طراحي و تحليل سيستم جديد سيكل رنكين آلي با محرك اوليه توربين گاز SGT-400 مطالعه موردي: منطقه نار- كنگان(جنوب ايران)

A novel design and analysis of organic Rankine cycle using gas turbine prime mover Case study: Nar-Kangan (south of Iran

در اين تحقيق، طراحي و تحليل يك سيستم توليد همزمان با سيال عامل هاي مختلف از نظر ترموديناميكي و اقتصادي مورد مطالعه قرار گرفته است. از مدل اگزرژي - اقتصادي و اگزرژي - زيست محيطي براي بررسي سيستم با تكيه بر هزينه محصولات، استفاده شده است. طراحي سيستم جديد برپايه سيكل رنكين آلي با محرك اوليه توربين گاز جهت برآورده نمودن اهداف مورد نياز ايستگاه تقويت فشار منطقه نار- كنگان مي باشد. اين اهداف عبارتند از: توليد الكتريسيته، توان سرمايش و هزينه هاي توليد. با استفاده از آناليز حساسيت، پارامترهاي دماي ورودي به توربين، ديگ بخار و چگالش و فشار ورودي به توربين مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد كه دي كلرو تري فلورو اتان و تولوئن عملكرد بهتري در توليد الكتريسيته (1.612 مگاوات) و توليد سرمايش (6.282 مگاوات) دارند. در حاليكه دي اكسيد كربن از نظر اقتصادي (103.5 دلار بر مگاژول) عملكرد بهتري دارد. با افزايش دما و فشار ورودي به توربين توان سرمايشي كاهش مي يابد به جز در سيال دي اكسيد كربن كه سبب افزايش توان سرمايشي مي گردد. همچنين با افزايش دماي چگالش و ورودي به ديگ بخار، توان سرمايشي به ترتيب كاهش و افزايش پيدا مي كند. مجموع هزينه محصولات براي همه سيال عامل ها با افزايش دماي ورودي ديگ بخار و توربين و كاهش دماي چگالش، كاهش مي يابد. در حاليكه براي دي اكسيد كربن، در يك فشار بهينه، هزينه به مينيمم مقدار خود مي رسد. محفظه احتراق و ديگ بخار به دليل بازگشت ناپذيري ها بيشترين نرخ تخريب را در اجزاي سيستم دارند.

In this paper, the performance of a new design cogeneration cycle with various working fluids is investigated. Exergoeconomic and exergoenvironmental approach are developed to study the thermodynamic performance of the cycle and to assess the total cost of products. The naval design is based on organic Rankine cycle by using the gas turbine prime mover for fulfilling of the main goals of gas comperessor station of Nar-Kangan zone (South of Iran). These goals as follows: production of electricity and refrigeration power (cooling requirement) and total cost of products. According to recent parametric studies, boiler, turbine and condensation temperature and turbine inlet pressure significantly affect the three goals. The results show that dichlorotrifluoroethane (R-123) and toluene have a better performance in producing electricity (1.612MW) and refrigeration power (6.282MW) among other working fluids, while, the carbon dioxide has a better operation to reduce of products cost (103.5$/MJ). So, when the condensation temperature increases the refrigeration power decreases and boiler inlet temperature increases, the refrigeration power decreases. The results reveal that the refrigeration power decreases as the turbine temperatures and pressure increase and condensation temperature decreases; however, there is an optimum turbine inlet pressure (12MPa) in the carbon dioxide cycle for a minimum cost of products. The combustion chamber and boiler have a maximum destruction exergy rate for irreversibility and temperature difference among of system components.