Thermal efficiency of Combined Cycle Power Plants (CCPPs) depends strongly on the Heat Recovery Steam Generation (HRSG) design which links the gas cycle with the steam cycle. Therefore, the HRSG must be carefully designed in order to maximize the heat exchanged and to improve the overall performance of the plant. In this paper, a mixed integer non-linear programming (MINLP) model to simultaneously optimize the equipment arrangement, geometric design and operating conditions of CCPPs is proposed. General Algebraic Modelling System (GAMS) is used to implement and to solve the mathematical model. The HRSG model involves discrete decisions connected with the geometric design and the selection of tube diameters as well as the length and width of each solid fin. Continuous variables are used to model the operating conditions of the HRSG and steam turbines (ST). The solution strategy for the resulting model comprises two phases: the first one focuses the process optimization but considering only global energy and mass balances and this phase provides initial-bounds values for the second phase where the complete and rigorous model involving discrete decisions is solved. Different case studies with increasing complexity have been successfully solved. Model validation and results obtained from the MINLP model by considering different objective functions are discussed

چکیده

بازده دمائی نیروگاه های برق سیکل ترکیبی (CCPP) شدیدا به طراحی سیستم بازیابی حرارت در تولید بخار که سیکل گاز را به سیکل بخار متصل می کند، وابسته می باشد. بنابراین، HRSG باید به دقت طراحی شود تا گرمای مبادله شده بیشینه شود و عملکرد کلی نیروگاه ارتقا یابد. در این مقاله، یک مدل برنامه نویسی غیرخطی عدد صحیح ترکیبی به منظور بهینه سازی همزمان آرایش تجهیزات، طراحی هندسی و شرایط اجرائی CCPP پیشنهاد می شود. سیستم مدل سازی جبری عمومی (GAMS) برای پیاده سازی و حل مدل ریاضی بکار می رود. مدل HRSG شامل تصمیمات مجزا مرتبط با طراحی هندسی و انتخاب قطر لوله بعلاوه طول و عرض هر بال توپر می باشد. متغیرهای پیوسته برای مدل سازی شرایط اجرایی HRSG و توربین های بخار (ST) استفاده می شود. استراتژی حل برای مدل پیشنهادی شامل 2 مرحله می باشد: مرحله اول بر روی فرآیند بهینه سازی تمرکز دارد اما فقط انرژی کلی و توازن جرم را مورد توجه قرار می دهد و این مرحله مقادیر قیود-آغازی را، برای دومین فاز که مدل دقیق و کامل در برگیرنده تصمیمات مجزا حل می شود، ارائه می دهد. تحقیقات موردی مختلف با پیچیدگی های رو به افزایش به طور موفقیت آمیز حل شده اند. اعتبار و نتایج مدل بدست آمده از مدل MINLP با در نظرگرفتن توابع عینی مختلف مورد بحث قرار می گیرد.

1-مقدمه

در تکنولوژی در حال حاضر، سیستم های تبدیل انرژی پربازده برای تولید انرژی گرمائی و الکتریکی، نیروگاه های برق سیکل ترکیبی می باشند. (CCPP) در یک CCPP نمونه، گرمای خروجی از توربین گاز (GT) در یک سیستم بازیابی حرارت در مولد بخار بازیابی می شود. بخار تولیدشده سپس برای تولید الکتریسته در توربین های بخار (ST) بکار می رود. همانطور که نشان داده شد، سیکل های رانکین و برایتون بوسیله HRSGکه حیاتی ترین تجهیزات نیروگاه ترکیبی می باشند، کوپل می شوند. بنابراین، HRSG باید به دقت طراحی شود تا گرمای مبادله شده بیشینه شود و عملکرد کلی CCPP ارتقا یابد...