بررسي انرژي و اگزرژي سيكل رنكين آلي تغذيه‌شده با حرارت بازيافتي كوره قوس الكتريكي

Energy and Exergy Analysis of Organic Rankine Cycle Fed by Electric Arc Furnace Waste Heat

يكي از فرآيندهاي موردتوجه جهت تبديل گرماي اتلافي به توان، استفاده از حرارت اتلافي گازهاي خروجي از كوره قوس الكتريكي است، كه نوسان‌هاي زيادي از دو جهت درجه حرارت و نرخ جريان دارند. در اين مطالعه تركيب سيكل رنكين آلي با سيستم بازيافت حرارت جهت بازيافت حرارت گازهاي دما پايين كوره قوس الكتريكي موردبررسي قرار گرفته است. اثر جمع كننده بخار بر روي كاهش نوسانات توان حرارتي خروجي از بويلر بازيافت حرارتي، نشان داده شده است. مدل ترموديناميكي جمع كننده بخار، بر اساس مدل عدم تعادل حرارتي بين فاز مايع و بخار، شبيه‌سازي شده است. تغييرات فشار داخل جمع كننده بخار با دبي‌هاي جرمي مختلف بخار خروجي از آن بررسي شده است. با دبي خروجي 2/84 كيلوگرم بر ثانيه از جمع كننده توان حرارتي ثابت و پيوسته‌اي در مدت چهار فرآيند شبيه‌سازي ‌شده از كوره قوس الكتريكي در دسترس است. سيستم بازيافت حرارت و سيكل رنكين آلي از ديدگاه انرژي و اگزرژي در حالت گذرا مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. بازده انرژي و اگزرژي كل سيستم با سه سيال عامل ام‌ام، تلوئن و آر‌245‌اف‌آ سيكل رنكين آلي محاسبه شده است. سيال تلوئن با بازده حرارتي و اگزرژي به ترتيب 16/4 و 27/1 درصد نسبت به دو سيال عامل ديگر گزينه مناسبي جهت استفاده در سيكل رنكين آلي است.

In this study, the hybrid of organic Rankine cycle with heat recovery system of low temperature gases in Electric Arc furnace has been investigated. Moreover, the effect of the steam accumulator on stabilizing the mass and heat of exhaust gases of the heat recovery boiler is shown. Hence, constant thermal power has been achieved for a longer period of time for the organic Ranking cycle. The steam accumulator thermodynamic model is simulated based on the non - equilibrium thermal model for the liquid and vapor phases. Furthermore, the steam accumulator pressure variations with different mass outflow rates have been investigated. Constant and continuous thermal power has been reached with an output mass flow rate of 2.84 kg/s during four processes of the electric arc furnace. The transient state of the aforementioned hybrid system has been studied from the energy and exergy points of view. The energy and exergy efficiencies of the whole system are calculated with three working fluids Hexamethyldisiloxane, Toluene, and R245fa of the organic Ranking cycle. Toluene with thermal and exergy efficiencies of 16.4% and 27.1%, respectively, is suitable for use in the organic Ranking cycle compared with the other two fluids.