سیستم H

سیستم H شركت جنرال الكتریك كه همچنان تحت برنامه ATS توسعه یافته بود، به عنوان اولین سیستم سیكل تركیبی كه قادر است به سطوح كارایی 60% دست یابد معرفی گردید و بازار منتظر شروع اولین طرح سیستم H می‌باشد كه قرار است در اواخر امسال در Baglan Bay، راه اندازی گردد.

“توربین مدل W۵۰۱G به كارایی سیكل تركیبی خالص‌58% دست یافت و شركت در نظردارد از طریق تكمیل تكنولوژی‌های توربین گازی Siemens Westing house به سطح كارایی‌60% برسد. “نقل قول از پروفسور Klaus Riedle رئیس بخش توربین گازی تولید نیروی Siemens Westing house .

●مشخصه های پیشرفته:

توربین مدل W۵۰۱G بزرگترین و پربازده ترین واحد قدرت ۶۰HZ در عملیات تجاری جهانی است. این توربین با مشخصات ۲۶۰۰F(۱۴۲۷۰)۳۶۰۰r/min است كه به منظور عملیات سیكل تركیبی طراحی گردیده است. این توربین شامل:

• یک‌کمپرسور محوری 16مرحله ای با بازده بالا
• یک‌محفظه احتراق متشكل از 16مشعل با ناشر آلاینده زیست محیطی خشك و پایین
• یك‌توربین واكنشی 4 مرحله‌ای

یكی از ویژگی‌های طرح پیشرفته این ماشین عبارت است از تركیب سیستم‌های خنك كننده توربین گازی و چرخه بخار این تركیب اجازه می‌دهد تا بازده گرمایش روی ماشین‌های دیگر از خانواده W۵۰۱ كه اساس آنها نیز براساس طرح W۵۰۱G است افزایش یابد.

طرح پروانه مدل‌W۵۰۱G كه برگرفته از سری ۵۰۱ می‌باشد شامل یك پروانه واحداست كه بوسیله دو یاتاقان با بالشتك قابل تنظیم خمیده حمایت می‌شود. آن پروانه دارای یك طرح پیچ و مهره ای است و از كمپرسور و دیسك‌های توربین تشكیل و به یكدیگر پیچ شده اند.

● كمپرسور (تراكم ساز) :

این كمپرسور براساس طرح كمپرسورهای سری ۵۰۱ است و تشكیل دهنده تكنولوژی است كه تحت برنامه ATS گسترده و معتبر گردیده است.

دیسك و پروانه مربوطه برگرفته از موتور‌۵۰۱F می‌باشد و برای دستیابی به جریان و بازدهی كه به منظور دستیابی به نیروی لازم و نرخ‌های گرمایش موردنیاز می‌باشد طراحی و دارای یك نسبت فشار ۱۹: l است.

مشعل (Combustor):

مشعل شامل ۱۶‌مشعل حلقوی قوطی مانند واحد است و مجهز به سیستم با انتشار‌(PLN)NOx‌پایین و خشك Siemens Westing house می‌باشد كه برای دمای احتراق بالا‌ طراحی گردیده است.

مراحل سوخت چندگانه برای كاهش آلاینده‌های زیست محیطی، دینامیك‌های مشعل و دماهای فلز یك انعطاف پذیری فراهم می آورد.

مدل ابتدایی W۵۰۱G به منظور دستیابی به آلاینده زیست محیطی NOx در سطح ۲۵ppm طراحی گردید. شركت Siemens Westing house به دنبال كاهش بیشتر این آلاینده زیست محیطی میباشد. هر كدام از 16 مشعل دارای یك گذرگاه است كه گازهای احتراق داغ را به بخش مجاور آن توربین انتقال می‌دهد.

گذرگاه‌ها عملیات در دمای بالای (۱۴۲۷C)۲۶۰۰F را انجام می‌دهند در حالیكه استفاده از مواد متعارف را حفظ میكنند زیرا این گذرگاه‌ها، گذرگاه‌های مدار بسته ای هستند كه با بخار خنك می‌شوند. پوشش های حافظ گرمایش (TBC) دمای بالا به منظور محافظت از گذرگاه ها و بهبود مدت خدمت‌دهی استفاده می‌شوند.

گذرگاه‌های خنك‌شونده با بخار به توربین‌گازی این امكان را می‌دهند تا دردمای بالای پروانه فعالیت كند درحالیكه دمای خروجی مشعل را مانند توربین گازی‌W۵۰۱F بوسیله حذف خنك‌سازی ضعیف گذرگاه‌ها حفظ می‌كنند.

خنك سازی گذرگاه‌ها با استفاده از یك چرخه بخار مداربسته برای توربین‌گازی و سیكل تركیبی مفید است،‌ از آن جهت كه هوای كمتری از كمپرسور برداشته می‌شود و می‌تواند به منظور تولید نیرو و پیش اختلاط اضافی به منظور كاهش آلاینده زیست محیطی NOx استفاده شود، همچنین به این دلیل برای سیكل تركیبی مفید است كه گرما را به مجدد داخل سیستم بخار گرمایش انتقال میدهد.

بخش توربین:

توربین مدل W۵۰۱G براساس طرح چهار مرحله‌ای مدل W۵۰۱F میباشد هر چند كه توربین مدل W۵۰۱G دارای قطعات كمتری است. پره این توربین با استفاده از تحلیل جریان 3بعدی پیشرفته طراحی شد كه به طرح‌های بال واره پیشرفته منجر‌شد و بازدهی آیرودینامیك بالایی رابدست آورد.

سیستم خنك سازی روتور، دیسكت‌های توربینNiCrMoV را در دمایی حفظ می‌كند كه آن دما به منظور حفظ دیسك زیر محدوده خزش ماده كافی باشد.

●تركیب سیستم:

در عملیات سیكل تركیبی، توربین مدل W۵۰۱G از یك سیكل به شدت یكنواخت استفاده میكند كه این سیكل به منظور حداكثر كردن خروجی و بازدهی آن طراحی گردیده است در حالیكه از یك طرف انعطاف پذیری عملیاتی را حفظ میكند.

از طرف دیگر شرایط خنك سازی را فراهم میكند گذرگاه‌های مشعل (Combustor) خنك با بخار توربین مدل W۵۰۱G نیازمند به یك منبع قابل اعتماد از بخاری است كه از سیستم فشار متوسط عرضه میگردد و به عنوان گرمایش مجدد داغ به توربین بخار برمیگردد.

تعادل بخار فشار متوسط كه به بازیافت گرما از ژنراتور بخار (HRSG) توسعه یافته است برای خنك سازی توربین گاز استفاده نمیشود. این بخار با بخار بازگرمایش سرد قبل از ورود به بخش بازگرمایش HRSG تركیب میشود.

این چرخه دارای شرایط كیفیت آب تركیبی نرمال است و به سرعت میتواند سطح خالص بخار توربین گازی قابل قبولی را در مدت شروع تولید كند حتی وقتی با آب نسبتا ناخالص برای پركردن ابتدایی اقدام میشود.

بلیره‌های كمپرسور میان مرحله‌ای، برای خنك سازی اجزا ثابت توربین و برای آغاز به كار توربین گازی پیشرفته استفاده می‌شوند.

توربین مدل W۵۰۱G همانند مدل W۵۰۱ هوای استخراجی را با یك مبدل گرمایش در آن سیكل خنك كرده سپس هوا را قبل از آنكه به توربین گازسوز برگردانده شود تصفیه می‌كند.

انرژی بدست آمده از هوای خنك كن (Coolingair) به منظور تولید نیروی توربین بخار اضافی به داخل سیكل انتقال داده می‌شود.

●تجربه عملی:

نمونه ابتدایی از توربین مدل W۵۰۱G در نیروگاه واحد پنج Mcintosh در Lake Land Electric در ایالت فلوریدا به روش سیكل ساده در سال ۱۹۹۹ به اجرا درآمد این توربین حدودا به مدت یكسال قبل از ورود به بهره‌برداری تجاری و تبدیل شدن به سیكل تركیبی تحت بررسی و آزمایش قرار گرفت.

همانند یك دستگاه سیكل ساده توربین مدل W۵۰۱G در Lake Land به منظور تولید بخار شامل یك بویلر یك بارگذر once through steam generator) ) میباشد. این دستگاه اکنون یك دستگاه سیكل تركیبی یك به یك و حدود ۲۰۰۰ ساعت احتراق ایجاد کرده است. آزمایش توربین مدل W۵۰۱G در نیروگاه Mcintosh تحت قراردادی با همكاری Lake land Electric به اجرا درآمد.

در طول این مدت، این توربین برای ۲۰۰۰ ساعت روشن بود و حدود صد و پنجاه سیكل خاموش و روشن را تجربه كرد.

آن واحد براساس عملكرد كلی‌اش، بازدهی و عملكرد محیطی مورد ارزیابی قرار گرفت در حالیكه اجرایی كه در معرض بارهای پویا قرار گرفتند به منظور تایید مدت كاركرد و تعیین نقاط ضعف مورد بررسی قرارگرفتند.

این تحقیقات و همچنین اجرای برخی دیگراز تحقیقات كه روی واحدهای بعدی انجام گرفت به ساده سازی این دسته از ماشین‌ها انجامید. این ساده سازی‌ها شامل حذف سیستم فرعی مشعل و ساده سازی گذرگاه‌های خنك شونده یا بخار می‌باشد. این ساده سازی‌ها باعث منطقی تر شدن آن دستگاه گردید.