عنوان پایان‌نامه
تحلیل بازیافت حرارت برای تولید انرژی الکتریکی در صنایع انرژی بر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3643;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81656;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3643;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81656
- تاریخ دفاع
- ۱۴ شهریور ۱۳۹۶
- دانشجو
- محمد باباگل زاده
- استاد راهنما
- سیدفرید قادری
- چکیده
- بهینه‌سازی مصرف انرژی در بخش صنعت به عنوان چرخ مولد اقتصاد کشور و پیش‌زمینه‌ی توسعه در درجه‌ی اول اهمیت قرار دارد. قسمت اعظم شاخص شدت انرژی در بخش صنعت مربوط به صنایع انرژی‌بر است. حجم عظیمی از انرژی حرارتی مصرفی در صنایع انرژی‌بر همچون فلزات اساسی و صنایع کانی غیرفلزی پس از خروج از فرآیند تلف می‌شود. مقداری از این حرارت اتلافی به اشکال مختلفی قابل بازیافت است که تولید انرژی الکتریکی به صورت همزمان یکی از کاربردهای رایج در صنایع انرژی‌بر محسوب می‌گردد. در این تحقیق، تولید سیمان به عنوان صنعت نمونه‌ی کشوری جهت ارزیابی تولید همزمان حرارت و برق با بکارگیری چرخه‌های ترمودینامیکی مولد توان مکانیکی انتخاب و یک واحد نمونه‌ی تولید سیمان با ظرفیت مواد خام ورودی 250 تن بر ساعت به وسیله‌ی نرم‌افزار Aspen Plus V11.1 شبیه‌سازی شده است. خروجی گازهای داغ این شبیه‌سازی نیز با دمای 564 درجه‌ی سانتی‌گراد در سه سیکل ترمودینامیکی رانکین بخار، رانکین ارگانیک (ORC) و کالینا جهت شبیه‌سازی تولید توان الکتریکی به کارگرفته شده است. در این حالت سیکل کالینا با بازدهی 37.3%، 4800 کیلووات معادل %31.7 نیاز برق کارخانه را تأمین کرده است. در دماهای پایین کمتر از 300 درجه‌ی سانتی‌گراد نیز سیکل ORC عملکرد بهتری را نشان داد. ارزیابی اقتصادی پیاده‌سازی این سیستم‌ها به روش‌های اقتصاد مهندسی، بکارگیری سیکل رانکین بخار را پیشنهاد و خرید صرفه‌جویی صورت گرفته از سوی واحد تولیدی را جهت توجیه‌پذیری پروژه تحت قراردادهایی همچون ماده‌ی 12 قانون رفع موانع تولید رقابت‌پذیر به عنوان شرط لازم معرفی می‌کند. دوره‌ی این قرارداد نیز در شاخص‌های اقتصادی تأثیرگذار شناسایی شده است. در انتها نیز برآوردهای تولید انرژی الکتریکی از بازیافت حرارت اتلافی در صنایع انرژی‌بر تولید فولاد خام، سیمان، شیشه و کاشی و سرامیک تا سال 1404 طی سه سناریو ارائه شده است. بکارگیری این سیستم‌ها در صنایع نامبرده در سناریوی بدبینانه می‌تواند به بازیافت حرارت 202 پتاژول و کاهش انتشار هفت میلیون تن CO2 تا سال 1404 بیانجامد.
- Abstract
- The optimization of energy consumption in industry sector has the highest priority because of its effect on the national economy and sustainable development. The biggest part of the Energy Intensity index in industry sector, belongs to “Energy Intensive Industries”. Remarkable part of the thermal energy consumption is wasted after leaving the process in energy intensive industries such as “Manufacture of basic metals” and “Manufacture of non-metallic mineral products”. A significant amount of this waste heat may be recovered by different methods which simultaneous generation of electricity is one of the most common ones. In this study, “Cement manufacturing” is chosen as a premier national industry for analysis of generating electricity using thermodynamic cycles that produce mechanical work. A typical manufacturing line of 250 tons per hour capacity of raw materials is simulated by “Aspen Plus V11.1”. Exhaust gases leaving the clinker manufacturing process at 564°C were applied in three thermodynamic cycles for simulating power generation; “Steam Rankine cycle, Organic Rankine cycle, and the Kalina cycle”. In the best case, Kalina cycle which its efficiency is 37.3%, supplied 4800 kW power, equivalent to 31.7% of the electricity demand. At low temperatures below 300°C, the ORC cycle indicated better performance. Economic assessment of this systems using “Engineering Economics methods” suggests implementation of steam cycle and shows the necessity of contracts which savings are bought based on laws such as “Article 12” for economic feasibility. The economic indicators are sensitive to the contract period specially at lower temperatures. At last, the predictions of the electricity generation from waste heat are presented by 1404 within three scenarios for four energy intensive industries, including Raw Steel manufacturing, Cement manufacturing, Glass manufacturing and Ceramic Tiles manufacturing. Using waste heat recovery systems in aforementioned industries, in pessimistic scenario lead to 202 PJ heat recovery and reduction of CO2 emissions up to 7 million tons by 1404. Keywords: Waste heat recovery - Energy intensive industries - Cement process - Waste heat recovery power generation (WHRPG) - Aspen Plus simulation
