new5 free

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

59.000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

بسمه تعالی

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

آقاي دکتر سيد علي جزايري

نگارش

……………

دی ماه 1388

 

چکيده

اهداف اين پروژه در بر گیرنده ارائه راهکاری برای محاسبه ارزش حرارتی زباله بر اساس آگاهی از ترکیب زباله و همچنین پیشنهاد يک 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 تحليل پارامتري به منظور بررسي تاثيرات پارامتر­هاي کليدي بر روي راندمان­هاي انرژی و اگزرژي می­باشد.

چرخه ترکيبي متشکل از يک چرخه رانکین محلول آمونياکي است که با يک زباله سوز پسماند­ها و يک چرخه انرژي سرد گاز طبیعی مایع شده همراه شده است. اين چرخه ترکيبي با چرخه رانکين بخار رايج مقايسه مي­شود. 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 دماي تقطير محلول آمونياکي و فشار­هاي ورودي و خروجي توربين شماره 2 به عنوان پارامتر­هاي کليدي در نظر گرفته مي­شوند. با کاهش دمای تقطیر محلول آمونیاکی راندمان­هاي انرژی و اگزرژي هر دو افزایش می­یابند. راندمان­هاي انرژی و اگزرژي با افزايش فشار ورودي توربين شماره 2 افزايش مي­­يابند. با افزايش فشار خروجي توربين شماره 2، راندمان انرژی چرخه ترکيبي کاهش مي­يابد در حالي که راندمان اکزرژي افزايش مي­يابد.

کلمات کلیدی:  تولید همزمان کار و حرارت، چرخه محلول آمونیاکی، چرخه LNG، زباله سوز، راندمان انرژی، راندمان اگزرژی


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 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. 80

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.. 87

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

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) هزینه­های 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 استفاده 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 استفاده از زباله سوز (چرخه شماره 2) به همراه بازیابی انرژی سرد LNG..88

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

شکل (5-5) چرخه توان ترکیبی با استفاده 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 استفاده 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) مقايسه مفهوم انرژي و اگزرژي……………………………………………………………………………………………………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 می­کند. به ویژه آنالیز اگزرژی منجر به ارائه راندمان­هایی می­شود 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[.

 

 

 

 

 

 

جدول (1-1): مقايسه مفهوم انرژي و اگزرژي

انرژي اگزرژي
فقط وابسته به خواص ماده يا جريان انرژي بوده و مستقل از محيط است. وابسته به خواص ماده، جريان انرژي و محيط است.
وقتي با محيط در تعادل است مقاديري غير از صفر مي­تواند داشته باشد. وقتي که در حالت مرده (تعادل با محيط) قرار دارد مقدار آن صفر است.
با توجه به قانون اول ترموديناميک اصل بقا دارد. (اصل بقاي انرژي) فقط براي فرآيندهاي برگشت پذير اصل بقا دارد و براي فرآيندهاي برگشت ناپذير اصل بقا ندارد.
به هيچ عنوان نابود يا خلق نمي­شود. براي فرآيندهاي برگشت پذير نابود يا خلق نمي­شود ولي براي فرآيندهاي برگشت ناپذير نابود مي­شود.
به صورت هاي مختلف (جنبشي، پتانسيل، کار و غيره) وجود دارد و به همان گونه نيز  اندازه گيري مي­شود. به صورت هاي مختلف وجود دارد و بر مبناي کار و يا قابليت توليد کار تعريف مي­گردد.
مقياسي براي کميت است. مقياسي هم براي کيفيت و هم کميت است.

1-2)   بالانس جرم، انرژی و آنتروپی

بالانس کلی یک کمیت در یک سیستم را می­توان به صورت زیر نوشت:

(1-1)

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:

(1-2)

(1-3)

قبل از نوشتن معادله بالانس برای اگزرژی، بهتر است که این کار را برای آنتروپی انجام دهیم:

(1-4)

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.

1-3)   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.

یک فرآیند جریان ناپایدار را در بازه زمانی  تا  در نظر بگیرید. معادلات بالانس جرم، انرژی و آنتروپی را می­توان به ترتیب به صورت زیر نوشت:

(1-5)
(1-6)
(1-7)

در این روابط  و  به ترتیب مقادیر جرم وارد شده به سیستم از ورودی  و جرم خارج شده از سیستم از خروجی  را نشان می­دهند.  مقدار حرارت وارد شده به حجم کنترل از طریق ناحیه  واقع بر سطح کنترل را نشان می­دهد.  مقدار کار خارج شده از سطح کنترل است.

 مقدار آنتروپی تولید شده در حجم کنترل است (همچنین به صورت  نیز نشان داده می­شود).  و  و  به ترتیب مقادیر جرم، انرژی و آنتروپی موجود در حجم کنترل در لحظه  را نشان می­دهند. همچنین  و  و  نیز به ترتیب مقادیر جرم، انرژی و آنتروپی موجود در حجم کنترل در لحظه  را نشان می­دهند.  و به ترتیب نمایانگر انرژی مخصوص، آنتروپی مخصوص، فشار مطلق، دمای مطلق و حجم مخصوص می­باشند. کار کل انجام شده توسط سیستم ، شامل کار جریان نبوده و آن را می­توان به صورت زیر نوشت:

(1-8)

در رابطه فوق  کار انجام شده توسط سیستم به واسطه تغییر حجم است و  کار محوری انجام شده توسط سیستم است. ترم کار محوری شامل تمامی حالت­های کار می­شود که می­تواند جرمی را از روی زمین بلند کند ( مانند کار مکانیکی، کار الکتریکی و …) اما کار انجام شده توسط سیستم به واسطه تغییر حجم را در بر نمی­گیرد.

انرژی مخصوص به صورت زیر نشان داده می­شود:

(1-9)

در این رابطه  به ترتیب بیانگر انرژی داخلی مخصوص، انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل می­باشند. در یک فرآیند بازگشت ناپذیر  و در یک فرآیند بازگشت پذیر  است.

برای جریان جرمی   که از ورودی (خروجی)   عبور می­کند، رابطه زیر برقرار است:

(1-10)

در این رابطه  چگالی جرم عبوری از المان سطحی  روی سطح کنترل و در بازه زمانی  تا  است و  مولفه سرعت جریان جرم عمود بر المان سطحی  است. در جریان یک بعدی (جریانی که در آن سرعت و دیگر ویژگی­های شدتی در موقعیت­های مختلف نسبت به مقطع تغییر نمی­کنند)، معادله فوق به صورت زیر خواهد بود:

(1-11)

پیش از این فرض شده بود که انتقال حرارت در نواحی مجزا روی سطح کنترل رخ دهد و دمای هر ناحیه ثابت باشد. چنانچه دما در ناحیه انتقال حرارتی تغییر کند:

(1-12)
(1-13)

مراجع

[1] EXERGY Energy, Environment and Sustainable Development, June 2007, MARC A.ROSEN & IBRAHIM DINCER

[2] Introduction to CHP Technologies, www.esru.strath.ac.uk, 2002

[3] Zoran Milosevic & Wade Cowart, Refinery energy efficiency and environmental goals, 2002, www.eptq.com

[4] J. H. Horlock, COGENERATION: COMBINED HEAT AND POWER (CHP), PERGAMON PRESS, 1987

[5] Nishio, M., Itoh, J. and Umeda, T.;A thermodynamic approach to steam power system design, Ind Eng Chem Proc Des Dev 19(2): 306. 1980.

[6] H. Kimura and X.X. Zhu; R-Curve concept and its application for industrial energy management, Ind Eng Chem Res, 39: 2315-2335., 2000

[7] Air Quality Engineering, CE 218A, W. Nazaroff and R. Harley, University of California Berkeley,2007.

[8] Waste to Energy in Denmark , publication by Ramboll (2006)

[9] Kleis, Heron and Dalager, Søren (2004) 100 Years of Waste Incineration in Denmark , A historical review of incineration in Denmark.

[10] Danish Energy Statistics 2005 by the Danish Ministry of Energy.

[11] Vestforbranding anlag 6 – Danmarks største forbrandingsovn , Brochure (in Danish) on the largest incineration line in Europe, 2004

[12] Rotary-kiln incinerators an excellent detailed description of rotary-kiln incinerators

[13] Tchobanoglous.G,H. Theisen, S.Vigil-Integrated Solid Waste Management- McGraw Hill-1993

[14] Robinson. W.D. –The Solid Waste Handbook-John Wiley & Sons, Inc-1986

[15] Utilizing the Cold Potential in LNG Regasification Terminal: Potential for Industrial Symbiosis; A.M. Al Taweel and R. Cote, Dalhousie University, Halifax NS.

[16] INTRODUCTION TO LNG; Institute for Energy, Law & Enterprise, University of Houston Law Center

[17] Ogawa K. Outline of political consideration of waste to power generation in Japan in comparison with the situation in Europe and America. J Japan Inst Egy 1998; 77(854):460–71.

[18] Miyazaki T, Akisawa A, Kashiwagi T. LNG cold energy cycle. Proc. JSRAE, 1998:157–160.

[19] T. Miyazaki, Y.T. Kang *, A. Akisawa, T. Kashiwagi; A combined power cycle using refuse incineration and LNG cold energy, Tokyo University of Agriculture and Technology, 2-24-16, Nakacho, Koganei, Tokyo 184-8588, Japan

[1] Kotas

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “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”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

8 + 2 =