخار مورد استفاده و معرفی پارامترهای طراحی استفاده شده در الگوریتم ژنتیک ۹۲
۴-۳-۱-۱ تشریح سیکل بخار تحلیل شده ۹۲
۴-۳-۱-۲ پارامترهای مرجع در مدل­سازی با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک ۹۳
۴-۳-۲ معادلات محاسبه دبی بخار، اگزرژی، کار توربین و آب شیرین تولیدی در سیکل نکا ۹۵
۴-۴ مقادیر بهینه به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و هزینه ۹۷
۴-۴-۱ نتایج حاصل از بهینه سازی به در حالت های تک هدفه و چند معیاره ۹۷
۴-۴-۲ بررسی نتایج حاصل از تغییر TBT ۹۸
۴-۴-۳ بررسی نتایج حاصل از تغییرات فشار بخار پشت توربین ۱۰۲
۴-۴-۴ بررسی نتایج حاصل از تغییر سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
۴-۴-۵ بررسی نتایج حاصل از تغییر تعداد افکت های MED_TVC ۱۱۱
۴-۴-۶ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار بالا ۱۱۳
۴-۴-۷ بررسی نتایج حاصل از تغییر فشار بخش فشار پایین ۱۱۸
۴-۴-۸ بررسی نتایج حاصل از تغییر دبی جرمی بخار خروجی از بخش فشار ضعیف جهت استفاده در آب­شیرین­کن ۱۲۲
فصل۵ نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۶
۵-۱ بررسی نتایج ۱۲۷
۵-۲ ارائه پیشنهادات ۱۲۸
مراجع و مؤاخذ ۱۲۹
پیوست ۱ ۱۳۰
پیوست ۲ ۱۳۶

فهرست اشکال

شکل۱-۱: شماتیک سیکل ترکیبی ۴
شکل­۱-۲: سیکل برایتون با بازیافت حرارت خروجی از توربین با بهره گرفتن از بازگرم­­کن ۴
شکل۱-۳: طبقه بندی بویلرهای بازیاب حرارت ۵
شکل۱-۴: بویلر بازیاب حرارت با انواع سیستم گردش آب a) گردش طبیعی b)گردش اجباری  c) یک بار گذر ۶
شکل ۱-۵: شمای حرارتی یک نیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل ۸
شکل ۱-۶: نمونه­ای از شمای حرارتی نیروگاه­های سیکل ترکیبی با مشعل ۸
شکل۱-۷:شماتیک بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل۱-۸: پرفیل دمایی بویلر بازیاب تک فشاره در حضور هوازدا ۱۰
شکل ۱-۹: تأثیر فشار بخار زنده بر انرژی مصرفی و تلفات اگزرژی کلی ۱۱
شکل ۱-۱۰: شماتیک سیکل دوفشاره همراه با هوازدا تغذیه­ی مستقل ۱۲
شکل۱-۱۱: پرفیل دمایی سیکل دو فشاره همراه با هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۲: شماتیک سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل۱-۱۳: پرفیل دمایی سیکل سه فشاره در حضور هوازدا ۱۲
شکل ۱-۱۴: شمای یک نیروگاه سیکل ترکیبی در حالت سری واحدها ۱۵
شکل ۱-۱۵ : شماتیک یک واحد MED ۱۷
شکل ۱-۱۶: شماتیک نحوه عملکرد غشای یک واحد RO ۱۸
شکل ۱-۱۷: شماتیک یک واحد MSF ۱۸
شکل ۱-۱۸: شماتیک یک واحد MED-TVC ۲۱
شکل ۱-۱۹: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC پیشرو (MED-TVC-F) ۲۲
شکل ۱-۲۰: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی (MED-TVC-P) ۲۳
شکل ۱-۲۱: شماتیک یک واحد آب شیرین­کن MED-TVC موازی – متقاطع (MED-TVC-PC) ۲۴
شکل۲-۱: شماتیک سیکل ترکیبی تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۲: نمودار T-S برای سیکل تک فشاره در حضور هوازدا و بازگرم­کن ۲۹
شکل ۲-۳: شماتیک سیکل دو فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل ۲-۴: نمودار T-S سیکل دو­فشاره همراه با هوازدا و بازگرم­کن ۳۰
شکل۲-۵: نمودار T-S سیکل ترکیبی سه فشار ساده ۳۲
شکل ۲-۶: آرایش ساده بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲-۷: پروفیل دمایی برای بویلر بازیاب حرارت سه فشار ساده با آرایش مرسوم مبدل­های حرارتی ۳۳
شکل ۲- ۸ : متغیرهای اواپراتور و محفظه­ی فلش افکت i ام ]۴[ ۳۶
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97 ۴۸
شکل ۲-۱۰: دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیکی ساده ۵۲
شکل ۲-۱۱: انتخاب با چرخ رولتی با قطاع­های متناسب با تابع معیار هر کروموزوم ۵۴
شکل ۲-۱۲: عملگر برش ساده با جابجایی ژن­های والدین، فرزندانی جدید می­سازد ۵۵
شکل ۲-۱۳: عملگر جهش با تغییر یک ژن نقطه­ای دیگر در فضای جستجو تولید می­ کند ۵۵
شکل ۳-۱ : وسیله­ای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت [۱۹] ۶۱
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور می­ کنند ۶۴
شکل ۳-۳: شماتیک یک جز از سیستم برای نمایش بالانس هزینه ۷۴
شکل ۳-۴: شماتیک دستگاه تولید بخار شامل درام ۷۵
شکل ۳-۵: شماتیک دستگاه تولید بخار ۷۶
شکل ۳-۶: شماتیک دستگاه کمپرسور با استخراج هوای خنک کننده ۷۶
شکل ۳-۷: شماتیک دستگاه هوازدا ۷۶
شکل ۳-۸: شماتیک محفظه­ی احتراق ۷۷
شکل ۳-۹: شماتیک مبدل حرارتی ۷۷
شکل ۳-۱۰: شماتیک توربین آدیاباتیک ۷۷
شکل ۳-۱۱: ارتباط بین هزینه­ سرمایه گذاری و تخریب اگزرژی (یا راندمان اگزرژتیک) برای جز K ام یک سیستم حرارتی ۸۰
شکل ۳-۱۲ : چارت روابط محاسبه­ی هزینه­ها در سیکل ترکیبی ۸۳
شکل ۴-۱ : نمودار جریان فرآیند نیروگاه سیکل ترکیبی نکا ۸۹
شکل ۴-۲: شماتیک سیکل بخار مورد بررسی در تحلیل انجام شده ۹۲
شکل ۴-۳: تغییرات آب شیرین تولیدی با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۴: تغییرات GOR  با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۵: تغییرات هزینه تولید آب شیرین با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۶: تغییرات هزینه­ تولید توان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۹۹
شکل ۴-۷: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۰
شکل ۴-۸: تغییرات تخریب اگزرژی کل مختلف سیکل تولید همزمان با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۹: تغییرات تخریب اگزرژی سسیستم آب شیرین کن با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۱
شکل ۴-۱۰: تغییرات بازگشت سرمایه با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۱: تغییرات درآمد کل با تغییر دمای مرحله­ی اول MED-TVC ۱۰۲
شکل ۴-۱۲: تغییرات توان تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۳: تغییرات آب شیرین­تولیدی تولیدی به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۴: تغییرات نسبت بهره به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۳
شکل ۴-۱۵: تغییرات هزینه­ آب شیرین تولید به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۶: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۴
شکل ۴-۱۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۸: بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۵
شکل ۴-۱۹: تخریب اگزرژی در اجزائ سیکل بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۰: تخریب اگزرژی توربین بخار به ازای تغییر در فشار پشت توربین ۱۰۶
شکل ۴-۲۱: آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۲: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۷
شکل ۴-۲۳: توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۴: درآمد کل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۸
شکل ۴-۲۵: دوره­ بازگشت سرمایه به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۰۹
شکل ۴-۲۶: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۷: هزینه­ توان تولیدی به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۰
شکل ۴-۲۸: تخریب اگزرژی تجهیزات سیکل به ازای افزایش سوخت ورودی به مشعل کانالی ۱۱۱
شکل ۴-۲۹: تخریب اگزرژی به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۱
شکل ۴-۳۰: تغییرات نسبت بهره به ازای افزایش تعداد مراحل موجود در آب شیرین­کن MED-TVC ۱۱۲
شکل ۴-۳۱: هزینه­ آب شیرین تولیدی به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۲: بازگشت سرمایه به ازای تعداد مراحل آب شیرین کن MED-TVC ۱۱۳
شکل ۴-۳۳: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار بالا به ازای تغییر در فشار این بخش ۱۱۴
شکل ۴-۳۴: تغییرات دبی جرمی بخار بخش فشار ضعیف به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۴
شکل ۴-۳۵: تغییرات دبی جرمی بخار مبدل بخار مستقل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۶: تغییرات دبی جرمی بخار محرک آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۷: تغییرات نسبت بهره در آب­شیرین­کن MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۸: تغییرات توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۵
شکل ۴-۳۹: تغییرات درآمد کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۰: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین در MED-TVC به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۶
شکل ۴-۴۱: تغییرات هزینه­ تولید توان در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۲: تخریب اگزرژی در اجراء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار بالا ۱۱۷
شکل ۴-۴۳: دبی جرمی تولیدی بخش کم فشار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۴: توان تولیدی در توربین بخار به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۸
شکل ۴-۴۵: تغییرات نسبت GOR به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۶: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۱۹
شکل ۴-۴۷: تغییرات درآمد به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۸: تغییرات بازگشت سرمایه به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۴۹: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۰: تغییرات هزینه­ تولید توان به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۰
شکل ۴-۵۱: تغییرات تخریب اگزرژی کل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۱
شکل ۴-۵۲: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزاء سیکل به ازای تغییر در فشار بخش فشار ضعیف ۱۲۲
شکل ۴-۵۳: تغییرات آب شیرین تولیدی به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۴: تغییرات GOR به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۵: تغییرات درآمد کل  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۶: تغییرات ROI  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۳
شکل ۴-۵۷: تغییرات هزینه­ تولید توان  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۸: تغییرات هزینه­ تولید آب شیرین  به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۴
شکل ۴-۵۹: تغییرات هزینه­ های سالیانه به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵
شکل ۴-۶۰: تغییرات تخریب اگزرژی در اجزا سیکل به ازای تغییر در میزان بخار خروجی از درام بخش فشار ضعیف ۱۲۵

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه
جدول ۱-۱: بازه ی فشار و دمای استفاده از انواع آب شیرین­کن­ها ۱۹
جدول۲-۱: مقادیر نقطه­ی پینچ برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۸
جدول۲-۲: مقادیر نقطه­ی نزدیکی برحسب دمای گازهای خروجی از بویلر بازیاب حرارت ۲۹
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود ۴۹
جدول ۳-۱: نرخ اگزرژی جریان­های سوخت و محصول برای محاسبه­ی راندمان اگزرژتیک تجهیزات فرآیندی در شرایط عملکرد پایدار ۶۷
جدول ۳-۲: محاسبه­ی هزینه­ نصب و خرید تجهیزات سیکل ترکیبی ۸۳
جدول ۴-۱: آنالیز سوخت ورودی به توربین گازی و مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۲: آنالیز در صد مولی هوای محیط ۹۰
جدول ۴-۳: آنالیز دود خروجی از توربین گازی ۹۰
جدول ۴-۴: آنالیز دود خروجی از مشعل کانالی ۹۰
جدول ۴-۵: خواص ترمودینامیکی بخار در مقاطع مختلف بویلر بازیاب حرارت در دوحالت دارای مشعل کانالی و در حالت بدون حضور مشعل کانالی ۹۱
جدول ۴-۶: خواص ت