استفاده پیچیده از انرژی ذغال سنگ با تكنولوژیهای سبز برای نیروگاههای برق

استفاده پیچیده از انرژی ذغال سنگ با تكنولوژیهای سبز برای نیروگاههای برق – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه فنی مهندسی – بین رشته ای

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

استفاده پیچیده از انرژی ذغال سنگ با تكنولوژی‌های سبز برای نیروگاههای برق

Sophisticated Use of Coal Energy with Green

Technologies for Thermal Power Plants

شركت صنایع سنگین میتسوبیشی، اكتبر 2005

چكیده

باتوجه به مشكلات محیطی كه در خلال سالیان اخیر رشد نموده است، تقاضاهای فزآیند‌ه‌ای جهت كاهش گاز دی‌اكسید كربن، كه به میزان زیادی در گرم شدن جهان نقش دارد، وجود دارد. برای نیروگاه‌های برق حرارتی ، انتشار دی اكسید كربن را می‌توان، از طریق كاراتر نمودن روال‌های تولید برق، كاهش داد. شركت صنایع سنگین میتسوبیشی (MHI) نسبت به ارتقای قابلیت نیروگاه برق با استفاده از تاسیسات نیروگاهی حرارتی ذغال سنگ متعارف اقدام نموده است كه در آن شرایط بخار دهی ارتقا یافته و علاوه بر این نسبت به بكارگیری تكنولوژی‌های پیشرفته در این زمینه اقدام شده است. شركت میتسوبیشی همچنین كارآیی سیستم مربوطه را با استفاده از توربین‌های گازی و موتورهای گازی ارتقا داده است. این مقاله نسبت به خلاصه نمودن استفاده پیچیده از انرژی ذغال سنگ با توجه به كاربرد تكنولوژی‌های سبز برای نیروگاه‌های برق حرارتی، یعنی سیستم ژنراتور برق حرارتی مافوق بحرانی (USC) ذغال سنگی پیشرفته، سیكل تركیبی گازی جامع (IGCC)، سیكل تركیبی كوره دمشی بلند، توربین گازی و سیستم تولید نیروی موتور گازی با استفاده از متان معادن ذغال سنگ، اقدام نموده است.

1- مقدمه

با اجرای پروتكل كیوتو در 16 فوریه سال 2005، ژاپن موظف است تا نسبت به كاهش دی‌اكسید كربن به میزان 6% تا سال 2010 از سطح سال 1990 اقدام كند. روال‌های برآورد شده جهت تحقق چنین هدفی شامل گسترش استفاده از انرژی هسته‌ای، انرژی قابل بازیافت، تكنولوژی‌های ذغال سنگ پاك برای بهره‌گیری از كارآیی بالاتر، گاز طبیعی و حفظ و نگهداری انرژی می‌باشد. ذغال سنگ بعنوان یك منبع انرژی جهانی ارزان، 20% از میزان مصرف انرژی اولیه ژاپن را بخود اختصاص داده است. بر این اساس 20% از نیروی برق ژاپن بوسیله نیروگاه‌های برق حرارتی ذغال سنگی تولید می‌شود. گزارش مالی سال 1990 در زمینه انتشار گاز دی‌اكسید كربن از طریق نیروگاه‌های برق به میزان 0.42 كیلوگرم – دی‌اكسید كربن/ كیلووات بر ساعت می‌باشد، كه این میزان در سال 2001 به 0.38 كیلوگرم- دی‌اكسید كربن/ كیلووات بر ساعت تنزل یافت. هدف تعیین شده بوسیله فدراسیون شركت‌های نیروی الكتریكی ژاپن برای سال مالی 2010 به میزان 0.34 كیلوگرم- دی‌اكسید كربن/ كیلووات بر ساعت می‌باشد، كه خود نشان دهنده كاهش سطح انتشار به میزان 20% از سال 1990 است.

شكل 1. تكنولوژی‌های تولید نیروی حرارتی

تولید دی‌اكسید كربن بر حسب واحد قدرت كالری ذغال سنگ تقریباً درحدود 5/1 برابر گاز طبیعی می‌باشد. باتوجه بدانكه انتشار گاز دی‌اكسید كربن در نیروگاه‌های حرارتی ذغال سنگی بالا می‌باشد، 0.88 كیلوگرم- دی‌اكسید كربن/ كیلووات بر ساعت، استفاده از تكنولوژی كاهش انتشار دی‌اكسید كربن برای چنین نیروگاهی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. شكل 1 نشان دهنده تكنولوژی‌های تولید نیروی حرارتی MHI است، كه شامل شرایط بخار دهی ارتقا یافته سوخت‌های گوناگون، توربین گاز و كاربردهای موتور گازی می‌باشد.

2- نیروگاه‌های برق حرارتی ذغال سنگی فشار مافوق بحرانی

برای تولید نیروی برق حرارتی متعارف، بخار دارای دمای بالا- فشار بالای نشان داده شده در شكل 2 جهت افزایش ظرفیت واحد و كارآیی حرارتی تولید برق ارتقا داده شد.

شكل 2. تغییرات در شرایط بخار در نیروگاه‌های برق حرارتی

برای تولید برق حرارتی ذغال سنگی پیشرفته با استفاده از شرایط فشار مافوق بحرانی، كارآیی در ترمینال ژنراتور می‌بایست بیش از 45% باشد (مبنای LHV)، كه بر این اساس قابلیت كاهش سه درصدی در انتشار دی اكسید كربن به دست می‌آید، شكل 3.

شكل 3. شرایط بخار و كارآیی، شرایط بخار و كاهش دی‌اكسیدكربن

شكل 4. نیروگاه شماره 5 حرارتی هیرانو (Hirono)، شركت برق توكیو

شكل 4 نشان دهنده نیروگاه شماره 5 برق حرارتی هیرانو (Hirono) شركت برق توكیو می‌باشد، كه عملیات تجاری خود را در جولای 2004 آغاز نمود. این نیروگاه دارای بالاترین استانداردهای جهانی بهره‌گیری از بخار می‌باشد،‌ یعنی 24.5 MP_a x 600/600 ^OC، می‌باشد. توربین بخار این نیروگاه كه در شكل 5 نشان داده شده است از مواد دارای دمای بالا و ساختار خنك سازی جهت مقاوت در برابر شرایط بخار دهی دمای بالا استفاده می‌كند و همچنین از تكنولوژی‌های پیچیده نظیر توربین دو پوششه بهره می‌جوید، كه اولین آن در كلاس 600MW می‌باشد و خصیصه‌های آن عبارتند از: فولاد 48 اینچی ISB، یك نوع جدید از كندانسور و تانك ذخیره هواگیری تك پوسته. بویلر این نیروگاه از كوره جداره آبی لوله عمودی همراه با لوله‌های خان‌دار و موادی كه در برابر دمای بالا مقاوم می‌باشند بهره می‌جوید و علاوه بر این تكنولوژی‌های احتراق برای كاهش دی‌اكسید كربن و مواد قابل اشتعال نسوخته با استفاده از سیستم كوره A-PM و ادوات پودرساز MRS نیز كاربرد قابل توجهی دارند.

شكل 5. توربین بخار 600 مگاوات شماره 5 هیرانو

3- IGCC

كارآیی حرارتی از طریق احتراق دمای بالا در توربین‌های گازی به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. بر این مبنا، كارآیی در آخرین نیروگاه برق ساخته شده با استفاده از توربین گازی كلاس احتراق 1500 درجه سانتیگراد به میزان 50% افزایش یافته است. سوخت استفاده شده در توربین‌های گاز تجاری برای سیستم‌های تولید نیروی ظرفیت بالا محدود به سوخت‌های كاملاً پاك نظیر LNG و نفت سبك می‌باشد. ذغال سنگ حاوی مقادیر بالایی از مواد خاكستری و فلزات قلیایی است و استفاده از آن بصورت معمول در چنین توربین‌هایی امكان پذیر نمی‌باشد.

IGCC بعنوان تكنولوژی بشمار می‌آید كه نسبت به تبدیل ذغال سنگ به اجزای قابل اشتعال نظیر CO و H₂ قبل از اشتعال آن توربین گاز اقدام می‌نماید. بر این اساس یك پروژه بزرگ كلاس 300 مگاوات دمش– اكسیژن IGCC قبلاً در آن سوی دریاها در شرف راه‌اندازی بوده است. كلیه پروژه‌ها از سیستم‌های تبدیل گازی دمشO₂ استفاده می‌كنند كه برای آن دسته از نیروگاه‌های شیمیایی استفاده می‌شوند كه از ادوات تولید نیروی قابل اطمینان بهره نمی‌جویند. در ژاپن، IGCC دمش- هوایی با كارایی و قابلیت اطمینان بالاتر توسعه یافته است.

با مقایسه با IGCC دمش- اكسیژن، IGCC دمش- هوا دارای كارآیی بالایی در این زمینه است، چرا به قدرت كمكی كمتری نیازمند می‌باشد. نوع دمش- هوایی همچنین دارای اتلاف گرمایی كمون كمتری در مقایسه با نوع تغذیه – ذغال مرطوب با استفاده از دوغاب ذغال می‌باشد، چرا كه این سیستم از ذغال سنگ پودر شده همانند بویلر ذغالی بهره می‌جوید. اصول روال سیستم كاربراتوری ذغال سنگ دمش- هوایی در شكل 6 نشان داده شده است.

شكل 6. اصول سیستم كاربراتور دمش- هوایی

شركت تحقیقات و توسعه نیروی ذغال سنگ پاك كه بصورت مشترك بوسیله شركت‌های برق ژاپن تاسیس شده است در حال حاضر نسبت به ساخت یك ایستگاه IGCC كلاس 250 مگاوات در نیروگاه شركت برق مشترك جابن (Joban) اقدام نموده است. ایستگاه برق نكاسو (Nakoso)، بر اساس برنامه سوبسید دولتی، در شكل 7 نشان داده شده است. MHI نسبت به تامین ادوات تبدیل به گاز، گوگرد زدایی، توربین گاز، توربین بخار و HRSG همراه با روال‌های مهندسی ساختمان مرتبط با این سیستم‌ها اقدام نموده است كه بر اساس برنامه ساخت می‌بایست در سال 2007 آماده بهره‌برداری آزمایشی باشد.

كارآیی جامع نیروگاه برق IGCC با استفاده از توربین گازی نوع – G كلاس 1500 درجه سانتیگراد به میزان 48 الی 50% (بر مبنای –LHV) می‌باشد و در آن انتشار دی‌اكسید كربن به میزان 15 الی 20درصد در مقایسه با نیروگاه‌های حرارتی ذغال سنگ معمولی كاهش یافته است. با توجه بدین میزان، انتشار دی‌اكسید كربن مساوی با نیروگاه‌های حرارتی نفتی است.

شكل 7. نمایی از نیروگاه IGCC كلاس 250 مگاوات

شكل 8. گوناگونی سوخت‌های توربین گازی

شكل 9. سیستم تركیبی گازی كوره دمشی

4. نیروگاه سیكل تركیبی توربین گازی كوره دمشی

MHI از گاز تقطیر‌ شده همراه با موارد دیگر نظیر گاز طبیعی در پالایشگاه‌ها و گاز كوره بلند دمشی در كارخانه‌های فولاد، بعنوان سوخت برای توربین‌های گازی استفاده نموده است (شكل 8). استفاده از گاز تقطیر شده بعنوان سوخت در توربین گازی باعث كاراتر نمودن استفاده انرژی می‌گردد. بر این اساس در حدود 40% از ذغال سنگ وارداتی به ژاپن در كارخانجات فولاد مصرف می‌شود، كه شامل تولید ذغال كك نیز است كه با توجه بدین امر باعث ارتقای كارآیی مصرف انرژی در این كارخانجات و كاهش قابل توجه انتشار دی‌اكسید كربن گردیده است.

MHI همچنین نسبت به توسعه یك كوره گازی بلند دمشی نوع F توربین گازی اقدام نموده است و بزرگترین نیروگاه سیكل تركیبی گازی دارای كوره بلند دمشی را در دنیا در كلاس1300 درجه سانتیگراد، شكل 9، پایه‌گذاری كرده، كه عملیات تجاری آن در جولای 2004 آغاز شد. این نیروگاه به میزان 25 درصد در مقایسه با نیروگاه‌های حرارتی معمولی از انتشار آلاینده گاز دی‌اكسید كربن جلوگیری نموده، اما در عین حال میزان برونداد نیروی آن مساوی می‌باشد.

شكل 10. نمای بیرونی MACH-30G

مصرف انرژی بر حسب تولید فولاد در چین بر اساس اظهارات به میزن 5/1 برابر بیشتر از كارخانجات فولاد ژاپن می‌باشد. بر این اساس ذخیره سازی انرژی در كارخانجات فولاد چین از نقطه نظر روال‌های حفظ محیط زیست جهانی دارای اهمیت می‌باشد. MHI بطور فعال در گسترش نیروگاههای سیكل تركیبی توربین گازی با استفاده از گاز تقطیر شده نظیر گاز توربین دمشی اقدام نموده است.

5. موتورهای گازی با استفاده از گاز متان معادن ذغال

تقاضای فزاینده‌ای برای موتورهای گازی به منظور تولید برق با توجه به انتشار كمتر NO_X، گرد و غبار، CO2 و مواد دیگر وجود دارد. بر این اساس MHI نسب به ساخت یك موتور گازی با سوخت رقیق و انتشار NO_X پایین اقدام نموده است كه بدین منظور از تكنولوژی جدید بهره گرفته و بالاترین كارآیی در زمینه تولید برق جهانی را بخود اختصاص داده است. MHI این موتورهای احتراق میكروپیلوت MACH-30G كلاس 5000 كیلووات خود را با استفاده از مقدار كاملاً اندك سوخت مایع بعنوان منبع احتراق روانه بازار ساخته است (شكل 10). واحد توسعه و تحقیقات این شركت در صدد استفاده از گاز متانی می‌باشد كه بعنوان محصول معدن‌های ذغال سنگ در طی پروسه استخراج مطرح می‌باشد و بر این اساس این شركت این گاز را بعنوان نیروی محركه موتور احتراق میكروپیلوت معرفی نموده است. غلظت متان در معادن مربوطه تقریباً به میزان 30 الی 50% می‌باشد، بنابر این تقریباً 90% از گاز متان بدون استفاده در اتمسفر پخش می‌شود. تاثیرگلخانه‌ای گاز متان 21 برابر بزرگتر از تاثیر گاز دی‌اكسید كربن می‌باشد، كه با توجه به مجموع انتشار بر مبنای مقدار گاز دی‌اكسید كربن این میزان تقریباً 500 میلیون تن در سال در جهان می‌باشد، كه مساوی 40% از مجموع انتشار دی‌اكسیدكربن در یك سال ژاپن است. استفاده موثر از گاز متان معدن ذغال سنگ بر این اساس می‌تواند به میزان زیادی در ممانعت از پدیده گرم شدن جهانی مشاركت داشته باشد.

در موتورهای معمولی، بهنگامی كه سیستم احتراق جرقه‌ای استفاده می‌شود و تركیبی نزدیك به نسبت هوا – سوخت تئوریكی به محفظه احتراق تراكم قبلی فرستاده می‌شود، بهنگامی كه غلظت گاز سوخت به میزان گسترده‌ای تغییر یابد، عمل سوخت بصورت غیر پایدار در می‌آید. برای موتوری كه از سیستم احتراق میكروپیلوت بهره می‌جوید، انرژی احتراق بالا از یك احتراق پایدار تركیب‌های هوا- سوخت رقیق بهره می‌جوید. بعبارت دیگر، سیستم احتراق میكروپیلوت باعث اطمینان از داشتن یك احتراق پایدار خواهد شد، حتی بهنگامی كه گاز سوخت دارای گوناگونی‌، همانند گاز متان معادن ذغال سنگ، می‌گردد. مقایسه احتراق پیلوت در برابر احتراق جرقه‌ای یا شمع در شكل 11 نشان داده شده است.

MHI دارای یك چشم‌انداز روشن و آشكار در زمینه روال‌های بكارگیری موتورهای گازی بصورتی كارآ، پایدار و با قدرت بالا می‌باشد، كه این موتورها از گاز متان معادن ذغال سنگ مترادف گاز طبیعی، با استفاده از سیستم احتراق میكرو پیلوت، شكل 12، استفاده می‌كنند. MHI روال توسعه خود را ادامه داده و سعی در تجاری سازی موتورهای گازی دارد.

6. نتیجه‌گیری

اجرای پروتكل كیوتو نیازمند آن است كه ژاپن سطح انتشار دی‌اكسید كربن خود را كاهش دهد. انتشار دی اكسید كربن بر حسب مقدار گرمازایی برای ذغال سنگ بیشتر از دیگر سوخت‌های فسیلی می‌باشد. تقریباً 23% از انرژی اولیه در كشورهای جهان،‌ شامل ژاپن، متكی به ذغال سنگ می‌باشد و انتظار می‌رود كه استفاده از این ماده بعنوان منبع اصلی انرژی تداوم یابد.

تكنولوژی استفاده از ذغال سنگ ژاپن بعنوان تكنولوژی برتر جهان مطرح می‌باشد و MHI تصمیم دارد تا نقش فعالی را در زمینه ارتقای كارآیی در این تكنولوژی بعهده گیرد كه شامل استفاده موثر از منابع طبیعی و كاهش انتشار دی‌اكسید كربن و نشر كاربرد آن می‌باشد.