نیروگاه سیکل ترکیبی چیست وچگونه کار میکند

نیروگاه سیکل ترکیبی نیروگاهی است که شامل تعدادی توربین گاز و توربین بخار می‌شود. در این نوع نیروگاه، با استفاده از بویلر بازیاب، از حرارت موجود در گازهای خروجی از توربین‌های گاز، برای تولید بخار آب مورد نیاز در توربین‌های بخار استفاده می‌شود. اگر توربین گاز به صورت سیکل ترکیبی نباشد، گازهای خروجی آن، که می‌توانند تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد دما داشته باشند، مستقیماً وارد هوا شده و انرژی باقی‌مانده در آن هدر می‌رود. در حالی که در نیروگاه سیکل ترکیبی، از این انرژی استفاده شده و بویلر توربین بخار بدون نیاز به سوخت، بخار آب تولید می‌کند. بنابراین، با استفاده از این روش، راندمان سیکل افزایش می‌یابد.

نیروگاه های سیکل ترکیبی (Combined cycle power plant) راه حل بسیار کارآمد، انعطاف پذیر، قابل اعتماد، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست برای تولید برق است. نیروگاه سیکل ترکیبی در واقع ترکیبی از توربین بخار و توربین گازی می باشد به نحوی که ژنراتور توربین گازی برق را تولید می کند، درعین حال انرژی حرارتی تلف شده از توربین گاز ( توسط محصولات احتراق) برای تولید بخار مورد نیاز توربین بخار مورد استفاده قرار می گیرد و به این طریق برق اضافی تولید می شود. با ترکیب کردن این دو سیکل بهره بری از نیروگاه افزایش پیدا می کند. بازده الکتریکی از یک چرخه ساده کارخانه نیروگاه برق بدون استفاده از اتلاف گرما به طور معمول راندمانی بین 25 تا 40 درصد دارد، در حالی که همان نیروگاه با سیکل ترکیبی راندمان الکتریکی حدود 60 درصد را دارد. همانطور که گفته شد این نیروگاه ها از ترکیب توربین های بخار و گاز ساخته می شوند و بسته به نوع توربین ها ، دیگ های بازیافت گرما ، و دستگاه های بازیابی انواع متعددی دارند. با به کار گیری توربین های گازی در چرخه های ترکیبی می توان پایین بودن بازده آن را بر طرف کرد و در نتیجه آن را برای تامین بار پایه به کار گرفت، در عین حال از مزایای دیگر آن نیز مانند راه اندازی سریع و انعطاف پذیری آن در محدوده ی گسترده ای از بار بهره مند شد. به صورت تئوریک، انرژی قابل بازیابی از اگزوز توربین‌های گازی حدود نصف انرژی تولید شده توسط خود توربین گاز است. بنابراین، توان توربین بخار حدود نصف توربین گاز خواهد بود. در برخی از طراحی‌ها، دو توربین گاز، انرژی مورد نیاز برای یک توربین بخار را ایجاد می‌کنند و در نتیجه، توان تولیدی توربین‌های بخار در حدود توربین‌های گاز می‌شود.

به صورت تئوریک، انرژی قابل بازیابی از اگزوز توربین‌های گازی حدود نصف انرژی تولید شده توسط خود توربین گاز است. بنابراین، توان توربین بخار حدود نصف توربین گاز خواهد بود. در برخی از طراحی‌ها، دو توربین گاز، انرژی مورد نیاز برای یک توربین بخار را ایجاد می‌کنند و در نتیجه، توان تولیدی توربین‌های بخار در حدود توربین‌های گاز می‌شود

شکلی از شماتیک نیروگاه سیکل ترکیبی

انواع نیروگاه سیکل ترکیبی

نیروگاه های سیکل ترکیبی از نظر نوع توربین ها و بازیاب ها و وجود مشعل به دسته های زیر تقسیم می شوند:

1- نیروگاه های سیکل ترکیبی با مشعل

2- نیروگاه های سیکل ترکیبی بدون مشعل

3- نیروگاه های سیکل ترکیبی با دیگ بازیافت گرما مجهز به بازیابی و یا گرمایش آب تغذیه

4- نیروگاه های سیکل ترکیبی با دیگ بازیافت گرما با فشار بخار چند گانه

5-نیروگاه های سیکل ترکیبی با سیکل بسته توربین گازی با گرمایش آب تغذیه در چرخه بخار

در نوع اول از نیروگاه ها یک مشعل در داخل بویلر قرار می دهند و بیشتر در نیروگاه هایی مورد استفاده قرار می گیرد که قرار باشد بخش بخار آن به طور دائم کار کند، که در این صورت نباید وابستگی به توربین گازی داشته باشد. در نوع دوم از این نیروگاه ها از گاز های داغی که به عنوان محصولات احتراقی از توربین گازی خارج می شود مورد استفاده قرار می گیرد. این دود خروجی دارای حجم بالا و دمایی حدود 500 درجه سانتی گراد است و به داخل بویلر برای تبدیل آب به بخار ارسال می شود تا از انرژی بخار برای به حرکت در آوردن ژنراتور مورد استفاده قرار بگیرد. کاربرد گونه های مختلف سیکل های ترکیبی متفاوت است.ازنیروگاه سیکل ترکیبی بدون مشعل بیشتر برای تامین بار پایه و میانی مورد استفاده قرار می گیرد. در نوع سوم از این نیروگاه ها در چرخه ترکیبی، گاز های خروجی یک چرخه ساده توربین گازی که شامل کمپرسور هوا(َAC)،اتاق احتراق(CC ) و توربین گازی ( GT) است، وارد دیگ بازیافت گرما ( HRB) می شود و در آنجا برای تولید بخار فوق گرم مورد استفاده قرار می گیرد. در چرخه های ترکیبی که قدرت پایینی دارند توان توربین بخار در حدود 50 درصد کمتر از توربین گازی است. در نوع چهارم این نیروگاه ها که بخار با فشار چندگانه تولید می شود، دمای گاز های خروجی دیگ بازیافت گرما کاهش می یابد و به این ترتیب بازده نیروگاه به طور کلی افزایش پیدا می کند. ساده ترین نوع این چرخه، چرخه با فشار دوگانه است، هرچند که چرخه با فشار سه گانه نیز مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال در یک سیکل با فشار دوگانه، دیگ بازیافت گرما دارای دو مدار برای تولید بخار است. مدار اول مدار فشار بالاست که بخار تولید شده در آن از مجرای ورودی توربین وارد آن می شود، و مدار دوم مدار فشار پاین است که بخار تولید شده در آن از طبقات با فشار پایین تر وارد توربین می شود. در یک چرخه ترکیبی پیشنهادی با فشار سه گانه، بخار دیگری با فشاری بین فشارهای ورودی به دو توربین بخار تولید می شود. این بخار به اتاق احتراق توربین گازی تزریق می شود تا میزان گسیل اکسید های نیتروژن تا حد استاندارد تعیین شده، کاهش بیابد. در صورتی که از این روش استفاده شود، مقداری آب تلف خواهد شد که به طور پیوسته باید آن را جبران کرد.

برای دانلود فایل کامل و PDF این مقاله روی لینک های دانلود کلیک کنید