بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله از گرماي گازهاي خروجی از موتور دیزل بعنوان محرك سیکل ترکیبی تولید همزمان توان و سرمایش بهره گرفته میشود. کندانسور سیکل تولید توان با ژنراتور سیکل تبرید جذبی با هم کوپل شده و گرماي خارج شده از کندانسور بعنوان محرك ژنراتور سیکل تبرید جذبی عمل میکند. در سیکل تولید توان از سیالات ایزوپنتان، R123 و بخار آب و در سیکل تبرید جذبی از سیال دوجزئی لیتیم برماید-آب بهره گرفته شده است. سیکلهاي ترکیبی از دیدگاههاي انرژي و اگزرژي مورد تحلیل قرار گرفته و معادلات بالانس جرمی، انرژي و اگزرژي براي همه اجزاي سیکل ترکیبی بصورت مجزا نوشته شده و با استفاده از نرم افزار EES سیستم ترکیبی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفتهاند. تحلیل انرژي و اگزرژي سیکل ترکیبی بصورت جامع انجام گردیده و اتلافات اگزرژي به تفکیک اجزاي سیکلها مشخص شده و مورد بررسی قرار گرفته است. از نظر نرخ تخریب اگزرژي کل سیکل مشاهده میشود که سیکل ترکیبی با بخارآب به میزان چشمگیري داراي مقدار کمتر نرخ تخریب اگزرژي است. البته نرخ تخریب اگزرژي سیکلهاي ترکیبی با سیالات عامل آلی داراي مقادیر تقریباً نزدیک به هم هستند ولی اختلاف زیاد بین نرخ اتلاف اگزرژي در این سیکلها با سیکل ترکیبی با بخارآب وجود دارد.
واژههاي کلیدي: تحلیل اگزرژي، سیکل رانکین، سیکل ترکیبی تولید توان و تبرید، بهینه سازي
١- مقدمه
از جمله نتایج حاصل از برنامه بهینهسازي بخش انرژي بهبود راندمان سیستمهاي تولید انرژي و کاهش تولید آلایندههاي زیست محیطی ناشی از تولید انرژي است. یکی از مهمترین راهکارهاي بهینه سازي، فناوري هاي تولید همزمان برق و حرارت می باشد که حرارت اضافی حاصل از تولید برق و یا توان مکانیکی، براي استفاده مجدد از انرژي در مصارف مختلف بازیافت می شود. استفاده از این فناوري ها به دلیل وجود مقدار زیادي تلفات در هنگام تبدیل انرژي حرارتی به انرژي مکانیکی یا الکتریکی شکل گرفته است. باري1 و حسین [1] از دو مبدل پوسته و لوله براي بازیافت گرما از موتور دیزل استفاده کردند.در این تحقیق فشار سیال عامل و جهت حرکت این سیالات در مبدل ها مورد بررسی قرار گرفت و بهینه شد. پس از بهینه سازي مبدلهاي حرارتی مورد بررسی مقدار توان تولیدي از بازیافت گرما از موتور دیزل از 16 درصد به 23 درصد افزایش یافت.
کارکاسکی2وهمکاران[2] از سیکل رانکین با سیال عامل آلی براي بازیافت گرما از سیکل توربین گازي بهره گرفته است. در این تحقیق از سیالات آلی مختلف شامل تولوئن، بنزن، سایکلوپنتان و سایکلوهگزان بعنوان سیال عامل سیکل ORC بهره گرفته است و این سیکلها را با هم مورد مقایسه قرار داده است. آنکه3 و همکاران [3] براي استفاده از انرژي اتلافی از واحدهاي صنعتی از سیکلهاي تبرید جذبی با سیال عامل آب-آمونیاك و سیکل ترکیبی رانکین با سیال عامل آلی و سیکل تبرید تراکمی استفاده کردند. نتایج تحقیق نشان داد که در شرایط طراحی، مقدار ضریب عملکرد سیکل ترکیبی رانکین با سیال عامل آلی و سیکل تبرید تراکمی بیشتر از سیکل تبرید جذبی است.
همچنین در حالتی که نسبت فشارهاي سیکلهاي مورد بررسی طوري انتخاب شوند که ضریب عملکرد این دو سیکل با هم یکسان گردند، بازده قانون دوم سیکل ترکیبی رانکین با سیال عامل آلی و سیکل تبرید تراکمی بیشتر از سیکل تبرید جذبی خواهد بود.در این مقاله از گرماي گازهاي خروجی از موتور دیزل بعنوان محرك سیکل ترکیبی تولید همزمان توان و سرمایش بهره گرفته شده است. معادلات بالانس جرمی، انرژي و اگزرژي براي همه اجزاي سیکل ترکیبی بصورت مجزا نوشته شده و با استفاده از نرم افزار EES سیستم ترکیبی مورد تحلیل و بررسی قرار میگیرد. در سیکل تولید توان از سیالات ایزوپنتان، R123 و بخار آب و در سیکل تبرید جذبی از سیال دوجزئی لیتیم برماید-آب بهره گرفته شده است. این سیستم ترکیبی از دیدگاههاي انرژي و اگزرژي مورد تحلیل قرار گرفته است.
-2 شبیه سازي و تحلیل سیکل ترکیبی
طرز کار این سیکل ترکیبی بدین صورت است که از گرماي گازهاي خروجی از موتور دیزل بعنوان محرك سیکل ترکیبی تولید همزمان توان و سرمایش بهره گرفته میشود. طرح شماتیک این سیکل ترکیبی در شکل - 1 - نمایش داده شده است. ابتدا گازهاي خروجی از موتور دیزل با دماي معین وارد یک مبدل شده و دماي سیال عامل سیکل تولید توان را که از پمپ سیکل تولید توان وارد مبدل حرارتی شده است بالا میبرد. سیال عامل سیکل تولید توان ابتدا بخار آب انتخاب می گردد ولی سپس اثر سیالات آلی هم در سیکل تولید توان بررسی شده و با بخار آب مقایسه میگردد. در سیکل تبرید جذبی هم ابتدا سیال عامل لیتیم برماید- آب خروجی از جاذب سیکل تبرید جذبی وارد پمپ سیکل تبرید جذبی می شود در ژنراتور محلول لیتیم برماید-آب از گرماي خروجی از کندانسور سیکل تولید توان استفاده کرده و باعث میشود که بخار آب از محلول جدا شود.
بخار آب هم ابتدا وارد کندانسور شده و سپس وارد یک شیر انبساط شده و فشار آن نیز تا فشار اواپراتور سیکل تبرید جذبی که فشار پایین دست سیکل تبرید جذبی است کاهش مییابد و سپس بعد از عبور از شیر انبساط وارد اواپراتور میشود.در اواپراتور هم بخار آب ورودي به این جزء به حالت بخار اشباع رسیده و وارد جاذب میگردد و سیکل تبرید جذبی دوباره طبق توضیحات بالا عمل میکند. بنابراین بصورت همزمان هم در توربین تولید توان و هم در اواپراتور سیکل تبرید جذبی تولید تبرید یا سرمایش را خواهیم داشت.در این مقاله سوخت مورد استفاده در موتور دیزل C12H26 در نظر گرفته میشود.
توربین و پمپ ها در سیستم ترکیبی بازده ایزنتروپیک فرض میشود و کلیه اجزاي سیستم ترکیبی آدیاباتیک در نظر گرفته میشود، سیال خروجی از اواپراتور و ژنراتور بخار اشباع و سیال خروجی از کندانسورها مایع اشباع درنظر گرفته میشود. براي مبدلهاي حرارتی مورد استفاده در سیستم ترکیبی ضریب تاثیر در نظر گرفته شده و سیستم تولید همزمان مورد مطالعه در شرایط پایا کار می کند و از افت فشار در مسیرهاي جریان صرفنظر میشود. سایر اطلاعات در جدول - 1 - ارائه شده است.
