مقاله تولید انرژی با توربین های گازی

تحقیق و پژوهش تولید انرژی با توربین های گازی

فهرست مطالب:

فصل اول – مقدمه ای بر توربین هایGE,MS5001-25MW-Frame5   

1-1مقدمه........................................

فصل دوم- مقدمه ای برخوردگی داغ

...............................................

2-1 خوردگی داغ......................................

2-2 واکنشهای مربوط به تشکیل مواد خورنده در فرایندهای احتراق   

2-2-1 گوگرد.....................................

2-2-2 سدیم......................................

2-2-3 وانادیوم..................................

2-3 تشکیل رسوب......................................

2-4 تأثیر ناخالصیها بر خوردگی داغ...................

2-4-1 اثر ترکیبات وانادیوم......................

2-4-2 اثر سولفات سدیم...........................

2-4-3 اثر کلرید.................................

2-4-4 اثر گوگرد.................................

2-5 روشهای مطالعه خوردگی داغ........................

2-5-1 روش مشعلی(Burner Rig Test) ...................

2-5-2 روش کوره ای (Furnace Test) ...................

2-5-3 روش بوته ای(Crucible Test) ...................  

2-5-4 روشهای جدید در بررسی آلیاژهای مقاوم به خوردگی داغ 

2-6 مکانیزم های خوردگی داغ..........................

2-6-1 مرحلۀ شروع خوردگی داغ.....................

2-6-2 مراحل پیشرفت خوردگی داغ...................

2-6-2-1 روشهای انحلال نمکی(Fluxing) ................

2-6-2-2 خوردگی ناشی از جزء رسوب.................

2-7 خوردگی نیکل تحت اثر یون سولفات

(Sulphate- Induced Corrosin of Nickel) ..........................

2-7-1 خوردگی نیکل ناشی از سولفات در اتمسفرهای اکسیژن حاویSO₃

2-7-2 خوردگی نیکل ناشی از سولفات ...............

2-8 خوردگی آلیاژهای پایه نیکل و کبالت ناشی از سولفات در حضور اکسیژن حاوی SO₃ ............................................

2-8-1-1 خوردگی آلیاژهای نیکل – کرم ناشی از یون سولفات در محیط اکسیژن حاویSO₃ ........................................

2-8-1-2 خوردگی آلیاژ "Co-Cr" در مقایسه با آلیاژ "Ni-Cr" در محیط یون سولفات در محیط اکسیژن حاوی SO₃ .................

2-8-1-3 خوردگی آلیاژهای(M=Ni,Cr,..)M-Al در محیط سولفات در حضور

 2-8-2 فلاکسینگ Al₂ O₃ Cr₂ O₃ .......................

2-8-3 تأثیرات MoO₃,WO₃ ........................

2-8-3 تأثیرات مخلوط سولفات......................

2-9 خوردگی داغ ناشی از وانادات......................

2-9-1 مثالهای از مطالعات ترموگراویمتریک ........

2-9-2 روش مشعلی.................................

2-9-3 خوردگی داغ ناشی از مخلوط سولفاتها و وانادتها  

2-9-4 کنترل ناشی از سولفات و وانادات............

2-10 خوردگی ناشی از نمکهای دیگر .....................

2-10-1 تأثیر کلرید..............................

3-1 پوششهای محافظ در برابر خوردگی داغ...............

3-2 تاریخچه بکارگیری پوشش های محافظ.............

3-2-1 پوشش های نفوذی............................

3-2-2 پوششهای آلومینیدی ساده....................

3-2-3 پوششهای آلومینیدی اصلاح شده................

3-3 تخریب پوششهای نفوذی.........................

3-3-1 تخریب پوششهای آلومینیدی ساده..............

3-3-2 تخریب پوششهای آلومینیدی اصلاح شده..........

4-1 مقدمه ای بر اکسیداسیون و سولفیداسیون ...........

4-2 محیطهای حاوی واکنشگرهای مخلوط...................

4-3 تأثیر مراحل آغازین فرآیند اکسیداسیون بر روند کلی

4-4 تشکیل لایه اکسید روی آلیاژهای دوتایی ............

4-4-1 اکسیداسیون انتخابی یک عامل آلیاژی ........

4-4-2 تشکیل همزمان اکسیدهای عامل آلیاژی در پوسته بیرونی

4-4-2-1 محلولهای جامد اکسید ....................

2-4-2-2 تشکیل متقابل اکسیدهای غیر محلول.........

4-4-3 رفتار اکسیداسیون آلیاژهای حاوی کرم، نیکل و کبالت  

4-4-3-1 فرایند اکسیداسیون آلیاژهایCo-Cr ........

4-4-3-2 فرایند اکسیداسیون آلیاژهای Ni-Cr ........

4-4-3-3 فرایند اکسیداسیون آلیاژهای Fe-Cr ........

4-5 مکانیزم اکسیداسیون آلیاژهای چند جزئی............

4-6 تأثیر بخار آب بر رفتار اکسیداسیون...............

4-7 واکنشهای سولفیداسیون ...........................

4-7-1 سولفید آلیاژهای دوتاییNi-Cr ,Co-Cr ,Fe-Cr ....

4-7-1-1 مکانیزم سولفیداسیون آلیاژهای Co –Cr ....

4-7-1-2 مکانیزم سولفیداسیون آلیاژهای Ni-Cr ,Fe-Cr .

4-7-1-3 تأثیر عنصر اضافی آلومینیوم بصورت عنصر سوم آلیاژی

4-7-1-3 تأثیر سولفیداسیون مقدماتی روی رفتار اسیداسیون بعدی  

4-8 روند سولفیداسیون دمای بالای فلزات در SO₂+O₂+SO₂ ..

4-8-1 دیاگرام های پایداری فاز اکسیژن – گوگرد ...

4-8-2 خوردگی نیکل در SO₂ .......................

4-8-2-1 مکانیزم واکنش در دماهای 500 و 600 درجه سانتی گراد

4-8-2-2 مکانیزم واکنش در بالای دمای 600 درجه سانتیگراد   

4-8-2-3 وابستگی واکنش سیستم Ni-SO₂ به دما .......

4-8-3 خوردگی نیکل در SO₃+SO₂+O₂ ................

4-8-4 خوردگی کبالت در SO₂+O₂+SO₂ ...............

4-8-5 خوردگی آهن در SO₂+O₂+SO₂ .................

4-8-6 خوردگی منگنز در SO₂ ......................

4-8-7 خوردگی کرم در SO₂ ........................

4-8-8 تأثیرات پوسته های اکسید های تشکیل شده اولیه بر رفتار بعدی قطعه در اتمسفر گازهای محتوی سولفور .................

4-8-8-1-نفوذ سولفور از میان پوسته های آلومینا(Al₂ O₃) و کرمیا (Cr₂O₃) ...............................................

4-8-9 مثالهایی از رفتار خوردگی درجه حرارت بالای آلیاژهای نیکل در محیط های حاویSO₂+O₂ , SO₂ .............................

4-8-9-1 رفتار واکنش آلیاژ Cr % 20-Ni در SO₂+O₂+SO₂

:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

فصل اول

مقدمه ای بر توربین های

GE,MS5001-25MW-Frame5

واحد های نیروگاه گازی از نوع GE ,MS5001-25MW Frame 5 ساخت کشور آمریکا می باشند که هر واحد آن از اجزاء کمپرسور ، اتاق احتراق ، قطعات انتقال ، توربین ، اگزوز، گیربکس و ژنراتور تشکیل می گردند.

توربین گازی یکی از انواع مولد قدرت که بدلیل کاربرد وسیع آن در تولید انرژی در نیروگاههای زمینی و نیز عامل حرکت کشتیهای در حمل و نقل تجاری و نظامی در زندگی انسان اهمیت فراوان یافته است . توربین  گاز در حقیقت نوعی از موتورهای احتراق داخلی محسوب می شود .

در این دستگاه بعوض اینکه اعمال اصلی تراکم ،احتراق و انبساط در داخل عضو واحدی رخ می دهد بصورت متناوب و یکی بعد از دیگری در محفظه های خاصی صورت می گیرد . سه عضو اصلی هر نیروگاه عبارتند از : کمپرسور که جریان پیوسته ماده را فراهم میسازد ، اتاق احتراق که بر انرژی جنبشی گازهای در حال حرکت می افزاید و ماشین انبساط(توربین)که گاز در آن انبساط یافته و انرژی مکانیکی تولید می کند [1] .

هوای محیط مطابق شکل 1-1 بافشار جو از نقطه 1 وارد کمپرسور می شود و در طبقات مختلف آن متراکم و فشار آن بالا می رود ، تا به نقطه 2 برسد .

شکل 1-1 سیکل باز یک توربین گاز ساده]2[

هوای فشرده تولید شده آنگاه وارد اتاق احتراق یعنی جائیکه سوخت در آن محترق می گردد ، شده و در آنجا درجه حرارت گاز بالا می رود که باعث می شود حجم گاز با فشار ثابت افزایش یابد و گاز عامل کار برای توربین فراهم گردد . پس از انبساط گاز در توربین و تبدیل مقدار از انرژی گاز به کار مکانیکی روی شافت توربین ، گاز بداخل ناحیه اگزوز میرود و بالاخره بداخل هوای آزاد تخلیه می گردد .

پره هایی که روی روتور کمپرسور نصب شده اند هوا را تحت زاویه معینی بر می گردانند ، تغییر جهتی که به این طریق ایجاد می شود سرعت هوا را کم و فشار آنرا زیاد می کند . اگر سرعت هوا را تقریباً ثابت بماند ، ارتفاع طبقه بعدی می تواند کوچکتر باشد زیرا غلظت هوای فشرده زیاد می شود . هوا که وارد پروانه کمپرسور می شود با گردش پروانه هوا بسمت بیرون یعنی به سوی متفرق کننده (Diffuser) پرتاب می شود . متفرق کننده هوای خارج شده از کمپرسور را با تبدیل سرعت به فشار ، به انرژی (فشار) تبدیل می کند [2] .

در نیروگاههای گازی مقدار گازی مقدار کمی از هوایی وارد کمپرسور می شودبه مصرف احتراق می رسد و بیشترین مقدار آن در اطراف بیرونی شعله فروزان جریان یافته و برای خنک کردن اتاق احتراق پره های توربین و اگزوز استفاده می گردد .

...

فصل دوم

مروری بر

خوردگی داغ

2-1 خوردگی داغ

پدیده خوردگی داغ به نوعی از خوردگی اجزاء فلزی یا در حضور فیلم نمک مذاب یا خاکستر و غلیظ در درجه حرارت بالا در محیط اکسید کننده اطلاق می گردد . تخریب ناشی از این فرایند ، در برگیرنده پدیده هایی همچون اکسیداسیون و سولفیداسیون در دمای بالا خواهد بود .

پدیده تخریب مواد از طریق خوردگی داغ از دهه چهل میلادی مورد توجه بوده است . در همین راستا مطالعات زیادی پیرامون مکانیزمهای آن صورت گفته است . این پدیده خصوصاً در توربینهای گازی که با سوخت فسیلی ، گازوئیل ویا گاز کار می کنند بسیار جدی بوده و منجر به شکسته شدن پره ها ، ترک برداشتن قسمتهایی از آستر های محافظ و سایر قسمتها و اجزاء توربینهای گازی می شود .

پدیده خوردگی داغ در محیط های احتراق نظیرتوربینهای گازی دریایی ، هوایی وصنعتی ، بویلرهای با سوخت فسیلی و بویلرهای با سوخت ضایعات شهری ، وسائل ذخیره سازی انرژی خورشیدی، سلولهای سوخت ، کوره های عملیات حرارتی و کلیه مکانهایی که با سوخت فسیلی در دمای بالا در تماس می باشند و همچنین محیطهای حاوی نمک مذاب ، مشاهده شده اند . نوع سوخت موجود در محیطهای احتراق در ایجاد پدید خوردگی داغ دارای اهمیت خاصی می باشد . از آغاز کشف سوختهای فسیلی از آنها در تولید انرژی الکتریکی بدلیل پایین بودن نسبی قیمت به همراه توان حرارتی بالای آنها مورد توجه خاصی بوده است . اما به مرور زمان در جهت افزایش راندمان سوختهای فسیلی دمای کاری توربین ها افزایش یافته که مشکل خوردگی داغ از این جهت بیشتر مطرح می شود با توجه به اهمیت این موضوع از دهه شصت میلادی مطالعات تئوریک زیادی بر روی مکانیزم های خوردگی داغ انجام گرفت . ...