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 اگزرژی9مقدمه91-1) چرا آنالیز انرژی و اگزرژی؟101-2) بالانس جرم، انرژی و آنتروپی121-3) معادلات دقیق بالانس131-4) اگزرژی سیستم بسته161-5) اگزرژی جریان ها171-5-1) اگزرژی جریان یک ماده171-5-2) اگزرژی انرژی گرمایی181-5-3) اگزرژی کار191-5-4) اگزرژی الکتریکی201-6) اتلاف اگزرژی201-7) بالانس اگزرژی211-8) محیط مرجع221-8-1) مشخصات تئوری محیط مرجع221-8-2) مدل های محیط مرجع231-9) راندمان ها و دیگر مقیاس های مورد اهمیت241-10) فرآیند آنالیز انرژی و اگزرژی271-11) خواص انرژی و اگزرژی271-12) مفاهیم نتایج آنالیز اگزرژی28فصل 2: مقدمه ای بر تولید همزمان کار و حرارت30مقدمه302-1) انواع کاربردهای عمومی تولید همزمان322-2) انواع سیستم های تولید همزمان322-2-1) چرخه بالایی322-2-2) چرخه پایینی332-3) مزایای استفاده از تولید همزمان332-4) روش های تولید همزمان342-5) بازده نیروگاه تولید همزمان352-6) نسبت توان به گرمای یک مجموعه372-7) تحلیل نسبت توان به گرمای یک مجموعه37فصل 3: زباله سوزها و محاسبات پایه مربوط به بازیافت انرژی از زباله40مقدمه403-1) انواع زباله سوزها423-1-1) زباله سوز با آتشدان متحرک423-1-2) زباله سوز با آتشدان ثابت423-1-3) زباله سوز با آتشدان دوار433-1-4) زباله سوز با بستر روان433-2) گرمای احتراق443-3) ارزش حرارتی443-4) محاسبات پایه مربوط به بازیافت انرژی از زباله473-5) ارائه یک برنامه کامپیوتری جهت محاسبه ارزش حرارتی زباله52فصل 4: مقدمه ای بر گاز طبیعی مایع شده60مقدمه604-1) آیا LNGیک منبع قابل رقابت با گاز طبیعی می باشد؟624-2) تاریخچه مختصری از LNG634-3) ترکیبات گاز طبیعی و LNG654-4) زنجیره ارزشی LNG674-5) آیا LNGیک سوخت ایمن است؟704-6) استفاده از انرژی سرد LNG714-7) اصطلاحات علمی سوخت های دیگر754-7-1) ترکیبات LNG754-7-2) ترکیبات میعانات گاز طبیعی754-7-3) ترکیبات LPG76فصل 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 سوز78مقدمه785-1) مختصری در مورد نرم افزار HYSIS805-2) تحلیل انرژی حرارتی815-3) تحلیل اگزرژی815-4) توصیف چرخه توان رایج با استفاده از زباله سوز825-4-1) مختصری در مورد زباله سوز845-4-2) چگونگی تبدیل زباله سوز به یک مبدل حرارتی855-5) توصیف چرخه توان ترکیبی با استفاده از زباله سوز به همراه بازیابی انرژی سرد LNG875-6) 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 سوز925-6-1) معادلات بالانس انرژی935-6-1-1) زباله سوز935-6-1-2) مبدل حرارتی شماره 1935-6-1-3) توربین شماره 1935-6-1-4) توربین شماره 2935-6-1-5) مبدل حرارتی شماره 2935-6-1-6) پمپ شماره 1935-6-1-7) پمپ شماره 2945-6-1-8) گاز شهری945-6-1-9) بالانس انرژی کلی945-6-1-10) راندمان انرژی945-6-2) معادلات بالانس اگزرژی945-6-2-1) اگزرژی هوا945-6-2-2) اگزرژی مخلوط آمونیاکی955-6-2-3) اگزرژی ورودی به چرخه955-6-2-4) اگزرژی خروجی از چرخه955-6-2-5) بالانس اگزرژی کلی955-6-2-6) راندمان اگزرژی955-7) تحلیل حساسیت1025-7-1) تحلیل نمودارهای اگزرژی و انرژی در حالت تغییر دمای جریان شماره 11045-7-2) تحلیل نمودارهای اگزرژی و انرژی در حالت تغییر فشار جریان شماره 71065-7-3) تحلیل نمودارهای اگزرژی و انرژی در حالت تغییر فشار جریان شماره 8108فصل 6: نتیجه گیری1096-1) پیشنهادها110 فهرست شکلها شکل (1-1) رابطه بین فاکتور دمای اگزرژی و نسبت دمای مطلق..............................................................................20شکل (2-1) نمودار تغییرات بازده تولید همزمان بر حسب نسبت توان به گرما........................................................38شکل (3-1) نحوه وارد کردن اطلاعات در برنامه در حالت معلوم بودن ترکیب فیزیکی زباله.................................58شکل (3-2) نحوه نمایش نتایج محاسبات در حالت معلوم بودن ترکیب فیزیکی زباله............................................58شکل (3-3) نحوه وارد کردن اطلاعات در برنامه در حالت معلوم بودن ترکیب شیمیایی زباله..............................59شکل (3-4) نحوه نمایش نتایج محاسبات در حالت معلوم بودن ترکیب شیمیایی زباله.........................................60شکل (4-1) هزینههای انتقال گاز طبیعی بر حسب نوع انتقال....................................................................................62شکل(4-2) ترمینال LNG جزیره کنوی انگلستان، اولین در دنیا.................................................................................64شکل(4-3) ترکیبات گاز طبیعی...........................................................................................................................................66شکل(4-4) ترکیبات LNG .................................................................................................................................................66شکل(4-5) زنجیره ارزشی LNG ........................................................................................................................................67شکل(4-6) یک کشتی حمل LNG ....................................................................................................................................69شکل (5-1) چرخه توان رایج (چرخه شماره 1) با استفاده از زباله سوز......................................................................83شکل (5-2) شبیه سازی چرخه توان رایج (چرخه شماره 1) در نرم افزار HYSIS ................................................84شکل (5-3) چرخه توان ترکیبی با استفاده از زباله سوز (چرخه شماره 2) به همراه بازیابی انرژی سرد LNG..88شکل (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......................................................101شکل (5-8) تاثیر دمای بر راندمان حرارتی چرخه شماره 3.............................................................................103شکل (5-9) تاثیر دمای بر راندمان اگزرژی چرخه شماره 3.............................................................................103شکل (5-10) تاثیر فشار بر راندمان حرارتی چرخه شماره 3...........................................................................105شکل (5-11) تاثیر فشار بر راندمان اگزرژی چرخه شماره 3...........................................................................105شکل (5-12) تاثیر فشار بر راندمان حرارتی چرخه شماره 3...........................................................................107شکل (5-13) تاثیر فشار بر راندمان اگزرژی چرخه شماره 3...........................................................................107فهرست جداول جدول (1-1) مقايسه مفهوم انرژي و اگزرژي..................................................................................................................12جدول (1-2) یکی از انواع مدلهای محیط مرجع..........................................................................................................23جدول (3-1) حدود ارزش گرمایی و رطوبت اجزای زباله در حالت طبیعی و مرطوب............................................47جدول (3-2) رطوبت و عناصر شیمیایی اجزای موجود در زباله..................................................................................48جدول (3-3) ترکیب اجزای زباله مورد استفاده در زباله سوز چرخه مورد بررسی بر حسب مواد شیمیایی مجزا.........................................................................................................................................................................................51جدول (5-1)راندمانهای انرژی و اگزرژی چرخه شماره 1........................................................................................87جدول (5-2)راندمانهای انرژی و اگزرژی چرخه شماره 2........................................................................................91جدول (5-3)راندمانهای انرژی و اگزرژی چرخه شماره 3......................................................................................100 فهرست علائم و اختصاراتحروف لاتیناگزرژیe or Ex exergy (kJ/kg)آنتالپیh enthalpy (kJ/kg)آنتروپیs entropy (kJ/kgK)مبدل حرارتیHX heat exchangerکمترین ارزش حرارتیLHV Lower Heating Value (kJ/kg)بیشترین ارزش حرارتیHHV Higher Heating Value (kJ/kg)ارزش حرارتی کلیGHV Gross Heating Value (kJ/kg)دبی جرمی جریانmass flow rate (kg/s)فشارP pressure (kPa)نرخ انتقال حرارتQheat transfer rate (kW)کارW work (kW)دماT temperature (K)راندمانefficiencyگاز طبیعی مایعLNG Liquid Natural Gasگاز مایع پتروشیمیاییLPG Liquid Petroleum Gasگاز طبیعی فشردهCNG Compressed Natural Gasمیعانات گاز طبیعیNGLs Natural Gas Liquidsتبدیل گاز به مایعGTL Gas to Liquidتولید ترکیبی کار و حرارتCHP Combined Heat & Powerدمای شعله تئوریTFT Theoric Flame Temperatureبدون رطوبتMF Moisture Freeبدون رطوبت و خاکسترMAF Moisture and Ash Free زیر نویسهاگرمای ویژهCp specific heat (kJ/kgK)هواA airگاز شهریCG city gasگرماییth thermalزبالهG garbageزباله سوزINC incineratorچرخه گاز طبیعی مایع شدهL LNG cycleچرخه محلول آمونیاکیN NH3/H2O cycleتوربین شماره 1TN1 turbine 1توربین شماره 2TN2 turbine 2پمپ شماره 1P1 pump 1پمپ شماره 2P2 pump 2نقطه مرجع (محیط)O reference (ambient)گاز طبیعیN.G natural gasدمای مرزborder temperatureورودیinخروجیoutتلفاتlossمحیطamb ambientخالصnetافزوده شدهexcessمتانCH4تولید همزمانCOGENسوختFUELتولید شدهGENتوانPOWERمجموعه نیروگاهیSITEبویلرBOILERگرمکن احتراقیFIRE HEATERبخارSREAMآب تغذیه بویلرBFW Boiler Feed Waterنسبت توان به گرماR فصل 1: مقدمهای بر آنالیز انرژی و اگزرژی مقدمهآنالیز 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.