پایان نامه ارشد: آنالیز انرژی و اگزرژی چرخه توان زباله سوز با استفاده از بازیافت انرژی سرد گاز طبیعی مایع شده

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک

گرایش : 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

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 : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09361998026        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید