توسعه روش طراحي و بهينه سازي پارامترهاي عملكردي و هندسي بويلر بازياب حرارتي با سه سطح فشار با بكارگيري تئوري ساختاري

Developing a design method for optimal geometric and operating parameters of triple pressure heat recovery steam generator using the constructal theory

طراحي بهينه و بهبود عملكرد مولدهاي بخار بازياب حرارتي تأثير قابل توجهي بر بازدهي حرارتي نيروگاه هاي سيكل تركيبي دارند. بنابراين، مولد بخار بازياب حرارتي بايد به گونه اي طراحي شود كه ميزان بازيابي حرارتي را بيشينه نموده و عملكرد كل نيروگاه را بهبود بخشد. در اين مقاله، يك روش طراحي و بهينه سازي مولد بخار بازياب حرارتي با سه سطح فشار پيشنهاد شده است. در اين مدل، بهينه سازيِ همزمانِ پارامترهاي عملكردي و هندسي جهت طراحي مولد بخار بازياب حرارتي بوسيله تئوري ساختاري ارائه گرديده و حداقل سازي توليد انتروپي كل سيستم به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است. همچنين، پارامترهاي بهينه در مولد بخار بازياب حرارتي با استفاده از روش الگوريتم ژنتيك با قيد غيرخطي حجم ثابت بدست آمده اند. حجم بهينه كل با تبديل اتلاف اگزرژي به هزينه توليد انتروپي و همچنين درنظر گرفتن هزينه سرمايه گذاري و اثرمتقابل بين آن ها بدست مي آيد. علاوه بر اين، نسبت ابعاد هر يك از بخش ها، سطح انتقال حرارت براي هريك از اجزاي مولد بخار بازياب حرارتي و خواص ترموديناميكي پارامترهاي اصلي از ساختار جريان هستند كه توسط طراحي ساختاري بدست مي آيند. علاوه بر اين، تأثير تغيير در دما و دبي گاز بر حجم بهينه و همچنين بر ميزان توان و بخار توليدي نيز بررسي شده است.

Optimum design and performance improvement of the Heat Recovery Steam Generator (HRSG) have noticeable effects on the thermal efficiency of the combined cycle power plants. Therefore, HRSG must be designed in such a way that the heat recovery is maximized and the overall performance of the plant is improved. In this paper, a method for design and optimization of a triple pressure HRSG is proposed. It is shown how to simultaneously optimize the operating and geometric design parameters of the HRSG by using the constructal theory. Considering the minimum total entropy generation as the objective function, the optimum parameters in the HRSG unit are derived by using the genetic algorithm method under the fixed total volume condition. Optimized total volume is derived by converting the exergy destruction to cost of entropy generation in order to compare with the capital cost and the results show that there is a trade-off between them. Also, aspect ratios of the units, the heat transfer area for each component of the HRSG and thermodynamic properties are significant features of the flow configuration inducted by the Constructal design. Furthermore, the effects of changes in the temperature and flow rate of hot gas on the optimal values of the total volume, power and steam production are determined.