كاربرد تيوري ساختاري در اصلاح سايت جامع توليد همزمان حرارت و توان

Constructal Theory Application for Cogeneration Heat and Power Total Site Retrofit

در اين مقاله مفاهيم تيوري ساختاري به منظور ارايه يك روش مفهومي جديد جهت اصلاح يك سايت جامع توليد همزمان حرارت و توان توسعه داده مي‎شود. در‎ اين روش سايت جامع به چند ساختار تقسيم و هر ساختار با تاثير از جز قبلي اصلاح و بهينه مي‎شود. كمينه‎سازي هزينه ‎عملياتي به منظور اصلاح سايت موجود به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است. توزيع دبي بخار در توربين‎هاي بخار و زيركش‎هاي آن، مقدار بخار توليدي، نوع و مقدار سوخت مصرفي به عنوان متغيرهاي طراحي در نظر گرفته مي‎شود. با در نظر‎ گرفتن هزينه عملياتي به عنوان تابع هدف، سايت جامع به سه ساختار شامل توربين‎ها، چيدمان توربين‎ها بين سطوح و توليدكنندگان بخار تقسيم مي‎گردد. استفاده از روش ساختاري باعث ساده نمودن فرايند بهينه‎سازي يك سايت جامع مي‎گردد به نحوي كه اين مساله پيچيده كه داراي پارامترهاي زيادي است تبديل به يك مساله بهينه‎سازي ساده مي‎شود كه مي‎توان آن را به روش ساده جستجو و مرتب‎سازي حل نمود. به منظور بررسي عملكرد اين روش، يك سايت جامع توليد همزمان حرارت و توان به عنوان مورد مطالعاتي مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‎دهد كه روش ارايه شده ساده‎تر و داراي محاسبات كوتاه‎تر و مفهومي‎تر نسبت به ساير روش‎ها بوده و همچنين دسترسي به جواب را سريع‎تر خواهد نمود. اصلاح سيستم موجود به كمك روش ساختاري موجب كاهش تقريبا 1/14% در هزينه عملياتي و 3/ 14% در مصرف سوخت بدون اضافه كردن تجهيز جديد در سايت جامع مي‎گردد.

A new approach of retrofit design methodology in cogeneration heat and power systems based on constructal theory is presented in this paper. A cogeneration system may consist of different turbines, steam levels and steam generators. The steam demand of each level is determined and should be supplied. The purpose of this paper is to retrofit the existing total site heat and power cogeneration system utilizing the concepts of constructal theory. Developing constructal theory to total site cogeneration systems may lead to dividing the total site into different constructs. In this paper the total site cogeneration system will be divided into three constructs: turbines, turbine array between each two levels and steam generators array. Using constructal theory simplifies the total site complex system to a simpler system that can be solved easily by a simple search and sort method. The best configuration of the total site would have the minimum operating cost. Using constructal theory would simplify the optimization procedure of cogeneration systems in addition to reach better conceptual design, especially in more sophisticated systems. The methodology is applied to a sophisticated total site heat and power cogeneration system as a case study from literature. The constructal retrofit results in 14.1% and 14.3% reduction in operating cost and fuel consumption respectively.