تحلیل ترمودینامیکی نیروگاه گازی و مقایسه آن با سیکل ایده آل برایتون

    معمولاً برای بررسی نیروگاه گازی ساده، سیکل ایده آل برایتون در نظر گرفته می‌شود. فرضیاتی که برای سیکل ایده آل برایتون در نظر گرفته می‌شود عبارتند از:

  1. بازگشت پذیر بودن فرآیندهای فشرده سازی در کمپرسور و انبساط در توربین گازی
  2. قابل اغماض بودن اختلاف انرژی جنبشی سیال در ورودی و خروجی هریک از تجهیزات
  3. عدم وجود افت فشار در محفظه احتراق، فیلترهای هوای کمپرسور، مجراهای مربوط به ورود هوا یا خروج گازهای احتراق
  4. عدم تغییر در دبی و ترکیب درصد سیال در مراحل مختلف سیکل

   نقاط 1 و 2 در شکل زیر به ترتیب بیانگر شرایط هوای ورودی و خروجی کمپرسور است. هوای خروجی کمپرسور در یک فرآیند فشار ثابت در محفظه احتراق، محترق شده و در نهایت گازهای احتراق وارد توربین گازی می‌شود. نقاط 3 و 4 شرایط گازهای ورودی و خروجی توربین گازی را نشان می‌دهد.

     image002.png

شکل(1). سیکل ایده آل نیروگاه گازی (سیکل برایتون)

 

   پارامترهای کلیدی سیکل برایتون دمای گازهای ورودی به توربین گازی (دما در نقطه 4) و نسبت فشار کمپرسور به توربین گازی است. جنس توربین محدود کننده دمای گازهای ورودی به توربین گازی است و بسته به این دما یک نسبت فشار بهینه برای توربین گازی وجود دارد. برای ترسیم نمودار در منطقه فشار ثابت بر مبنای ایده آل بودن هوا در فشارهای کمتر از 10 بار می‌توان ارتباط دما و انتروپی را توسط رابطه زیر بیان کرد:

 

 

   از طرفی:

image009.gif

 

 

image011.gif

 

 

 

   راندمان سیکل ایده آل برایتون از رابطه زیر محاسبه می‌گردد:

 

image013.gif

 

 

   برای مقایسه عملکرد سیکل نیروگاه با سیکل ایده آل برایتون لازم است نمودار سیکل با در نظر گرفتن شرایط ترمودینامیکی واقعی در هریک از نقاط سیکل، ترسیم و در نهایت راندمان سیکل محاسبه گردد. لازم به ذکر است که انحراف سیکل واقعی از سیکل ایده آل برایتون به دلیل عواملی نظیر بازگشت ناپذیری کمپرسور و توربین گازی و نیز افت فشار در محفظه احتراق است.

 

اطلاعات تکميلي

  • حوزه کاربرد: ممیزی و بهینه سازی مصرف انرژی نیروگاه گازی