بخشی از مقاله
چکیده
در مطالعه حاضر یک مبدل حرارتی پوسته و لوله به منظور بازیابی انرژی گرمایی از گازهای احتراق خروجی از موتور گازسوز یک مگاواتی، طراحی شده است. هدف از این طراحی افزایش راندمان انرژی و کاهش تولید آلایندههای زیست محیطی به کمک کاهش مصرف سوخت میباشد. از این حرارت بازیافتی برای افزایش دمای آب مورد نیاز در مصارف گرمایشی استفاده میشود.
طراحی مبدل پوسته و لوله با استفاده و به کارگیری نرمافزار Aspen HTFS برای دو حالت مختلف صورت گرفته است. در حالت اول گاز احتراق وارد لولهها و آب وارد پوسته و همچنین در حالت دوم گاز احتراق وارد پوسته و آب وارد لولهها میشود. نتایج محاسبات بیانگر افزایش 3 برابری ضریب انتقال حرارت کلی و افزایش 1.6 برابری افت فشار گاز در حالت دوم نسبت به حالت اول است. برای شرایط در نظر گرفته شده در این مطالعه، به منظور جلوگیری از به وجود آمدن Back pressure و کاهش مشکلات تمیزکاری، استفاده از حالت اول نسبت به حالت دوم ترجیح داده شده است.
-1 مقدمه
بازیافت حرارت از هر یک از محرک های اولیه - توربین گازی، توربین بخاری، موتورهای رفت و برگشتی و ... - به شیوه های مختلف صورت می پذیرد. بازیافت حرارتی برای اهداف مختلفی اهمیت دارد. برای مثال گرم کردن هوا و آب، تولید بخار برای بار های حرارتی یا برای تولید مجدد برق، تولید برودت با واسطه چیلر جذبی و رطوبت زدایی می تواند از طریق حرارت بازیافت شده، صورت پذیرد .[1]
در موتورهای رفت و برگشتی می توان مقدار قابل توجهی حرارت از گاز احتراق خروجی از موتور و سیال خنک کننده موتور بازیافت کرد، که در این مطالعه بازیافت حرارت از گاز احتراق خروجی از موتور بررسی شده است. مقدار حرارت بازیافتی گازهای احتراق خروجی به واسطه حداقل دمای مجاز خروجی آن کنترل می شود.>2@ گاز طبیعی به دلیل مزایای قابل توجه آن در بازیافت حرارت گازهای احتراق به عنوان سوخت موتور های رفت و برگشتی پیشنهاد می شود. به طور خاص، گاز طبیعی باعث افزایش بازده به دلیل کاهش ضرایب رسوب گرفتگی می شود.
همچنین ظرفیت بازیافت حرارتی از گاز احتراق را به دلیل کاهش حد مجاز دمای گازهای احتراق خروجی، افزایش می دهد.>3@ حرارت گازهای خروجی موتور در حدود یک سوم از گرمای تلف شده موتور می باشد، که حدود 50 تا 75 درصد آن قابل بازیافت است. حرارت ممکن است به صورت آب داغ و یا بخار آب، بازیافت شود. مقدار حرارت بازیافتی از گازهای خروجی موتور مطابق رابطه 1 بدست می آید. >4]
معمولاً گرمای گازهای خروجی جهت تولید آب گرم و یا بخار با فشار پایین مورد استفاده قرار می گیرد. لازم به ذکر است در چنین فرآیندی فقط بخشی از گرمای گاز های خروجی مورد استفاده قرار می گیرد. این امر به دلیل آن است که از خوردگی لوله ها تا حد امکان جلوگیری شود. دمای گازهای احتراق خروجی مبدل در مقداری بین 120 تا 81 درجه سانتیگراد نگه داشته می شود.>2@ برای بازیافت حرارت گازهای احتراق خروجی از موتور های گازسوزبه دلیل دمای نسبتاً بالای گازهای احتراق، از مبدل های پوسته و لوله استفاده می شود .[5] مبدل های پوسته و لوله - Shell&Tube - یکی از انواع پرکاربرد مبدل های حرارتی در صنعت هستند.
این نوع مبدل ها از چهار قسمت اصلی شامل پوسته - Shell - و کلگی های ابتدایی و انتهایی - Rear head&Stationary head - و لوله - Tube - ، تشکیل شده اند. در این مبدل ها یکی از سیالات درون لوله و سیال دیگر درون پوسته قرار می گیرد. بر اساس استاندارد TEMA شکل های مختلفی برای مبدل های پوسته و لوله وجود دارد، که با توجه به شرایط طراحی می توان از انواع مختلف آن استفاده کرد.[5]
در کارهای گذشته صرفه اقتصادی و زیست محیطی برای استفاده از موتور های احتراق داخلی و سامانه بازیافت حرارتی آن ها نسبت به روش های معمولی به منظور تامین نیازهای حرارتی، برودتی بررسی شده است. به عنوان مثال در یک مطالعه برای یک جزیره واقع در کشور چین استفاده از موتور های احتراق داخلی مجهز به سامانه های بازیافت حرارت و چیلر، برای تامین برق، حرارت و برودت جزیره نسبت به سیستم های متدوال از نظر اقصادی و زیست محیطی ترجیح داده شده است .[7]
