جلسه دفاعیه دکتری جمشید نعیمی دانشجوی دکتری رشته مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی تحت عنوان " بررسی تاثیر بازتوانی به روش گرمایش آب تغذیه بر عملکرد یک نیروگاه بخاری متداول " در روز سه‌شنبه مورخ 24/07/1403 ساعت 14 در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه سمنان برگزار گردید.

این رساله تحت راهنمایی آقایان دکتر مجتبی بیگلری و دکتر سعادت زیرک و همچنین مشاوره آقای دکتر ایرج جعفری گاوزن انجام شده است و توسط داوران محترم آقای دکتر محمدحسن سعیدی (داور خارجی) و آقایان دکتر فرشاد ورامینیان و دکتر امیرمحمد جدیدی (داوران داخلی) مورد ارزیابی قرار گرفته است. 

چکیده :

بازتوانی نیروگاه­های بخاری قدیمی، راهکاری مناسب برای افزایش قدرت و راندمان سیکل­های تولید توان می­باشد. در این پژوهش، بازتوانی نیروگاه بخاری نکا به روش گرمایش آب تغذیه مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، بر اساس تعداد زیرکش­های بسته شده توربین، سه حالت و طرح جداگانه پیشنهاد شده است. با به کارگیری قوانین اول و دوم ترمودینامیک و روابط انتقال حرارت، نخست سیکل بازتوانی شده مورد تحلیل انرژی و اگزرژی قرار گرفت و سپس تاثیر افزایش دبی جرمی بخار بر عملکرد کندانسور و سیکل بررسی شد. هم­چنین در این تحقیق، جریان بخار در پره‌های مرحله آخر توربین فشار ضعیف مورد تحلیل عددی قرار گرفت. در این مطالعه، معادلات میانگین‌گیری شده ناویر- استوکس سه بعدی با استفاده از نرم‌افزار انسیس سی‌اف‌ایکس شبیه‌سازی گردید و از بخار حالت تعادلی بر اساس اطلاعات پایگاه داده موسسه بین‌المللی خواص آب و بخار به عنوان معادله حالت استفاده شده است. هم‌چنین برای مدل‌سازی جریان آشفته از روش انتقال تنش برشی استفاده شد. با توجه به نتایج به دست آمده، در طرح جایگزینی گرم­کن­های فشار ضعیف و فشار قوی با مبدل­های گرمایی جدید، توان واحد بخاری و سیکل بازتوانی شده، راندمان حرارتی و راندمان اگزرژی به ترتیب 7/15%، 3/49 %، 93/5 % و 17/2% افزایش یافته است. هم­چنین در این طرح، فشار کندانسور به مقدار 19 میلی­بار افزایش یافته که منجر به افزایش نرخ حرارتی به میزان 63/0% شده است، هر چند نرخ حرارتی کل سیکل بازتوانی شده به مقدار 62/4% بهبود یافته است. بر اساس نتایج به دست آمده، تاثیر تغییرات دبی جرمی بخار بر عملکرد توربین، از قبیل مثلث‌های سرعت، توزیع فشار در سطوح پره‌ها، زوایای جریان و راندمان، مورد بررسی قرار گرفت. برای مثال افت راندمان آیزنتروپیک مرحله آخر توربین در حالت خارج از طراحی نسبت به شرایط طراحی، کمتر از 37/0% می‌باشد. به علاوه، تغییرات در درجه عکس‌العمل پره­ها به دلیل تغییر در سرعت جریان سیال کمتر از 3 درصد است. برای انجام شبیه­سازی سیکل بازتوانی شده از نرم­افزار ترموفلو استفاده شده است . نتایج نرم­افزار با مقادیر واقعی و محاسباتی مقایسه گردید که با توجه به خطای کم، اعتبارسنجی نتایج انجام شده است. در بخش شبیه­سازی توربین نیز اعتبار‌سنجی حل عددی در مدل­های آزمایشگاهی انجام گردید و نتایج نشان داد که مطابقت خوبی بین شبیه‌سازی عددی و داده‌های تجربی وجود دارد.

Abstract:

Repowering of old steam power plants is an appropriate solution for increasing the power and efficiency of power cycles. In this research, the repowering of the Neka steam power plant through feed water heating was investigated. For this purpose, based on the number of turbine extraction points being closed, three different cases and designs were proposed. By applying the first and second laws of thermodynamics and heat transfer relations, the energy and exergy of the repowered cycle were first analyzed, and then the impact of increased steam mass flow rate on the condenser and cycle performance was examined. Additionally, in this study, the steam flow in the blades of the last stage of the low-pressure turbine was numerically analyzed. The three-dimensional averaged Navier-Stokes equations were simulated using ANSYS CFX software, and equilibrium steam properties based on the International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) database were employed as the equation of state. Furthermore, the shear stress transport (SST) model was used for turbulent flow modeling. According to the results, in the design where low-pressure and high-pressure heaters are replaced with new heat exchangers, the power of the steam unit and the repowered cycle, the thermal efficiency, and the exergy efficiency increased by 15.7%, 49.3%, 5.93%, and 2.17%, respectively. Additionally, in this design, the condenser pressure increased by 19 millibars, which resulted in a 0.63% increase in the heat rate, although the overall heat rate of the repowered cycle improved by 4.62%. Based on the obtained results, the effect of steam mass flow rate changes on turbine performance—such as velocity triangles, pressure distribution on the blade surfaces, flow angles, and efficiency—was investigated. For example, the isentropic efficiency drop in the last stage of turbine under off-design conditions, compared to design conditions, was less than 0.37%. Moreover, the change in degree of reaction of blades due to fluid velocity variation was less than 3%. The Thermoflow software was used to simulate the repowered cycle. The software results were compared with the real and calculated values, and given the small error margin, the results were validated. In addition, in the turbine simulation section, the numerical solution was validated through laboratory models, and the results showed a good match between the numerical simulation and experimental data.

این رساله با درجه خیلی خوب مورد پذیرش هیات داوران قرار گرفت و تاکنون دو مقاله ژورنالی و یک مقاله کنفرانسی بین‌المللی از نتایج این تحقیق استخراج و منتشر شده است.