مجله مهندسی مکانیک

مجله مهندسی مکانیک

ارایه رو‌‌‌ش نوآورانه تحلیل اگزرژی نیروگاه ‌های زباله ‌سوز با روش معکوس حل برای محاسبه آنالیز شیمیایی زباله

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران
2 دانشیار، دانشکده مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران
چکیده
هدف اصلی این مقاله ارائه یک روش نوین برای تجزیه و تحلیل جامع و دقیق اگزرژی نیروگاه های زباله ‌سوز می ‌باشد. در تمامی مطالعات انجام شده در این زمینه میانگین عددی آنالیز زباله در طی یک بازه زمانی مورد استفاده قرار گرفته است. استفاده از این عدد باعث ایجاد خطا در داده ‌های تحلیل اگزرژی خواهد شد. در این مطالعه در ابتدا از روش حل معکوس برای محاسبه آنالیز شیمیایی، دبی جرمی سوخت و هوا استفاده شده است. اندازه ‌گیری دبی سوخت نیز به صورت میانگین ‌گیری در بازه زمانی محاسبه شده که باعث ورود خطا به محاسبات خواهد شد. با محاسبه دبی جرمی زباله به روش معکوس، امکان ورود این خطا به محاسبات نیز سلب می‌ گردد. پس از محاسبه آنالیز زباله، دبی زباله و هوای تازه، تحلیل اگزرژی دقیق و قابل اعتماد برای کل حجم کنترل نیروگاه زباله‌ سوز ارائه گردیده است. در این روش تعداد 8 ترم تخریب و 10 ترم تلفات ارائه گردیده است. عوامل ناکارآمدی ارائه شده در این مقاله، کامل ‌ترین عوامل ناکارآمدی در نیروگاه‌ های زباله ‌سوز را ارائه می ‌نماید. روش مذکور در نیروگاه آرادکوه انجام و نتایج نشان می ‌دهد عامل تخریب اگزرژی توسط گازی ساز دارای بیشترین مقدار تلفات اگزرژی است. راندمان اگزرژی محاسبه شده برای نیروگاه معادل 1/13 درصد محاسبه شده است. 
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Y. Chen, M. Guo, Y. Liu, D. Wang, Z. Zhuang, and M. Quan, "Energy, exergy, and economic analysis of a centralized solar and biogas hybrid heating system for rural areas," Energy Conversion and Management, vol. 276, p. 116591, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116591.
 
[2] A. Xu et al., "Exergy, economic, exergoeconomic and environmental (4E) analyses and multi-objective optimization of a PEMFC system for coalbed methane recovery," Energy Conversion and Management, vol. 297, p. 117734, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117734.
 
[3] H. Athari, S. Soltani, A. Bölükbaşi, M. A. Rosen, and T. Morosuk, "Comparative exergoeconomic analyses of the integration of biomass gasification and a gas turbine power plant with and without fogging inlet cooling," Renewable energy, vol. 76, pp. 394-400, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.11.064.
 
[4] H. Baehr, "The exergy method of thermal plant analysis: By TJ Kotas; published by Butterworths, London, Boston, Durban, Singapore, Sydney, Toronto, Wellington, 1985; price£ 45.00; ISBN 408-01350-8," ed: Elsevier, 1987.
 
[5] A. Bejan, G. Tsatsaronis, and M. J. Moran, Thermal Design and Optimization (Wiley-Interscience publication). Wiley, ISBN: 978-0-471-58467-4 1995, https://www.wiley.com/en-us/Thermal+Design+and+Optimization-p-9780471584674.
 
[6] S. Soltani, S. Mahmoudi, M. Yari, and M. Rosen, "Thermodynamic analyses of an externally fired gas turbine combined cycle integrated with a biomass gasification plant," Energy Conversion and Management, vol. 70, pp. 107-115, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.03.002.
 
[7] T. Maneerung, X. Li, C. Li, Y. Dai, and C.-H. Wang, "Integrated downdraft gasification with power generation system and gasification bottom ash reutilization for clean waste-to-energy and resource recovery system," Journal of cleaner production, vol. 188, pp. 69-79, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.03.287.
 
[8] M. Mehrpooya, M. Khalili, and M. M. M. Sharifzadeh, "Model development and energy and exergy analysis of the biomass gasification process (Based on the various biomass sources)," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 91, pp. 869-887, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.076.
 
[9] L. F. Pellegrini and S. de Oliveira Jr, "Exergy analysis of sugarcane bagasse gasification," Energy, vol. 32, no. 4, pp. 314-327, 2007, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2006.07.028.
 
[10]         R. Karamarkovic and V. Karamarkovic, "Energy and exergy analysis of biomass gasification at different temperatures," Energy, vol. 35, no. 2, pp. 537-549, 2010, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.10.022.
 
[11]         C. Bang-Møller, M. Rokni, and B. Elmegaard, "Exergy analysis and optimization of a biomass gasification, solid oxide fuel cell and micro gas turbine hybrid system," Energy, vol. 36, no. 8, pp. 4740-4752, 2011, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.05.005.
 
[12]         P. Vanaei, B. Jalili, M. Hosseinzadeh, and P. Jalili, "Efficiency Optimization Thermal Analysis and Power Output of a Modified Incinerator Plant Using Organic Rankine Cycle," International Journal of Engineering, vol. 36, no. 7, pp. 1300-1309, 2023, doi: https://doi.org/10.5829/IJE.2023.36.07A.11.
 
[13]         P. Vanaei, B. Jalili, M. Hosseinzadeh, and P. Jalili, "4E analysis of a municipal incinerator power plant with an ORC and optimization," Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, vol. 45, no. 10, p. 544, 2023, doi: https://doi.org/10.1007/s40430-023-04430-4.
 
[14]         T. Solheimslid, H. K. Harneshaug, and N. Lümmen, "Calculation of first-law and second-law-efficiency of a Norwegian combined heat and power facility driven by municipal waste incineration–A case study," Energy conversion and management, vol. 95, pp. 149-159, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.02.026.
 
[15]         S. Azami, M. Taheri, O. Pourali, and F. Torabi, "Energy and exergy analyses of a mass-fired boiler for a proposed waste-to-energy power plant in Tehran," Applied Thermal Engineering, vol. 140, pp. 520-530, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.05.045.
 
[16]         M. L. Hejrandoost, F. Fazelpour, and A. Saraei, "A new method to overcome difficulties of measurements for energy and exergy auditing of municipal solid Waste-to-Energy plants," Energy Conversion and Management, vol. 255, p. 115275, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115275.
 
[17]         A. Farsi, I. Dincer, and G. F. Naterer, "Second law analysis of CuCl2 hydrolysis reaction in the Cu–Cl thermochemical cycle of hydrogen production," Energy, vol. 202, p. 117721, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117721.
 
[18]         I. Dincer and M. A. Rosen, Exergy: energy, environment and sustainable development. Newnes, 2012.
[19]         B. Ma et al., "Exergy loss analysis on diesel methanol dual fuel engine under different operating parameters," Applied Energy, vol. 261, p. 114483, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114483.
 
[20]         S. Piazzi, F. Patuzzi, and M. Baratieri, "Energy and exergy analysis of different biomass gasification coupled to Fischer-Tropsch synthesis configurations," Energy, vol. 249, p. 123642, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123642.
 
[21]         M. Banifateme, A. Behbahaninia, and G. Pignatta, "Estimating the chemical composition of municipal solid waste using the inverse method," Journal of Cleaner Production, vol. 393, p. 136156, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.136156.
 
[22]         S. Naderi, M. Banifateme, O. Pourali, A. Behbahaninia, I. MacGill, and G. Pignatta, "Accurate capacity factor calculation of waste-to-energy pow plants based on availability analysis and design/off-design performance," Journal of cleaner production, vol. 275, p. 123167, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123167.
 
[23]         M. Banifateme, A. Behbahaninia, and S. Sayadi, "Development of a loss method for energy and exergy audit of condensing hot water boilers," Journal of Energy Resources Technology, vol. 143, no. 5, p. 052104, 2021, doi: https://doi.org/10.1115/1.4049415.
 
[24]         A. Behbahaninia, M. Banifateme, M. H. Azmayesh, S. Naderi, and G. Pignatta, "Markov and monte carlo simulation of waste-to-energy power plants considering variable fuel analysis and failure rates," Journal of Energy Resources Technology, vol. 144, no. 6, p. 062101, 2022, doi: https://doi.org/10.1115/1.4051760.
 
[25]         Y. A. Cengel, M. A. Boles, and M. Kanoğlu, Thermodynamics: an engineering approach. McGraw-hill New York, 2011, https://archive.org/details/thermodynamicsen0000ceng_ed03/mode/2up.
 
[26]         A. Bejan, G. Tsatsaronis, and M. J. Moran, Thermal design and optimization. John Wiley & Sons, 1995, https://archive.org/details/thermaldesignopt0000beja/page/n1/mode/2up.
 
[27]         A. Sohrabi, A. Behbahaninia, S. Sayadi, and M. Banifateme, "Advanced exergy-based audit of heat recovery steam generators: a case study," Journal of Energy Resources Technology, vol. 144, no. 1, p. 012106, 2022, doi: https://doi.org/10.1115/1.4052467.
 
[28]         J. Zueco, D. López-Asensio, F. Fernández, and L. M. López-González, "Exergy analysis of a steam-turbine power plant using thermocombustion," Applied Thermal Engineering, vol. 180, p. 115812, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.115812.
 
[29]         Y. Zhang, X. Wei, and X. Qin, "Experimental study on energy, exergy, and exergoeconomic analyses of a novel compression/ejector transcritical CO2 heat pump system with dual heat sources," Energy Conversion and Management, vol. 271, p. 116343, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116343.
دوره 33، شماره 2 - شماره پیاپی 155
خرداد و تیر 1403
صفحه 16-29

  • تاریخ دریافت 22 آذر 1402
  • تاریخ بازنگری 01 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش 18 فروردین 1403