عنوان پایان‌نامه
طراحی و بهینه سازی سیستم های تولید همزمان برق ، گرمایش و سرمایش با استفاده از تحلیل پینچ و اکسرژی و ملاحضات افت فشار
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1093.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 51874
- تاریخ دفاع
- ۱۶ بهمن ۱۳۹۰
- دانشجو
- بنفشه جباری ولیسده
- استاد راهنما
- محمدحسن پنجه شاهی, نسیم طاهونی
- چکیده
- تقاضا برای صورت‌های سه¬گانه انرژی (الکتریسیته، گرمایش و سرمایش) منجر به طرح‌ریزی واحدهای تولید همزمان برق، گرمایش و سرمایش (CCHP) شده است. سیستم‌های CCHP، سیستم¬های تولید پراکنده هستند که استفاده از الکتریسیته ورودی از شبکه را با استفاده از سوخت¬هایی چون گاز طبیعی کاهش می¬دهند. سیستم¬های CCHP با بازیابی حرارت برای تولید گرمایش و سرمایش توسط تجهیزات فعال حرارتی استفاده بهتری از سوخت می¬کنند که منجر به بازده بالاتر انرژی می¬شود. هرچند بازده این سیستم¬ها در استفاده از سوخت به طور کلی70 تا 80 درصد می¬باشد، در برخی موارد بازده آن¬ها به بیشتر از 90 درصد هم می¬رسد. در این پایان¬نامه طراحی و بهینه¬سازی سیستم¬های تولید همزمان برق، گرمایش و سرمایش با استفاده از تحلیل پینچ و اکسرژی با در نظر گرفتن تأثیرات افت فشار مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به اینکه که صنعت تولید خمیر و کاغذ جز صنایع به شدت انرژی¬بر محسوب ¬می¬شود و با مصرف بالای انرژی به صورت برق، گرمایش و سرمایش در فرایند¬های مختلف مانند عملیات خمیرسازی، خشک کردن و تغلیظ مایع مواجه است، در این تحقیق به کارگیری سیستم تولید همزمان پیشنهادی در این صنعت بررسی شده است. از آنجا که تغلیظ لیکور سیاه گاهی بزرگترین مصرف¬کننده¬ی بخار در کارخانه¬ی کاغذ سازی است، در این پروژه تمرکز ویژه¬ای بر روی این قسمت می¬باشد و کارخانه¬ی چوب و کاغذ مازندران به عنوان نمونه¬ی صنعتی انتخاب شده است. در این پایان¬نامه ابتدا به معرفی سیستم¬های CCHP و اصول طراحی آن¬ها پرداخته شده، سپس در نمونه¬ی صنعتی موردنظر یک سیستم CCHP بر اساس نیاز انرژی در کارخانه پیشنهاد و طراحی شده است. سیستم CCHP موردنظر شامل دو بخش سیکل توربین و سیکل جذبی می¬باشد که هر کدام از این دو بخش بر اساس اصول طراحی مربوطه جهت تأمین نیازهای مشخص طراحی شده¬اند، به طوری که با طراحی سیکل توربین، 35 مگاوات برق و 155 تن بر ساعت بخار مورد نیاز کارخانه حاصل شده و با طراحی سیکل جذبی در بخش تغلیظ لیکور سیاه به 15 مگاوات گرمایش در دمای مطلوب دست یافته و نیاز سرمایشی این بخش نیز کاهش یافته است. در ادامه از الگوریتم ژنتیک برای بهینه¬سازی طراحی این سیستم CCHP استفاده شده است. هدف از این بهینه¬سازی دستیابی به یک سیستم CCHP مؤثر برای تأمین این نیازهای انرژی با کمترین هزینه¬ی کلی سالیانه می¬باشد. به این ترتیب که برای سیکل توربین، با استفاده از معادلات ترمودینامیکی و معادلات اقتصادی مربوطه این سیکل مدل¬سازی شده و سپس از الگوریتم ژنتیک استفاده شده تا با کمترین هزینه به یک سیکل توربین با بالاترین بازده اکسرژی برای تولید مقادیر مورد نیاز انرژی برسیم. در سیکل جذبی (پمپ حرارتی) نیز از روابط مربوط به ضریب انتقال حرارت، سطح و افت فشار استفاده شده و با در نظر گرفتن تقابل بین این پارامترها در مبدل¬های این سیکل، 15 مگاوات گرمایش و 6 مگاوات سرمایش در دماهای مطلوب تولید شده است. به این ترتیب هزینه کلی سالیانه این سیکل دارای کمترین مقدار می¬باشد.
- Abstract
- Demands for different types of energy (power, heating and cooling) is led to design of combined cooling, heating and power generation systems (CCHP). CCHP is a distributed generation technology that reduces the use of electricity from the grid by using low emission fuels such as natural gas. CCHP makes a better use of fuels by using of the recovered heat to drive thermally-activated component and produce cooling and heating, which results in high overall energy efficiency. Although CCHP systems are 70-80% efficient in utilizing fuels, for some configurations the efficiency of the overall system can be as high as 90%. In this thesis, the design and optimization of the CCHP system using Pinch and Exergy analysis with pressure drop consideration is studied. As pulp and paper industry is a very large energy consumer industry, in the form of electricity, heating and cooling, for pulp drying, black liquor evaporation and other operations, in this thesis a CCHP system is proposed to apply in this industry. As the black liquor concentration section is sometimes the highest energy consumer in pulp and paper mill, this section is particularly considered for efficiency improvement and Mazandaran pulp and paper mill is considered as case study. First, we have introduced the CCHP systems and defined their design parameters. Then, a CCHP system is proposed and designed for the case study plant, according to its energy requirements. Proposed CCHP system consists of a turbine cycle and an absorption cycle and each of these sections are designed according to specified demands. By applying turbine cycle, 35 MW of required power and 155 ton/hr steam in the mill is supplied. Also, by applying absorption cycle in black liquor concentration section, 15 MW heating demand can be obtained and cooling demand can be reduced. Afterwards, genetic algorithm is used for optimization of the proposed CCHP system. By this optimization we aim to get an effective CCHP system for supplying energy demands with minimum total annual cost. To model the turbine cycle, both thermodynamic and thermoeconomic equations are used and then genetic algorithm is used to get a turbine cycle with minimum cost and highest exergy efficiency. In the case of absorption heat pump by using heat transfer coefficient, area and pressure drop equations and considering their trade-off through AHP heat exchangers, 15 MW heating and 6 MW cooling at desired temperatures are obtained with minimum total annual cost.
