دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین 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 استفاده 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
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………………………
4-3) ترکیبات گاز طبیعی و LNG………………………
4-4) زنجیره ارزشی LNG………………………
4-5) آیا LNG یک سوخت ایمن است؟…………………….. 70
4-6) استفاده از انرژی سرد LNG………………………
4-7) اصطلاحات علمی سوخت های دیگر…………………….. 75
4-7-1) ترکیبات LNG………………………
4-7-2) ترکیبات میعانات گاز طبیعی……………………… 75
4-7-3) ترکیبات LPG………………………
فصل 5: آنالیز انرژی و اگزرژی چرخه توان زباله سوز با استفاده 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……………………..
5-2) تحلیل انرژی حرارتی……………………… 81
5-3) تحلیل اگزرژی……………………… 81
5-4) توصیف چرخه توان رایج با استفاده 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 استفاده از زباله سوز به همراه بازیابی انرژی سرد LNG…………..
5-6) توصیف چرخه توان ترکیبی با استفاده 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
چکیده:
اهداف این پروژه در بر گیرنده ارائه راهکاری برای محاسبه ارزش حرارتی زباله بر اساس آگاهی از ترکیب زباله و همچنین پیشنهاد یک چرخه ترکیبی تولید توان زباله سوز با استفاده از بازیافت انرژی سرد گاز طبیعی مایع شده به همراه استفاده از گاز طبیعی حاصله به عنوان سوخت اضافی زباله سوز و انجام تحلیل پارامتری به منظور بررسی تاثیرات پارامترهای کلیدی بر روی راندمانهای انرژی و اگزرژی میباشد.
چرخه ترکیبی متشکل از یک چرخه رانکین محلول آمونیاکی است که با یک زباله سوز پسماندها و یک چرخه انرژی سرد گاز طبیعی مایع شده همراه شده است. این چرخه ترکیبی با چرخه رانکین بخار رایج مقایسه میشود. هدف یافتن نقاطی با راندمانهای بیشتر نسبت به چرخه رایج است و میتوان از طریق نمودارهای ترسیم شده این نقاط را یافت. در چرخه ترکیبی دمای تقطیر محلول آمونیاکی و فشارهای ورودی و خروجی توربین شماره 2 به عنوان پارامترهای کلیدی در نظر گرفته میشوند. با کاهش دمای تقطیر محلول آمونیاکی راندمانهای انرژی و اگزرژی هر دو افزایش مییابند. راندمانهای انرژی و اگزرژی با افزایش فشار ورودی توربین شماره 2 افزایش مییابند. با افزایش فشار خروجی توربین شماره 2، راندمان انرژی چرخه ترکیبی کاهش مییابد در حالی که راندمان اکزرژی افزایش مییابد.
فصل اول: مقدمه ای 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 میکند. به ویژه آنالیز اگزرژی منجر به ارائه راندمانهایی می شود که مقیاس درستی از اینکه چگونه عملکرد واقعی به عملکرد ایدهآل نزدیک میشود، ارائه میکند و همچنین نسبت به آنالیز انرژی، دلایل و مکانهای افتهای ترمودینامیکی را به صورت بسیار شفافتر بیان میکند. بنابراین آنالیز اگزرژی میتواند 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 میپردازد. آنالیز ترمودینامیکی رایج در وحله اول بر اساس قانون اول ترمودینامیک است که قانون بقای انرژی را بیان میکند. 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 میکند که اگرچه انرژی نمیتواند تولید و یا نابود شود، اما از کیفیت آن میتواند کاسته شود و در نهایت میتواند 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 استفاده 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 میکند که محدودیتهای تئوریکی که در سیستم وجود دارد، آشکارا بیانگر این است که هیچ سیستم واقعی نمیتواند 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 میکند.
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[.
2-1- بالانس جرم، انرژی و آنتروپی
بالانس کلی یک کمیت در یک سیستم را میتوان به صورت زیر نوشت.
ورودی و خروجی به ترتیب به کمیتهای وارد شده و خارج شده از مرزهای سیستم اشاره دارند. تولید و اتلاف نیز به ترتیب به کمیتهای تولید شده و تلف شده (از بین رفته) در سیستم اشاره دارند. انباشتگی به افزودن (منفی یا مثبت) یک کمیت در درون سیستم اشاره میکند.
بالانس کلی بالا را میتوان برای کمیتهای جرم، انرژی، آنتروپی و اگزرژی نوشت. جرم و انرژی، بر اساس قوانین پایستگی (صرف نظر از واکنشهای هستهای) نه به وجود میآیند و نه از بین میروند. و لذا بالانس کلی بالا برای هر کدام از این کمیتها به صورت زیر نوشته میشود.
به واسطه وجود بازگشت ناپذیریها در طول فرآیند، آنتروپی به وجود میآید اما از بین نمیرود. این معادلات بالانس نشان میدهند که در یک بازه زمانی در یک سیستم چه اتفاقی میافتد. در یک فرآیند چرخهای کامل که حالتهای ابتدایی و نهایی سیستم یکسان است، ترم انباشتگی در همه معادلات بالانس صفر خواهد بود.
3-1- معادلات دقیق بالانس
در حالت کلی دو نوع سیستم در نظر میگیریم: سیستم باز (جریان دار) و سیستم بسته (بدون جریان). در حالت کلی سیستمهای باز دارای بر هم کنشهای جرم، حرارت و کار میباشند در حالی که سیستمهای بسته دارای بر هم کنشهای کار و حرارت میباشند. ورورد جریان جرم و انتقال حرارت به سیستم و گرفتن کار از سیستم را معمولا مثبت تعریف میکنیم.
[1] Kotas
تعداد صفحه : 109
قیمت : 14700تومان
