مقاله آنالیز اگزرژی کارخانه برق اولترا سوپر بحرانی

چکیده:

در این مطالعه، آنالیز اگزرژی برای کارخانه برق فرا ابر- بحرانی (اولترا سوپر بحرانی) شد. این آنالیز بوسیله ابزار شبیه سازی پروسه با استفاده از یک مدل کامپیوتری Microsoft Excel انجام شد. این مدل بر اساس مفاهیم اقراق زغال سنگ بالانس انتالپی، تغییرات انتروپی و انتقال حرارت سیکل نیروی بخار می باشد. بعد از توسعه، مدل معتبر شده برای شبیه سازی احتراق زغال قهوه ای کارخانه برق فرضی با خروجی خالص MW 422 استفاده گردید. اتلاف اگزرژی نشان می دهد که بالاترین غلظت اتلافها بعد از توربین در کوره می باشد.

کلمات کلیدی: اگزرژی، کارآمدی اگزرژی، اولترا سوپر بحرانی، کارخانه برق

 1-مقدمه

در میان سوختهای فسیلی، زغال سنگ یکی از فراوان ترین منابع بکار رفته برای تولید برق جهان بوده است. تقاضای زغال سنگ روز به روز در مقایسه با سوختهای فسیلی دیگر مثل نفت و گاز طبیعی در حال افزایش بوده است. بر اساس آژانس انرژی بین المللی تا سال 2030 نرخ و میزان مصرف زغال سنگ، بیش از 6000 میلیون شن کربن معادل خواهد رسید و در کل جهان 42% منبع برق اساساً که منجر به مشکل گرم شان زمین می شود طبق گزارش تولید برق از نوع سوخت کانادا، زغال سنگ تقریباً یک شن CO2 به جو همراه است که منجربه مشکل گرم شان زمین می شود، طبق گزارش تولید برق از نوع سوخت کانادا، زغال سنگ تقریباً یک شن CO2 را با سوزاندن و تولید MW 1 برق منتشر می کند. بخاطر نگرانی محیطی زیاد. زغال سنگ سوخته شده کارخانه برق در چند اثر تحقیقی با تمرکز اصلی روی طرح و عملیات دیگری از کارخانه مثل کاهش انتشارات CO2، مطالعه شده است. یکی از این تکنولوژیها، تسخیر کربن و تجزیه و جداسازی زمین شناختی است.

نام گذاری

H انتالپی (Kj/Kg)

S انتروپی (Kj/Kg)

P فشار (bar)

M نرخ جریان توسعه رسانه کاری (kg/s)

T دما (C)

E میزان اگزرژی (MW)

Q نرخ انتقال حرارت اجزاء (kj/kg)

Qk نرخ انتقال در پیرامون محیطی (Kj/Kg)

W کار انجام شده توسط سیستم (MW)

Tk دمای محیط اطراف (C)

W surr کار انجام شده توسط پیرامون (MW

Wu کار مفید انجام شده (MW)

To دمای جوی (C)

آنالیز کارخانه بر، مفهوم وسیعی است که شامل کاربرد کارامد منابع انرژی است. در قدیم، کارآمدی انرژی کارخانه بر اساس قانون اول ترمودینامیک تحلیل می شد. ولی امروزه، قانون دوم ترمودینامیک برای تعیین اتلافهای اگزرژی وسیعاً کاربرد دارد چرا که مستقیماً به کیفیت انرژی تولید شده در سیستم مربوط می گردد. مثلاً آلژانری، مدلسازی کارخانه برق بخار در جوردن را آغاز کرد تا اتلافهای انرژی و اگزرژی را معلوم نماید. هاسان نیز کارخانه برق در ترکیه را مورد بحث قرار دارد. داتا و سوم نیز به توضیح آنالیز اگزرژیک کارخانه برق با تفکیک کل کارخانه برق به سه منطقه مختلف پرداختند. اکثر تحقیقات به این یافته رسیدند که بیشتر منطقه روی دهنده اتلاف اگزرژی، بویلر و توربین است. تحقیق دیگری نیز که این یافته ها را حمایت می کند توسط ناتریر انجام شد. روزن نیز مطالعه مقایسه ای کارخانه برق زغال سنگ و کارخانجات برق بخار هسته ای را انجام داد. این مطالعه روی اتلافهای انرژی و اگزرژی برای مولفه های فردی بدست آمده و جدول بندی شدند. حبیب نیز بر اساس مفهوم قانون دوم آنالیز که اتلافها و کارخانجات برق سیکل را نکین و احیا کننده را توضیح می دهد. یک آنالیز ترمودینامیکی را انجام داد.

این مطالعه ساساً روی اتلافهای اگزرژی در کارخانه برق باسوخت زغال سنگ پودری در شرایط عملیات فوق فوق بحرانی تمرکز می نماید. یک جریان سیکل بخار نمونه برای کارخانه فوق فوق بحرانی در شکل 1 ارائه می شود. فشار و دمای عملیاتی جدول 1 در محدوده 700-600 و bar 357- 254 می باشد. پیش حرارت دهنده هوا برای گرم کردن هوا از دمای اتاق به c 350-200 استفاده می شود. کارآیی کلی کارخانه برق می تواند بر اساس مفاهیم اگزرژی تحلیل شود. میزان تراکم تخریبهای اگزرژی، ناحیه اتلاف اگزرژی را تعیین می کند. یک مدل کامپیوتری بوسیله Microsoft Excel توسعه یافت تا اتلافهای اگزرژی و توان خروجی خالص از کارخانه برق را تعیین کند. این مدل بر اساس مفاهیم احتراق زغال سنگ، بالانس انرژی تغییرات انتالپی و تغییرات انتروپی، انتقال حرارت و انتقال توده ای سیکل بخار می باشد.

ضد بخار، پمپ بویلر، پمپ کندانسور، توربین فشار بالا ، توربین فشار متوسط، توربین فشار پایین، کندانسور CND، حرارت دهنده آب خورانده شده  AG، سیستم بویلر

آنالیز اگزرژی

آنالیز ترمودینامیک و کارخانه برقی، بالانس توده، انرژی، انتروپی و اگزرژی را لحاظ می کند. تعیین میزانی کاریی که می تواند که می تواند از سیستم حاصل شود اهمیت دارد. پتانسیل کاری مشتق شده از سیستم غالباً کار مفید یا اگزرژی نام دارد. اگزرژی میزان کل پتانسیل کاری مفید حاصل از سیستم در هر فشار و دمای رفرنس معین می باشد. چون اگزرژی با پیش بینی میزان کار مفید موجود در سیستم نسبت به نقطه رفرنس سر و کار دارد، به آن انرژی قابل دسترس یا دسترس پذیری نیز می گویند.

میزان کار مفید تولید شده به شرایط سیستم و پیرامون لازم خارج از سیستم بسگی دارد. برای یک پروسه حالت یکنواخت، بالانس توده ای و بالانس انرژی برای یک سیستم بصورت زیر نشوته می شود:

رابطه تغییر انتروپی برای یک سیستم به تفاوت انتروپی ورودی و انتروپی خروجی بستگی دارد.

بالانس اگزرژی برای سیستم کنترل حجم و معادله کلی برای واحد، می تواند بصورت زیر نوشته شود:

برای سیستم بسته معادله بالانس اگزرژی کل با رابطه زیر معلوم می شود:

برای هر پروسه بخاطر پیرامون شبیه اتلاف حرارتی به سبب انتقال حرارت و توده ای به داخل سیستم، اتلافهای معینی وجود دارد و اتلافهایی که بخاطر این پیرامون روی می دهد، اتلافهای پیرامونی نام دارد. در نتیجه اتلاف حرارتی، اتلاف در کار انجام شده نیز وجود دارد. معادله کلی مرتبط با کار مفید و کارپیرامونی انجام شده بصورت زیر نوشته می شود:

بالانس انرژی برای هر سیستم متحمل شونده انتقال کار و حرارت، بصورت زیر است:

تخریب اگزرژی در یک سیستم به تولید انتروپی یا تغییرات روی داده بستگی دارند. هر وقت تغییر انتروپی داخل سیستم ایجاد شود، تخریب در کار مفیدی که می تواند تولید شود غیر وجود دارد و این تخریب انرژی، تخریب اگزرژی نامیده می شود. وقتی انتروپی تولید شده، کم است پس نرخ تخریب اگزرژی کم است و وقتی انتروپی تولید شده، بیشتر است. تخریب نیز بیشتر است- پس ما می توانیم نتیجه بگیریم که تولید انتروپی با تخریب اگزرژی رابطه مستقیم دارد. معادله کلی تخریب اگزرژی بصورت زیر است:

تولید انتروپی نیز به تغییرات انتروپی خروجی و ورودی از سیستم بستگی دارد.

جدول 2 معادلات بکار رفته برای آنالیز تخریب اگزرژی و کارآمدی اگزرژی را نشان می دهد.

3-نتایج و بحث

کارخانه برق با استفاده از رفرنسهای جدول بندی شده زیر در جدول 5-3 معتبر شده و کارآیی اگزرژیک کارخانه برق بر اساس نقطه رفرنس در دمای k 298 و bar فشار 1 تحلیل شده است.

(جداول و نمودار در فایل اصلی موجود است)