آنالیز قانون اول و دوم یک سیکل ساده توربین گازی با سوخت های مختلف

آگاهی از این واقعیت که منابع انرژی دنیا محدود می باشند، بسیاری کشورها را به تجدیدنظر در سیاست های انرژی خود سوق داده و آنها را وادار نموده است تا تدبیری بکار بندند و میزان تلفات را کاهش دهند. در حال حاضر بیش ترین سهم در تولید برق کشورمان ایران، به نیروگاههای حرارتی تعلق دارد. هم اکنون در مجموع ۴۷۸ واحد نیروگاهی از نوع حرارتی در سراسر ایران در مدار بهره برداری است که از این تعداد ۱۱۷ واحد حرارتی به صورت سیکل ساده گازی مورد بهره برداری قرار می گیرند. در این پژوهش به بررسی ترمودینامیکی یک سیکل ساده توربین گازی با انواع مختلف سوخت پرداخته می شود. برای این امر، فرآیند در هر یک از حجم کنترل ها را بصورت Steady State-Steady Flow در نظر می گیریم و قانون اول و دوم ترمودینامیک را برای هر تجهیز می نویسیم. مشاهده میگردد با افزایش جرم مولکولی سوخت ارزش حرارتی سوخت کاهش می بابد مقدار ارزش حرارتی از ۵۰،۱۴۴ کیلوژول بر کیلوگرم برای متان خالص به ۴۸،۳۸۷ کیلوژول به ازای کیلوگرم برای سوخت با ۶۰ % حجمی متان، ۲۷ % حمجی اتان و ۱۳ % حجمی پروپان می رسد. در نقطه مقابل با افزایش جرم مولکولی سوخت، اگزرژی آن افزایش می یابد و میزان پتاسیل شیمیائی سوخت افزایش پیدا می کند. به نحوی که اگزرژی سوخت از ۸۳۱،۷۵۶ کیلوژول بر کیلومول برای متان خالص به میزان ۱،۱۷۶،۱۷۵ برای سوخت ترکیبی می رسد. متعاقبا با کاهش ارزش حرارتی سوخت راندمان سیکل نیز بطور غیرخطی کاهش می یابد و از ۲۷/۳۷ درصد به ۲۷ درصد می رسد. بعلاوه با افزایش جرم مولکولی سوخت، میزان تخریب اگزرژی در کمپرسور ثابت میماند به بیان دیگر تخریب اگزرژی در کمپرسور از تزکیب سوخت تاثیر نمی پذیرد.اما در نقطه مقابل، بررسی تخریب اگزرژی در محفظه احتراق نشان می دهد که افزایش جرم مولکولی سوخت منتهی به افزایش میزان تلفات اگزرژی در این تجهیز می شود. لازم به ذکر است که حدود ۹۹ % تلفات در سیکل توربین گازی ساده در محفظه احتراق به وقوع می پیوندد و این تجهیز عامل عمده افت قابلیت کاردهی در سیکل است و جهت بهبود عملکرد سیکل پیشنهاد می شود این تجهیز بهعنوان اولین گزینه مدنظر قرار گیرد.. بررسی تلفات اگزرژی در توربین گازی هم نشان می دهد که با افزایش جرم مولکولی سوخت، تلفات اگزرژی نیز در این تجهیز به مقدار ناچیزی افزایش می یابد. البته این میزان افزایش بقدری ناچیز است که می توان از آن صرف نظر نمود .

Keywords:

سیکل ساده توربین گازی , تخریب اگزرژی , اگزرژی سوخت , ترکیب حجمی سوخت