شبیه سازی سیستم تامین هوای احتراق و تهویه سالن تولید نیروگاه CHP

- در سالن تولید نیروگاه های CHP تعدادی از مولد های گاز سوز جانمایی می شود (متناسب با ظرفیت نیروگاه و توان تولیدی هر مولد، بین یک تا سیزده دستگاه متغیر می باشد) این مولد ها با توجه به میزان سوخت مصرفی هر کدام به مقدار مشخصی از هوای تازه جهت فرآیند احتراق نیاز دارند که تامین این میزان از هوا به عهده سیستم "تهویه سالن" نیروگاه می باشد. در کنار این موضوع، هر کدام از مولد ها و متعلقات جانبی هر واحد "Auxiliary Unit" دارای میزان Heat Gain مشخصی می باشند که می بایست متناسب با این حرارت، هوای تازه جهت تهویه و جلوگیری از افزایش دمای سالن تامین گردد. از جمله منابع دیگر تولید حرارت در سالن می توان به سرور ها، تابلو های LV و تابلو های کنترل هر واحد نیز اشاره نمود که میزان حرارت دفع شده آنها به محیط نسبت به مابقی منابع کمتر می باشد اما از تاثیر آنها نمی توان چشم پوشی نمود زیرا در حین بهره برداری از نیروگاه و در فصول گرم سال احتمال تجمع هوای گرم در برخی از نقاط سالن وجود خواهد داشت.

در اکثر نیروگاه های CHP جهت تامین هوای تازه (هوای تهویه + هوای احتراق) از هوای محیط استفاده می شود اما در برخی از نیروگاه ها متناسب با با نوع مولد انتخاب شده و با توجه به حساسیت فرآیند احتراق آنها، سیستم تامین هوای احتراق مجزا از سیستم تهویه سالن بوده و می توان با استفاده از سیستم های جانبی (بطور مثال پیش گرمایش و یا خنک کاری هوا) دمای هوای احتراق را نسبت به دما محیط افزایش و یا کاهش داد. صرف نظر از انتخاب هر یک از روش های مذکور، دمای سالن در حین بهره برداری نیروگاه نباید از 50 درجه سانتی گراد بیشتر گردد که این امر مستلزم برآورد Heat Gain منابع حرارتی و شرایط محیطی (دمای و رطوبت هوا) جهت محاسبه میزان هوای تازه مورد نیاز می باشد.

نحوه سیرکلاسیون هوا و جریان هوای تازه به سالن تولید یکی دیگر از مواردی می باشد که در بهره برداری از مولد ها تاثیر مستقیم خواهد داشت بطور مثال می بایست در طراحی و جانمایی سیستم تهویه مطبوع، محل ورود هوای تازه طوری انتخاب شود که ژنراتور هر واحد در معرض مستقیم این جریان باشند، همچنین تعیین محل خروج هوای سالن نیز می بایست با توجه به معماری سالن و با هدف جلوگیری از انباشت هوای گرم، سیرکلاسیون صحیح، عدم برگشت هوا (Short circuit) طراحی و تعیین گردد. با توجه به توصیه های فنی سازندگان معتبر مولد ها، صرف نظر از موقعیت هوای تازه ورودی و هوای گرم خروجی سالن، فشار سالن در حین بهره برداری نیروگاه نباید از 80 پاسکال بیشتر گردد که این امر مستلزم برآور میزان هوای احتراق و هوای تهویه جهت محاسبات فشار مثبت و میزان هوای خروجی مورد نیاز می باشد.

پروژه پیش رو دارای سه دستگاه مولد Jenbacher J620 با ظرفیت نامی 3X2.7MW می باشد. در فاز اول طراحی این نیروگاه برای سیستم تامین هوای تهویه سالن و هوای احتراق مولد ها، به ازاِء هر مولد دو دستگاه فن آکسیال کانالی مدل RECER HCT-100-4T-15 با دبی 65000 m³/hr و با فشار استاتیکی 100 Pa تعبیه شده است. در طرح توسعه این نیروگاه جهت گردش مناسب هوا در سالن و اجتناب از برگشت هوا به بیرون (short circuit) و همچنین جذب حرارت سطحی تجهیزات (heat flux) جهت جلوگیری از شوک حرارتی، می بایست متناسب با شرایط سایت و نحوه استقرار تجهیزات، محل مناسب و دقیق هوای خروجی تعیین و سیستم تخلیه مکانیکی هوا بکمک فن های آکسیال طراحی شود.
به همین جهت پس از مشخص شدن محل، نوع و ظرفیت فن های ورودی و خروجی، بکمک تئوری CFD جریان هوا در داخل سالن شبیه سازی شده است، در این شبیه سازی از نرم افزار ansys Spaceclaim جهت مدل کردن فیزیک مسئله، از نرم افزار ansys meshing جهت شبکه بندی مدل، از نرم افزار ansys fluent جهت تنضیمات و روند حل و همچنین از نرم افزار ansys cfd post جهت بررسی و استخراج نتایج استفاده شده است.
هدف از شبیه شبیه سازی CFD پروژه حاضر، بررسی و مشاهده بردارهای سرعت (مقدار و جهت) در نقاط مختلف سالن و همچنین نحوه توزیع و پراکندگی گرادیان دما در سالن می باشد که برخی از تصاویر آن در ادامه آورده شده است.

[مشخصات و پارامترهای طراحی]

* مساحت سالن: 120m2
* نوع مولد: Jenbacher J620
* تعداد مولد: سه دستگاه
* میزان ظرفیت فن های ورودی: 2x65000m3/hr
* میزان هوای احتراق: 14000m3/h
* مجموع حرارت دفع شده به محیط: مطابق جدول زیر

با استفاده از نرم افزار تخصصی AUTODESK CFD

تعریف فرضیات و پارامترهای مسئله 

مدل سازی سه بعدی و تعریف فیزیک مسئله

کانتور سرعت جریان در مقطع عرضی

 کانتور گرادیان دما در مقطع عرضی

کانتور سرعت جریان در مطع طولی

کانتور گرادیان دما در مقطع طولی

کانتور سرعت جریان در نما پلان

کانتور گرادیان دما درنما پلان