دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مکانیک

گرایش : تبدیل انرژی

عنوان : آنالیز انرژی و اگزرژی چرخه توان زباله سوز با بهره گرفتن از بازیافت انرژی سرد گاز طبیعی مایع شده به همراه استفاده از گاز طبیعی حاصله به عنوان سوخت اضافی زباله سوز

دانشگاه خواجه نصرالدین طوسی

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان نامه

برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی

عنوان

آنالیز انرژی و اگزرژی چرخه توان زباله سوز با بهره گرفتن از بازیافت انرژی سرد گاز طبیعی مایع شده به همراه استفاده از گاز طبیعی حاصله به عنوان سوخت اضافی زباله سوز

استاد راهنما

آقای دکتر سید علی جزایری

دی ماه 1388

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

 

فصل 1: مقدمه ای بر آنالیز انرژی و اگزرژی… 9

مقدمه. 9

1-1)   چرا آنالیز انرژی و اگزرژی؟ 10

1-2)   بالانس جرم، انرژی و آنتروپی.. 12

1-3)   معادلات دقیق بالانس…. 13

1-4)   اگزرژی سیستم بسته. 16

1-5)   اگزرژی جریان ها 17

1-5-1) اگزرژی جریان یک ماده 17

1-5-2) اگزرژی انرژی گرمایی.. 18

1-5-3) اگزرژی کار 19

1-5-4) اگزرژی الکتریکی.. 20

1-6)   اتلاف اگزرژی.. 20

1-7)   بالانس اگزرژی.. 21

1-8)   محیط مرجع. 22

1-8-1) مشخصات تئوری محیط مرجع. 22

1-8-2) مدل های محیط مرجع. 23

1-9)  راندمان ها و دیگر مقیاس های مورد اهمیت… 24

1-10)  فرآیند آنالیز انرژی و اگزرژی.. 27

1-11)  خواص انرژی و اگزرژی.. 27

1-12)  مفاهیم نتایج آنالیز اگزرژی.. 28

فصل 2: مقدمه ای بر تولید همزمان کار و حرارت… 30

مقدمه. 30

2-1)   انواع کاربردهای عمومی تولید همزمان.. 32

2-2)   انواع سیستم های تولید همزمان.. 32

2-2-1) چرخه بالایی.. 32

2-2-2) چرخه پایینی.. 33

2-3)   مزایای استفاده از تولید همزمان.. 33

2-4)   روش های تولید همزمان.. 34

2-5)   بازده نیروگاه تولید همزمان.. 35

2-6)   نسبت توان به گرمای یک مجموعه. 37

2-7)   تحلیل نسبت توان به گرمای یک مجموعه. 37

فصل 3: زباله سوزها و محاسبات پایه مربوط به بازیافت انرژی از زباله.. 40

مقدمه. 40

3-1)  انواع زباله سوزها 42

3-1-1) زباله سوز با آتشدان متحرک… 42

3-1-2) زباله سوز با آتشدان ثابت… 42

3-1-3) زباله سوز با آتشدان دوار 43

3-1-4) زباله سوز با بستر روان.. 43

3-2)  گرمای احتراق.. 44

3-3)  ارزش حرارتی.. 44

3-4)  محاسبات پایه مربوط به بازیافت انرژی از زباله. 47

3-5)  ارائه یک برنامه کامپیوتری جهت محاسبه ارزش حرارتی زباله. 52

فصل 4: مقدمه ای بر گاز طبیعی مایع شده. 60

مقدمه. 60

4-1)  آیا LNG یک منبع قابل رقابت با گاز طبیعی می باشد؟ 62

4-2)  تاریخچه مختصری از LNG.. 63

4-3)  ترکیبات گاز طبیعی و LNG.. 65

4-4)  زنجیره ارزشی LNG.. 67

4-5)  آیا LNG یک سوخت ایمن است؟ 70

4-6)  استفاده از انرژی سرد LNG.. 71

4-7) اصطلاحات علمی سوخت های دیگر. 75

4-7-1) ترکیبات LNG.. 75

4-7-2) ترکیبات میعانات گاز طبیعی.. 75

4-7-3) ترکیبات LPG.. 76

فصل 5: آنالیز انرژی و اگزرژی چرخه توان زباله سوز با بهره گرفتن از بازیافت انرژی سرد گاز طبیعی مایع شده به همراه استفاده از گاز طبیعی حاصله به عنوان سوخت اضافی زباله سوز. 78

مقدمه. 78

5-1)  مختصری در مورد نرم افزار HYSIS. 80

5-2)  تحلیل انرژی حرارتی.. 81

5-3)  تحلیل اگزرژی.. 81

5-4)  توصیف چرخه توان رایج با بهره گرفتن از زباله سوز 82

5-4-1) مختصری در مورد زباله سوز 84

5-4-2) چگونگی تبدیل زباله سوز به یک مبدل حرارتی.. 85

5-5)  توصیف چرخه توان ترکیبی با بهره گرفتن از زباله سوز به همراه بازیابی انرژی سرد LNG.. 87

5-6)  توصیف چرخه توان ترکیبی با بهره گرفتن از زباله سوز به همراه بازیابی انرژی سرد LNG و استفاده از گاز شهری تولید شده به عنوان سوخت اضافی در زباله سوز 92

5-6-1) معادلات بالانس انرژی.. 93

5-6-1-1) زباله سوز 93

5-6-1-2) مبدل حرارتی شماره 1. 93

5-6-1-3) توربین شماره 1. 93

5-6-1-4) توربین شماره 2. 93

5-6-1-5) مبدل حرارتی شماره 2. 93

5-6-1-6) پمپ شماره 1. 93

5-6-1-7) پمپ شماره 2. 94

5-6-1-8) گاز شهری.. 94

5-6-1-9) بالانس انرژی کلی.. 94

5-6-1-10) راندمان انرژی.. 94

5-6-2) معادلات بالانس اگزرژی.. 94

5-6-2-1) اگزرژی هوا 94

5-6-2-2) اگزرژی مخلوط آمونیاکی.. 95

5-6-2-3) اگزرژی ورودی به چرخه. 95

5-6-2-4) اگزرژی خروجی از چرخه. 95

5-6-2-5) بالانس اگزرژی کلی.. 95

5-6-2-6) راندمان اگزرژی.. 95

5-7)  تحلیل حساسیت… 102

5-7-1) تحلیل نمودارهای اگزرژی و انرژی در حالت تغییر دمای جریان شماره 1. 104

5-7-2) تحلیل نمودارهای اگزرژی و انرژی در حالت تغییر فشار جریان شماره 7. 106

5-7-3) تحلیل نمودارهای اگزرژی و انرژی در حالت تغییر فشار جریان شماره 8. 108

فصل 6: نتیجه گیری… 109

6-1)  پیشنهادها 110

 

 

فهرست شکل­ها

 

شکل (1-1) رابطه بین فاکتور دمای اگزرژی و نسبت دمای مطلق……………………………………………………………………20

شکل (2-1) نمودار تغییرات بازده تولید همزمان بر حسب نسبت توان به گرما………………………………………………..38

شکل (3-1) نحوه وارد کردن اطلاعات در برنامه در حالت معلوم بودن ترکیب فیزیکی زباله……………………………58

شکل (3-2) نحوه نمایش نتایج محاسبات در حالت معلوم بودن ترکیب فیزیکی زباله……………………………………..58

شکل (3-3) نحوه وارد کردن اطلاعات در برنامه در حالت معلوم بودن ترکیب شیمیایی زباله…………………………59

شکل (3-4) نحوه نمایش نتایج محاسبات در حالت معلوم بودن ترکیب شیمیایی زباله…………………………………..60

شکل (4-1) هزینه­ های انتقال گاز طبیعی بر حسب نوع انتقال…………………………………………………………………………62

شکل(4-2) ترمینال LNG جزیره کنوی انگلستان، اولین در دنیا………………………………………………………………………64

شکل(4-3) ترکیبات گاز طبیعی………………………………………………………………………………………………………………………….66

شکل(4-4)  ترکیبات LNG ……………………………………………………………………………………………………………………………….66

شکل(4-5) زنجیره ارزشی LNG ……………………………………………………………………………………………………………………….67

شکل(4-6) یک کشتی حمل LNG ……………………………………………………………………………………………………………………69

شکل (5-1) چرخه توان رایج (چرخه شماره 1) با بهره گرفتن از زباله­ سوز…………………………………………………………….83

شکل (5-2) شبیه سازی چرخه توان رایج (چرخه شماره 1) در نرم افزار HYSIS  …………………………………………84

شکل (5-3) چرخه توان ترکیبی با بهره گرفتن از زباله سوز (چرخه شماره 2) به همراه بازیابی انرژی سرد LNG..88

شکل (5-4) شبیه سازی چرخه توان ترکیبی با بهره گرفتن از زباله سوز (چرخه شماره 2) به همراه بازیابی انرژی سرد LNG در نرم افزار HYSIS………………………………………………………………………………………………………………………………….89

 

شکل (5-5) چرخه توان ترکیبی با بهره گرفتن از زباله سوز (چرخه شماره 3) به همراه بازیابی انرژی سرد LNG         و استفاده از گاز شهری تولید شده به عنوان سوخت اضافی در زباله سوز…………………………………………………………92

 

شکل (5-6) شبیه سازی چرخه توان ترکیبی با بهره گرفتن از زباله سوز (چرخه شماره 3) به همراه بازیابی انرژی سرد LNG و استفاده از گاز شهری تولید شده به عنوان سوخت اضافی در زباله سوز………………………………………………98

 

شکل (5-7) مقایسه راندمان­های انرژی و اگزرژی چرخه­های شماره 1، 2 و 3………………………………………………101

شکل (5-8) تاثیر دمای  بر راندمان حرارتی چرخه شماره 3…………………………………………………………………..103

شکل (5-9) تاثیر دمای  بر راندمان اگزرژی چرخه شماره 3…………………………………………………………………..103

شکل (5-10) تاثیر فشار  بر راندمان حرارتی چرخه شماره 3…………………………………………………………………105

شکل (5-11) تاثیر فشار  بر راندمان اگزرژی چرخه شماره 3…………………………………………………………………105

شکل (5-12) تاثیر فشار  بر راندمان حرارتی چرخه شماره 3…………………………………………………………………107

شکل (5-13) تاثیر فشار  بر راندمان اگزرژی چرخه شماره 3…………………………………………………………………107


فهرست جداول

 

جدول (1-1) مقایسه مفهوم انرژی و اگزرژی……………………………………………………………………………………………………12

جدول (1-2) یکی از انواع مدل­­های محیط مرجع…………………………………………………………………………………………….23

جدول (3-1) حدود ارزش گرمایی و رطوبت اجزای زباله در حالت طبیعی و مرطوب……………………………………..47

جدول (3-2) رطوبت و عناصر شیمیایی اجزای موجود در زباله……………………………………………………………………….48

جدول (3-3) ترکیب اجزای زباله مورد استفاده در زباله سوز چرخه مورد بررسی بر حسب مواد شیمیایی مجزا…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..51

جدول (5-1) راندمان­های انرژی و اگزرژی چرخه شماره 1…………………………………………………………………………….87

جدول (5-2) راندمان­های انرژی و اگزرژی چرخه شماره 2…………………………………………………………………………….91

جدول (5-3) راندمان­های انرژی و اگزرژی چرخه شماره 3…………………………………………………………………………..100

 

فهرست علائم و اختصارات

حروف لاتین

اگزرژی e or Ex   exergy (kJ/kg)
آنتالپی h             enthalpy (kJ/kg)
آنتروپی s             entropy (kJ/kgK)
مبدل حرارتی HX         heat exchanger
کمترین ارزش حرارتی LHV      Lower Heating Value (kJ/kg)
بیشترین ارزش حرارتی HHV      Higher Heating Value (kJ/kg)
ارزش حرارتی کلی GHV      Gross Heating Value (kJ/kg)
دبی جرمی جریان           mass flow rate (kg/s)
فشار P            pressure (kPa)
نرخ انتقال حرارت Q            heat transfer rate (kW)
کار W           work (kW)
دما T             temperature (K)
راندمان            efficiency
گاز طبیعی مایع LNG       Liquid Natural Gas
گاز مایع پتروشیمیایی LPG        Liquid Petroleum Gas
گاز طبیعی فشرده CNG       Compressed Natural Gas
میعانات گاز طبیعی NGLs      Natural Gas Liquids
تبدیل گاز به مایع GTL        Gas to Liquid
تولید ترکیبی کار و حرارت CHP       Combined Heat & Power
دمای شعله تئوری TFT        Theoric Flame Temperature
بدون رطوبت MF          Moisture Free
بدون رطوبت و خاکستر MAF       Moisture and Ash  Free
   

 

زیر نویس­ها

گرمای ویژه Cp         specific heat (kJ/kgK)
هوا A           air
گاز شهری CG        city gas
گرمایی th           thermal
زباله G            garbage
زباله سوز INC        incinerator
چرخه گاز طبیعی مایع شده L            LNG cycle
چرخه محلول آمونیاکی N            NH3/H2O cycle
توربین شماره 1 TN1        turbine 1
توربین شماره 2 TN2        turbine 2
پمپ شماره 1 P1           pump 1
پمپ شماره 2 P2           pump 2
نقطه مرجع (محیط) O            reference (ambient)
گاز طبیعی N.G        natural gas
دمای مرز                                        border temperature
ورودی in
خروجی out
تلفات loss
محیط amb       ambient
خالص net
افزوده شده excess
متان CH4
تولید همزمان COGEN
سوخت FUEL
تولید شده GEN
توان POWER
مجموعه نیروگاهی SITE
بویلر BOILER
گرم­کن احتراقی FIRE HEATER
بخار SREAM
آب تغذیه بویلر BFW     Boiler Feed Water
نسبت توان به گرما R
   

 

فصل 1: مقدمه­ای بر آنالیز انرژی و اگزرژی

 

مقدمه

آنالیز اگزرژی یک روش آنالیز ترمودینامیکی است که بر اساس قانون دوم ترمودینامیک بوده و به صورت بسیار معنا دار و منطقی یک روش ثانوی و روشنگرانه جهت ارزیابی و مقایسه فرآیندها و سیستم­ها ارائه می­ کند. به ویژه آنالیز اگزرژی منجر به ارائه راندمان­هایی می­شود که مقیاس درستی از اینکه چگونه عملکرد واقعی به عملکرد ایده­آل نزدیک می­شود، ارائه می­ کند و همچنین نسبت به آنالیز انرژی، دلایل و مکان­های افت­های ترمودینامیکی را به صورت بسیار شفاف­تر بیان می­ کند. بنابراین آنالیز اگزرژی می ­تواند به بهبود و بهینه سازی طراح­ها کمک کند.

در سال­های اخیر شاهد افزایش کاربرد و درک سودمندی روش آنالیز اگزرژی توسط صنعتگران، دولت­ها و دانشگاهیان بوده­ایم. همچنین روش آنالیز اگزرژی به سرعت در حال جهانی شدن است و امید است با به کار گیری این روش، از منابع انرژی موجود حداکثر بهره برداری صورت گیرد.

 

1-1)   چرا آنالیز انرژی و اگزرژی؟

ترمودینامیک به توصیف رفتار، عملکرد و راندمان سیستم­ها در حیطه تبدیل انرژی از یک حالت به حالت دیگر می ­پردازد. آنالیز ترمودینامیکی رایج در وحله اول بر اساس قانون اول ترمودینامیک است که قانون بقای انرژی را بیان می­ کند. آنالیز انرژی یک سیستم تبدیل انرژی اساساً برآورد انرژی­های ورودی و خروجی از سیستم است. انرژی خروجی از سیستم به دو بخش محصولات و تلفات شکسته می­شود. راندمان­ها اغلب به صورت نسبت کمیت­های انرژی سنجیده می­شوند، و اغلب به منظور ارزیابی و مقایسه سیستم­های مختلف به کار می­روند. برای مثال نیروگاه­ها، گرم­کننده­ها و یخچال­ها اغلب بر اساس راندمان­های انرژی یا مقیاس­های مطلوبیت انرژی مقایسه می­شوند.

به هر حال، راندمان­های انرژی اغلب منجر به گمراهی نیز می­شوند. زیرا آنها همیشه معیاری از چگونگی نزدیکی عملکرد سیستم به عملکرد حالت ایده­آل سیستم را ارائه نمی­دهند. علاوه بر این، تلفات ترمودینامیکی که درون یک سیستم به وجود می­آیند (یعنی فاکتورهایی که باعث انحراف عملکرد سیستم از حالت ایده­آل می­شوند)، اغلب به صورت صحیح همراه آنالیز انرژی تعیین و ارزیابی نمی­شوند. نتایج آنالیز انرژی می­توانند نشان دهند که ناکارآیی­های عمده درون بخش­های اشتباه سیستم وجود داشته و همچنین بیان راندمان تکنولوژکی، از آنچه به واقع وجود دارد متفاوت است.

آنالیز اگزرژی بسیاری از نقایص آنالیز انرژی را از بین می­برد. آنالیز اگزرژی بر اساس قانون دوم ترمودینامیک است و جهت تعیین علل، موقعیت و بزرگی ناکارآیی فرآیندها بسیار مفید است. اگزرژی موجود در مقدار مشخصی انرژی در واقع برآوردی کمی از میزان مفید بودن آن انرژی یا به تعبیری کیفیت آن انرژی است. آنالیز اگزرژی تصدیق می­ کند که اگرچه انرژی نمی ­تواند تولید و یا نابود شود، اما از کیفیت آن می ­تواند کاسته شود و در نهایت می ­تواند به حالتی برسد که در آن در حالت تعادل کامل با محیط بوده و از این­رو قادر به انجام کار نخواهد بود.

برای مثال، در مورد سیستم­های ذخیره­سازی انرژی، با بهره گرفتن از آنالیز اگزرژی قادر هستیم پتانسیل ماکزیمم موجود در انرژی ورودی به سیستم را تعیین کنیم. تنها چنانچه انرژی دستخوش فرآیندهای برگشت­پذیر باشد، این ماکزیمم پتانسیل حفظ شده و قابل بازیابی خواهد بود. در دنیای واقعی و به دلیل برگشت ناپذیر بودن همیشگی فرآیندها، به هنگام بازیابی این پتانسیل با تلفات روبرو خواهیم بود.

جریان اگزرژی یک ماده در حال جریان زمانی بیشینه است که کار حاصل از آن هنگامی بدست آید که فرآیند به صورت برگشت پذیر به حالت محیط برسد و تبادل جرم و حرارت تنها با محیط صورت گیرد. در اصل، آنالیز اگزرژی بیان می­ کند که محدودیت­های تئوریکی که در سیستم وجود دارد، آشکارا بیانگر این است که هیچ سیستم واقعی نمی ­تواند همه اگزرژی را حفظ نموده و تنها بخشی از اگزرژی ورودی به سیستم قابل بازیابی است. همچنین آنالیز اگزرژی محدودیت­های عملی را از طریق ارائه تلفات به صورتی که مقیاس مستقیمی از تلفات اگزرژی است، به شکل کمی مشخص می­ کند.

اصطلاح اگزرژی اغلب با عناوینی نظیر انرژی در دسترس، قابلیت استفاده، قابلیت انجام کار و … نیز به کار برده می­شود. مصرف اگزرژی نیز اغلب بازگشت ناپذیری، کار تلف شده، اتلاف و … نامیده می­شود. نامگذاری ترم­های اگزرژی منطبق بر نامگذاری تحلیل اگزرژی استاندارد کتاس[1] و همکاران او در سال 1987 می­باشد] 1[.

[1] Kotas

تعداد صفحه :109

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.