بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش به تحلیل دو سیکل مختلف برای تولید توان، که متداول ترین سیکل های تولید توان می باشند، با نرم افزار - engineer equation solver - EES پرداخته میشود. ارزیابی این سیکلها با بررسی میزان بازده این سیکلها به ازای دریافت حرارت در دماهای مختلف از کوره دوار با نوع شعله Gorgo جهت پخت سیمان انجام میشود.
براساس نتایج این تحقیق میتوان گفت استفاده از سیستمهای CHP در صنعت سیمانکاملاً موجه بوده و علاوه بر مزیت اقتصادی که برای دولت و کارخانه در بردارد در کاهش آلایندههای زیست محیطی نقش مهمی ایفا مینماید. در ضمن بین دو سیکل بررسی شده، سیکل بخار بازدهی بیشتری داشته و باعث صرفه جویی بیشتر در انرژی شده است.
-1 مقدمه
معمولاً برق موردنیاز واحدهای صنعتی، ساختمان های تجاری و ساختمان های مسکونی از نیروگاه های عمده کشور تأمین می شود. درحالی که نیاز حرارتی تمام آنها در همان محل تولید می گردد. اما روش دیگری که از دیرباز وجود داشته و امروزه توجه بیشتری را معطوف خود کرده، تولید مشترک برق و حرارت است، که عبارتست از تولید همزمان برق، یا توان محوری و حرارت مفید توسط یک سیستم.
تولید سیمان یک فرآیند به شدت انرژی بر می باشد؛ بطوریکه برای تولید هر تن سیمان، در حدود4 گیگا ژول انرژی مصرف می شود.[1] بازیابی گرمای اتلافی از گازهای داغ و سطح داغ کوره در یک سامانه ی کوره به عنوان راه هایی برای به سازی بازده ی کلی کوره شناخته می شوند. روش هایی از قبیل استفاده از تکنولوژی CHP در سال های اخیر روش مناسب و بهینه برای صرفه جویی در مصرف انرژی و افزایش بازده می باشد. تأمین انرژی سیکل CHP می تواند با استفاده از گازهای خروجی از کوره نیز صورت گیرد.
-2 سیستم های CHP
در تکنولوژیCHP از آنجایی که انرژی تولیدی - برق و گرما - از طریق یک سیستم واحد با ورودی سوخت معین تأمین می گردد، لذا هزینه های تأمین انرژی به طور قابل ملاحظه ای از سیستم های امروزی کمتر است. در سیستم های متداول که برق و گرما به صورت جداگانه تأمین می شوند، مصرف کننده ناچار است برق مورد نیاز خود را از طریق شبکه های محلی خریداری کند و از سوی دیگر برای مصارف گرمایشی خود نیز باید گاز طبیعی یا سوختهای فسیلی دیگر را به طور جداگانه خریداری نماید. ولی در سیستم های CHP مصرف کننده از شبکه برق مستقل شده و از سوی دیگر چون از محتوای انرژی سوخت ورودی در حد بالایی استفاده می شود، لذا هزینه های مربوطه بسیار کاهش می یابد.
-1-2 روش های تولید همزمان برق و حرارت
سیستم CHP با پیل سوختی
سیستمCHP با توربین بخار
سیستم CHP با موتور رفت و برگشتی سیستم CHP با توربین گاز
سیستم CHP سیکل ترکیبی - combined cycle -
سیستمCHP موتورهای رفت وبرگشتی - Reciprocating Engines -
جدول-1 مقایسه مزایا ومعایب انواع مختلف سیستم های [2] CHP
توربین گاز 500 کیلووات تا 250مگاوات
توربین بخار 50کیلووات تا 250مگاوات
پیل سوختی 5کیلووات تا 2مگاوات
- قابلیت اعتماد بالا
- انتشار گاز های آلاینده کم
- حرارت بازیافتی با کیفیت بالا
- نیاز به سیستم خنک کاری ندارد.
- بازده کلینسبتاً بالا
- هرگونه سوختی قابل استفاده است
- قابلیت پاسخگویی بیش از یک واحد
- عمرنسبتاً طولانی و قابلیت اعتماد بالا
- نسبت F/H می تواند تغییر کند
- انتشار گاز و سر و صدای کم
- بازده بالا در بارهای متفاوت
- طراحی استاندارد شده
- نیاز به گاز با فشار بالا دارد.
- بازده ضعیف در بارهای کم -کاهش راندمان در اثر افزایش دمای محیط
- نسبتF/H - جریان/هد - پایین
- هزینه بالا
- عمرنسبتاً کم و چگالی کم انرژی قابل ارائه
- نیاز به فرآوری سوخت ها مگر آنکه هیدروژن خالص بکار رود
افشار باقری و همکاران طی مقاله خود در سال 2007 در بررسی تولید همزمان در کارخانه سیمان به این نتایج رسیدند که با استفاده از تلفات حرارت خروجی از پیش گرمکن و خنک کن گریتی کوره های سیمان می توان انرژی الکتریکی تولید نمود. با این روش 30 درصد از انرژی الکتریکی مورد نیاز و حدودا %10 از کل انرژی اولیه مورد نیاز کارخانه های سیمان بدست می آید.
با استفاده از تکنولوژی ژنراتورهای جانبی در2 کوره - 2100 تنی و 4000 تنی - سیمان تهرانحدوداً 9 مگاوات انرژی الکتریکی تولید خواهد شد
اکبر زاده در سال 2013 به بررسی و تشریح عملکرد میکرو توربین های تولید همزمان پرداخت. در شبیه سازی ایشان، مدل میکروتوربین در شبیه ساز نرم افزار متلب جهت تولید برق برای اتصال به شبکه و نیز ارائه ی برق و حرارت برای مصرف کارخانه سیمان ارائه شده است. برمبنای مشاهدات ایشان، استفاده از این تکنولوژی باعث افزایش بازده شده است.
در مطالعه ای Karako و همکاران به بررسی بازیافت گرما از کوره دوار یک کارخانه سیمان در ترکیه، پرداخته اند. برمبنای مشاهدات ایشان، %51 از کل گرمای فرآیند،گرمای اتلافی می باشد. ایشان یک مدل ریاضی برای مبدل جدید بازیافت گرما در کارخانه ارائه نمودند. بر مبنای مدل ارائه شده، %5گرمای اتلافی می تواند با مبدل بازیافت گرما مورد بهره برداری قرار گیرد
Mohanty و همکاران مدلی ساده برای ارزیابی عملکرد گرمایی یک کارخانه ی سیمان، جهت بهبود بهره وری کارخانه ارائه داده اند. مدل بر اساس موازنه ی جرم، انرژی و اگزرژی توسعه یافته و برای صنعت سیمان پرتلند در اندونزی به کار رفته است. ایشان دریافتند که از طریق جایگزین کردن نفت دیزل با گرمای اتلافی بازیابی شده از خروجی کوره و خروجی خنک کن برای خشک کردن مواد خام و سوخت، و پیش گرم کردن هوای احتراق، کارخانه ی سیمان اندونزی میباشد.
