بهینه سازی ترمودینامیکی و ترمواکونومیک چرخه ی رانکین آلی برای بازیافت گرمایی از کارخانه‌ی سیمان

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 سازمان انرژی های نو، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش از یک چرخه رانکین آلی (ORC) به منظور بازیافت گرمایی از کارخانه سیمان تهران بهره گرفته شد. همچنین با ارایه بهینه سازی­ های هم ­زمان ترمودینامیکی و ترمواکونومیکی از بین سه سیال مورد بررسی، سیال مناسب با بالاترین بازده انتخاب و معرفی شد. به منظور طراحی چرخه رانکین آلی دو روش که یکی شامل مبدل احیاکننده و دیگری بدون مبدل می ­باشد، در نظر گرفته شد. با مطالعهیی مقاله ­های گذشته و بررسی سیال ­های استفاده شده، تصمیم گرفته شد که از بین سیال­ هایی که از منظر بهینه­ سازی ترمودینامیکی در مقاله ­های گذشته، بهترین سیال معرفی شده اند، سه نوع سیال آلی R245fa، R123 و نرمال پنتان در تحلیل­ های ترمودینامیکی و ترمواکونومیک مورد بحث و مقایسه قرار بگیرند. نتیجه­ ها نشان داد که در بهینه ­سازی ترمودینامیکی با مبدل احیاکننده سیال R123 با 76/17 درصد بیش­ ترین بازده را نسبت به دو سیال دیگر دارا است و بدون مبدل احیاکننده دوباره سیال R123 با بازده 20 درصد، بالاترین نرخ بازده اول را دارا است. همچنین نتیجه ­های بهینه ­سازی اقتصادی بیانگر آن است که سیال R123 با هزینه­ ی کل تولید توان برابر با 199/0 و  315/0 به ترتیب در چرخه بدون احیاکننده و چرخه با احیاکننده کم­ ترین هزینه ی تولید را نسبت به دو سیال دیگر دارد. در کل می توان نتیجه گرفت به منظور بازیافت گرمایی از منابع دما متوسط، چه از منظر بهینه­ سازی ترمودینامیکی و چه از نظر بهینه­ سازی ترمواکونومیک سیال R123 می تواند انتخاب مناسبی برای چرخه ­هی ORC باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Engin T., Ari V., Energy Auditing and Recovery for Dry Type Cement Rotary Kiln Systems, Energy Conversion and Management, 46: 551–562 (2005).

[2] Campana F., Bianchi M., Branchini L., De Pascale A., Peretto A., Baresi M., Fermi A., Rossetti N., Vescovo R., ORC Waste Heat Recovery in European Energy Intensive Industries: Energy and GHG Savings, Energy Conversion and Management, 76: 244-252 (2013).

[3] Chen Y., Lundqvist P., Johansoon A., Platell P., A Comparative Study of the Carbon Dioxide Transcritical Power Cycle Compared with an Organic Rankine Cycle with R123 as Working Fluid in Waste Heat Recovery, Applied Thermal Energy, 26(17-18): 2142-2147(2006).

[4] Karellas S., Leontaritis A.D., Panousis G., Bellos E., Kakaras E., Energetic and Exergetic Analysis of Waste Heat Recovery Systems in the Cement Industry, Energy, 58: 147-156 (2013).

[5] Wang J., Dai Y., Gao L., Energy Analyses and Parametric Optimizations for Different Cogeneration Power Plants in Cement Industry, Applied Energy, 86(6): 941-948 (2009).

[6] Oyewunmi O.A., Ferré-Serres S., Lecompte S., Den Broek M., De Papepe M., Markides C.N., An Assessment of Subcritical and Trans-critical Organic Rankine Cycles for Waste-Heat Recovery, Energy Procedia., 105: 1870-1876 (2017).

[7] Sidramappa A., “Experimental Studies on Plate Fin Heat Exchangers”, A Thesis Submitted for Award of the Degree of Doctor of Philosophy, Mechanical Engineering Department National Institute of Technology Rourkela, India (2012).

[8] Manolakos D., Papadakis G., Kyritsis S., K.Bouzianas., Experimental Evaluation of an Autonomous Low-Temperature Solar Rankine Cycle System for Reverse Osmosis Desalination, Desalination, 203: 366-374 (2007).

[9] Quoilin S., Declay S., F.Tchanche B., Lemort V., Thermo-economic Optimization of Waste Heat Recovery Organic Rankine Cycles, Applied Thermal Engineering, 31: 2885-2893 (2011).