بهينه سازي فني- اقتصادي سيكل ارگانيك رانكين به همراه بازياب با در نظر گرفتن سيالات كاري مختلف

Thermo-economic Optimization of Regenerative Organic Rankine Cycle (RORC) Considering Different Working Fluids

در اين مقاله يك سيكل ارگانيك رانكين همراه با بازياب براي بازيافت گرماي اتلافي ميكروتوربين مدل‌سازي و بهينه‌سازي شده است. دبي جرمي سيال عامل، كار خالص ميكروتوربين، فشار تبخير­كننده، فشار خروجي توربين و بازده بازياب به عنوان پارامترهاي طراحي در نظر گرفته شده­اند. چهار سيال شامل R123، R245fa، R22 و R134a انتخاب‌شده و به‌عنوان سيال كاري در سيكل مورد استفاده قرارگرفته‌اند. سپس الگوريتم NSGA-II (الگوريتم ژنتيك با مرتب­ سازي نا­مغلوب) به‌منظور بيشينه‌ سازي بازده حرارتي و كمينه‌سازي هزينه‌هاي كلي ساليانه (شامل هزينه سرمايه‌گذاري اوليه، هزينه سوخت و هزينه‌هاي محيطي) ، به كار گرفته شده است. نتايج طراحي بهينه به‌صورت يك دسته جواب به­نام جبهه پارتو ارائه داده شده است. نتايج بهينه‌سازي نشان مي‌دهند كه بهترين سيال كاري، هم از نظر ترموديناميكي و هم از نقطه نظر اقتصادي، R123 مي‌باشد. نتايج بهينه R123 از نظر بازده ترموديناميكي بهبود %3/7، %18/77 و %19/74 را به­ترتيب نسبت به R245fa، R22 و R134a نشان مي‌دهد. مقادير فوق براي هزينه‌هاي كلي ساليانه به ترتيب %6/7، %10 و %24 به دست آمد. در كل، به نظر مي‌رسد كه سيالات با شيب منحني بخار اشباع بي نهايت و مثبت، بازده حرارتي بالاتر و هزينه‌هاي كلي ساليانه كمتري دارند. به‌علاوه، با افزودن يك سيكل ارگانيك رانكين با بازياب بازده حرارتي ميكروتوربين كه حدود %30 است به اندازه %12 افزايش مي‌يابد.

In this paper, a Regenerative Organic Rankine Cycle (RORC) for micro-turbine waste heat recovery is modeled and optimized. Refrigerant mass flow rate, Micro- turbine nominal capacity, evaporator pressure, turbine outlet pressure and regenerator efficiency are considered as design parameters. Four refrigerants including R123, R134a, R245fa and R22 are selected and used as working fluids in cycle. Then, NSGA-II (Nondominated Sorting Genetic Algorithm) is used to maximize the thermal efficiency and minimize the total annual cost (including investment cost, fuel cost and environmental cost. The results of the optimal design are a set of optimum solutions, called Pareto front. The optimization results show that the best working fluid is R123 in both of economical and thermo dynamical view point. The optimum result of R123 shows the 3.70%, 18.77%, and 19.74% improvement in thermodynamic efficiency compared with R245fa, R134a, and R22, respectively. The corresponding values for the total annual cost are obtained 6.7%, 10% and 24%, respectively. Generally, it seems that fluids with zero and positive slope of vapor saturation curve have higher thermal efficiency and lower total annual cost. In addition, it is observed that micro-turbine efficiency increased by 12% by the implementation of regenerative organic rankine cycle.