شبیه سازی کلی نیروگاه سیکل ترکیبی شامل واحد گازی سازی (igcc) با تغذیه زغال سنگ

امروزه نیروگاه های سیکل ترکیبی با واحد گازی سازی با جدا سازی دی اکسید کربن پیش از احتراق یکی از گزینه های در دسترس، برای تولید برق از زغال سنگ با راندمان بالاتر و کاهش انتشار آلاینده ها هستند. لذا در این مطالعه ضمن بررسی اصول فرآیند گازی سازی، به معرفی تکنولوژی استفاده از گاز بدست آمده از زغال سنگ در یک نیروگاه سیکل ترکیبی با واحد گازی سازی می پردازیم. در ادامه به بررسی عملکرد این نیروگاه (با و بدون جداسازی دی اکسید کربن) تحت تاثیر کیفیت زغال سنگ با مطالعه موردی زغال طبس، برای دو نوع متفاوت واحد گازی سازی می پردازیم. معادلات بقا جرم و انرژی به کمک شبیه سازی در نرم افزار ترموفلو، محاسبه شده اند. مشخص شد که راندمان حرارتی، آلایندگی گاز دی اکسید کربن و قدرت خالص نیروگاه با واحد گازی سازی خوراک گل روان به شدت وابسته به نوع زغال سنگ بوده و کمترین عملکرد را برای زغال سنگ های رتبه پایین با محتوای رطوبت بالا دارد ولی در مورد زغال طبس به علت محتوای رطوبت پایین، میزان راندمان در این نوع واحد گازی سازی قابل مقایسه با زغال های رتبه بالاتر است. ارزش حرارتی گاز سنتزی خیلی پایین تر از ارزش حرارتی گاز طبیعی، که توربین گاز معمولاً طبق آن طراحی می شود است، بنابراین سوخت خیلی بیشتری باید به توربین گاز ارسال شود. مجتمع سیکل ترکیبی با واحد گازی سازی شامل یک بلوک تولید توان و یک بلوک تولیدگاز سنتزی است. چگونگی ادغام و هماهنگی بین این دو بخش تاثیر زیادی روی کارایی نیروگاه خواهد داشت. درجه ادغام بیانگر کسری از هوای مورد نیاز واحد جداسازی هوا است، که از طریق کمپرسور توربین گاز تامین می شود. از طرفی می توان مقداری از نیتروژن بدست آمده از واحد جداسازی هوا را به منظور افزایش توان به محفظه احتراق تزریق کرد. به منظور تحلیل اثرات دو متغیر یاد شده بر روی بهره برداری و عملکرد توربین گاز، نیروگاه سیکل ترکیبی با واحد گازی سازی را در نرم افزار ترموفلو مدل کرده ایم. نتایج حاصل نشان داد که با کاهش درجه ادغام، یعنی کاهش میزان ارسال هوا به واحد جدا سازی هوا از طریق کمپرسور توربین گاز، توان توربین گاز افزایش می یابد. نتیجه نهایی این است که با کاهش درجه ادغام توان خالص بطور کلی افزایش می یابد، اما راندمان خالص نیروگاه سیکل ترکیبی با واحد گازی سازی افت می نماید. علاوه بر این، کاهش درجه ادغام، افزایش نسبت فشار در کمپرسور را ضروری می سازد، که سبب افزایش نرخ فشار، به بالای نرخ فشار طراحی می شود، که منجر به یک کاهش غیر مجاز در حاشیه سرج کمپرسور می شود. این مشکل وقتی نرخ ارسال نیتروژن افزایش می یابد، بحرانی تر می شود. ارسال نیتروژن سبب افزایش عملکرد سیستم می شود، ولی ارسال کامل نیتروژن می تواند فقط در طراحی های با درجه ادغام خیلی بالا پذیرفته شود. مشکل سرج کمپرسور با افزایش حاشیه سرج توسط افزودن چند طبقه به کمپرسور موجود و یا افزایش ظرفیت جریان توربین از طریق ازدیاد سطح عمود بر جهت جریان در نازل ورودی توربین می تواند رفع گردد.