راندمان اگزرژی

هدف در این کار ارتقاء راندمان و کاهش تولید آلاینده های زیست محیطی توربوکمپرسور گازی با بازگردش حرارتی و جرمی گازهای حاصل از احتراق به کمک دو نوع مبدل حرارتی پوسته لوله ای و صفحه ای فین دار است. مدلسازی ترمودینامیکی با استفاده از آنالیز انرژی و اگزرژی انجام شده است. مدل ترموهیدرولیکی مبدل های بازیاب با استفاده از آنالیز انتقال حرارت بهبود یافته و روش -NTU ε برای تخمین سطح حرارتی مورد نیاز مبدل ها و افت فشار آن ها انجام گرفته است. بهینه سازی سه هدفه مبدل های بازیاب، با اهداف بیشینه سازی راندمان اگزرژی سیکل، کمینه سازی زمان بازگشت سرمایه و کمینه سازی میزان تولید آلودگی NOx هردو نوع مبدل حرارتی پوسته لوله ای و صفحه ای فین دار با استفاده از الگوریتم ژنتیک صورت پذیرفته و جبهه بهینه پارتو حاصل گردیده و نقطه بهینه نهایی از میان نقاط موجود بر روی جبهه با استفاده از سه روش تصمیم سازی بلمن- زاده، TOPSIS و LINMAP انتخاب و در نتیجه بهترین مبدل ها برای هریک از حالات قرارگیری مبدل حرارتی پوسته لوله ای و صفحه ای فین دار انتخاب شده است. در پایان با مقایسه ی مبدل های حرارتی پوسته لوله ای و صفحه ای فین دار بهینه، بهترین مبدل، برای بازگردش حرارتی توربوکمپرسورهای گازی برگزیده شده است. در نهایت طرح بهینه ی نهایی، منجر به افزایش 19.1 درصد در راندمان اگزرژی و کاهش 17.93 درصد در میزان آلاینده های NOx شده است.

در این پژوهش، یک نیروگاه سیکل ترکیبی با ظرفیت اسمی 500 مگاوات شامل دو واحد گازی و یک واحد بخار مورد توجه بوده که به کمک نرم افزار متلب مدل سازی ترمودینامیکی شده و نتایج حاصل از مدلسازی با اطلاعات طراحی سیستم کنترل شده است. در ادامه، با لحاظ کردن متغیرهای تصمیم گیری، توابع هدف بهینه شده است. در این بهینه سازیِ چند هدفه که توسط الگوریتم ژنتیکِ مرتب سازی غیر مغلوب انجام شده است، سه تابع هدف راندمان اگزرژی، انتشار گاز دی اکسیدکربن و هزینه برق تولیدی متشکل از هزینه سوخت تزریق شده به محفظه احتراق، هزینه تخریب اگزرژی، هزینه سرمایه گذاری و هزینه آلایندگی های زیست محیطی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که راندمان نیروگاه سیکل ترکیبی به پارامترهای طراحی از قبیل دمای ورودی به توربین گاز، نسبت تراکم کمپرسور و دمای نقطه پینچ وابسته بوده و هرگونه تغییر در این پارامترها منجر به تغییر قابل ملاحظه در توابع هدف می شود به گونه ای که راندمان این نیروگاه پس از بهینه سازی به مقدار 12/8 درصد افزایش و نرخ حرارت متناظر با آن از مقدار kj/kwh 7233 به مقدار kj/kwh 7023 کاهش خواهد یافت. همچنین تخریب اگزرژی کل سیستم 23/7 درصد کاهش را نشان می دهد.