بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحليل اگزرژي و اگزرژواکونوميک يک سيکل کاليناي دما پايين خورشيدي
چکيده
در طول سيکل بازياب حرارتي کالينا، يک مخلوط آب آمونياک از حالت مايع به بخار تغيير فاز ميدهد. در کار حاضر يک سيکل دما پايين کالينا براي بهينه سازي بازيافت حرارتي از کلکتور خورشيدي، انتخاب شده است . سيال داغ از منحنيهاي سهموي کلکتور خورشيدي با لوله هاي خلأ ميآيد و براي توليد بخار غني آمونياک در بويلر جهت توليد برق ، استفاده ميشود. شرايط ورودي توربين براي دماهاي مختلف سيال داغ با تابش طبيعي و متناوب خورشيد بهينه سازي شده است . پارامترهاي کليدي بحث شده در اين پروژه به طور متمرکز و قوي حل شده اند که شامل دماي جداکننده با تاثير از دماي ورودي سيال داغ و توربين آمونياک ميباشد. کلکتور خورشيدي سهموي با لوله هاي خلأ براي شرايط نيروگاهي بهينه شده ، طراحي شده اند. اين پروژه ميتواند براي انتخاب بويلر، جداکننده و توربين براي بيشترين قدرت توليدي و بيشترين بازده نيروگاه استفاده شود. مدل جاري يک دماي محدود ماکزيمم براي جداکننده (c١٥٠٠) در شرايط هند نتيجه داده است . قدرت خالص خروجي ١٠٥ کيلووات در ازاي هر کيلوگرم برثانيه از سيال عامل ميتواند حاصل شود. بازده نيروگاه و سيکل حدود ٥.٢٥% و ١٣% ميباشد. اما بيشترين بازده ٦% و ١٥% براي نيروگاه و سيکل کالينا به ترتيب براي دماي (c١٥٠٠) جداکننده به دست آمد. تحليل اگزرژي و اگزرژواکونوميک نيز انجام شد که بازده اگزرژي و قيمت تمام شده براي هر المان نيز برآورد شد.
واژه هاي کليدي: سيکل کالينا، تحليل اگزرژي، اگزرژواکونوميک .
١- مقدمه
چرخه کالينا يک چرخه ترموديناميکي براي تبديل انرژي حرارتي به انرژي مکانيکي است که با بهره گيري از سيال کار متشکل از حداقل دو جزء مختلف و نسبت بين آن دسته از اجزا که در قسمت هاي مختلف سيستم براي افزايش برگشت پذيري ترموديناميکي و در نتيجه افزايش بازده کلي ترموديناميکي متفاوت است . چرخه کالينا براي اولين بار توسط مهندس روسي به نام الکساندر کالينا اختراع شد [٤]. هنگامي که از مخلوط دوگانه آب آمونياک از مايع به بخار تغيير حالت مي دهد، آمونياک نقطه جوش پايين تري نسبت به آب دارد. در واقع اين مفهوم براي سيستم بازيابي گرما دما پايين و متوسط مناسب است . گياهان بازيافت حرارتي زباله با استفاده از تکنولوژي چرخه کالينا در سوميتومو براي فلز فولاد و پالايشگاه نفت فوجي در خليج توکيو عملي شده اند. گياهان زمين گرمايي در Husavik، ايسلند وجود دارد، و Unterhaching، آلمان ، به تازگي توسط زيمنس ساخته شده است . علامت تجاري چرخه کالينا توسط تيم سراسري ژئوترمال ، پدر و مادر مهندسي مدرن اختراع و ثبت شده است
٢-شرح سيکل
در سيکل حاضر فرضياتي درنظر گرفته شد که عبارتند از:
١) شرايط مرده مي باشد.
٢) نقطه پينچ در بويلر °C ٥ مي باشد.
٣) بازده ايزنتروپيک توربين و پمپ ٧٥% است .
٤) بازده مکانيکي پمپ و توربين ٩٦% است .
٥) بازده ژنراتور الکتريکي ٩٨% است .
٦) سيال خروجي از کندانسور مايع اشباع فرض مي شود.
٧) افت فشار و افت حرارتي در لوله ها ناچيز فرض مي شود.
شکل ١.شکل شماتيک سيکل کاليناي خورشيدي
در اين سيکل المان هاي موجود عبارتند از: شير اختناق ، توربين ، ٥ مبدل حرارتي، محفظه اختلاط ، جداکننده ، پمپ حرارتي. منبع حرارتي ما توسط يک دسته کلکتور خورشيدي تأمين مي شود که سيال موجود در سيکل آن گليکول مبني بر آب مي باشد و ما از خواص آب براي تحليل آن استفاده کرديم .
گرما از سيال داغ که از کلکتور خورشيدي گرفته مي شود (نقطه ١٤) به سمت سوپرهيتر و بويلر مي رود. در جداکننده سيال عامل که دوفازي مي باشد، قسمت بخار آن توسط مسير١٠ به صورت آب آمونياک غني جدا مي شود و مخلوط مايع ضعيف نيز توسط مسير١١ جدا مي شود. بخار آب آمونياک غني در سوپرهيتر افزايش دما پيدا مي کند و قبل از ورود به توربين به صورت بخار اشباع در مي آيد (نقطه ١). بخار نقطه ١ در توربين به منظور توليد برق منبسط مي شود و سيال بعد از خروج از توربين (نقطه ٢) با محلول ضعيف آب آمونياک (نقطه ١٣) در محفظه اختلاط مخلوط و رقيق مي گردد. محلول ضعيف مايع از جداکننده خارج مي شود و وارد بازياب حرارتي دما بالا مي شود (نقطه ١١) و بعد از، از دست دادن حرارت در مبدل (نقطه ١٢) به مايع تبديل مي شود و وارد شير اختناق مي شود (فرآيند ١٢-١٣). سپس با سيال خروجي توربين (نقطه ٢) مخلوط مي شود.
مخلوط حاصل (نقطه ٣) طي فرآيند ٣-٤ در بازياب حرارتي دما پايين گرما از دست مي دهد، و به طور کامل به مايع اشباع در کندانسور چگاليده مي شود (حالت ٥). مايع کندانس شده توسط پمپ CFP پمپ مي شود (نقطه ٦) و در بازياب حرارتي دما پايين گرم مي شود (فرآيند ٦-٧). سپس در بازياب حرارتي دما بالا گرم مي شود (فرآيند ٧-٨) مخلوط مايع پيش گرمدشده (نقطه ٨) توسط بويلر به مخلوط مايع و بخار تبديل مي شود (نقطه ٩) و وارد جداکننده مي شود و بعد از آن بخار اشباع (نقطه ١٠) قبل از ورود به توربين توسط سوپرهيتر گرم مي شود. اين سيکل براي توليد برق پيوسته تکرار مي شود.
٣-مدلسازي اگزرژي سيستم
به منظور تحليل اگزرژي سيستم ، از روابط زير استفاده شده است ، اگزرژي فيزيکي هر نقطه :
مقادير h و s پس از محاسبه در نرم افزار EES در جدول (٢) جمع آوري شده اند. در محاسبه ي اگزرژي فيزيکي نقاط ١-١٣ فرض شده است که آب -آمونياک يک محلول پيوسته است و به صورت يک ماده واحد در EES فراخواني شده است و در نقاط ١٤-١٦ سيال کار گليکول مبني بر آب است و به علت نزديک بودن خواص آن به آب ، آب مايع در نظر گرفته شده است .
هم چنين فاز هر نقطه در جدول (٢) مشخص شده است .
حالت مرده براي نقاط ١ تا ١٣ و ١٤ تا ١٦ به صورت زير فرض شده است :
اگزرژي شيميايي هر نقطه :
در رابطه ي فوق مقدار yk براي آمونياک همان مقدار x موجود در جدول (٢) و مقدار yk براي آب x-١ در نظر گرفته شده است .
مربوط به هر نقطه از جدول 2.C کتاب Bejan و Model I خوانده شده است .[١]
اگزرژي کل :
نرخ اگزرژي کل جريان در هر نقطه :
پس از بدست آوردن نرخ جريان اگزرژي در هر نقطه از سيکل ، نرخ جريان اگزرژي fuel و product براي هر المان سيکل با استفاده از روابط موجود در .......شامل اطلاعات تمامي نقاط سيکل و مقادير h و s بدست آمده از تحليل انجام شده در EES مي باشد.
٤- نتايج تحليل اگزرژي
جدول ١ محاسبه شده است . در مورد المان کندانسور (CND)، در نظر گرفته شده زيرا فرض شده است که جريان Cooling Water,in حامل اگزرژي نيست و جريان اگزرژي خروجي به صورت زير محاسبه شده است . براي انجام محاسبات زير، دبي سيال خنک کننده (آب ) کندانسور ١٠ فرض شده است .
٤- نتايج تحليل اگزرژي
شامل اطلاعات تمامي نقاط سيکل و مقادير h و s بدست آمده از تحليل انجام شده در EES مي باشد.
به کمک فرمول ها ي اگزرژي فيزيکي و شيميايي مقادير زير حاصل شد.
