بهينه سازي ترموديناميكي و ترمواكونوميك چرخه ي رانكين آلي براي بازيافت گرمايي از كارخانه ي سيمان

Thermodynamic and Thermoeconomic Optimization of an Organic Rankine Cycle for Heat Recovery from a Cement Plant

در اين پژوهش از يك چرخه رانكين آلي (ORC) به منظور بازيافت گرمايي از كارخانه سيمان تهران بهره گرفته شد. همچنين با ارايه بهينه سازي هاي هم زمان ترموديناميكي و ترمواكونوميكي از بين سه سيال مورد بررسي، سيال مناسب با بالاترين بازده انتخاب و معرفي شد. به منظور طراحي چرخه رانكين آلي دو روش كه يكي شامل مبدل احياكننده و ديگري بدون مبدل مي باشد، در نظر گرفته شد. با مطالعهيي مقاله هاي گذشته و بررسي سيال هاي استفاده شده، تصميم گرفته شد كه از بين سيال هايي كه از منظر بهينه سازي ترموديناميكي در مقاله هاي گذشته، بهترين سيال معرفي شده اند، سه نوع سيال آلي R245fa، R123 و نرمال پنتان در تحليل هاي ترموديناميكي و ترمواكونوميك مورد بحث و مقايسه قرار بگيرند. نتيجه ها نشان داد كه در بهينه سازي ترموديناميكي با مبدل احياكننده سيال R123 با 17.76 درصد بيش ترين بازده را نسبت به دو سيال ديگر دارا است و بدون مبدل احياكننده دوباره سيال R123 با بازده 20 درصد، بالاترين نرخ بازده اول را دارا است. همچنين نتيجه هاي بهينه سازي اقتصادي بيانگر آن است كه سيال R123 با هزينه ي كل توليد توان برابر با 0.199 و 0.315 به ترتيب در چرخه بدون احياكننده و چرخه با احياكننده كم ترين هزينه ي توليد را نسبت به دو سيال ديگر دارد. در كل مي توان نتيجه گرفت به منظور بازيافت گرمايي از منابع دما متوسط، چه از منظر بهينه سازي ترموديناميكي و چه از نظر بهينه سازي ترمواكونوميك سيال R123 مي تواند انتخاب مناسبي براي چرخه هي ORC باشد.

In this study, optimization of a waste heat recovery system (WHRS) that works by an organic Rankine cycle (ORC) from a cement plant is investigated. Energy and economic models of the system are presented. The energy model and thermo-economic model are developed according to the first law of thermodynamics and specific exergy costing method respectively. To design ORC, there are two major issue that are considered here. One issue with recperator and another without that. The first law of thermodynamic as an objective function to maximize the efficiency and economic objective function to minimize the total cost of electricity produced are used. Optimization methodology is based on genetic algorithm and performed by EES software. Also in order to determine the effect of the fluids on the cycle, three fluid included R245fa, R123 and n-pentene are examined and their results is discussed. The results showed that in the case of thermodynamics optimization without recuperator, R123 with 17.76% has the highest efficiency compared with the other fluids and with recuperator versus R123 with 20% is the best fluid. Moreover in thermoeconomic optimization R123 has the lowest total production cost compared with the other fluids with 0.199€/hr and 0.315€/hr in cycle without recuperator and with recuperator respectively. Here, it can be concluded that for the thermal recovery of medium-temperature sources, in thermodynamic optimization and thermoe-conomic optimization, R123 can be identified as a good choice for ORC cycles.